煤炭采制化人员培训系统构建与应用

吴锁贞，李满保，赵 雯，黄 诚，程健林

(1.江苏方天电力技术有限公司，江苏 南京 211100；2.江苏常熟发电有限公司，江苏 常熟 215536；3.长沙开元仪器有限公司，湖南 长沙 410100)

0 引 言

目前，我国燃煤电厂在整个电力生产中所占比重过半，煤电仍是电力供应的主要能源。中电联《2021—2022年度全国电力供需形势分析预测报告》中指出，2021年我国煤电发电量为5.03万亿kW h，约占总发电量的60.0%。燃煤电厂的燃料成本约占发电成本的70%，在国家“双碳”目标和煤炭高效节能燃烧战略的背景下，煤电企业面临严峻考验，迫切需要提升燃料管理水平、控制燃料成本以提高竞争力[1-14]。采制化作为燃料质量监督的重要手段之一，其检验结果的准确程度直接影响到发电企业的安全运行和经济效益[15-18]。近年来，由于燃煤发电机组环保性和经济性的客观需要，入炉煤掺配高水分、高挥发分、低热值原煤以及各种煤泥的比例显著增加，电力用煤的不均匀性和复杂性也随之增加。此外，由于煤炭供应紧张，为保证机组燃煤供应，部分发电企业燃煤供应呈现出了小批量、多品种的现象，从而对发电企业煤炭采制化人员的技术水平提出了更高要求。

为了顺应新形势下火力发电企业燃料管理和采制化工作的新要求，进一步提高现有采制化人员的专业技术水平十分必要[19-20 ]。目前，传统的煤炭采制化人员培训主要采用线下集中授课和考核的方式，主要存在以下缺点:

(1)理论培训模式较为单一枯燥[21-25]，学员主动参与的积极性不高；

(2)欠缺充足的实操培训，对实际的采制化工作指导性有待提升，培训效果欠佳；

(3)培训考核采取人工考核，工作量大且主观性较强，缺乏客观规范性强的系统支撑；

(4)针对电厂采制化的工作实际，缺少仿真的实习训练。

因此，笔者根据多年从事采制化培训的工作经验，对传统培训教学进行深入思考与探索。为了更好地解决以上培训问题，运用现代大数据、信息化、智能化、标准化手段，开发1套煤炭采制化人员培训系统(以下简称培训系统)。该培训系统涵盖理论培训、实操培训、培训考核与竞赛、仿真实训等4个功能模块。系统能够实现线下和线上培训互助、自我学习与练习、多媒体演示、实操练习与评价、技能竞赛与打分、仿真实训等功能，通过自我学习、自我感知、自我考核和自我评价，全面提升采制化培训的智慧化水平。

1 功能模块

1.1 理论培训

理论培训模块采用理论教学与题库训练相结合。该模块要点包括:

(1)培训教材。采用自编的培训教材，该教材除采制化基础知识、分析测试基础理论及相关标准解读等内容外，为了使学员能在生产实际中灵活应用理论知识，突出培训实用性，教材结合火电企业采制化工作实践，通过采制化典型实操案例解析，深入阐述人员、设备、方法、操作流程、常见问题及解决方法等方面的内容。以人工采样为例，围绕采样方案的制定、采样工器具的选择、具体的采样操作及注意事项、报告撰写、样品的保存及流转、危险点分析等内容作了详细阐述。“理论+案例”模式让培训内容更加贴合生产实际，使得学员更易于理解和掌握知识要点。培训学员可直接登录系统进行线上理论学习，同时也可通过下载功能下载相关文本资料进行线下学习，有助于学员充分利用碎片化学习时间开展自主学习，提升整体学习效率。

(2)培训题库。题库训练包含在线练习和模拟测评 2 个子功能模块，在线练习界面包含试题答案及详细解析，培训学员可通过在线题库进行巩固练习，从而加深知识点的理解和掌握。模拟测评模块可供学员进行考评自测，通过对每一道试题赋予多种性能指标(例如题型、知识点、难度系数、分值等)和相关约束条件，利用正态分布概率函数计算出不同难度系统试题的最大分数，根据最大分数利用随机组卷算法生成试卷，此种组卷算法结构简单、单词组卷过程的运行速度快，试卷难易程度符合学员需求[26]。

(3)主动参与。学员在学习过程中发现疑难的问题或形成学习感悟、新的解题思路时均可留下记录，培训系统的后台老师会对其进行答疑和知识点优化，使系统在使用过程中持续改进。

(4)统计分析。系统根据学员的答题情况进行数据统计分析，通过综合评估错题性能指标，筛选错题或相类似的题目并进行反复练习，实现易错题出题权重的智能化调整，有助于学员开展针对性强化练习，从而进一步查漏补缺以消除知识盲区。

1.2 实操培训

煤炭采样、制样、化验所依据的标准中，由于实际操作过程涉及人员、方法、仪器、环境等多种要素，具有环节多、过程复杂等特点，仅靠书面化语言很难直观体现实际操作，有的甚至无法用语言来准确阐述一些重要的操作细节。基于此，实操培训模块专门采用多媒体实操视频，进行教学培训。该模块要点包括:

(1)典型工作流程。拍摄常用的采制化工作流程并制作成标准化、规范化的多媒体视频，学员掌握后即可在工作中直接使用，实用性很强。

(2)重要工序操作。对于工作流程中操作有难度、又重要的单项工序，拍摄专门的操作视频供仔细研讨学习。该两类视频制作过程中，同时备注文字解说操作要领和注意事项。实操视频支持播放速率调节、局部细节放大等功能，可供反复观看或动态演示，将抽象的理论转化为直观生动的具体演示，大幅提高培训效果和效率。

