煤炭采制化人員培訓(xùn)系統(tǒng)構(gòu)建與應(yīng)用

吳鎖貞，李滿保，趙 雯，黃 誠，程健林

(1.江蘇方天電力技術(shù)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(yīng)的主要能源。中電聯(lián)《2021—2022年度全國電力供需形勢分析預(yù)測報(bào)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(biāo)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(yán)峻考驗(yàn)，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(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度直接影響到發(fā)電企業(yè)的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益[15-18]。近年來，由于燃煤發(fā)電機(jī)組環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)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(fù)雜性也隨之增加。此外，由于煤炭供應(yīng)緊張，為保證機(jī)組燃煤供應(yīng)，部分發(fā)電企業(yè)燃煤供應(yīng)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(shù)水平提出了更高要求。

為了順應(yīng)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(jìn)一步提高現(xiàn)有采制化人員的專業(yè)技術(shù)水平十分必要[19-20 ]。目前，傳統(tǒng)的煤炭采制化人員培訓(xùn)主要采用線下集中授課和考核的方式，主要存在以下缺點(diǎn):

(1)理論培訓(xùn)模式較為單一枯燥[21-25]，學(xué)員主動參與的積極性不高；

(2)欠缺充足的實(shí)操培訓(xùn)，對實(shí)際的采制化工作指導(dǎo)性有待提升，培訓(xùn)效果欠佳；

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

(4)針對電廠采制化的工作實(shí)際，缺少仿真的實(shí)習(xí)訓(xùn)練。

因此，筆者根據(jù)多年從事采制化培訓(xùn)的工作經(jīng)驗(yàn)，對傳統(tǒng)培訓(xùn)教學(xué)進(jìn)行深入思考與探索。為了更好地解決以上培訓(xùn)問題，運(yùn)用現(xiàn)代大數(shù)據(jù)、信息化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化手段，開發(fā)1套煤炭采制化人員培訓(xùn)系統(tǒng)(以下簡稱培訓(xùn)系統(tǒng))。該培訓(xùn)系統(tǒng)涵蓋理論培訓(xùn)、實(shí)操培訓(xùn)、培訓(xùn)考核與競賽、仿真實(shí)訓(xùn)等4個功能模塊。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)線下和線上培訓(xùn)互助、自我學(xué)習(xí)與練習(xí)、多媒體演示、實(shí)操練習(xí)與評價(jià)、技能競賽與打分、仿真實(shí)訓(xùn)等功能，通過自我學(xué)習(xí)、自我感知、自我考核和自我評價(jià)，全面提升采制化培訓(xùn)的智慧化水平。

1 功能模塊

1.1 理論培訓(xùn)

理論培訓(xùn)模塊采用理論教學(xué)與題庫訓(xùn)練相結(jié)合。該模塊要點(diǎn)包括:

(1)培訓(xùn)教材。采用自編的培訓(xùn)教材，該教材除采制化基礎(chǔ)知識、分析測試基礎(chǔ)理論及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)解讀等內(nèi)容外，為了使學(xué)員能在生產(chǎn)實(shí)際中靈活應(yīng)用理論知識，突出培訓(xùn)實(shí)用性，教材結(jié)合火電企業(yè)采制化工作實(shí)踐，通過采制化典型實(shí)操案例解析，深入闡述人員、設(shè)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(xiàng)、報(bào)告撰寫、樣品的保存及流轉(zhuǎn)、危險(xiǎn)點(diǎn)分析等內(nèi)容作了詳細(xì)闡述?！袄碚?案例”模式讓培訓(xùn)內(nèi)容更加貼合生產(chǎn)實(shí)際，使得學(xué)員更易于理解和掌握知識要點(diǎn)。培訓(xùn)學(xué)員可直接登錄系統(tǒng)進(jìn)行線上理論學(xué)習(xí)，同時(shí)也可通過下載功能下載相關(guān)文本資料進(jìn)行線下學(xué)習(xí)，有助于學(xué)員充分利用碎片化學(xué)習(xí)時(shí)間開展自主學(xué)習(xí)，提升整體學(xué)習(xí)效率。

(2)培訓(xùn)題庫。題庫訓(xùn)練包含在線練習(xí)和模擬測評 2 個子功能模塊，在線練習(xí)界面包含試題答案及詳細(xì)解析，培訓(xùn)學(xué)員可通過在線題庫進(jìn)行鞏固練習(xí)，從而加深知識點(diǎn)的理解和掌握。模擬測評模塊可供學(xué)員進(jìn)行考評自測，通過對每一道試題賦予多種性能指標(biāo)(例如題型、知識點(diǎn)、難度系數(shù)、分值等)和相關(guān)約束條件，利用正態(tài)分布概率函數(shù)計(jì)算出不同難度系統(tǒng)試題的最大分?jǐn)?shù)，根據(jù)最大分?jǐn)?shù)利用隨機(jī)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(yùn)行速度快，試卷難易程度符合學(xué)員需求[26]。

