于文博 劉松暉

摘要：制藥生產(chǎn)自動(dòng)化和信息化是發(fā)展的必然趨勢(shì)，原有制藥設(shè)備的教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)逐漸無(wú)法滿足企業(yè)對(duì)制藥人才培養(yǎng)的需要，在這一背景下，我們對(duì)自動(dòng)化控制方面的知識(shí)和技能的教學(xué)融入制藥設(shè)備課程進(jìn)行了探索，以發(fā)酵罐的控制為例開發(fā)了教學(xué)項(xiàng)目。

關(guān)鍵詞：制藥設(shè)備；自動(dòng)化控制；教學(xué)項(xiàng)目；DSC組態(tài)

制藥設(shè)備課程是藥品生產(chǎn)技術(shù)專業(yè)普遍開始的一門專業(yè)課程，這門課程技術(shù)實(shí)踐性強(qiáng)。課程的主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生掌握制藥設(shè)備的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，熟悉常用制藥設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理，學(xué)會(huì)操作使用和維護(hù)常用的制藥設(shè)備，為學(xué)生日后進(jìn)入制藥企業(yè)實(shí)踐操作崗位打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。這門課程的性質(zhì)和目標(biāo)決定了課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要密切聯(lián)系制藥企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際，以滿足人才培養(yǎng)需求。本文擬討論在制藥行業(yè)自動(dòng)化、信息化背景下，我們對(duì)制藥設(shè)備教學(xué)內(nèi)容的改革和教學(xué)設(shè)計(jì)所進(jìn)行的一些探索。

1.制藥企業(yè)對(duì)自動(dòng)化人才的需求

隨著人類對(duì)藥物的需求增長(zhǎng)和用工成本的增加，制藥公司正在不斷地尋找新的方法來(lái)提高生產(chǎn)率，制藥自動(dòng)化設(shè)備和信息化（機(jī)器人）是其中最重要的方法。制藥企業(yè)正在加速自動(dòng)化技術(shù)和信息技術(shù)的深度融合，對(duì)制造裝備和生產(chǎn)流程進(jìn)行技術(shù)改造。這一趨勢(shì)使得企業(yè)現(xiàn)在對(duì)有制藥設(shè)備自動(dòng)化、信息化知識(shí)與技能的專業(yè)人才的需求不斷加強(qiáng)[1-2]。在我校舉行的藥品生產(chǎn)技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)方案論證會(huì)上，來(lái)自省內(nèi)多家大型制藥企業(yè)的專家都建議在制藥設(shè)備課程中增加自動(dòng)化控制方面的教學(xué)內(nèi)容。但原有制藥設(shè)備課程的教學(xué)項(xiàng)目和課程資源并沒(méi)有涉及這部分內(nèi)容，這迫切需要我們?cè)O(shè)計(jì)新的教學(xué)項(xiàng)目滿足企業(yè)對(duì)人才培養(yǎng)的需求。

2.制藥設(shè)備課程中自動(dòng)化內(nèi)容的教學(xué)現(xiàn)狀

目前無(wú)論是高職和本科制藥設(shè)備方面的教材都沒(méi)有涉及自動(dòng)化控制方面的內(nèi)容。一般自動(dòng)化控制方面的課程是機(jī)電一體化專業(yè)或自動(dòng)化等專業(yè)開設(shè)的，但這些課程是適用于各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的通用型課程。在專業(yè)自動(dòng)化控制的教學(xué)方面，化工領(lǐng)域開展的較為成熟，一般的化工專業(yè)都開始有《化工自動(dòng)化》或《化工儀表與自動(dòng)化》課程，我校精細(xì)化工專業(yè)開發(fā)了《化工生產(chǎn)工藝與DCS控制》課程較為系統(tǒng)的完成了化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)的教學(xué)。化工領(lǐng)域的自動(dòng)化與制藥行業(yè)的自動(dòng)化既有一定的聯(lián)系又有各有不同的側(cè)重?；ゎI(lǐng)域的自動(dòng)化控制主要是采用的是DCS，而在制藥過(guò)程中第一階段原料藥的生產(chǎn)一般采用DCS控制，而在后面的制劑生產(chǎn)中主要是應(yīng)用PLC控制。

3.自動(dòng)化控制教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)

校企合作是開發(fā)教學(xué)項(xiàng)目的必由之路。我們與制藥行業(yè)的龍頭進(jìn)行合作開發(fā)了基于制藥過(guò)程中典型自動(dòng)化控制系統(tǒng)的教學(xué)項(xiàng)目，我們完成《制藥設(shè)備實(shí)務(wù)》課程標(biāo)準(zhǔn)的修訂、確定教學(xué)內(nèi)容、收集教學(xué)素材、設(shè)計(jì)學(xué)做一體的教學(xué)項(xiàng)目、制定項(xiàng)目評(píng)價(jià)方案、編寫實(shí)訓(xùn)教材、制作信息化教學(xué)資源等方面的內(nèi)容。

制藥設(shè)備自動(dòng)化控制方面的基礎(chǔ)內(nèi)容包括檢查儀表的使用與檢驗(yàn)、控制系統(tǒng)的組成、DCS控制系統(tǒng)的組成與操作、PLC控制系統(tǒng)的組成與操作等內(nèi)容。我們通過(guò)對(duì)接企業(yè)自動(dòng)化控制方面的專家，摸清在制藥生產(chǎn)的相關(guān)崗位最需要操作人員掌握的知識(shí)和基本技能。我們?cè)O(shè)計(jì)了“認(rèn)識(shí)液位控制系統(tǒng)”和“發(fā)酵罐D(zhuǎn)CS組態(tài)設(shè)計(jì)”兩個(gè)教學(xué)項(xiàng)目。

