基于電廠運(yùn)行虛擬實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)的教學(xué)改革與實(shí)踐

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摘要：分析了能源與動(dòng)力工程專業(yè)“卓越工程師”和“火電廠集控運(yùn)行”方向?qū)W生在電廠運(yùn)行實(shí)踐環(huán)節(jié)存在的問題及虛擬仿真技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的作用，利用我校電力運(yùn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行的能源與動(dòng)力工程專業(yè)“卓越工程師”和“火電廠集控運(yùn)行”方向電廠運(yùn)行實(shí)踐教學(xué)改革與實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：能源與動(dòng)力工程；火電廠集控運(yùn)行；虛擬實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）49-0151-02

我校能源與動(dòng)力工程專業(yè)“卓越工程師”和“火電廠集控運(yùn)行”方向主要培養(yǎng)熱力發(fā)電方向從事發(fā)電廠設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行、檢修和管理方面的高級(jí)工程技術(shù)人才，主要服務(wù)對(duì)象是熱力發(fā)電公司和電力建設(shè)公司。隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和單機(jī)容量的提高，機(jī)組的自動(dòng)化水平越來(lái)越高，對(duì)本專業(yè)學(xué)生提出了更高的職業(yè)能力要求。近年來(lái)用人單位對(duì)這個(gè)專業(yè)畢業(yè)生的綜合素質(zhì)和實(shí)踐能力等方面的要求不斷提高，不僅要求學(xué)生掌握系統(tǒng)的專業(yè)理論知識(shí)，而且還要具備較強(qiáng)的實(shí)踐能力，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下的電力企業(yè)要求受聘員工上崗快，具有“頂崗”工作能力。目前，我校能源與動(dòng)力工程專業(yè)這兩個(gè)方向的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)與電力行業(yè)發(fā)展需要還存在一定差距，如：理論和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)存在脫節(jié)、學(xué)生欠缺實(shí)踐能力和動(dòng)手能力、不善于利用所學(xué)知識(shí)來(lái)解決實(shí)際生產(chǎn)問題等。為適應(yīng)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)和電力企業(yè)發(fā)展的要求，使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)理論知識(shí)與實(shí)際生產(chǎn)聯(lián)系起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際問題的能力，是目前工科專業(yè)人才培養(yǎng)的工作重點(diǎn)和中心。

一、能動(dòng)類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)存在的問題

目前能源與動(dòng)力工程專業(yè)“卓越工程師”和“火電廠集控運(yùn)行”方向培養(yǎng)模式、培養(yǎng)方案往往脫離我國(guó)現(xiàn)實(shí)情況，尤其是卓越工程師培養(yǎng)方案、培養(yǎng)模式與設(shè)想的還有很大偏差。主要問題是實(shí)踐環(huán)節(jié)難以按培養(yǎng)方案落實(shí)，執(zhí)行困難。如：受實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)和電力企業(yè)接受學(xué)生實(shí)踐條件、意愿的限制，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)不能按“卓越工程師”培養(yǎng)方案得到貫徹執(zhí)行，學(xué)生去電力企業(yè)進(jìn)行實(shí)踐的時(shí)間和效果大打折扣，理論與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)脫節(jié)，學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐能力和動(dòng)手能力不強(qiáng)、不善于利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際生產(chǎn)問題，達(dá)不到工科專業(yè)尤其是“卓越工程師”培養(yǎng)目標(biāo)的要求?，F(xiàn)代化發(fā)電企業(yè)的特點(diǎn)：一方面是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備參數(shù)高，異常故障無(wú)法復(fù)制，運(yùn)行和操作過(guò)程存在很高的危險(xiǎn)性，學(xué)生去電廠運(yùn)行實(shí)習(xí)會(huì)嚴(yán)重影響電廠安全生產(chǎn)，發(fā)電企業(yè)不愿接受學(xué)生去現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際操作訓(xùn)練；另一方面是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備體積龐大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資巨大，不可能在學(xué)校建立真實(shí)的電廠運(yùn)行實(shí)際操作平臺(tái)，無(wú)法讓學(xué)生在校通過(guò)實(shí)際設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行操作實(shí)訓(xùn)。因此有必要進(jìn)行電廠運(yùn)行實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革研究，以滿足現(xiàn)代發(fā)電企業(yè)對(duì)能源與動(dòng)力工程專業(yè)“卓越工程師”和“火電廠集控運(yùn)行”方向培養(yǎng)目標(biāo)的要求。

二、虛擬仿真技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的作用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是可視化仿真的最新發(fā)展方向，最早于20世紀(jì)80年代由Jaron Lanier提出，目的在于建立一種新的用戶界面，使用戶從感官和知覺層面置身于計(jì)算機(jī)所表示的三維空間環(huán)境中，并可以通過(guò)眼、手、耳或特殊的空間三維裝置在這個(gè)環(huán)境中“漫游”，創(chuàng)造出一種“親臨其境”的感覺。三維仿真是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成的一個(gè)逼真的，具有視、聽、觸等多種感知的虛擬環(huán)境，用戶可以通過(guò)其自然技能使用各種傳感設(shè)備，并同虛擬環(huán)境中的實(shí)體相互作用的一種技術(shù)。近幾年，隨著三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，在各行各業(yè)中應(yīng)用非常廣泛，三維虛擬仿真技術(shù)在高等學(xué)校和職業(yè)教育培訓(xùn)教學(xué)中也開始得到廣泛應(yīng)用，三維虛擬教學(xué)系統(tǒng)在未來(lái)的教育行業(yè)將越來(lái)越多的被建立和應(yīng)用。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)是依托虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，構(gòu)建高度仿真電力生產(chǎn)與傳輸?shù)奶摂M實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中開展實(shí)驗(yàn)，是學(xué)生了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)構(gòu)成，掌握電力生產(chǎn)過(guò)程實(shí)際運(yùn)行操作的重要教學(xué)途徑和手段。虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)具有真實(shí)性、沉浸性、交互性和易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，能夠達(dá)到教學(xué)大綱所要求的教學(xué)效果。

