虛擬仿真技術(shù)在油氣儲運工程專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

邵寶力，徐洪軍，屈成亮，邵慧龍，陳 斌

(吉林化工學(xué)院 石油化工學(xué)院，吉林 吉林 132022)

1 油氣儲運工程專業(yè)教學(xué)中存在的問題

油氣儲運工程前端為油氣田開發(fā)和油氣井工程，后端為化工生產(chǎn)過程，是連接油氣生產(chǎn)、加工、分配、銷售等各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的紐帶，是綜合性和實踐性很強的工程類專業(yè)。油氣儲運工程主干專業(yè)課程包括泵與壓縮機(jī)、油氣管道設(shè)計與管理、油氣集輸、油庫設(shè)計與管理、油氣儲運工程最優(yōu)化、燃?xì)廨斉涞龋n程體系中多數(shù)內(nèi)容講授大型油氣生產(chǎn)過程所涉及的流程、設(shè)備以及生產(chǎn)技術(shù)，具有知識面廣、與生產(chǎn)實際結(jié)合緊密的特點。如果教師缺少現(xiàn)場經(jīng)驗，缺乏工程實踐方面的知識，就不能深入理解油氣儲運工作的現(xiàn)狀和存在的問題，不能將工程實例與理論教學(xué)相結(jié)合，使學(xué)生難以深刻的理解課程知識。在教學(xué)中，多數(shù)課程是以教師講授為主、學(xué)生被動接受的傳統(tǒng)教學(xué)方法，缺乏生動性和交互性。在如今信息高度發(fā)達(dá)的社會中，傳統(tǒng)教學(xué)方法很難調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，教學(xué)效果難以提升。同時，由于教學(xué)條件的限制，部分教學(xué)內(nèi)容從學(xué)生接觸直至參加工作可能也不曾親眼見過，缺少直觀性、真實感。因此有必要彌補學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的這種缺憾，增加學(xué)生對專業(yè)知識的直觀認(rèn)識，使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量得以提高。

虛擬仿真技術(shù)可以彌補傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足，將抽象沉悶的教學(xué)內(nèi)容變的真實直觀、生動形象,充分展示其優(yōu)勢和特長，用以輔助教學(xué)、幫助學(xué)生學(xué)習(xí),是對傳統(tǒng)教學(xué)方式的有效補充。教育部印發(fā)的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011-2020年)》中也強調(diào)，要增強開發(fā)虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)軟件、虛擬仿真實訓(xùn)實驗系統(tǒng)以及建立虛擬仿真實訓(xùn)基地的力度。虛擬仿真教學(xué)具有感染力強、交互性顯著、教學(xué)功能豐富多樣、實務(wù)教學(xué)有效性等優(yōu)勢[1]。

2 虛擬仿真技術(shù)簡介

虛擬仿真技術(shù)又稱虛擬現(xiàn)實技術(shù)或模擬技術(shù)，簡稱VR(Virtual Reality)技術(shù)，是一項集計算機(jī)圖形、多媒體、傳感器、人機(jī)交互、網(wǎng)絡(luò)、立體顯示及仿真等領(lǐng)域而發(fā)展起來的計算機(jī)技術(shù)。利用計算機(jī)建立虛擬的且具有真實感的人工媒體空間,通過傳感交互設(shè)備使人進(jìn)入一種虛擬的環(huán)境,這種虛擬環(huán)境是通過計算機(jī)生成的一種環(huán)境,它可以是真實世界的模擬體現(xiàn),也可以是想象中的世界。由于計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)逐步成為繼數(shù)學(xué)推理、科學(xué)實驗之后人類認(rèn)識自然界客觀規(guī)律的第三類基本方法。簡單地說虛擬仿真技術(shù)就是用虛擬的系統(tǒng)模擬真實系統(tǒng)的技術(shù)。目前，虛擬仿真技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域的教育教學(xué)中[2-7]。

3 虛擬仿真技術(shù)在油氣儲運專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

油氣儲運連接著石油工業(yè)產(chǎn)、運、銷的各個環(huán)節(jié),多數(shù)生產(chǎn)裝置具有連續(xù)作業(yè)、高壓、高熱、易燃易爆且設(shè)備昂貴等特點,對崗位操作人員知識和技能要求很高。在實際生產(chǎn)過程中,重大事故、設(shè)備故障極少發(fā)生,如果一旦發(fā)生事故,會造成極其嚴(yán)重的后果。這也使得學(xué)生不可能在實習(xí)實踐環(huán)節(jié)中，在生產(chǎn)裝置上進(jìn)行實際的操作訓(xùn)練。因此,將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于油氣儲運專業(yè)教學(xué)中顯得尤為重要。應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)能夠充分反映油氣儲運生產(chǎn)系統(tǒng)的本質(zhì)，再現(xiàn)生產(chǎn)流程和設(shè)備的原理與工作過程,可以增強學(xué)生對專業(yè)知識的直觀感受,提高學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)質(zhì)量，是培養(yǎng)本專業(yè)應(yīng)用型人才的有效輔助手段。