3.1“認(rèn)識(shí)液位控制系統(tǒng)”項(xiàng)目

自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組成、過(guò)渡過(guò)程及品質(zhì)指標(biāo)、控制器的控制規(guī)律和參數(shù)整定是自動(dòng)化控制所必須掌握的基礎(chǔ)知識(shí)，傳統(tǒng)的理論教學(xué)難以引起學(xué)生的興趣，我們?cè)O(shè)計(jì)了“認(rèn)識(shí)液位控制系統(tǒng)”這一教學(xué)項(xiàng)目，用這個(gè)項(xiàng)目來(lái)承擔(dān)自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)。

項(xiàng)目讓同學(xué)們從一個(gè)直觀的液位控制系統(tǒng)入手，讓學(xué)生比對(duì)液位的人工控制與液位的自動(dòng)控制的不同點(diǎn)。教師進(jìn)一步講解自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)成，并引導(dǎo)學(xué)生對(duì)液位控制系統(tǒng)的組成進(jìn)行分析，列出被控對(duì)象、測(cè)量變送器、控制器和執(zhí)行器。在此基礎(chǔ)上繪制自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖。

通過(guò)控制系統(tǒng)的操作，讓學(xué)生對(duì)最大偏差、衰減比、余差、過(guò)渡時(shí)間、振動(dòng)周期等控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)有更加直觀的認(rèn)識(shí)?？刂破鞯目刂埔?guī)律及原理是自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)的又一個(gè)難點(diǎn)。在本項(xiàng)目的實(shí)施中學(xué)生通過(guò)為液位控系統(tǒng)系統(tǒng)的參數(shù)整定，會(huì)對(duì)控制過(guò)程和PID控制原理有一個(gè)更深入的理解。

3.2“發(fā)酵罐D(zhuǎn)CS組態(tài)設(shè)計(jì)”項(xiàng)目

DCS是生物制藥反應(yīng)設(shè)備中常用的控制系統(tǒng)，我們?cè)谇捌诎l(fā)酵罐使用項(xiàng)目基礎(chǔ)上進(jìn)一步設(shè)計(jì)了“發(fā)酵罐D(zhuǎn)CS組態(tài)設(shè)計(jì)”項(xiàng)目。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下完成以下7個(gè)方面的任務(wù)：

一、發(fā)酵罐工藝流程回顧與測(cè)點(diǎn)清單整理：回顧并進(jìn)一步深入理解課程前面已經(jīng)講述過(guò)的發(fā)酵罐工藝流程，在此過(guò)程中整理出需要引入到DCS中的測(cè)點(diǎn)，并確定各測(cè)點(diǎn)的信號(hào)類型、量程、報(bào)警要求等；二、發(fā)酵罐D(zhuǎn)CS系統(tǒng)整體配置：確定DCS中控制站、工程師站和操作員站的數(shù)量、地址、是否冗余等；三、I/O組態(tài)：根據(jù)第一步整理出的測(cè)點(diǎn)清單，選擇合適的I/O卡件，對(duì)個(gè)I/O點(diǎn)進(jìn)行組態(tài)；四、操作小組設(shè)置與數(shù)據(jù)的分組分區(qū)：確定系統(tǒng)分為幾個(gè)操作小組，各小組的權(quán)限；將測(cè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分組分區(qū)，進(jìn)行光字牌組態(tài)，以便方便高效的處理報(bào)警數(shù)據(jù)；五、發(fā)酵罐控制方案及其DCS組態(tài)：分析、確定發(fā)酵罐各參數(shù)的控制方案，并在DCS中正確組態(tài)這些控制方案。六、發(fā)酵罐操作畫面組態(tài)：組態(tài)發(fā)酵罐工藝操作的總貌、分組、趨勢(shì)和流程圖畫面。七、發(fā)酵罐報(bào)表組態(tài)：組態(tài)發(fā)酵罐工藝操作的班報(bào)表。

制藥設(shè)備課程改革圍繞制藥企業(yè)對(duì)自動(dòng)化控制反面的需求特點(diǎn)，運(yùn)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式，與職業(yè)崗位需求對(duì)接，進(jìn)行的項(xiàng)目化教學(xué)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)理論實(shí)踐一體化教學(xué)。通過(guò)學(xué)做一體的教學(xué)項(xiàng)目的實(shí)施，使學(xué)生能初步掌握生物制藥相關(guān)的控制系統(tǒng)的基本知識(shí)和基礎(chǔ)操作，滿足制藥企業(yè)對(duì)專業(yè)人才培養(yǎng)提出的新要求。這是校企合作開發(fā)特色課程的一次探索性的實(shí)踐，可以為開發(fā)高職工科類交叉學(xué)科課程提供一種可行的參考方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊文豪. 自動(dòng)化、信息化背景下制藥設(shè)備精英小班的教學(xué)實(shí)踐[J]. 工業(yè)技術(shù)與職業(yè)教育， 2017（1）：39-41.

[2]陳良軍. 生物制藥廠EMS系統(tǒng)[J]. 自動(dòng)化與儀器儀表， 2014（7）：141-142.

基金項(xiàng)目：本文系杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院2018年度教改課題“翻轉(zhuǎn)課堂”在制藥設(shè)備課程教學(xué)中的實(shí)踐”（課題編號(hào)：JG201816）的研究成果。