三、我校電力運(yùn)行仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)使用情況

我校電力運(yùn)行仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心成立于2005年，經(jīng)過(guò)10多年的發(fā)展建設(shè)，中心已經(jīng)成為我校涉“電”專業(yè)學(xué)生重要的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地，是培養(yǎng)學(xué)生由基本認(rèn)知到掌握現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行的主要校內(nèi)實(shí)踐基地，是我?！耙粚?shí)兩創(chuàng)”特色人才培養(yǎng)發(fā)展戰(zhàn)略的重要實(shí)踐場(chǎng)所。目前我校電力運(yùn)行仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心總面積4000多平方米，實(shí)驗(yàn)儀器資產(chǎn)1400余萬(wàn)元。現(xiàn)有微型火力發(fā)電廠1個(gè)，電力生產(chǎn)動(dòng)態(tài)演示模型室2個(gè)和電力運(yùn)行虛擬仿真室6個(gè)。中心擁有大型虛擬仿真軟件13套，其中火電機(jī)組仿真軟件9套，涵蓋了從亞臨界300MW、600MW，超臨界600MW到超超臨界1000MW的國(guó)內(nèi)所有典型機(jī)組，1000MW核電機(jī)組仿真軟件1套，可同時(shí)仿真300個(gè)單元機(jī)組運(yùn)行，能全面仿真火電廠和核電廠電能生產(chǎn)的全過(guò)程。仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心于2011年通過(guò)了中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的“電力行業(yè)仿真培訓(xùn)基地（火電類）”評(píng)估，具有頒發(fā)電力行業(yè)認(rèn)可的“電力行業(yè)仿真培訓(xùn)證書”資質(zhì)。電力運(yùn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)以下主要功能。

1.具有各階段實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目自由選擇功能。學(xué)生利用虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)工況選擇功能，選擇自己需要的各階段實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不受其他任何人的影響。

2.具有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目自由組合功能。任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都可和其他實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目合理搭接。例如，在火電機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)階段，可以搭接任何一個(gè)競(jìng)賽階段的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，構(gòu)成綜合實(shí)驗(yàn)。

3.具有實(shí)驗(yàn)成績(jī)自動(dòng)評(píng)定功能。平臺(tái)具有實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)?cè)u(píng)定功能，學(xué)生實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的所有操作都將根據(jù)重要程度被記入評(píng)分系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)完成后給出最終成績(jī)。

4.具有運(yùn)行數(shù)據(jù)分析功能。在實(shí)驗(yàn)的各個(gè)階段，當(dāng)設(shè)備或機(jī)組運(yùn)行參數(shù)發(fā)生異常時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行運(yùn)行數(shù)據(jù)分析并發(fā)出參數(shù)異常報(bào)警。

5.故障設(shè)置。可以模擬現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程設(shè)備或系統(tǒng)各階段發(fā)生的異常故障，當(dāng)將模擬故障施加到仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)后，實(shí)驗(yàn)過(guò)程與現(xiàn)場(chǎng)變化規(guī)律完全一致，能真實(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)故障情況。

四、火電廠運(yùn)行虛擬實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用效果

為了解決能源與動(dòng)力工程專業(yè)“卓越工程師”和“火電廠集控運(yùn)行”方向?qū)W生火電廠運(yùn)行實(shí)踐環(huán)節(jié)難以按培養(yǎng)方案落實(shí)，執(zhí)行困難的現(xiàn)實(shí)情況。結(jié)合我校電力運(yùn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心情況，我們及時(shí)調(diào)整了能源與動(dòng)力工程專業(yè)“卓越工程師”和“火電廠集控運(yùn)行”方向火電廠運(yùn)行實(shí)踐教學(xué)模式，由去電廠進(jìn)行的火電廠運(yùn)行實(shí)踐教學(xué)過(guò)程改為由我校電力運(yùn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心承擔(dān)?；痣姀S運(yùn)行虛擬實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了融理論教學(xué)與技能培訓(xùn)，職業(yè)能力與素質(zhì)養(yǎng)成為一體的教學(xué)模式。實(shí)現(xiàn)了火電廠主輔熱力設(shè)備和熱力系統(tǒng)運(yùn)行等全過(guò)程仿真模擬；具有動(dòng)態(tài)演示，形象逼真，仿真性強(qiáng)，使人有身臨其境的感覺，使學(xué)生不出校門就能感受到火電廠主輔熱力設(shè)備和熱力系統(tǒng)的作業(yè)環(huán)境、工作過(guò)程，掌握了生產(chǎn)實(shí)習(xí)所需掌握的教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到了與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)相同的目的。經(jīng)過(guò)二屆學(xué)生的實(shí)踐證明，采用火電廠運(yùn)行虛擬實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)能夠很好地完成火電廠運(yùn)行實(shí)踐教學(xué)任務(wù)，取得了令人滿意的效果。endprint