在煤化工安全培訓中可視化仿真技術的實踐思考

杜小峰

摘要：科技的進步與計算機技術的普及使化工生產的自動化程度越來越高，集中程度與生產效率也得到了增強。為了更好地落實國家關于《煤礦特種作業實操仿真培訓系統》的文件，有關部門應該積極學習可視化仿真技術，使操作人員熟悉煤礦生產的各種作業環境，掌握安全生產知識，提升實際操作能力。本文介紹了可視化仿真技術的引入及基本內涵，論述了煤化工可視化仿真技術培訓的特點及優勢，指明了未來煤化工產業安全培訓的有效措施。旨在提升操作者的安全意識與自我防護能力，保證煤化工生產安全有序的進行。

關鍵詞：煤化工;可視化仿真技術;安全培訓

中圖分類號：TQ437文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）06-0165-03

煤化工行業在我國的能源開發領域中占據著重要地位，在我國的能源結構中，煤炭所占比重高達70%。其不但是我們生產生活能源的主要來源，也是關系國家經濟命脈的關鍵行業。然而，煤化工生產領域的技術性知識繁復且相對枯燥，主要包括煤的氣化、液化，煤中碳素制品的生產原理、加工方法、計算方法、操作環境及基本設備，以及與干餾、煉焦、回收、精制有關的各種工藝。同時，在煤化工的加工與生產過程中，由于生產條件十分復雜，伴隨著嚴重的安全隱患。我國1996年頒布的《煤炭法》中明確規定了煤化工行業的安全生產方針：安全第一，預防為主。因此，煤化工生產應始終堅持“以人為本”，結合《勞動法》《安全生產法》等法律法規將崗前培訓落到實處。應以《煤礦新工人崗前安全培訓教材》為基礎，積極采用當前領先于國內、國際的虛擬現實和三維仿真技術開展業務培訓，使操作人員系統地掌握完整化、可視化的煤化工操作技能及可能遇到的各種問題。在人機交互的練習中，快速地提升自己的專業能力與認識，提高自身的安全防范意識。

1可視化仿真技術的引入及基本內涵

煤化工的生產過程包含了大量的化學反應與液體及固體燃料，且生產的條件多是高溫高壓或負壓深冷、高流速等極端環境，參與反應的化學原料也具有易燃易爆、易腐蝕、有毒等物質，生產的環境更是高粉塵、高污染、高風險，且由于化學反應的規模較大，反應程度十分劇烈難以控制，因此存在著很多不安全的因素。幾年來，煤化工行業的爆炸、污染事件不斷頻發，這使煤化工產業的安全與環保問題得到了公眾的注視，煤化工產業的安全防護工作勢在必行。

早在80年代初，西方國家就已經開始利用計算機仿真系統在煤礦領域開展業務培訓，這種方法可以讓操作人員直觀、快速、準確地理解煤化工生產領域的關鍵要點、注意危險多發環節，且極大地降低了培訓和實踐的成本，使操作人員整體的素質得到了提高。我國于1987年研制發了一套石油化工仿真培訓系統并投入應用，這標志著我國的化工生產走向了智能化、現代化。從前期來看，當時的化工培訓仿真系統應用的是以硬件為主的半實物仿真系統，造價高且維護起來難度較大，同時是由二維圖形構成，缺乏真實感。而現今的煤化工仿真培訓系統不僅實現了三維可視化，還更接近于真實的場景，

煤礦安全可視化培訓系統是建立在人工智能、多媒體技術、計算機系統及人機接口技術等多種現代技術之上的，它通過虛擬化的場景還原了煤化工生產的真實環境，給受訓者提供了一個相似度極高的操作平臺，不但能夠提高安全職業技術培訓的效率，還能取得很好的效果，縮短教學時間。它涉及了諸多專業技術工種，針對甲醇操作工、凈化操作工、氣化操作工、尿素操作工等煤化工企業的特種作業，并采用了各種練習方式加以輔助，大大提升了培訓實效。教學系統中配有相關的圖像、視頻、動漫等有趣的教學材料，還建立了網絡資源共享平臺幫助學習者擴充知識面、進行經驗交流。

2 煤礦安全可視化培訓系統的特點及優勢

2.1真實準確，親切可感

傳統的煤礦安全培訓系統多是以師傅帶徒弟進行現場理論知識的講授為主，教學手法單一、可操作性差。這使得課堂氛圍死氣沉沉，學員的學習性不高，聽得很模糊，等到自己親自上機操作的時候就顯得手忙腳亂，這樣很容易引發安全事故。煤礦安全可視化培訓系統以國家統一的煤礦培訓教材《煤礦新工人崗前安全培訓教材》為參照，采用3D可視化教學及數字化全景圖像展示，能使學習者觀看到真實場景中的每個環節，仿佛身臨其境，模擬現實的效果極佳。例如，采煤機是如何在地下作業的，即具體的開機啟動、切割方法、熄火注意事項等。

同時，三維交互操作更能增強學員的三維立體感，全方位感受火災、崩塌、滑坡、爆炸等煤化工行業的安全事故，從而提升安全意識。在這一過程中還配有位置追蹤器、保護頭盔等專業設備，這種仿真化的模擬節約了教學成本，節省了時間，且沒有任何危險性，十分值得推廣。