(3)持续改进更新。学员在培训过程中若发现视频存在问题或举荐更好的操作方法，即可在评论区留言，后台会有维护技术人员对其进行及时处理。同时学员可以将更好的操作视频进行上传，持续改进和更新操作视频，不断丰富教学视频库。

1.3 考核与竞赛

通过考核显示培训的效果，采用对采制化技能竞赛进行打分，即考核与竞赛模块主要需实现上述2个方面的功能。该模块要点包括:

(1)理论考试。根据理论考试的范围和要求，可自动进行理论考试的组卷。客观题部分包括判断题、单选题、多选题，可以自动评分。主观题部分包括问答题、计算题、案例题，由后台老师评分。

(2)实操考核。采制化实操考核分项目进行，考核项目分为采样、制样、灰分、挥发分、发热量、全硫、碳氢氮等。根据岗位的不同，每项有不同的权重。参加实操考试时首先完成身份信息检入，随后加入到待考队列中，待有空闲工位释放后，叫号系统自动呼叫待考队列学员至指定工位，并同步推送学员信息至考官电脑，待考官确认无误后即可开始实操考评。考评系统内置计时器，学员根据操作目标任务进行操作，考试完毕后点击交卷功能，即完成实操技能考核。考官根据系统内预置评分表对学员实操全过程进行在线评分，结束后提交评分。最后，系统按照预置的权重自动进行综合成绩计算。

(3)技能竞赛。技能竞赛主要包括前期准备、考试考核及成绩评定与发布3个阶段。前期准备阶段需要在系统上完成学员和裁判的基础信息录入，理论及实操试卷录入及权重配置，实操工位的管理分配等工作。技能竞赛包括理论考试和技能实操考评两部分，学员按照考试安排凭准考证和身份证参加理论考试，提交试卷后系统自动完成评分和成绩统计。竞赛考核流程如图1所示，具体按实际需求执行程序。

图1 竞赛与实操考核流程Fig.1 Assessment process of competition and practical operation

(4)统计分析与改进。模块可对所有学员的成绩进行统计分析，得出科学、准确的分析结果，找到学员失分率较高的薄弱环节，为下一步培训工作提供有益指导。在演练模式下，学员可进行实操项目的模拟训练，系统提供相应的步骤指导和要点提示，可实现交互式引导，帮助学员自我改进与提高。

1.4 仿真实训

煤炭采制化人员经过培训和考核后，取得岗位合格证。岗位合格证仅为入职的基本条件，是否能胜任岗位工作，还需要进行岗位仿真实训。仿真实训模块的要点包括:

(1)电厂采制化工作仿真。全面模拟电厂采制化工作现场，所有工序和流程和电厂实际工作完全一样。学员在培训合格的基础上，在系统上完成每一项工作，系统会评价其工作是否满足实际工作的要求。

(2)煤检数字化管理。煤检管理信息系统通过采用数据自动采集技术、数据通讯技术、数据库技术等先进技术手段，将煤炭检测分析流程、人员、设备、检测数据等因素有机整合，具有高效化、智能化、标准化的特点，采制化人员需要仿真训练，以进一步适应煤检数字化管理，做到数据不落地、不认人、不重复。

2 系统结构

2.1 硬件结构

系统的硬件单元主要包括服务器(含操作系统、数据库)、电脑(学员电脑、裁判电脑、检录电脑等)、各类化验设备、条码枪、读卡器、安检设备、门禁机、核心交换机及组网设备等。培训系统通过服务器、核心交换机、组网工具等设备采用较为封闭式的网络进行搭建。培训计算机可供学员进行在线理论学习、题库训练及多媒体实操视频学习。学员可通过各类分析化验设备进行采制化实操技能训练。条码枪、读卡器、门禁机等设备采集培训学员的身份及待考信息，实现培训考核时学员信息的智能检录功能。在实操考核过程中，学员直接进行现场操作，考官通过裁判电脑进行在线评分并完成绩统计传输。培训系统硬件架构如图2所示。

图2 培训系统硬件结构Fig.2 Hardware structure of training system

2.2 软件结构

培训系统的软件系统架构按照功能划分为设备控制层、接口层、业务层、应用层及数据中心。设备控制层主要包括煤样化验分析仪器、门禁机、条码枪、RFID识别系统等，为煤炭采制化人员培训和考核的开展提供必要的硬件支撑；设备层通过标准集成接口实现数据信息交互和智能化控制；业务层实现数据采集、智能组卷、排考管理、在线计时等基础功能，并提供精密度算法、正确度算法、流程建模等支撑功能；应用层为培训业务提供具体应用功能，可实现在线理论培训、多媒体实操教学、仿真训练、培训考评、成绩管理、培训动态发布等功能。另外，在系统前端还设有安全保障体系，实现对软件的安全管理与维护，从而有效保障整个培训系统的网络信息安全。培训系统软件具体结构如图3所示。

图3 培训系统软件结构Fig.3 Software structure of training system

3 结 语

该研究成果已在“江苏省电力行业燃煤采制化技能培训基地”和“国家电力投资集团燃料技能人才培训基地中电国际常熟培训机构”成功试用，利用数字化与信息化技术，将理论培训与多媒体实操演示有机融合，对燃煤采制化的专业知识和实操技能进行全面和系统的培训，特别是在系统中加入学员主动性的答疑、讨论和优化环节，使系统具有自我更新、自我优化的持续改进能力，培训效果十分显著，培训学员多次在中电国际、国家电投集团、江苏省电力行业、全国电力行业燃料采制化技能竞赛中斩获佳绩。