操作員仿真培訓系統在大型煤化工企業中的應用

鄒建波（遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責任公司 遼寧 阜新 123000）

一、引言

近年來，在國際油價持續居高不下的影響下，激發了我國煤化工項目的投資熱情，促進了新型煤化工項目的快速發展，一批國家重點示范項目陸續取得突破并在煤制烯烴、煤制油、煤制天然氣等方面取得了重大突破和成功。新型煤化工企業是技術密集型、資金密集型產業，對技術人才的需求相當迫切，并且生產操作人員中工作經驗缺乏的人員占到了80%以上，甚至高達90%，如何迅速改變生產操作人員經驗不足的現狀，提高生產操作人員的整體素質，為裝置的“安穩長滿優”運行提供人才保障，是新型煤化工企業面臨的一項難題。遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責任公司（以下簡稱“我公司”）委托開發了23套化工單元仿真培訓軟件、理論考試平臺和12套定制仿真軟件，構建了以提高生產操作人員實際操作能力為中心，仿真培訓和外出實習培訓并重的創新培訓模式，顯著地提高了生產操作人員的整體素質。

二、仿真的概念

仿真技術涉及系統工程、相似理論、計算機軟件與網絡技術、控制工程等，同時其在不同領域的開發與應用還涉及到相關的專業學科。仿真技術通常有三個主要部分組成：對象系統、數學模型和仿真機，三個部分之間形成兩個關系：由對象系統到數學模型之間的關系，稱為建模（Modeling）；由數學模型到仿真機之間的關系，稱仿真（Simulation）[1,2]。

對象系統：是擬進行仿真的實際系統或設計系統，如：生產裝置，儀器設備等；數學模型與建模：用于描述對象系統的數學表達式的集合稱為數學模型，建模就是分析、推導和建立數學模型的方法與過程；仿真機與仿真：仿真系統的軟件和硬件有機結合構成仿真機，仿真就是依據數學模型開發仿真軟件的方法與過程[3～ 5]。

三、操作員仿真培訓系統的架構

操作員仿真培訓系統（OTS）包括軟件和硬件兩部分，其中軟件分為通用化工單元培訓軟件和與現場裝置一致的定制仿真軟件；硬件也就是仿真教室。仿真教室采用標準計算機作教師站（可兼工程師站）和學員站，學員站可兼具仿DCS和仿現場站操作功能。教師站配備一臺打印機和投影儀。在同一個局域網上，可以同時運行一臺教師站和多臺學員操作站，教師站采用Microsoft Windows XP/Vista/7，學員站可采用Microsoft Windows XP/Vista/7或最新穩定的操作系統，網絡系統采用TCP/IP協議、以太網連接的多用戶、多任務可遠程訪問的系統。仿真教室硬件結構圖2所示，我公司配置了專門的仿真教室，設置了兩臺教師站和40臺學員站。

四、應用情況

由于化工行業的特殊性，員工在現場實習期間只能看不能動手操作，學習效果普遍不高，對現場操作知識掌握較差，而通過仿真培訓，使生產運行人員的整體水平有了較大的提升。

1、日常培訓工作中的應用

目前，我公司OTS目前主要用于操作員的崗前培訓，利用OTS對生產操作人員進行冷態開車、熱態開車、正常停車、緊急停車和各種事故處理等針對性培訓。通過冷態開車、熱態開車、正常停車、緊急停車的培訓，使生產操作人員對操作過程的理解更加深入，有效提高了生產操作人員的基本操作能力。通過各種事故處理的培訓，使操作人員熟練掌握常見事故的處理能力，減少了突發性事故和誤操作及非正常停工。通過仿真培訓，可以方便地使操作人員掌握不同崗位的生產運行操作技能，培養全面操作人才，達到一人適合多個崗位的生產操作要求，提升操作人員的全面生產操作技能。自仿真教室投用以來，我公司對全廠700多名生產操作人員進行了系統仿真培訓，累計完成了約80000學時，有效提高了生產操作人員的整體操作水平。

2、生產準備調考工作中的應用

現階段我公司正由基建工作為中心逐步轉變為基建、生產兩方面同時進行，操作人員培訓工作與效果檢驗就尤為重要，我公司利用OTS對生產操作人員進行每周一次的隨機調考，檢驗培訓質量，同時調考結果與各分廠考核情況掛鉤。截至目前，仿真調考600余人，仿真調考合格率100%，優秀率90%，這樣不但有效的檢驗了培訓效果，更能以考促學，提高生產崗位操作人員技術素質，為裝置的順利開車保駕護航。

表1 不同培訓方式費用對比

3、選拔高技能人才，為優化操作及技術改進提供平臺

OTS是操作人員技能提升和考核鑒定的現代化工具，除日常培訓及調考外，還可進行技能鑒考試、競賽等，選拔高技能人才。同時，在仿真軟件上，操作人員可以逐步探索研究為生產裝置的優化操作和技術改進提供指導，做到節能降耗，優化生產的在線實時模擬優化，從而對工藝運行過程進行研究，為裝置生產運行提供指導和技術改造提供參考。

因此，通過仿真培訓，不但能使操作員熟悉系統設備組成、設備工作原理，掌握多種工況下開車、停車和維護正常運行的操作，提高異常事故狀態下應急處理技能，更是企業操作人員技能提升和考核鑒定的現代化工具，為企業選拔高技能人才提供有效載體，為優化操作及技術改進提供廣闊平臺。

