仿真教學在石油加工生產(chǎn)技術(shù)課程中的應(yīng)用

王睿　龔黎黎

【摘 要】 石油加工生產(chǎn)技術(shù)課程實踐性強，仿真教學在該課程的課堂理論教學與工廠頂崗實習之間有重要的鏈接作用。本文敘述了石油加工仿真教學形式的特點和功能，并分析得出教師實踐水平的提升、教學模式與方法改革和實訓基地的開放機制均有助于保障仿真教學的高效實施，達到良好的教學效果。

【關(guān)鍵詞】 仿真教學；石油加工；教學模式

【中圖分類號】 G64.28 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2095-3089（2017）14-00-02

石油加工生產(chǎn)技術(shù)課程講述的是將原油通過一次加工（常減壓蒸餾）、二次加工（催化裂化、催化重整、加氫裂化）和三次加工（氣體加工）生產(chǎn)為以汽油、煤油和柴油為主的石油產(chǎn)品的工藝過程。該課程是石油化工技術(shù)專業(yè)的應(yīng)用核心課程，對應(yīng)崗位是燃料油生產(chǎn)一線高級操作工，同時也是從事燃料油生產(chǎn)領(lǐng)域技能型人才培養(yǎng)過程中所需的專業(yè)素養(yǎng)形成課程[1]。該課程所有實訓環(huán)節(jié)與理論課綁定，實訓課時達50%，理論實訓一體化教學，是與石油加工生產(chǎn)崗位零距離對接的課程。

石油加工生產(chǎn)技術(shù)課程中的教學情境，其實際過程是在高溫、高壓、密閉的工藝條件下進行的，在校園內(nèi)無法簡單復(fù)制，實訓室內(nèi)的真實情境演練無法實現(xiàn)。因此，對于石油加工生產(chǎn)實踐性很強的課程，仿真教學在石油加工生產(chǎn)技術(shù)課程的實訓教學環(huán)節(jié)中發(fā)揮著重要的作用。

一、石油加工生產(chǎn)技術(shù)課程教學中的仿真形式

1.DCS仿真系統(tǒng)

仿真軟件采用DCS控制系統(tǒng)，在計算機上應(yīng)用仿真軟件進行裝置冷態(tài)開車、運行調(diào)節(jié)、正常停車、事故處理等操作訓練，其控制參數(shù)與工廠一致，自帶評分系統(tǒng)，可反復(fù)進行操作訓練。如催化裂化反應(yīng)-再生DCS仿真操作系統(tǒng)，學生可掌握催化裂化反應(yīng)和再生過程的工藝流程，了解反應(yīng)器、再生器等常用設(shè)備功能及物料流向；熟練催化裂化開、停車步驟，通過手動、自動控制，掌握工藝指標的調(diào)節(jié)方法，了解內(nèi)操、外操職責。通過DCS仿真軟件，將真實石化企業(yè)的內(nèi)操工作在校園內(nèi)運行，使催化裂化的理論教學過程生產(chǎn)化、實際化。

2.三維虛擬仿真工廠

三維虛擬仿真工廠根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場實際裝置采用三維建模手段還原工廠實際，通過鼠標和鍵盤的操作，學生行走于虛擬裝置中，并對現(xiàn)場設(shè)備的操作，自帶評分系統(tǒng)。同時學生可以對工藝中的核心設(shè)備的結(jié)構(gòu)與特點進行三維剖解與分析，提供身臨其境的現(xiàn)場感。

三維虛擬仿真教學系統(tǒng)以裝置冷態(tài)開車、正常停車的工作步驟為主要訓練內(nèi)容，也包括工藝參數(shù)平衡穩(wěn)定調(diào)節(jié)和事故處理等工作狀況，滿足不同層次學生的學習要求。該系統(tǒng)在石油加工生產(chǎn)技術(shù)課程教學中的應(yīng)用，促進了學生基本工藝原理及設(shè)備工作原理的理解，提高了學生的調(diào)節(jié)控制工藝參數(shù)的操作能力。立體顯示技術(shù)及仿真技術(shù)等多種科學技術(shù)綜合了計算機圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、人機交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用[2]，可真實再現(xiàn)生產(chǎn)場景，使學生能夠全面掌握生產(chǎn)工藝流程，了解內(nèi)操和外操的相互配合過程，實用性強。

