自动化背景下制药设备课程教学改革初探

于文博 刘松晖

摘要：制药生产自动化和信息化是发展的必然趋势，原有制药设备的教学内容已经逐渐无法满足企业对制药人才培养的需要，在这一背景下，我们对自动化控制方面的知识和技能的教学融入制药设备课程进行了探索，以发酵罐的控制为例开发了教学项目。

关键词：制药设备；自动化控制；教学项目；DSC组态

制药设备课程是药品生产技术专业普遍开始的一门专业课程，这门课程技术实践性强。课程的主要目标是培养学生掌握制药设备的基本理论、基本知识和基本技能，熟悉常用制药设备的结构原理，学会操作使用和维护常用的制药设备，为学生日后进入制药企业实践操作岗位打下坚实基础。这门课程的性质和目标决定了课程的教学内容和教学项目的设计要密切联系制药企业的生产实际，以满足人才培养需求。本文拟讨论在制药行业自动化、信息化背景下，我们对制药设备教学内容的改革和教学设计所进行的一些探索。

1.制药企业对自动化人才的需求

随着人类对药物的需求增长和用工成本的增加，制药公司正在不断地寻找新的方法来提高生产率，制药自动化设备和信息化（机器人）是其中最重要的方法。制药企业正在加速自动化技术和信息技术的深度融合，对制造装备和生产流程进行技术改造。这一趋势使得企业现在对有制药设备自动化、信息化知识与技能的专业人才的需求不断加强[1-2]。在我校举行的药品生产技术专业的人才培养方案论证会上，来自省内多家大型制药企业的专家都建议在制药设备课程中增加自动化控制方面的教学内容。但原有制药设备课程的教学项目和课程资源并没有涉及这部分内容，这迫切需要我们设计新的教学项目满足企业对人才培养的需求。

2.制药设备课程中自动化内容的教学现状

目前无论是高职和本科制药设备方面的教材都没有涉及自动化控制方面的内容。一般自动化控制方面的课程是机电一体化专业或自动化等专业开设的，但这些课程是适用于各个专业领域的通用型课程。在专业自动化控制的教学方面，化工领域开展的较为成熟，一般的化工专业都开始有《化工自动化》或《化工仪表与自动化》课程，我校精细化工专业开发了《化工生产工艺与DCS控制》课程较为系统的完成了化工自动化控制系统的教学。化工领域的自动化与制药行业的自动化既有一定的联系又有各有不同的侧重。化工领域的自动化控制主要是采用的是DCS，而在制药过程中第一阶段原料药的生产一般采用DCS控制，而在后面的制剂生产中主要是应用PLC控制。

3.自动化控制教学项目的设计

校企合作是开发教学项目的必由之路。我们与制药行业的龙头进行合作开发了基于制药过程中典型自动化控制系统的教学项目，我们完成《制药设备实务》课程标准的修订、确定教学内容、收集教学素材、设计学做一体的教学项目、制定项目评价方案、编写实训教材、制作信息化教学资源等方面的内容。

制药设备自动化控制方面的基础内容包括检查仪表的使用与检验、控制系统的组成、DCS控制系统的组成与操作、PLC控制系统的组成与操作等内容。我们通过对接企业自动化控制方面的专家，摸清在制药生产的相关岗位最需要操作人员掌握的知识和基本技能。我们设计了“认识液位控制系统”和“发酵罐DCS组态设计”两个教学项目。

3.1“认识液位控制系统”项目

自动化控制系统的组成、过渡过程及品质指标、控制器的控制规律和参数整定是自动化控制所必须掌握的基础知识，传统的理论教学难以引起学生的兴趣，我们设计了“认识液位控制系统”这一教学项目，用这个项目来承担自动化基础知识的教学。

项目让同学们从一个直观的液位控制系统入手，让学生比对液位的人工控制与液位的自动控制的不同点。教师进一步讲解自动化控制系统的构成，并引导学生对液位控制系统的组成进行分析，列出被控对象、测量变送器、控制器和执行器。在此基础上绘制自动控制系统的方框图。

通过控制系统的操作，让学生对最大偏差、衰减比、余差、过渡时间、振动周期等控制系统的品质指标有更加直观的认识。控制器的控制规律及原理是自动化基础知识教学的又一个难点。在本项目的实施中学生通过为液位控系統系统的参数整定，会对控制过程和PID控制原理有一个更深入的理解。

3.2“发酵罐DCS组态设计”项目

DCS是生物制药反应设备中常用的控制系统，我们在前期发酵罐使用项目基础上进一步设计了“发酵罐DCS组态设计”项目。学生在教师的指导下完成以下7个方面的任务：

一、发酵罐工艺流程回顾与测点清单整理：回顾并进一步深入理解课程前面已经讲述过的发酵罐工艺流程，在此过程中整理出需要引入到DCS中的测点，并确定各测点的信号类型、量程、报警要求等；二、发酵罐DCS系统整体配置：确定DCS中控制站、工程师站和操作员站的数量、地址、是否冗余等；三、I/O组态：根据第一步整理出的测点清单，选择合适的I/O卡件，对个I/O点进行组态；四、操作小组设置与数据的分组分区：确定系统分为几个操作小组，各小组的权限；将测点进行数据的分组分区，进行光字牌组态，以便方便高效的处理报警数据；五、发酵罐控制方案及其DCS组态：分析、确定发酵罐各参数的控制方案，并在DCS中正确组态这些控制方案。六、发酵罐操作画面组态：组态发酵罐工艺操作的总貌、分组、趋势和流程图画面。七、发酵罐报表组态：组态发酵罐工艺操作的班报表。

制药设备课程改革围绕制药企业对自动化控制反面的需求特点，运用任务驱动教学模式，与职业岗位需求对接，进行的项目化教学设计，实现理论实践一体化教学。通过学做一体的教学项目的实施，使学生能初步掌握生物制药相关的控制系统的基本知识和基础操作，满足制药企业对专业人才培养提出的新要求。这是校企合作开发特色课程的一次探索性的实践，可以为开发高职工科类交叉学科课程提供一种可行的参考方法。

参考文献：

[1]杨文豪. 自动化、信息化背景下制药设备精英小班的教学实践[J]. 工业技术与职业教育， 2017（1）：39-41.

[2]陈良军. 生物制药厂EMS系统[J]. 自动化与仪器仪表， 2014（7）：141-142.

基金项目：本文系杭州职业技术学院2018年度教改课题“翻转课堂”在制药设备课程教学中的实践”（课题编号：JG201816）的研究成果。