(3)主動參與。學(xué)員在學(xué)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)疑難的問題或形成學(xué)習(xí)感悟、新的解題思路時(shí)均可留下記錄，培訓(xùn)系統(tǒng)的后臺老師會對其進(jìn)行答疑和知識點(diǎn)優(yōu)化，使系統(tǒng)在使用過程中持續(xù)改進(jìn)。

(4)統(tǒng)計(jì)分析。系統(tǒng)根據(jù)學(xué)員的答題情況進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，通過綜合評估錯題性能指標(biāo)，篩選錯題或相類似的題目并進(jìn)行反復(fù)練習(xí)，實(shí)現(xiàn)易錯題出題權(quán)重的智能化調(diào)整，有助于學(xué)員開展針對性強(qiáng)化練習(xí)，從而進(jìn)一步查漏補(bǔ)缺以消除知識盲區(qū)。

1.2 實(shí)操培訓(xùn)

煤炭采樣、制樣、化驗(yàn)所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)中，由于實(shí)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(fù)雜等特點(diǎn)，僅靠書面化語言很難直觀體現(xiàn)實(shí)際操作，有的甚至無法用語言來準(zhǔn)確闡述一些重要的操作細(xì)節(jié)?；诖?，實(shí)操培訓(xùn)模塊專門采用多媒體實(shí)操視頻，進(jìn)行教學(xué)培訓(xùn)。該模塊要點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的多媒體視頻，學(xué)員掌握后即可在工作中直接使用，實(shí)用性很強(qiáng)。

(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(xiàng)工序，拍攝專門的操作視頻供仔細(xì)研討學(xué)習(xí)。該兩類視頻制作過程中，同時(shí)備注文字解說操作要領(lǐng)和注意事項(xiàng)。實(shí)操視頻支持播放速率調(diào)節(jié)、局部細(xì)節(jié)放大等功能，可供反復(fù)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(xùn)效果和效率。

(3)持續(xù)改進(jìn)更新。學(xué)員在培訓(xùn)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(hù)技術(shù)人員對其進(jìn)行及時(shí)處理。同時(shí)學(xué)員可以將更好的操作視頻進(jìn)行上傳，持續(xù)改進(jìn)和更新操作視頻，不斷豐富教學(xué)視頻庫。

1.3 考核與競賽

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

(1)理論考試。根據(jù)理論考試的范圍和要求，可自動進(jìn)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(jì)算題、案例題，由后臺老師評分。

(2)實(shí)操考核。采制化實(shí)操考核分項(xiàng)目進(jìn)行，考核項(xiàng)目分為采樣、制樣、灰分、揮發(fā)分、發(fā)熱量、全硫、碳?xì)涞取８鶕?jù)崗位的不同，每項(xiàng)有不同的權(quán)重。參加實(shí)操考試時(shí)首先完成身份信息檢入，隨后加入到待考隊(duì)列中，待有空閑工位釋放后，叫號系統(tǒng)自動呼叫待考隊(duì)列學(xué)員至指定工位，并同步推送學(xué)員信息至考官電腦，待考官確認(rèn)無誤后即可開始實(shí)操考評。考評系統(tǒng)內(nèi)置計(jì)時(shí)器，學(xué)員根據(jù)操作目標(biāo)任務(wù)進(jìn)行操作，考試完畢后點(diǎn)擊交卷功能，即完成實(shí)操技能考核?？脊俑鶕?jù)系統(tǒng)內(nèi)預(yù)置評分表對學(xué)員實(shí)操全過程進(jìn)行在線評分，結(jié)束后提交評分。最后，系統(tǒng)按照預(yù)置的權(quán)重自動進(jìn)行綜合成績計(jì)算。

(3)技能競賽。技能競賽主要包括前期準(zhǔn)備、考試考核及成績評定與發(fā)布3個階段。前期準(zhǔn)備階段需要在系統(tǒng)上完成學(xué)員和裁判的基礎(chǔ)信息錄入，理論及實(shí)操試卷錄入及權(quán)重配置，實(shí)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(shí)操考評兩部分，學(xué)員按照考試安排憑準(zhǔn)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(jì)。競賽考核流程如圖1所示，具體按實(shí)際需求執(zhí)行程序。

