风电实训平台建设与“数智化”人才培养探索

摘 要：为满足风电“数智化”变革带来的全新人才需求，针对现阶段高校人才培养体系在实训教学方面存在的不足，基于“双轮-双翼”协同方法，解决实训平台建设“三高、三难”的痛点问题，实现了虚实结合、面向前沿“数智化”风电运维技术的实训平台建设，并依托平台提出课程体系、教学方法、教学资源、师资力量、培养路径、评价体系以及长效培养机制等方面的改进意见，最终形成“一体双师四融合”的风电“数智化”人才培养新模式，为帮助风电行业摆脱人才困境提供一种有效方法。

关键词：风电；“数智化”；实训平台；人才培养；产教融合

中图分类号：C961 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2024）32-0164-05

Abstract： In order to meet the new talent needs brought about by the "digitalization" transformation of wind power， and to address the shortcomings of the current talent training system in universities in practical teaching， based on the "dual wheel and dual wing" collaborative method， the pain points of "three highs and three difficulties" in the construction of practical training platforms have been solved. A wind power practical training platform has been constructed that combines virtual and real， and is oriented towards cutting-edge "digitalization" technology. Based on the platform， a course system and teaching methods have been proposed.The improvement suggestions in teaching resources， teaching staff， training paths， evaluation systems， and long-term training mechanisms have ultimately formed a talent training model of wind power "digital intelligence" with "one body， two teachers， and four integration" ， providing an effective method to help the wind power industry overcome the "digital intelligence" talent dilemma.

Keywords： wind power; digitization and intelligence; practical training platform; talent cultivation; integration of industry and education

基金项目：2024年中央支持地方高校改革发展资金项目“风力发电智慧物流运/检/维平台”（CZ240233）；辽宁省教育科学规划项目“基于敏捷教学的线上线下混合式教学模式研究”（JG21DB391）；沈阳工程学院教学成果奖培育项目“‘双轮-双翼’协同推进新能源工科人才培养的实践与创新”（2023JYPYYB01）；沈阳工程学院教学成果奖培育项目“应用型创新人才培养‘一体双师四融合’教学模式的探索与实践”（2023JYPYYB11）

第一作者简介：张雪岩（1984-），男，汉族，黑龙江鹤岗人，博士，高级工程师，硕士研究生导师。研究方向为新能源科学与工程。

*通信作者：高庆忠（1979-），男，汉族，辽宁鞍山人，博士，教授，硕士研究生导师。研究方向为电力系统自动化及新能源发电技术。

伴随“双碳”战略推动我国能源结构的深度变革，风电正逐步由替代能源成长为主体能源[1]。《国家能源局关于加快推进能源数字化智能化发展的若干意见》提出将数字化、智能化（简称“数智化”）技术与风电运维深度融合，实现提质增效，必须成为新能源产业建设的基础性工作。到2025年，国内风电运维市场将达到千亿规模，与之相伴随的是对大量“数智化”人才的刚需[2]。根据国务院发布的《“十四五”数字经济发展规划》，“数智化”人才被定义为具备专业的“数智化”技术，优良的综合素质，卓越的战略思维和正确伦理道德的高层次、复合型人才[3]。

作为高校人才培养体系的重要组成，实训教学能够通过实际工作环境模拟、真实案例教学、理论结合实践、引导学生参与式学习等手段在最短的时间内使学生在专业技能、实践经验、工作方法、团队合作等方面的素质得到全面提高，最终实现学生就业和风电企业需求的精密对接，目前已经成为风电人才培养的主阵地[4-5]。然而，目前国内高校的风电实训平台大多基于传统运维技术建立，教学模式和内容严重脱离行业现状和未来发展趋势，使得人才培养质量无法满足风电行业需求，是造成风电“数智化”人才缺口的主要原因之一[4，6]。

建立面向风电前沿“数智化”运维技术且能够实现数字赋能的实训平台是解决上述问题的关键。但实训平台建设大多存在“高投入、高难度、高风险，难实施、难观摩、难再现”（“三高、三难”）的难点问题[7]。为此，本文基于“双轮-双翼”协同方法，通过以产教融合和协同创新为轮，以工程理念和信息技术为翼，解决了风电“数智化”实训平台建设的难点问题，并依托平台在课程体系、教学方法、教学资源、师资力量、培养路径、评价体系以及长效培养机制等方面提出了整改意见，形成了“一体双师四融合”的全新风电“数智化”人才培养模式。