3.半實物仿真工廠

半實物仿真工廠由實物裝置、中央控制室和仿真教室三部分組成。實物裝置采用石化公司實際裝置按一定比例縮小的生產(chǎn)流程，鑒于安全與環(huán)保角度不走真實物料，但能模擬進行溫度、壓力、流量、液位的測量和控制，學生也可進行工藝流程圖的現(xiàn)場識讀。中央控制室采用DCS控制系統(tǒng)，在仿真條件下進行裝置冷態(tài)開車、調(diào)節(jié)閥控制及正常運行等操作訓練，通過設(shè)置各類模擬故障，使操作人員能夠處理各類緊急狀況。裝置運行過程節(jié)能、環(huán)保，既能鍛煉學生操作技能，又能確保學生實訓安全。仿真教室包括三維虛擬仿真系統(tǒng)、主要設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工業(yè)版仿真軟件。半實物仿真工廠使學生從“沉浸—交互—構(gòu)想”的虛擬世界走進現(xiàn)實世界。

如DCS控制常減壓半實物仿真工廠將計算機仿真軟件和常減壓蒸餾裝置操作統(tǒng)一起來，外操現(xiàn)場操作手動閥，內(nèi)操在中控室進行調(diào)節(jié)閥控制，同時觀察初餾塔、常壓塔、減壓塔的液面及塔頂、塔底和各側(cè)線溫度，整個過程將使虛擬仿真與真實裝置操作實訓結(jié)合起來，內(nèi)操與外操同時配合完成，培養(yǎng)了學生的協(xié)作意識，同時對職業(yè)崗位群所包含的操作技能進行強化。

4.智能化模擬操作工廠

智能化模擬工廠主要由智能工廠、關(guān)鍵塔器自動門、虛擬工廠、DCS仿真和設(shè)備結(jié)構(gòu)資源庫五部分組成。智能工廠是以各色有機玻璃管和手動閥門為基本原件，按照一定比例制作而成的“小型工廠”。同時采用DCS控制系統(tǒng)，利用電動、燈光、立體、透視、色彩等現(xiàn)代化手段制作，使之外形、工作狀態(tài)即事故現(xiàn)象更加逼真。關(guān)鍵塔專門開設(shè)自動門，學員可以清晰看到塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

虛擬工廠再現(xiàn)了現(xiàn)場真實場景，使學生猶如進入了真實生產(chǎn)環(huán)境。設(shè)備結(jié)構(gòu)資源庫集成了詳細的設(shè)備結(jié)構(gòu)，方便學生對設(shè)備進行認知和學習。設(shè)備結(jié)構(gòu)仿真系統(tǒng)主要包括反應(yīng)器、產(chǎn)品罐、泵、閥等主要設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可進行虛擬組裝及拆卸，便于學生了解設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和裝卸原理。

5.綜合實訓演練系統(tǒng)

在化工企業(yè)中，安全意識是一個永恒重要的主題，在確保安全的前提下全面培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)。基于安全生產(chǎn)過程的HSE演練裝置由中央控制室和生產(chǎn)系統(tǒng)組成。裝置按照甲類防火區(qū)設(shè)計的加氫精制裝置配置HSE演練裝置輔助用品（實訓工作服、安全帽等）和演練裝置附件（維修工具、易耗品、實訓工具及物品等）。該實訓演練裝置通過工藝流程和控制閥的模擬以及與現(xiàn)場實物裝置的互動，實現(xiàn)學生化工安全技術(shù)認知、應(yīng)急救援、裝置生產(chǎn)操作模擬及HSE消防演練的實際應(yīng)用能力，獲得“身臨其境”真實工廠，并對其進行操控的強大體驗，鍛煉應(yīng)急能力和處理突發(fā)事件的能力，并建立良好的安全防范意識。同時，該裝置有考試平臺、評分系統(tǒng)和幫助系統(tǒng)。