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

(4)統(tǒng)計(jì)分析與改進(jìn)。模塊可對所有學(xué)員的成績進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出科學(xué)、準(zhǔn)確的分析結(jié)果，找到學(xué)員失分率較高的薄弱環(huán)節(jié)，為下一步培訓(xùn)工作提供有益指導(dǎo)。在演練模式下，學(xué)員可進(jìn)行實(shí)操項(xiàng)目的模擬訓(xùn)練，系統(tǒng)提供相應(yīng)的步驟指導(dǎo)和要點(diǎn)提示，可實(shí)現(xiàn)交互式引導(dǎo)，幫助學(xué)員自我改進(jìn)與提高。

1.4 仿真實(shí)訓(xùn)

煤炭采制化人員經(jīng)過培訓(xùn)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(jìn)行崗位仿真實(shí)訓(xùn)。仿真實(shí)訓(xùn)模塊的要點(diǎn)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(shí)際工作完全一樣。學(xué)員在培訓(xùn)合格的基礎(chǔ)上，在系統(tǒng)上完成每一項(xiàng)工作，系統(tǒng)會評價(jià)其工作是否滿足實(shí)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(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)手段，將煤炭檢測分析流程、人員、設(shè)備、檢測數(shù)據(jù)等因素有機(jī)整合，具有高效化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，采制化人員需要仿真訓(xùn)練，以進(jìn)一步適應(yīng)煤檢數(shù)字化管理，做到數(shù)據(jù)不落地、不認(rèn)人、不重復(fù)。

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(wù)器(含操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫)、電腦(學(xué)員電腦、裁判電腦、檢錄電腦等)、各類化驗(yàn)設(shè)備、條碼槍、讀卡器、安檢設(shè)備、門禁機(jī)、核心交換機(jī)及組網(wǎng)設(shè)備等。培訓(xùn)系統(tǒng)通過服務(wù)器、核心交換機(jī)、組網(wǎng)工具等設(shè)備采用較為封閉式的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行搭建。培訓(xùn)計(jì)算機(jī)可供學(xué)員進(jìn)行在線理論學(xué)習(xí)、題庫訓(xùn)練及多媒體實(shí)操視頻學(xué)習(xí)。學(xué)員可通過各類分析化驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行采制化實(shí)操技能訓(xùn)練。條碼槍、讀卡器、門禁機(jī)等設(shè)備采集培訓(xùn)學(xué)員的身份及待考信息，實(shí)現(xiàn)培訓(xùn)考核時(shí)學(xué)員信息的智能檢錄功能。在實(shí)操考核過程中，學(xué)員直接進(jìn)行現(xiàn)場操作，考官通過裁判電腦進(jìn)行在線評分并完成績統(tǒng)計(jì)傳輸。培訓(xùn)系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖2所示。

圖2 培訓(xùn)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(xùn)系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)架構(gòu)按照功能劃分為設(shè)備控制層、接口層、業(yè)務(wù)層、應(yīng)用層及數(shù)據(jù)中心。設(shè)備控制層主要包括煤樣化驗(yàn)分析儀器、門禁機(jī)、條碼槍、RFID識別系統(tǒng)等，為煤炭采制化人員培訓(xùn)和考核的開展提供必要的硬件支撐；設(shè)備層通過標(biāo)準(zhǔn)集成接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息交互和智能化控制；業(yè)務(wù)層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、智能組卷、排考管理、在線計(jì)時(shí)等基礎(chǔ)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(yīng)用層為培訓(xùn)業(yè)務(wù)提供具體應(yīng)用功能，可實(shí)現(xiàn)在線理論培訓(xùn)、多媒體實(shí)操教學(xué)、仿真訓(xùn)練、培訓(xùn)考評、成績管理、培訓(xùn)動態(tài)發(fā)布等功能。另外，在系統(tǒng)前端還設(shè)有安全保障體系，實(shí)現(xiàn)對軟件的安全管理與維護(hù)，從而有效保障整個培訓(xùn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)信息安全。培訓(xùn)系統(tǒng)軟件具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 培訓(xùn)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(xùn)基地”和“國家電力投資集團(tuán)燃料技能人才培訓(xùn)基地中電國際常熟培訓(xùn)機(jī)構(gòu)”成功試用，利用數(shù)字化與信息化技術(shù)，將理論培訓(xùn)與多媒體實(shí)操演示有機(jī)融合，對燃煤采制化的專業(yè)知識和實(shí)操技能進(jìn)行全面和系統(tǒng)的培訓(xùn)，特別是在系統(tǒng)中加入學(xué)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(jìn)能力，培訓(xùn)效果十分顯著，培訓(xùn)學(xué)員多次在中電國際、國家電投集團(tuán)、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。