雖然多數(shù)院校開設(shè)油氣儲運專業(yè)時間較短，但虛擬仿真技術(shù)在油氣儲運專業(yè)的各教學(xué)環(huán)節(jié)中已廣泛應(yīng)用。應(yīng)用較多、較為成熟的有東方仿真開發(fā)的油氣儲運專業(yè)相關(guān)虛擬仿真軟件，包括輸油站、輸氣站、天然氣處理、原油處理等系統(tǒng)；中國石油大學(xué)(北京)開發(fā)的流程板仿真系統(tǒng)，包括油庫、輸油站、輸氣站、聯(lián)合站、LNG等模塊；基于力控平臺的長距離石油管道系統(tǒng)和油庫仿真系統(tǒng)。另外東方仿真開發(fā)的基于設(shè)備培訓(xùn)的操作單元，如離心泵、壓縮機(jī)、鍋爐、液位控制等仿真系統(tǒng)，也可以應(yīng)用于油氣儲運專業(yè)實驗和仿真實習(xí)等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，同時為多媒體教學(xué)提供素材。一些專業(yè)教師和企業(yè)工程師[8-12]也致力于將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于油氣儲運專業(yè)的理論和實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中。

圖1 燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)仿真流程

筆者采用虛擬仿真技術(shù)開發(fā)了“燃?xì)廨斉洹毕嚓P(guān)模塊用于課程的理論教學(xué)中，包括燃?xì)忾L距離輸氣系統(tǒng)、輸氣干線起點站、輸氣管線中間站、城鎮(zhèn)中低壓二級管網(wǎng)系統(tǒng)等模塊(如圖1所示)。這些模塊均為動態(tài)，可以相互鏈接，可以展示不同流程中燃?xì)獾淖呦蚣八褂玫脑O(shè)備，使學(xué)生能夠直觀清晰的了解相關(guān)內(nèi)容，印象深刻，取得了較好的教學(xué)效果。

4 結(jié)論

將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到油氣儲運工程專業(yè)教學(xué)中是切實可行的，已成為必然趨勢。與傳統(tǒng)教學(xué)方法相比，虛擬仿真教學(xué)可增加理論和實踐教學(xué)的生動性和可視性，增強學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的理解，學(xué)生的興趣得以提升，學(xué)習(xí)效果顯著提高，使油氣儲運工程專業(yè)教學(xué)更加完善，更好的培養(yǎng)出符合社會需要的油氣儲運工程專業(yè)人才。

參考文獻(xiàn)

[1]吳曉南,王怡佳,黃 坤,等.虛擬仿真在城市燃?xì)饨虒W(xué)中的應(yīng)用與實踐[J].石油教育,2013,181(5):44-48.

[2]熊建平.基于Proteus虛擬仿真軟件在高職電子類課程中的應(yīng)用 [J]. 教育現(xiàn)代化,2017,4(37):160-161.

[3]林凌敏.區(qū)域教育集群下虛擬仿真實驗教學(xué)建設(shè)的探索[J]. 實驗技術(shù)與管理,2016,33(2):182-185.

[4]盛 立,周東華,高 明.雙容水箱系統(tǒng)的故障檢測虛擬仿真實驗平臺設(shè)計[J]. 實驗技術(shù)與管理,2017,34(10):103-106,121.

[5]祖 強,魏永軍,熊宏齊. 省級在線開放虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)探討 [J]. 實驗技術(shù)與管理,2017,34(10): 161-165.

[6]郁 鵬,萬桂怡.虛擬仿真技術(shù)的醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)研究[J]. 實驗室研究與探索,2016,35(11):99-102,165.

[7]田顯俊.虛擬仿真技術(shù)在治安專業(yè)教育教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 湖北函授大學(xué)學(xué)報,2016,29(22):109-111.

[8]賈文龍,吳 瑕,李長俊.基于仿真技術(shù)的“城市配氣”課程輔助教學(xué)方法探索[J].石油教育,2016(6):52-54.

[9]吳曉南,蔣 藝,黃 坤,等. CNG三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].油氣儲運,2014,33(1): 65-68.

[10]劉 剛,周 芳,李 磊,等.虛擬現(xiàn)實在煉化設(shè)備操作培訓(xùn)中的應(yīng)用研究[J].廣東石油化工學(xué)院學(xué)報,2012,22(3):53-56.

[11]任榮亭,吳義維.油氣集輸仿真工藝流程教學(xué)設(shè)備設(shè)計[J]. 機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2012,25(4):130-132.

[12]王志華,龍安厚,王利生.仿真系統(tǒng)在油氣儲運工程實驗教學(xué)中的開發(fā)與應(yīng)用[J]. 實驗技術(shù)與管理,2010,27(10):116-118.