一 风电“数智化”人才培养现状

目前一些高校仍然采用模仿教学方法来开展风电实训，即学生通过模仿教师在实训平台的示范操作来学习，且学习过程需要严格遵守既定的流程和标准[6]。其结果是许多学生过度依赖教师和教材，导致自身缺乏独立思考和创新的能力。在知识总量爆炸性增长，软知识层出不穷的“数智化”时代，风电人才需要具有利用网络和人工智能开展自主学习、终身学习的能力，因而使得这种传统的实训方法变得力不从心[3]。此外，作为高层次、复合型人才，“数智化”人才需要面临更加复杂、困难的技术问题，这意味着其需要具有更加优秀的团队合作能力，但课程思政与实训教学的融合还有待加强。上述问题表明已有的实训教学方法亟待变革。

现有的实训教学设备大多由缩比模型和仿真系统组成[4，6，8]。这些设备虽然能够在一定程度上复现风电机组的工作原理，但在技术参数方面与实际机组差距甚大，而且在系统功能方面做了较大的简化处理，此外，实训场地也与真实风电场差异显著，使学生对真实工作环境和工作内容感触不深。此外，一些学校采用的实训教材仍然遵循传统的二维框架编写，与信息化、数字化技术融合不足，导致学生的学习兴趣不高，且难以将理论知识与工程实际相结合[9]。另外，在慕课平台中，风电实训类的资源比较稀缺，而且与线下教学的配合效果并不理想[10]。因此，有必要对实训教学资源进行改进和丰富。

“数智化”运维是物联网、大数据以及人工智能等前沿学科与传统风电运维技术融合的产物，其教学和创新必然是一项跨领域、跨学科的工作。许多高校教师虽然具有优秀的教学和科研能力，但在学术研究上却往往局限在单个技术领域，无法达到“数智化+风电”的综合性人才培养目标。此外，近些年一些高校为了办学规模扩大以及办学层次升格发展的需要，通过引进、招聘等方式吸收补充了大批年轻博士教师，他们既缺乏教学经验、也没有风电行业的工作经历，较难开展“数智化”实训教学。近年来，许多高校开始推广“双师”建设，但“双师型”教师比例远未达到行业需求[11-12]。因此，风电实训教学的师资力量有待加强。

综上所述，根据风电行业对“数智化”人才的需求，对目前高校的实训教学体系进行检视，会发现已有体系存在课程体系滞后于行业发展、教学方法落后、实训教学资源匮乏、实训师资力量薄弱、培养路径单一、缺乏多元、个性化的评价体系以及长效培养机制不健全等问题，导致实训效果难以满足风电行业发展需要，最终引起风电行业“数智化”人才缺失的困境。

二 基于“双轮-双翼”协同的实训平台建设方法

实训平台是面向高校实训教学的综合服务平台，能够提供教学、实训以及资源管理等多个服务，通过与理论课程相结合，模拟真实环境，达到强化实践操作能力的教学目的。因此，依托实训平台的实践教学是风电“数智化”人才培养的主要阵地，也是实现培养体系优化的重要载体。许多高校和培训机构相继开发了高度虚拟仿真的实训环境来提供系统化、多案例、全场景的技能操作服务。但是，这种过于虚拟化的实训平台与真实场景存在较大差异，而且学生的虚拟体验不能真正替代实操经验，难以使学生将理论知识与工程实际进行有效结合。本文提出了一种虚实结合的风电“数智化”实训平台，在与真实机组技术参数完全一致的实训设备融入数字化的教学技术，实现虚拟教学和实物教学的优势融合。但是，实训平台建设存在“三高、三难”的难点和痛点，即建设经费高、使用损耗高、实训过程存在高风险、项目难实施、难以通过观摩实现有效实训以及难以再现场景和案例。为此，如图1所示，本文提出了一种基于“双轮-双翼”协同的实训平台建设方法，具体如下。

（一） 以产教融合、协同创新为轮

首先，建设产教融合教育教学与资源中心，建立面向风电前沿运维技术的高层次人才培养模式。面向风电企业需求和行业未来发展趋势，建立高层次人才培养目标并进行人才分类，制定个性化的培养计划，提升为风电企业培养高层次人才的针对性。大力加强人工智能、物联网、大数据以及数字孪生等前沿运维技术的教学和实践，构建集科研育人、实践实训、创新创业、社会服务于一体，互补、互利、互动、多赢的新型产教融合平台，形成可复制推广的创新人才培养模式。

