吳鎖貞，李滿保，趙 雯，黃 誠，程健林

(1.江蘇方天電力技術有限公司，江蘇 南京 211100；2.江蘇常熟發(fā)電有限公司，江蘇 常熟 215536；3.長沙開元儀器有限公司，湖南 長沙 410100)

0 引 言

目前，我國燃煤電廠在整個電力生產(chǎn)中所占比重過半，煤電仍是電力供應的主要能源。中電聯(lián)《2021—2022年度全國電力供需形勢分析預測報告》中指出，2021年我國煤電發(fā)電量為5.03萬億kW h，約占總發(fā)電量的60.0%。燃煤電廠的燃料成本約占發(fā)電成本的70%，在國家“雙碳”目標和煤炭高效節(jié)能燃燒戰(zhàn)略的背景下，煤電企業(yè)面臨嚴峻考驗，迫切需要提升燃料管理水平、控制燃料成本以提高競爭力[1-14]。采制化作為燃料質(zhì)量監(jiān)督的重要手段之一，其檢驗結(jié)果的準確程度直接影響到發(fā)電企業(yè)的安全運行和經(jīng)濟效益[15-18]。近年來，由于燃煤發(fā)電機組環(huán)保性和經(jīng)濟性的客觀需要，入爐煤摻配高水分、高揮發(fā)分、低熱值原煤以及各種煤泥的比例顯著增加，電力用煤的不均勻性和復雜性也隨之增加。此外，由于煤炭供應緊張，為保證機組燃煤供應，部分發(fā)電企業(yè)燃煤供應呈現(xiàn)出了小批量、多品種的現(xiàn)象，從而對發(fā)電企業(yè)煤炭采制化人員的技術水平提出了更高要求。

為了順應新形勢下火力發(fā)電企業(yè)燃料管理和采制化工作的新要求，進一步提高現(xiàn)有采制化人員的專業(yè)技術水平十分必要[19-20 ]。目前，傳統(tǒng)的煤炭采制化人員培訓主要采用線下集中授課和考核的方式，主要存在以下缺點:

(1)理論培訓模式較為單一枯燥[21-25]，學員主動參與的積極性不高；

(2)欠缺充足的實操培訓，對實際的采制化工作指導性有待提升，培訓效果欠佳；

(3)培訓考核采取人工考核，工作量大且主觀性較強，缺乏客觀規(guī)范性強的系統(tǒng)支撐；

(4)針對電廠采制化的工作實際，缺少仿真的實習訓練。

因此，筆者根據(jù)多年從事采制化培訓的工作經(jīng)驗，對傳統(tǒng)培訓教學進行深入思考與探索。為了更好地解決以上培訓問題，運用現(xiàn)代大數(shù)據(jù)、信息化、智能化、標準化手段，開發(fā)1套煤炭采制化人員培訓系統(tǒng)(以下簡稱培訓系統(tǒng))。該培訓系統(tǒng)涵蓋理論培訓、實操培訓、培訓考核與競賽、仿真實訓等4個功能模塊。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)線下和線上培訓互助、自我學習與練習、多媒體演示、實操練習與評價、技能競賽與打分、仿真實訓等功能，通過自我學習、自我感知、自我考核和自我評價，全面提升采制化培訓的智慧化水平。

1 功能模塊

1.1 理論培訓

理論培訓模塊采用理論教學與題庫訓練相結(jié)合。該模塊要點包括:

(1)培訓教材。采用自編的培訓教材，該教材除采制化基礎知識、分析測試基礎理論及相關標準解讀等內(nèi)容外，為了使學員能在生產(chǎn)實際中靈活應用理論知識，突出培訓實用性，教材結(jié)合火電企業(yè)采制化工作實踐，通過采制化典型實操案例解析，深入闡述人員、設備、方法、操作流程、常見問題及解決方法等方面的內(nèi)容。以人工采樣為例，圍繞采樣方案的制定、采樣工器具的選擇、具體的采樣操作及注意事項、報告撰寫、樣品的保存及流轉(zhuǎn)、危險點分析等內(nèi)容作了詳細闡述?！袄碚?案例”模式讓培訓內(nèi)容更加貼合生產(chǎn)實際，使得學員更易于理解和掌握知識要點。培訓學員可直接登錄系統(tǒng)進行線上理論學習，同時也可通過下載功能下載相關文本資料進行線下學習，有助于學員充分利用碎片化學習時間開展自主學習，提升整體學習效率。

