石油化工數(shù)字化虛擬仿真實訓基地建設(shè)探究*

◆齊向陽

石油化工數(shù)字化虛擬仿真實訓基地建設(shè)探究*

◆齊向陽

隨著教育信息化的發(fā)展，加快數(shù)字化專業(yè)課程體系建設(shè)，加緊用信息化技術(shù)改造職業(yè)教育教學環(huán)境，職業(yè)院校正逐步利用數(shù)字化虛擬仿真教學資源，使學生具有與職業(yè)要求相適應(yīng)的信息化技術(shù)素養(yǎng)，提升和優(yōu)化人才培養(yǎng)質(zhì)量。

虛擬仿真；實訓基地；石油化工

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.14.135

1　建設(shè)石油化工數(shù)字化虛擬仿真實訓基地的必要性

客觀因素 眾所周知，石油化工生產(chǎn)條件苛刻；所涉及的物料常是有毒、有害、易燃、易爆的；生產(chǎn)裝置流程復(fù)雜，建設(shè)費用較高；生產(chǎn)中環(huán)保問題較為突出，必須有解決“三廢”的技術(shù)、方法、措施和資金等［1］；生產(chǎn)操作中危險系數(shù)高，有些化學反應(yīng)存在不穩(wěn)定因素，工藝條件苛刻。所以，對于培養(yǎng)此類專業(yè)人才的眾多石油化工類院校來說，進行石油化工專業(yè)現(xiàn)場實習實訓困難重重。

主觀因素 目前，職業(yè)院校在校內(nèi)通過新建或改造原有實驗實訓室、產(chǎn)教融合、創(chuàng)辦專業(yè)公司和組建研究所等方式，依據(jù)工廠化、車間式進行布局和設(shè)備選型，效仿企業(yè)員工管理、成本控制、質(zhì)量監(jiān)控等管理模式建立起具有生產(chǎn)功能的學生實踐教學場所。即便建成一定規(guī)模的石油化工專業(yè)實訓基地，普遍存在一些問題：反應(yīng)物料在封閉的不透明的管道中或在塔器中，學生觀察不到物料及其變化，對原理理解還是一知半解；裝置設(shè)備臺套數(shù)難以滿足大量學生實踐教學的需要，以致學生實訓走過場；教學時，尤其精密儀器，很難讓每個學生都能訓練，教學效果不理想，且存在安全隱患。

石油化工相關(guān)專業(yè)實踐教學的現(xiàn)實需求和教學傳統(tǒng)模式給實踐教學環(huán)節(jié)帶來不少困難。而互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下計算機仿真模擬教學，在提升教學質(zhì)量方面具有很多潛在優(yōu)勢。比如與真實情境中的觀察、操作相比，計算機仿真優(yōu)勢是安全、經(jīng)濟，而且可以為學生提供現(xiàn)實中難以獲得的經(jīng)驗，可以根據(jù)教學需要控制所模擬過程的速度、變量的復(fù)雜程度等。

因此，從2011年開始，遼寧省教育廳在原有第一期數(shù)字化教學資源開發(fā)的基礎(chǔ)上，確定遼寧石化職業(yè)技術(shù)學院為牽頭建設(shè)單位，組織相關(guān)院校教師，開發(fā)建設(shè)職業(yè)教育第二期數(shù)字化石油化工虛擬仿真實訓基地教學資源。

2　石油化工數(shù)字化虛擬仿真實訓基地的建設(shè)方案

以《高等職業(yè)學校專業(yè)教學標準（試行）》和《中等職業(yè)學校專業(yè)教學標準（試行）》為依據(jù)，選用具有教學屬性的工程項目，采取校企合作、校校合作、專業(yè)結(jié)合模式，最大范圍地匯集骨干中高職院校的人力資源和社會資源，為深化遼寧省石油化工生產(chǎn)技術(shù)等10個專業(yè)“校企合作、工學結(jié)合”人才培養(yǎng)模式與課程改革，提供足夠的虛擬實訓工位；完成遼寧省石油化工生產(chǎn)技術(shù)等10個專業(yè)實踐教學，包括隨堂實驗、綜合實訓、認識實習、生產(chǎn)實習，頂崗實習；與校外實訓基地建設(shè)互補，共同完成高技能人才培養(yǎng)。完成遼寧省石油化工中高職一體化教學模式等方面的銜接，完善現(xiàn)代職業(yè)教育體系。遼寧石化職業(yè)技術(shù)學院承擔石油化工大型仿真基地的建設(shè)，本溪市化學工業(yè)學校重點建設(shè)醫(yī)藥化工實訓基地和分析檢測中心及安全培訓中心建設(shè)，沈陽市化工學校重點建設(shè)與上述基地有關(guān)的基礎(chǔ)資源庫。

虛擬實訓基地建設(shè)一個大型石化醫(yī)藥企業(yè)，設(shè)計三個分廠（石油化工、精細化工、制藥化工）、三個中心（分析檢測中心、培訓中心、資料檔案中心），有一級子項目6個、二級子項目17個、三級子項目48個，涵蓋的教學點（包括技能點、知識點、素質(zhì)點）約3000個。具體如圖1所示。

本項目中虛擬現(xiàn)實現(xiàn)場操作模擬軟件采用Virtools Dev開發(fā)。Virtools Dev是一套整合軟件，可以將現(xiàn)有常用的檔案格式（如3D模型、2D圖形或是音效等）整合在一起，是一套具備豐富的互動行為模塊的實時3D環(huán)境虛擬實境編輯軟件，可以制作出許多不同用途的3D產(chǎn)品，如因特網(wǎng)、計算機游戲、多媒體、建筑設(shè)計、仿真訓練、仿真與產(chǎn)品展示等，如圖2所示。