二、仿真教學實施的保障措施

1.教師教學能力提升

由于仿真教學過程以實際生產(chǎn)過程為出發(fā)點，對教師的要求更全面，不僅具備基礎(chǔ)理論教學的能力，更要具備實踐操作教學的能力。利用雙師型教師和設(shè)備資源對實訓教師進行在職培訓，調(diào)動教師的工作積極性和創(chuàng)造性，提高其自身素質(zhì)和實踐教學水平。每年利用寒暑假期間，選派教師到企業(yè)掛職鍛煉、參加化工行業(yè)培訓、實踐教學研討會，實操技術(shù)培訓班，技師培訓班等，提高了教學和管理隊伍的整體素質(zhì)。

同時利用與企業(yè)良好的合作關(guān)系，進行人才互聘，企業(yè)兼職教師可帶領(lǐng)青年教師和優(yōu)秀學生參與產(chǎn)學研項目，通過定期地開設(shè)專題講座介紹專業(yè)新技術(shù)及新工藝，對教師和學生進行實踐操作培訓及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐指導等。

2.教學方法改革

（1）“現(xiàn)場實操—理論講授—仿真演練”螺旋上升式教學模式

本專業(yè)的實訓過程可分為三個層次，分別是基本化學技能實訓、化工單元操作技能實訓和石油化工綜合技能實訓。依據(jù)實訓平臺，進行“現(xiàn)場實操—理論講授—仿真演練”的教學模式改革。對學生進行從簡單到復(fù)雜、從單元操作到綜合操作、從仿真模擬訓練到生產(chǎn)實習、從驗證性試驗到科研能力的訓練，提升學生的綜合技能[3]。

（2）“教師—學生助理—學生”的實訓組織方法

通過理論、技能和面試考核，選拔優(yōu)秀學生，擔任實訓教師助理工作，通過學生相互之間的“傳幫帶”，共同提高職業(yè)技能，這種“教師—學生助理—學生”的實訓組織方法，可以極大地提高了學生的技能水平。每個年級選拔3-5名優(yōu)秀學生做實訓教師助教，學生之間更便于溝通。

（3）開放式實訓基地運行機制

融入企業(yè)職業(yè)素質(zhì)、質(zhì)量安全意識，建設(shè)開放式實訓基地；按照企業(yè)管理模式，借助實訓室管理系統(tǒng)全天候開放實訓室，輪班輪崗，師生協(xié)作，規(guī)范管理實訓室。保證了實訓室的高效利用，促進了學生可持續(xù)發(fā)展。此外，服務(wù)對象從學生、教師可拓展到企業(yè)職工及社會相關(guān)人員。在仿真技能訓練和教學科研基礎(chǔ)上，實訓基地教學資源共享，能夠提供職工培訓、技能競賽、師資培養(yǎng)等多元化、多層次服務(wù)。

三、結(jié)束語

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，仿真技術(shù)在石油化工加工教學領(lǐng)域越來越趨向于石油化工全流程綜合實訓，通過自動控制、生產(chǎn)調(diào)節(jié)與管理、調(diào)度、執(zhí)行等教學操作，實現(xiàn)安全、節(jié)能與高效一體化生產(chǎn)[4]，仿真教學形式的綜合化發(fā)展大大促進了石油加工生產(chǎn)技術(shù)課程的教學效率，提升學生的學習積極性，為將來全面履行石油加工生產(chǎn)崗位的工作職責，成為合格的技術(shù)人員奠定基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]劉蘭，莫桂娣.石油化工加工實驗教學的反思與虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用[J].中國化工貿(mào)易，2013，10.

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[4]吳重光，夏迎春.我國石油化工仿真技術(shù)20年成就與發(fā)展[J].系統(tǒng)仿真學報，2009，21.