基于生產(chǎn)實習(xí)的實訓(xùn)車間仿真技術(shù)應(yīng)用探究

簡華，申奕，葉建

（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300402）

1 現(xiàn)狀分析

基于化工生產(chǎn)特殊的安全性要求以及現(xiàn)代化工的自動化、連續(xù)化和集成化特點，對化工類專業(yè)的人才培養(yǎng)在專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)等方面提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。而生產(chǎn)性實習(xí)作為化工專業(yè)人才培養(yǎng)體系中的重要環(huán)節(jié)，要求學(xué)生通過生產(chǎn)實習(xí)，使學(xué)生鞏固已學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)知識，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，促進(jìn)學(xué)生形成良好的職業(yè)素養(yǎng)。然而，在實施生產(chǎn)實習(xí)的過程中存在一些問題，使其未能真正達(dá)到教學(xué)要求，具體的原因如下。

1）化工生產(chǎn)實習(xí)一般要安排到相關(guān)的化工企業(yè)中進(jìn)行。實習(xí)時間的安排受企業(yè)生產(chǎn)情況的制約，不能完全達(dá)到教學(xué)進(jìn)度和學(xué)習(xí)時間長度方面的要求。

2）通常的化工仿真軟件都是成品軟件，屬于“軟仿真”，在計算機(jī)上運(yùn)行，不能在實際生產(chǎn)裝置實現(xiàn)聯(lián)動試車，也就難以深入實際的了解生產(chǎn)過程，不能分析和處理生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，學(xué)生處理實際問題的能力得不到有效的鍛煉。對于學(xué)生職業(yè)技能的培養(yǎng)和職業(yè)素養(yǎng)的形成缺少有力的支撐。

3）生產(chǎn)實習(xí)的過程中，出于對圍繞實踐能力培養(yǎng)目標(biāo)的實習(xí)效果評價體系和信息化的評價手段的缺失，使得學(xué)生無法實時獲得當(dāng)前階段實踐練習(xí)的反饋結(jié)果，指導(dǎo)教師也難于掌握學(xué)生每個階段的學(xué)習(xí)狀況，以制定更有針對性的實習(xí)計劃。

2 構(gòu)建基于真實車間的仿真教學(xué)平臺

以生產(chǎn)型實訓(xùn)車間和與之配套的虛擬仿真系統(tǒng)為基礎(chǔ)，圍繞生產(chǎn)實習(xí)環(huán)節(jié)進(jìn)行一系列的教學(xué)改革與探索。天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院對現(xiàn)有的鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）生產(chǎn)實訓(xùn)裝置進(jìn)行改造，針對生產(chǎn)裝置中的泵、閥門、儀表建立測控系統(tǒng)，與工藝仿真軟件進(jìn)行對接，實現(xiàn)上位機(jī)DCS 仿真控制，通過現(xiàn)場儀表測控顯示，實現(xiàn)現(xiàn)場裝置操作與中控操作的聯(lián)動。在實訓(xùn)裝置不進(jìn)真實物料的情況下，學(xué)生也能現(xiàn)場體驗到相應(yīng)的操作。實現(xiàn)全流程、單元等多種組合的開車、停車、事故處理等各類操作、訓(xùn)練與考核的目標(biāo)。

2.1 構(gòu)建DOP 車間工藝仿真控制系統(tǒng)

根據(jù)實際工藝原理和流程進(jìn)行DOP 生產(chǎn)流程的硬件仿真，運(yùn)用高精度動態(tài)數(shù)學(xué)模型模擬實際裝置物理化學(xué)特性，實現(xiàn)全工況動態(tài)實時模擬裝置的開車、停車、正常運(yùn)行調(diào)控、緊急停車和事故處理。

2.1.1 不破壞原有設(shè)備流程的完整性改造

可以根據(jù)不同教學(xué)任務(wù)進(jìn)行真實與仿真的操作切換，既可以運(yùn)行原有模式（實際走水、蒸汽、空氣等物料，基本工藝參數(shù)由實際操作結(jié)果得出），也可以切換為中控模擬模式（無物料運(yùn)行，所有工藝現(xiàn)象由仿真模型給出），方便教師在課程設(shè)計上有所側(cè)重。

2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)工藝機(jī)理模型的建立

根據(jù)DOP 實際生產(chǎn)完整的物料平衡數(shù)據(jù)，建立化工生產(chǎn)過程與設(shè)備的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，能夠準(zhǔn)確反應(yīng)生產(chǎn)系統(tǒng)物料和能量的變化以及傳遞之間的定量關(guān)系，遵循生產(chǎn)系統(tǒng)中的物理和化學(xué)變化的規(guī)律，比如反應(yīng)動力學(xué)、氣液平衡、流體動力學(xué)等特性，這些特性通常是非線性的。同時可以很好地反饋生產(chǎn)系統(tǒng)的時間常數(shù)、慣性以及時間滯后等特性，為學(xué)生提供高逼真的實習(xí)操作環(huán)境。

2.2 構(gòu)建二維碼多媒體教學(xué)平臺

將教學(xué)資源同生產(chǎn)實訓(xùn)平臺進(jìn)行信息化的整合，為學(xué)生提供一個教、學(xué)、做一體化的實踐學(xué)習(xí)空間。在《精細(xì)化工典型設(shè)備操作與調(diào)控》國家級精品課程建設(shè)成果的基礎(chǔ)上，按照相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)崗位的要求，對教學(xué)資源進(jìn)行補(bǔ)充和完善，形成內(nèi)容豐富的實習(xí)教學(xué)資源包。對照DOP 實訓(xùn)車間主體單元設(shè)備，生成二維碼，標(biāo)識在相應(yīng)的設(shè)備上，方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