其次，联合风电企业开发教学资源。以企业为核心，校企联合重构专业课程体系，打造线上与线下混合、实物与虚拟融合、实践与理论结合的专业教学资源，建成匹配高层次风电“人才专业”岗位需求特点的新型课程和教材体系。推进双师双能型队伍建设，构建校企混编团队，推动前沿运维技术课程内容与行业标准、生产流程、项目开发等领域科学对接。

然后，依托学校丰富的师资、国内领先的数字化运维技术和高端的智库力量，向周边高校、企业及社会再就业人群提供风电高层次运维人才的职业技能培训及鉴定、高端精准就业推荐、职业技能竞赛及集训等社会性业务。通过向社会辐射服务能力，助力区域产业人才培养及就业。

最后，打造服务风电企业产研需求的创新服务能力。整合学校和企业资源，导入、组建企业工程师队伍，围绕风电运维技术瓶颈和特性技术难题开展协同创新，推动研究成果的转化和应用，促进企业转型升级。强化校企联合开展技术攻关、产品研发、成果转化、项目孵化等工作，共享研究成果，产出一批科技创新成果[13]。大力推动科教融合，促进科研与人才培养积极互动，提升服务企业能力[14]。

（二） 以工程理念与信息技术为翼

风电“数智化”人才需要用数字技术和人工智能方法解决实际运维问题，并以此来推动风电产业的技术变革。基于上述工程理念，风电“数智化”运维实训平台的建设目标包括：构建全尺寸风电机组综合实验平台，打造反映风电企业真实生产条件的实践与实训环境，使学生具备利用“数智化”技术开展基础运维工作的能力；搭建数字化教学平台，实现教学和考核的虚拟、现实双轨并行，提高人才培养的效率和质量；建设“数智化”运维技术综合试验平台，实现“数智化”技术的培训与创新实践，使学生能解决“数智化”技术应用中的难点问题，并提高科研创新能力。

充分利用信息技术快速发展带来的机遇，将3D数字化、虚拟仿真、VR/AR等新型数字技术融入到实训教学过程中，模拟真实岗位环境及能力要求，打造虚拟仿真实训教学基地，降低学校实训基地打造的经费、场地环境等的限制，以及传统实训方式过程中存在的安全隐患。更重要的是，虚拟仿真实训平台兼容性强，可适用于重现不同的专业技能实训课堂，便于学生对同类知识的理解与迁移，还能为线上线下混合式教学提供服务。虚实结合的教学方式能够使学生获得实训的机会，并使其对于技能的熟练掌握程度大大提升，真正成为风电行业需要的高技能型人才[15]。

三 实训平台建设流程、内容及课程体系

（一） 平台建设流程

平台建设秉承“育人为本、产业为要、产教融合、创新发展”的原则，以平台为牵引，吸纳并融合风电机组制造商和风力发电企业的优质技术资源，并依托平台推动风电人才培养体系的改进。具体工作思路包括：首先，基于在役兆瓦级风电机组工作原理，并对标实际技术参数，实现整机还原与案例复现；在此基础上，进行虚拟现实教学平台、案例仿真系统、智能考试终端以及双师智慧实训室的建设工作，实现数字化教学；然后，围绕已搭建的风电系统建设“数智化”运维技术综合试验平台，包括风电智能生产管理、场站侧智能感知物联网、风机故障智能诊断、智能功率预测以及全过程智能检修维护等五部分内容；最后，依托平台，提出风电人才培养模式的改进意见。

（二） 平台建设内容

根据沈阳工程学院“双轮-双翼”协同和“一体双师四融合”的人才培养逻辑（产教融合与协同创新协同、工程理念与信息技术协同，共同打造卓越工程技术人才培养共同体，教师和企业导师共同培养学生综合能力，同时学生、学校、企业和社会相融合），结合发电企业对“数智化”人才的需求，制定建设内容如下。

1 全尺寸风电机组综合实验平台

如图2所示，按照风机系统组成及主要功能，可将平台分为主控系统、并网系统、变桨系统以及偏航系统等四部分。与缩比模型不同，该平台采用了与真实机组完全相同的部件和技术参数，实现了对机组的还原。