(2)培訓題庫。題庫訓練包含在線練習和模擬測評 2 個子功能模塊，在線練習界面包含試題答案及詳細解析，培訓學員可通過在線題庫進行鞏固練習，從而加深知識點的理解和掌握。模擬測評模塊可供學員進行考評自測，通過對每一道試題賦予多種性能指標(例如題型、知識點、難度系數(shù)、分值等)和相關約束條件，利用正態(tài)分布概率函數(shù)計算出不同難度系統(tǒng)試題的最大分數(shù)，根據(jù)最大分數(shù)利用隨機組卷算法生成試卷，此種組卷算法結(jié)構(gòu)簡單、單詞組卷過程的運行速度快，試卷難易程度符合學員需求[26]。

(3)主動參與。學員在學習過程中發(fā)現(xiàn)疑難的問題或形成學習感悟、新的解題思路時均可留下記錄，培訓系統(tǒng)的后臺老師會對其進行答疑和知識點優(yōu)化，使系統(tǒng)在使用過程中持續(xù)改進。

(4)統(tǒng)計分析。系統(tǒng)根據(jù)學員的答題情況進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，通過綜合評估錯題性能指標，篩選錯題或相類似的題目并進行反復練習，實現(xiàn)易錯題出題權重的智能化調(diào)整，有助于學員開展針對性強化練習，從而進一步查漏補缺以消除知識盲區(qū)。

1.2 實操培訓

煤炭采樣、制樣、化驗所依據(jù)的標準中，由于實際操作過程涉及人員、方法、儀器、環(huán)境等多種要素，具有環(huán)節(jié)多、過程復雜等特點，僅靠書面化語言很難直觀體現(xiàn)實際操作，有的甚至無法用語言來準確闡述一些重要的操作細節(jié)?；诖?，實操培訓模塊專門采用多媒體實操視頻，進行教學培訓。該模塊要點包括:

(1)典型工作流程。拍攝常用的采制化工作流程并制作成標準化、規(guī)范化的多媒體視頻，學員掌握后即可在工作中直接使用，實用性很強。

(2)重要工序操作。對于工作流程中操作有難度、又重要的單項工序，拍攝專門的操作視頻供仔細研討學習。該兩類視頻制作過程中，同時備注文字解說操作要領和注意事項。實操視頻支持播放速率調(diào)節(jié)、局部細節(jié)放大等功能，可供反復觀看或動態(tài)演示，將抽象的理論轉(zhuǎn)化為直觀生動的具體演示，大幅提高培訓效果和效率。

(3)持續(xù)改進更新。學員在培訓過程中若發(fā)現(xiàn)視頻存在問題或舉薦更好的操作方法，即可在評論區(qū)留言，后臺會有維護技術人員對其進行及時處理。同時學員可以將更好的操作視頻進行上傳，持續(xù)改進和更新操作視頻，不斷豐富教學視頻庫。

1.3 考核與競賽

通過考核顯示培訓的效果，采用對采制化技能競賽進行打分，即考核與競賽模塊主要需實現(xiàn)上述2個方面的功能。該模塊要點包括:

(1)理論考試。根據(jù)理論考試的范圍和要求，可自動進行理論考試的組卷?？陀^題部分包括判斷題、單選題、多選題，可以自動評分。主觀題部分包括問答題、計算題、案例題，由后臺老師評分。

(2)實操考核。采制化實操考核分項目進行，考核項目分為采樣、制樣、灰分、揮發(fā)分、發(fā)熱量、全硫、碳氫氮等。根據(jù)崗位的不同，每項有不同的權重。參加實操考試時首先完成身份信息檢入，隨后加入到待考隊列中，待有空閑工位釋放后，叫號系統(tǒng)自動呼叫待考隊列學員至指定工位，并同步推送學員信息至考官電腦，待考官確認無誤后即可開始實操考評?？荚u系統(tǒng)內(nèi)置計時器，學員根據(jù)操作目標任務進行操作，考試完畢后點擊交卷功能，即完成實操技能考核?？脊俑鶕?jù)系統(tǒng)內(nèi)預置評分表對學員實操全過程進行在線評分，結(jié)束后提交評分。最后，系統(tǒng)按照預置的權重自動進行綜合成績計算。

(3)技能競賽。技能競賽主要包括前期準備、考試考核及成績評定與發(fā)布3個階段。前期準備階段需要在系統(tǒng)上完成學員和裁判的基礎信息錄入，理論及實操試卷錄入及權重配置，實操工位的管理分配等工作。技能競賽包括理論考試和技能實操考評兩部分，學員按照考試安排憑準考證和身份證參加理論考試，提交試卷后系統(tǒng)自動完成評分和成績統(tǒng)計。競賽考核流程如圖1所示，具體按實際需求執(zhí)行程序。