3 化工生產(chǎn)實習(xí)教學(xué)模式的實踐

通過化工仿真實習(xí)教學(xué)平臺建立“仿真實習(xí)+現(xiàn)場實操”的生產(chǎn)實習(xí)教學(xué)模式。通過虛擬仿真和真實設(shè)備操作環(huán)境，以DOP 半連續(xù)生產(chǎn)工藝為模板，按照生產(chǎn)過程的相關(guān)崗位制定科學(xué)的化工生產(chǎn)實習(xí)教學(xué)大綱和設(shè)計相關(guān)實訓(xùn)項目。

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容及實施過程，將仿真實習(xí)與現(xiàn)場操作緊密結(jié)合，實施“兩步走”的操作程序。第一步：仿真實習(xí)。學(xué)生在中控室計算機(jī)上對生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真模擬，處理數(shù)據(jù)并討論結(jié)果，為現(xiàn)場操作做好充分的準(zhǔn)備。此階段學(xué)生在模擬狀態(tài)下大膽嘗試，可改變各種影響因素以獲得不同的實驗結(jié)果，既鞏固了單元操作的基本原理，又在虛擬狀態(tài)下體驗了各種操作失誤帶來的后果。例如在進(jìn)行酯化反應(yīng)操作時，學(xué)生利用仿真技術(shù)的容錯性，通過調(diào)節(jié)進(jìn)液流量或蒸氣流量觀察和體驗酯化填料塔的漏液、液泛、液沫夾帶等各種不正常的現(xiàn)象。第二步：現(xiàn)場實操。學(xué)生通過仿真模擬生產(chǎn)實習(xí)后，總結(jié)仿真實習(xí)中的不足以及設(shè)備非正常工況的應(yīng)急措施，討論各工段之間的銜接和配合，然后再按照工藝流程在生產(chǎn)裝置上實際動手操作。經(jīng)歷了“兩步走”實習(xí)后，學(xué)生實際操作就更加規(guī)范了，對整個生產(chǎn)過程的認(rèn)知能力也有了提高。同時，學(xué)生的主動參與意識增強(qiáng)了，實踐興趣也提高了，團(tuán)隊協(xié)作能力也有了很大的提升，從而有效的改善了傳統(tǒng)實習(xí)教學(xué)中教師講解、學(xué)生被動操作的局面。

4 制定切實可行的實習(xí)考核評價體系

生產(chǎn)實習(xí)成績的評定是檢驗學(xué)生實習(xí)教學(xué)質(zhì)量的重要依據(jù)，在考核過程中圍繞職業(yè)能力培養(yǎng)目標(biāo)，針對學(xué)生的安全生產(chǎn)能力、工藝識圖和繪圖能力、生產(chǎn)基本操作能力、設(shè)備拆裝和維護(hù)保養(yǎng)能力、職業(yè)素養(yǎng)等多方面進(jìn)行考核和評價。把生產(chǎn)實習(xí)的各個環(huán)節(jié)按一定權(quán)重比例匯總，形成最終的實習(xí)成績,充分體現(xiàn)生產(chǎn)實習(xí)教學(xué)的系統(tǒng)性、嚴(yán)肅性和客觀性。學(xué)生實習(xí)的考核成績采用實習(xí)過程考核+仿真綜合實訓(xùn)考核+實習(xí)報告相結(jié)合的方式評定，按照實習(xí)課程內(nèi)容要求進(jìn)行考核。把實習(xí)考核過程貫穿于生產(chǎn)實習(xí)的全過程中，還要有可操作性，便于指導(dǎo)教師客觀評價，實時反饋到學(xué)生，從而有效地調(diào)動學(xué)生實習(xí)的積極性,保證生產(chǎn)實習(xí)效果和提升生產(chǎn)實習(xí)的質(zhì)量。見表1。

表1 職業(yè)能力培養(yǎng)目標(biāo)考核

5 實習(xí)效果

運(yùn)用仿真技術(shù)建立“仿真實習(xí)+現(xiàn)場操作”生產(chǎn)實習(xí)教學(xué)模式達(dá)到如下教學(xué)目標(biāo)：

1）通過手機(jī)等移動終端掃描設(shè)備二維碼了解設(shè)備工作過程和工作原理，使學(xué)生透徹了解生產(chǎn)過程與設(shè)備機(jī)構(gòu)工作原理，增加了教學(xué)互動，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2）提升了生產(chǎn)實習(xí)教學(xué)質(zhì)量。對實習(xí)內(nèi)容進(jìn)行合理的規(guī)劃，使單元操作、化工設(shè)備、工藝流程、儀表控制、“三廢”處理等內(nèi)容均得到體現(xiàn)。通過對產(chǎn)品進(jìn)行投料-生產(chǎn)-后處理-分析檢測等完整的開、停車操作訓(xùn)練。更注重調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，學(xué)生更容易將所學(xué)理論知識與工廠生產(chǎn)實際相聯(lián)系，不僅加深了對知識的理解，而且也提高了對知識的應(yīng)用能力，樹立起化工生產(chǎn)的系統(tǒng)概念。

3）化工生產(chǎn)實習(xí)教學(xué)模式的創(chuàng)新和實踐，有效的改善了傳統(tǒng)化工生產(chǎn)實習(xí)過程中學(xué)生實踐操作不多、實習(xí)效果不好的局面，提高了化工生產(chǎn)實習(xí)教學(xué)的效果和質(zhì)量，為培養(yǎng)具有綜合職業(yè)能力和全面素質(zhì)的高技能人才提供了行之有效的教學(xué)平臺。