2 数字化教学平台

如图3所示，按照教学方式，可将数字化教学平台分为智能实训系统、双师智慧实训室以及虚拟现实（Virtual Reality，VR）教学平台三部分。

3 智慧运维管控平台

如图4所示，依托于全尺寸风电机组综合实验平台，智慧运维管控平台着重面向风力发电企业目前关注度最高且亟待解决的五类“数智化”问题，包括风机故障智能诊断、智慧功率预测、风电场智慧生产管理、场站智能感知物联网及全过程智能检修维护。

四 依托实训平台的“一体双师四融合”风电人才培养模式

如图5所示，“一体双师四融合”是指教师和工程师共同培养学生“数智化”综合能力，同时学生、学校、企业和社会相融合，共同打造卓越工程技术人才培养共同体。为建立这一模式，提出如下措施。

（一） 课程体系建设

以企业为核心，校企联合重构专业课程体系，打造线上与线下混合、实物与虚拟融合、实践与理论结合的专业教学资源，建成匹配高层次风电人才专业岗位需求特点的新型课程和教材体系。构建校企混编团队，推动前沿运维技术课程内容与行业标准、生产流程、项目开发等领域科学对接。以实训平台为依托，打造“订单班”“学徒班”培养机制[16]。并且，将风电“数智化”的校企合作项目和大学生创新、创业竞赛纳入实训范畴，开设专题课程。

（二） 丰富教学方法

依托数字化实训教学平台，为学生提供多元化的实训方法，以课题和竞赛形式引导学生进行自主学习，提高学生利用网络和人工智能开展自主学习、终身学习的能力。利用虚拟现实、云平台以及OMO“双师”教学等数字化技术提高学生学习效率，使课程内容贴近行业实际，提供更丰富的“数智化”知识学习渠道。鼓励学生利用实训平台进行创新观点和既有结论的验证，以答辩作为实训成果考核的主要形式，培养学生的批判性思维和决策能力。在实训过程中，围绕平台前沿的数字化运维设备，开展相关技术理论的系统性教学，使学生建立系统且贴合实际的数智化知识储备。同时，加强课程思政建设，以团体形式参加比赛和考核，加强人才团队交流和合作能力。

（三） 虚实结合的立体式教学资源

依托实训平台还原真实风电机组的基本功能，高度模拟真实风电工作场景，并依托数字化教学平台构建立体空间多人多专业协同技能提升平台、OMO“双师”教学智慧实训室以及虚拟仿真课程资源库，实现运维、检修、作业、安全与事故演练等多专业覆盖的新型沉浸式体验和技能培训与提升，实现“知学练考评测溯管”一体化功能。开展“双师”教学，实现教学和考核的虚拟、现实双轨并行。依托风力发电智慧物联运/检/维技术综合实验平台建立场站侧智能感知物联网、风电机组安全可信实时控制与通信、基于知识与数据协同驱动的风机故障诊断、高精准多时空尺度功率预测、风电智慧生产管理以及全要素、全过程智能检修维护与技术等六个创新实验平台，为学生创新实践提供虚实结合的立体式教学资源支持。

五 结束语

实训教学作为高校“数智化”人才培养体系的主阵地，其与行业需求的配适度能直接影响人才培养质量，并最终关系到行业发展。针对风电“数智化”变革带来的全新人才需求，检视了已有高校人才培养体系在课程体系、教学方法、教学资源、师资力量、培养路径、评价体系以及长效培养机制等方面存在的问题，提出了依托 “数智化”实训平台的“一体双师四融合” 风电人才培养新模式，为此建立了包含全尺寸风电机组综合实验平台、数字化教学平台以及“数智化”运维技术综合试验平台在内的风电“数智化”实训平台，并打造了线上与线下混合、实物与虚拟融合、实践与理论结合的专业教学资源，建成了匹配高层次风电“数智化”人才专业岗位需求特点的新型课程和教材体系。在平台建设过程中，基于“双轮-双翼”驱动方法，解决了平台建设“三高、三难”的痛点问题。

参考文献：

[1] 马健瑞，赵蕊.“双碳”背景下促进我国风电设备行业发展研究[J].经济纵横，2022，440（7）：42-49.

[2] 罗小芳，张晨阳，王允，等.海上风电运维管理技术现状和展望[J].船舶工程，2022，44（2）：22-30.