圖1　石油化工數(shù)字化實訓基地示意圖

圖2　虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)圖

為滿足石油化工基本教學需要，上述項目規(guī)劃以具有代表性的遼寧某石化公司為基礎(chǔ)背景，突出教學、訓練特色為目標，建設(shè)高仿真、高交互、智能化、可以實現(xiàn)3D漫游，具有單人獨立操作、多人獨立操作、聯(lián)合操作功能，實現(xiàn)虛擬環(huán)境下的職業(yè)或崗位系列活動的大型虛擬仿真實訓基地。

3　石油化工數(shù)字化虛擬仿真實訓基地的主要特點

教學環(huán)境虛擬化 建立若干個典型的、有代表性的、有較強適應(yīng)性的流程級、規(guī)模化虛擬實訓工廠，解決石油化工現(xiàn)場實訓教學困難。通過計算機仿真，在虛擬環(huán)境中操作“設(shè)備”，訓練學生的能力，分析異常原因，掌握排除故障的技巧。

教學過程項目化 將石油化工裝置分為若干個與生產(chǎn)一致的虛擬項目，每個項目為一個單元操作，合并在一起是整個工段或車間流程。按照教學規(guī)律，由淺入深使學生深刻理解工藝機理，掌握復(fù)雜裝置的操作調(diào)控技能，熟悉事故和突發(fā)事件的處理方法；學生通過DCS操作，將工藝知識、設(shè)備原理和自動化控制整合在一起，大大提升了學生綜合素質(zhì)與職業(yè)技能。

教學運行網(wǎng)絡(luò)化 利用互聯(lián)網(wǎng)思維和互聯(lián)網(wǎng)工具，解決人人動手的問題。基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的仿真模式和可靠的量化工具，可以最大限度地發(fā)揮學生的主動性、積極性，激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)造性，既可以進行自主性獨立操作，又可以進行學生間協(xié)作操作，還可以將“自主”與“協(xié)作”二者結(jié)合起來。網(wǎng)絡(luò)化獲得、網(wǎng)絡(luò)化參與、網(wǎng)絡(luò)化運行，實訓內(nèi)容、訓練時間、訓練方式完全按照學生個人的需要進行，滿足在線技能考核的需要。教師可以跟蹤每個學生的全過程，進行有針對性的教學指導(dǎo)。

教學資源共享化 石油化工數(shù)字化虛擬仿真實訓基地按資源的屬性可包含三大類別。

第一類為可遠程控制的共享資源，主要為虛擬現(xiàn)實教學資源，構(gòu)建了高度仿真的虛擬生產(chǎn)環(huán)境和操作對象。這部分資源與頂崗實習從資源配置上充分體現(xiàn)了虛實結(jié)合、相互補充的原則，可補充目前實踐訓練所缺乏的參與程度低、成本高的部分，如精細化工、醫(yī)藥化工等課程；一部分可作為真實實訓教學的訓前模擬準備，這樣可減少真實實訓的高消耗，如甲苯歧化、甲基叔丁基醚、乙酸乙酯生產(chǎn)等教學。

第二類為儀器共享資源，是虛擬仿真實驗中有部分實物參與的半實物仿真系統(tǒng)。如在儀器分析教學實訓中，有虛擬加實際對象的半實物仿真。這部分為虛實結(jié)合資源，真實實訓中不能實現(xiàn)的功能由虛擬部分實現(xiàn)，真實環(huán)境中可以實現(xiàn)的功能由實物對象實現(xiàn)。

第三類為軟件共享資源，純數(shù)字仿真實訓資源，不帶有實物對象，由學生自主進行相關(guān)課程的虛擬仿真實訓。

總之，通過遼寧省第二期數(shù)字化石油化工虛擬仿真實訓基地建設(shè)，用虛擬仿真解決實際生產(chǎn)的苛刻要求，構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)+石油化工專業(yè)教學，模擬仿真企業(yè)實際工作的職業(yè)情境，將職業(yè)能力培養(yǎng)所涉及的理論知識、實務(wù)知識、工作過程知識、基本技能、專項技能、綜合技能、職業(yè)素養(yǎng)有機結(jié)合［2］，逐步實現(xiàn)學生能力從“崗位基本能力形成→崗位專項技能訓練→崗位綜合能力提升”的遞進，推動優(yōu)質(zhì)資源人人共享，真正推動教育信息化。■

［1］王進.化工仿真與實際操作結(jié)臺的實訓教學模式探討［J］.心事·教育策劃與管理，2014（1）：68.

［2］高紅梅.高職會計仿真實訓基地建設(shè)探究經(jīng)濟視野［J］.經(jīng)濟視野，2014（22）：251.

On the Construction of Digital Virtual Simulation Practical Training Base of PCP

//QⅠ Xiangyang

With the development of educational informatization， the construction of digital curriculum system is accelerated as the vocational education environment improved by information technology. Meanwhile， the Higher Vocational Colleges gradually equip the students with information technology literacy in conformity with professional requirements by using digital virtual simulation teaching resources in order to improve and optimize the quality of talents.

Virtual simulation； Practical Training； Base PCP

G712

B

1671-489X（2016）14-0135-03

*項目來源：遼寧省職業(yè)教育信息化第二期建設(shè)項目。

作者：齊向陽，遼寧石化職業(yè)技術(shù)學院教授，研究方向為職業(yè)教育數(shù)字化資源建設(shè)（121001）。