2.2圖文并茂.寓教于樂

傳統的煤礦安全培訓課程枯燥乏味、形式死板，僅以背誦記億為主，考核的方式也是傳統的試題模式，極大地妨礙了學員積極主動性的發揮。在這種模式下，教學成本高，學員理解不到位，對于真實場景無法進行有效的演示，只能依靠文字資料和模型來比手畫腳、煤礦安全可視化培訓系統做到了視聽結合，依靠三維動畫、情景演示、虛擬互動等方式來進行場景再現、分解設備、模擬操作，提高了學員學習的主動性，將復雜的知識變得簡單易懂，寓教于樂，大大激發了學員的學習熱情。尤其是教學軟件中游戲元素的加入，再加上巧妙的設計，使實操者能立刻進行實際操作，在模擬案例中展露身手，為真正的臨場發揮積累經驗。

2.3操作靈活.人機交互

傳統的煤礦安全培訓課程采取從頭到尾逐一講授的方式，這樣僅適合初學者，無法靈活地滿足所有學員的學習需求，無法有重點地進行實操輔導。且以單一的知識灌輸為主，學員在此過程中始終處于被動地位，更得不到真實的練習機會，對于所講的知識還是認識不足。煤礦安全可視化培訓系統可以讓已熟悉整個操作流程的學員自行選擇要學習的內容，并對重點環節進行專項訓練。同時，還依靠強大的人機交互功能及在線多人協同作業，使學員真正扮演采煤工、井下爆破工、采煤機司機、打眼工、礦井通風工、輸送機操作工、瓦斯工、煤礦安全檢查工等各工種的操作人員，讓其在虛擬環境中進行練習。有了實際的操作經驗，學員的專業度與操作熟練度都將大大提高。在課程結束后，系統會自動推送相關的上機考試系統，方便學員隨學隨測，及時地鞏固自己掌握額知識。除此之外，系統還能記錄學員的具體學習情況及各種考試數據，有助于為其提供更符合其需求的教學內容。

2.4知識涵蓋面廣，具有啟發性

煤礦安全可視化培訓系統不僅針對相關的專業技術知識及操作規范、法律知識有詳細的講練體系，還對各種除塵設備、采掘設備、機電傳輸設備、精密小儀器等的結構、工作原理以及火災、煤塵、冒頂、水災、瓦斯泄漏等各大安全事故都有注意事項與逃生方法的講解，并普及了一些醫學常識與自救方法，極大地拓寬了學員的知識面，為他們深刻認識煤化工行業的工作性質提供了良好的條件。

2.5系統性與單元化相結合

煤礦安全可視化培訓系統運用了系統化的講解方式，對虛擬狀態下的煤化工生產各環節的操作流程、操作設備與關鍵要素進行了系統化、完整化的梳理，建立起了整個工藝的連續作業體系。此外，模塊化的指導方式也使該系統的局部特點得以被操作者認識，為其今后診斷相應的故障奠定了良好的基礎。

將可視化培訓系統應用于煤化工安全生產中可以將煤化工領域的先進技術與實際案例形象化地展示給學員，降低學員的理解難度，擴充知識的廣度和深度。同時，通過對各種虛擬場景的模擬及安全事故的介紹，能提高學員的自我保護意識和逃生技能，縮短了培訓時間，降低了成本。而人機互動式的教學方式使學員獲得了難得的實際操練機會，讓復雜的知識變得簡單、靈活，提高了教學效率和學員掌握的牢靠度。個性化的學習工具也使不同層次的操作者都能根據自身的情況集中解決自己面臨的困難，并能與更多的學員一同探討經驗，互相幫助，共同取得進步。

3 未來煤化工產業安全培訓的有效措施

3.1煤化工產業應建立企業的安全生產文化

企業的安全生產意識在很大程度上決定著事故的發生頻率，因此，有關企業應積極制作相關的警示語及橫幅，并在醒目的生產場地進行懸掛，時刻提醒作業者堅持“安全第一”的觀念。同時，政府還可以以公益廣告、廣播等方式加強煤化工產業的安全施工意識。在作業前，企業應定期排查各種安全隱患，進一步完善自身的監督與管理機制，結合國家的《安全生產法》查漏補缺，樹立企業安全生產的良好形象。另外要完善企業內的各種操作設備，定期進行檢修，為操作人員配備應有的防護服、手套及頭盔，保障操作人員的人身安全。

3.2操作人員應提高自身的安全防護意識

企業應多組織開展有關安全生產的各種活動，如宣講、知識競賽、專家指導、先進評比等形式，使從業人員充分重視起生產中的安全問題，反思自己的違章違規行為。企業應建立完善的獎懲機制，一旦發現問題要及時地進行安全生產教育，落實責任制，同時保障勞動者的合法權益。

3.3積極改進可視化仿真技術

隨著現代科技的發展，煤化工領域的安全培訓已經充分引入了可視化仿真技術，這使企業的安全生產多了一層保障。未來的可視化仿真技術更應該實現自身的智能化，不但能夠進行情景模擬，還要研發出預警功能及場景還原功能，對各種災害事故進行三維甚至四維、五維真實再現，這有助于我們及時地避開事故，掌握事故的第一手資料，為今后解決類似問題提供借鑒。

4 結語

綜上所述，煤化工安全培訓中的可視化仿真技術如今已得到了有效的應用，其不但有效地避免了各種安全事故的發生，還大大提高了從業的安全意識，使他們積累了更多有關安全生產的各種操作技能，在時間、金錢上節省了一大部分開支。未來，可視化仿真技術還將實現更大的改良，希望相關工作者積極研發，注重實踐，讓我們早日享受現代科技成果。