淺談計算機仿真技術在教學實訓中的應用研究與實踐

一、 基本情況

1.國內外研究與應用現狀及趨勢。隨著計算機技術和自動化技術迅猛發展和廣泛普及，推動了仿真技術的發展。計算機仿真就是利用過程數學模型來模仿生產裝置的動態行為并進行試驗的技術。計算機仿真培訓就是在計算機上建立過程仿真培訓模型，設置開車、停車、正常運行和各種事故狀態的現象。不用投料，沒有危險，能大大縮短培訓時間、節省培訓費用，具有重要意義。

近幾年，國內各單位不僅把仿真培訓作為崗位練兵的重要內容之一，而且把仿真培訓與技術比武和技能鑒定結合起來，使仿真培訓成為生產裝置中不可缺少的重要培訓手段。

2.技術特點、創新點概述。研究基于知識的產品，開發集成系統的關鍵技術、應用架構、技術開發與應用實現等方面的內容，提出了基于知識的產品開發集成系統體系結構，原型系統功能構架，體系結構，產品開發流程描述，在研究分析設計知識定義及基于“規則+實例”的包括加權頻率屬性約簡等算法的推理機制的基礎上，構建知識庫系統，進行基于知識的產品開發集成系統集成平臺的開發與應用實現，實現的原型系統具有集成智能輔助功能。

（1)項目策略采用以項目為導向，項目和典型過程貫穿，配以真實裝置和合適的仿真教學模式。在專業課程中，通過項目的仿真講解和切合實際的實訓過程，培養學生的專業技能。同時避免建設之間的沖突，借助計算機網絡實現校內實訓場所、資源的整合。（2)技術特點，建立一套通用的計算機仿真培訓硬件系統。這一套硬件是基于高檔微機為主機（服務器），仿真操作站兼工程師站（客戶機）。該硬件系統可以滿足現有各種裝置仿真培訓系統的要求（化工過程單元、系統操作仿真；制冷仿真；過程自動化仿真等），也可根據以后其他生產裝置建立仿真培訓系統的要求進行擴展。（3)方案創新，在于建設方案中采用計算機仿真與實際工業對象相結合。實際裝置設備解決了仿真無實物對象存在的問題和仿真可能與實際存在的偏差。

3.項目實施目的、意義。實訓中心建設存在投入大、規劃難、設備淘汰快、實訓效果不理想等問題。計算機仿真為培養學生實踐能力提供了理想的解決方案。內容上：各類規范、標準、安全要求為重點，以培養崗位能力為主線。形式上：計算機仿真+真實裝置。管理上：集中管理，聯合開發，實現資源整合與優化。服務上：為社區、地方、行業的培訓事業提供運行平臺。

4.在專業技能培訓，技能鑒定與考核等領域提供一種新的技術手段。表現在：降低投入成本，體現在：設備投入一個標準班10組（需10套）;設備需維護、維修;設備的需更新、淘汰;實驗實訓有較大的能量的消耗和材料的消耗;大大提高實驗實訓效果。(1)每人一臺，各自互不干擾，并可反復練習，任意起點;(2)可以改變時標，太快的可放慢，太慢的可加快;(3)具有在線幫助系統，實時提供學習提示;(4)自主選擇培訓內容。將不易實訓的內容變為可能。①消防過程（危險過程）的實訓;②易燃易爆環境下（危險場所）的實驗實訓;③易損設備的操作實訓;④一次性設備的實驗實訓。

5.項目實施的運行管理體制。建立健全項目組、工作程序、工作目標。項目實施項目負責人負責制，認真制定工作程序和工作計劃，逐步實施。子項目負責人，負責開放課題及課題經費管理、儀器設備管理、制定并執行各項規章制度、組織學術交流、資料和檔案管理、運行及開放管理、計算機管理系統、報送階段總結和統計。

二、 項目的研究內容及解決的關鍵問題

1.研究內容。內容包括：網絡版課件類素材庫、網絡版仿真實驗教學軟件、網絡版仿真實訓教學軟件（基理仿真——機理的研究和教學過程，課件教件；操作仿真——操作技能的培訓、崗前實訓、實踐能力的訓練；環境仿真——模擬各種工作環境、學習環境、生活環境，便于對真實環境下的事物展開研究）；學生和教師可在任何一個終端登錄使用資源庫的教學資源；合法用戶們可在同一個機房進行不同的實驗實訓的練習；集中管理資源更安全，添加、修改使用更方便。其他工業裝置。

2.解決的關鍵問題。根據崗位（群）開發仿真教學課件與教件的軟件;根據專業實驗實訓的能力培養要求編寫文字腳本，進而開發仿真培訓軟件;開發符合教學過程和學習要求的互動網絡應用平臺;開發實際裝置（過程）的仿真系統軟件。

三、 實施的技術路線

1.實施方式。在內容上規范教學、實驗、實訓項目建設。教學、實驗、實訓資源的網絡化整合，實現資源優化。

2.技術路線。開發工業對象裝置的真實過程和相應的計算機仿真教學系統。硬件系統可以滿足現有各種裝置仿真培訓系統的要求（化工過程單元、系統操作仿真、制冷仿真、過程自動化仿真等），也可根據以后其他生產裝置建立仿真培訓系統的要求，將仿真操作站的個數適當增加。

實施仿真模擬培訓系統與真實生產裝置在線連接，通過網絡將有關數據傳輸到仿真系統，將仿真模擬培訓系統操作數據與現場真實數據對比，指導學員操作。同時保證這種數據傳輸方式是單向的，即由現場到仿真系統，而仿真系統不能反饋給現場，不影響正常生產及控制。即仿真培訓系統增加在線功能。軟件技術支持平臺主要有五部分：總體監控軟件、通信軟件、工藝模型軟件、仿真軟件、智能操作診斷軟件。仿真系統通信軟件在基于微機軟硬件上開發，主要實現教師站與仿真操作站之間的實時通信，即實現化工裝置仿真系統所要求的仿真運算主機與仿真操作站之間的實時動態數據交互。仿真運算主機所產生的工藝模型運算數據結果實時傳送到各學員操作站各學員操作站的操作、運算數據和信息實時傳送仿真運算主機。

采用三層局域網模式可以方便的對系統進行擴充和統一維護管理。包括進行遠程登陸、調試、系統組態。所有資源共有共享。

第一層，操作層面（實物層面）。第二層，方案組態對象及連接層面（同一對象下可進行多個實驗實訓項目）。第三層，對象模型或實際對象層面。

四、項目的前景、經濟社會效益

建設職業技術學院產學研工作平臺，完成高職院實訓資源網絡版的整合，建設一支雙師型教師隊伍，結合新校區建設實現實驗、實訓資源統一規劃。保證教學要求，重點強調性價比，詳細計算投入產出比。在淘汰快的實訓領域、多專業方向和多方向培訓使用計算機仿真加小型實際裝置進行實訓、實習、設計，增加學院的市場適應能力，把學院做大。學院的拳頭專業、重點專業除計算機仿真實訓外，加大實際裝置的投入，重點發展，進而提高學院的知名度，把學院做強。

經濟社會及生態效益：項目完成后其性價比的提高約在10倍左右，即投入50萬的仿真教學軟件的開發，可達普通規劃下500萬元實訓資源的投入效果。產業化該項目推廣到其他職業技術學院和高校。

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