圖1 競賽與實操考核流程Fig.1 Assessment process of competition and practical operation

(4)統(tǒng)計分析與改進。模塊可對所有學員的成績進行統(tǒng)計分析，得出科學、準確的分析結(jié)果，找到學員失分率較高的薄弱環(huán)節(jié)，為下一步培訓工作提供有益指導。在演練模式下，學員可進行實操項目的模擬訓練，系統(tǒng)提供相應的步驟指導和要點提示，可實現(xiàn)交互式引導，幫助學員自我改進與提高。

1.4 仿真實訓

煤炭采制化人員經(jīng)過培訓和考核后，取得崗位合格證。崗位合格證僅為入職的基本條件，是否能勝任崗位工作，還需要進行崗位仿真實訓。仿真實訓模塊的要點包括:

(1)電廠采制化工作仿真。全面模擬電廠采制化工作現(xiàn)場，所有工序和流程和電廠實際工作完全一樣。學員在培訓合格的基礎上，在系統(tǒng)上完成每一項工作，系統(tǒng)會評價其工作是否滿足實際工作的要求。

(2)煤檢數(shù)字化管理。煤檢管理信息系統(tǒng)通過采用數(shù)據(jù)自動采集技術、數(shù)據(jù)通訊技術、數(shù)據(jù)庫技術等先進技術手段，將煤炭檢測分析流程、人員、設備、檢測數(shù)據(jù)等因素有機整合，具有高效化、智能化、標準化的特點，采制化人員需要仿真訓練，以進一步適應煤檢數(shù)字化管理，做到數(shù)據(jù)不落地、不認人、不重復。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的硬件單元主要包括服務器(含操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫)、電腦(學員電腦、裁判電腦、檢錄電腦等)、各類化驗設備、條碼槍、讀卡器、安檢設備、門禁機、核心交換機及組網(wǎng)設備等。培訓系統(tǒng)通過服務器、核心交換機、組網(wǎng)工具等設備采用較為封閉式的網(wǎng)絡進行搭建。培訓計算機可供學員進行在線理論學習、題庫訓練及多媒體實操視頻學習。學員可通過各類分析化驗設備進行采制化實操技能訓練。條碼槍、讀卡器、門禁機等設備采集培訓學員的身份及待考信息，實現(xiàn)培訓考核時學員信息的智能檢錄功能。在實操考核過程中，學員直接進行現(xiàn)場操作，考官通過裁判電腦進行在線評分并完成績統(tǒng)計傳輸。培訓系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖2所示。

圖2 培訓系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)Fig.2 Hardware structure of training system

2.2 軟件結(jié)構(gòu)

培訓系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)架構(gòu)按照功能劃分為設備控制層、接口層、業(yè)務層、應用層及數(shù)據(jù)中心。設備控制層主要包括煤樣化驗分析儀器、門禁機、條碼槍、RFID識別系統(tǒng)等，為煤炭采制化人員培訓和考核的開展提供必要的硬件支撐；設備層通過標準集成接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息交互和智能化控制；業(yè)務層實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、智能組卷、排考管理、在線計時等基礎功能，并提供精密度算法、正確度算法、流程建模等支撐功能；應用層為培訓業(yè)務提供具體應用功能，可實現(xiàn)在線理論培訓、多媒體實操教學、仿真訓練、培訓考評、成績管理、培訓動態(tài)發(fā)布等功能。另外，在系統(tǒng)前端還設有安全保障體系，實現(xiàn)對軟件的安全管理與維護，從而有效保障整個培訓系統(tǒng)的網(wǎng)絡信息安全。培訓系統(tǒng)軟件具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 培訓系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)Fig.3 Software structure of training system

3 結(jié) 語

該研究成果已在“江蘇省電力行業(yè)燃煤采制化技能培訓基地”和“國家電力投資集團燃料技能人才培訓基地中電國際常熟培訓機構(gòu)”成功試用，利用數(shù)字化與信息化技術，將理論培訓與多媒體實操演示有機融合，對燃煤采制化的專業(yè)知識和實操技能進行全面和系統(tǒng)的培訓，特別是在系統(tǒng)中加入學員主動性的答疑、討論和優(yōu)化環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)具有自我更新、自我優(yōu)化的持續(xù)改進能力，培訓效果十分顯著，培訓學員多次在中電國際、國家電投集團、江蘇省電力行業(yè)、全國電力行業(yè)燃料采制化技能競賽中斬獲佳績。