五、經濟和社會效益分析

1、經濟效益分析

以我公司為例，大唐國際阜新煤制天然氣項目是新建項目，共招學生719人，根據項目進展情況，安排這些學生分別赴工藝相近的化工廠開展實習，為保證學習效果，計劃新進廠學生實習時間為18個月。OTS投入使用后，大大縮短了外出培訓的時間，節省了培訓費用，具體情況見表1。

根據表1所示，原計劃傳統外出培訓時間為18個月，需資金約1553.04萬元，實際2010年前入廠的新員工就是按照這個計劃執行的。在實施外出培訓與仿真培訓相結合的培訓方式后，將外出培訓時間縮短為6個月，顯著降低了培訓費，并且培訓效果更好。

此外，據國外資料統計，在仿真培訓系統上進行針對性操作訓練，可以使操作工人在數周之內取得現場二至五年才能取得的經驗。同時縮短裝置開車時間，提高開車成功率。提高對事故的預判及處理能力。通過仿真培訓，大大提高了操作與控制水平，降低操作人員的勞動強度，從而保證裝置安、穩、長、滿、優運行，間接產生巨大效益。每減少一次事故或停車所造成的損失都是企業的經濟效益體現。

2、社會效益

（1）對員工進行培訓，增強了開好新裝置的信心

傳統的技能培訓方法是到其它廠家進行同類裝置的學習，但是由于學習單位由生產任務，通常不能讓學員上崗全面操作訓練，通常是“眼看手勿動”。因而，如何進行系統的操作，掌握開車的全過程，尤其是出現事故及突發事件如何處理，有的學員感到心中無數，心理壓力較大。此裝置仿真培訓系統投用后，給學員創造了一個與現場逼真的訓練場所，各崗位相互配合，進行反復的開停車訓練，使學員們對系統的開停車做到了心中有數，增強了開好裝置的信心。

（2）提高員工的學習熱情，增強員工的主人翁責任感

仿真培訓系統是高科技的產物，集工藝、自控與計算機技術于一體，置身仿真室，猶如置身于裝置中的控制現場。使得學員學有勁頭，干有奔頭，大大激發了學員的求知欲望和學習熱情。過去操作人員實行單崗位操作，工人長期從事比較單調的工作，枯燥無味，容易對工作喪失興趣，工作責任心逐漸下降。在仿真培訓系統上對他們進行多崗位的系統培訓，使員工學到了新知識，豐富了工作內容，了解了整個裝置的生產工藝過程及特點，懂得了所在崗位在整個裝置的重要性。這樣，工作責任心明顯增強了，樹立了主人翁的責任感。

（3）仿真培訓消除了傳統的培訓方法的不足

傳統的培訓方法就是采用師傅帶徒弟或者老師課堂講解的方法，存在著培訓時間長，培訓效果受師傅水平限制及培訓費用較高的缺點。由于剛開始不熟悉，必須在實際生產裝置上進行試操作，難免會造成生產工藝過程的波動，影響生產及安全，使生產效益受到影響，并且需經過較長時間才能獨立上崗。

而仿真培訓則可以避免這些弊端。首先，由于仿真培訓有統一的培訓大綱，由計算機軟件設定了培訓要求，因此對每一個培訓人員要求一樣。其次，仿真培訓使操作人員有身臨其境之感，如同在真實裝置操作。仿真培訓系統還可以讓培訓人員反復操作，反復訓練，消除初臨實際操作的膽怯心理，一直達到熟練掌握為止，加快了培訓進度。

（4）仿真培訓大大提高了學員的預防和處理事故的能力

仿真培訓系統具有故障設置的功能，可以對學員進行反復的排除故障的訓練，使學員熟練掌握防止與處理事故的技能，避免重大事故與非計劃停車的發生，從而保證裝置的安全平穩運行，克服重大事故帶來的對環境的污染及各種負面效應，取得很好的社會效益。

（5）通過仿真實驗來指導裝置生產

根據生產需求在仿真系統上進行裝置動態實驗與研究，進而指導裝置生產操作的優化或提供技術改造方案建議。

（6）開放仿真培訓系統，加強對外聯系與技術交流

本項目仿真培訓系統除為本企業的生產與科研服務之外，還可對國內煤化工行業進行開放，接待外單位人員進行仿真培訓，從而加強了與國內同行的技術交流，促進相互了解與共同發展，為煤化工企業和社會做出更大的貢獻。

結論

將操作員仿真培訓系統應用于我公司工藝技術人員、操作人員的專業培訓工作，使受訓人員深入理解工藝機理、熟悉操作、預見事故、增長經驗。作為遼寧省首套煤制天然氣仿真培訓系統，大唐阜新煤制天然氣操作員培訓系統是一次積極嘗試，本項目分裝置與整體流程培訓相結合的模式使受訓人員能夠從局部到全局把握工藝，短時間內熟悉工藝流程、熟練DCS操作、實踐ESD系統，做到對流程系統相互影響的深刻把握。同時，采用了仿真培訓系統，為我公司節約了大筆外出培訓費用，取得了良好的經濟和社會效益。

[1]吳重光.化工仿真實指南[M].北京:化學工業出版社,1999.

[2]趙剛.化工仿真實訓指導 [M].北京：化學工業出版社，1996.

[3]馬四朋.化工原理課程計算機訓練的教學研究與實踐[J].化工高等教育，2001（2）：47-49

[4]李士雨.化工仿真實習教學改革的研究與實踐 [J].化工高等教育，2003（2）：49-52

[5]吳重光等，我國石油化工仿真技術20年成就與發展[J].系統仿真學報，2009,21,6689-6696.