化工仿真在本科教學中的探索與實踐

周 凱，侯國安，馬少寧

(銀川能源學院，寧夏 銀川 750100)

化工仿真是目前為止很多高校都采用的一項教學形式，它以計算機為媒介，采用組態軟件進行軟件動態組合，目的在于通過仿真軟件來模擬工廠上的實際操作情況，來進行針對大學學生的一個教學的目的。仿真軟件以理論知識和實際情況為前提，鍛煉學生動手操作和分析問題、處理問題和解決問題的能力。隨著計算機技術的飛速發展，仿真軟件也在不斷更新換代，又前期的2D畫面演變為3D，甚至是通過VR技術來使得仿真教學更加的直觀和有趣，讓學生在興趣中學習。

1 化工仿真系統簡介

1.1 集散控制系統(DCS)簡介

集散控制系統(DCS)是20世紀70年代，由美國的Honeywell公司推出的一門技術，以其集中操作和分散控制的特點被化工行業所認可，隨后進行了系統的升級，目前一共有四代產品，它具備了靈活性的系統構成，操作管理簡便，控制功能豐富，安全可靠性高等優點，在很多化工行業都得到廣泛的應用。

1.2 化工仿真軟件的介紹

化工仿真軟件主要是以相關的工藝對象為基礎，采用組態的形式對工藝設備、管道、控制點等進行動態組合，形成一種符合實際生產情況的一種組合形式，學生通過計算機中的輸入輸出設備，可以實現與計算機之間的交流，從而通過計算機來實現對工廠上的生產參數進行控制和調節的目的[1]。

1.3 化工仿真軟件在教學中的應用

化工仿真系統是以計算機軟件為基礎，對化工行業中工藝流程及實驗操作進行程序的組態，以動態的形式展現工廠的實際運行過程，并且通過程序的編輯，可以實現通過計算機來完成對工藝的冷態開車，正常停車，緊急停車及事故處理等操作，這種方法不僅僅可以讓學生在一定程度上對化工行業中的一些典型工藝和相關操作進行零距離接觸，也是讓學生后續能走進工廠，熟悉工廠的一個很好的指引作用。

2 化工仿真軟件在大學教學中的重要性

當今社會，計算機飛速發展，利用計算機技術可以實現很多人類手動沒辦法完成的工作，特別是在化工行業，計算機技術發展更為迅速，利用計算機技術可以實現對工業生產的操作、管理、監督、控制，這也是化工行業以后發展的一個趨勢，作為一個應用性的大學，更應該作為時代的領路人跟上時代的腳步。

2.1 彌補教學手段不足，加強對理論教學知識的理解和應用

仿真的培訓是以理論為基礎，在學生掌握基本理論知識的基礎上，才能很好的進行仿真的操作，很好的驗證了理論和實踐相結合的這種教學方式[2]。當然也可以通過實踐操作的訓練為前提，讓學生自己動手熟悉整個過程，最后再進行理論深化，讓學生理論知識的應用能力和理解能力都得到提高。這也是迎合了我們教學的一個宗旨，培養應用型技能型人才。

2.2 彌補了實訓裝置的不足，節省經費

仿真教學它涉及的知識面很寬，包含有設備的認識，工藝的認識，控制系統的認識以及安全的認識，可以適合化學工程與工藝、過程裝備與控制工程等專業的實踐教學環節，它不需要占用更多資源，只需要建立一個機房就可以實現對學生的實踐教學和培訓，而且仿真軟件沒有出現報廢和破損的現象，可以進行長時間的教學。在一定程度上既可以豐富教學環節，又可以節省因購買大量實訓裝置所引起的經費不足的問題。

3 化工仿真在教學中的一些實踐過程

我院自2008年引入了北京東方仿真軟件有限公司的化工類仿真軟件，在教學中，我們采用了多元化的教學方式，在相關的課程中都引入了不同類型的仿真項目進行理實結合，收到了很好的效果。

3.1 實訓教學環節

我們通過當前化工行業的發展情況，引入了不同的仿真軟件，開設了不同的實訓仿真課程進行集中教學，學生在學習理論知識之后進行仿真教學培訓，收到了很好的效果，比如我們開設了《化工總控工》仿真培訓，針對不同的單元操作，在學生對工藝、設備及相關控制點理解的基礎上進行實際操作的培訓，學生不僅加深了自己對知識的理解，也會針對仿真操作中所遇到的問題進行處理，鍛煉了他們分析問題和解決問題的能力[3]。我們開設了《化工儀表工》仿真培訓，鍛煉了他們獨立動手進行參數調節和自動化控制的能力。開設了《化工儀表及控制實習》仿真項目，通過多元化的仿真項目的實施，讓學生在對知識的理解和操作技能的掌握上都提升了一個層次。

3.2 實驗教學環節

除了進行集中實踐教學環節外，在相關的理論課程中，我們也涉及了很多仿真實驗項目，配合理論教學進行，讓學生在仿真教學中對理論知識的掌握更加完善。比如我們開設了《石油加工工藝學》這門課程，在課程中安排了24學時的仿真實驗環節，安排了《催化裂化工藝仿真》《常減壓工藝仿真》等仿真項目，讓學生能夠更好的對工藝進行理解，并且對操作技能的掌握也有了更深一步的提高。

4 化工仿真在教學中所存在的一些問題

4.1 仿真軟件在教學中存在的問題

仿真教學中，學生主要是以軟件的形式進行，學生出現操作不當導致的事故和嚴重警告只是在軟件上有相關的說明，沒有涉及到出現設備損壞和嚴重危險的警示，所以學生在操作中，即使出現很嚴重的問題，也不以為然，導致學生對危險狀況的意識比較薄弱。

仿真軟件在視覺效果上相比較真實的實際生產存在很大的問題，像最早的2D平面，學生理解的時候只是把其看錯一個圖形，而沒有給它施加它原有的意義，這會讓學生在對整個設備、工藝及控制點的理解上不能達到我們培訓的要求。

4.2 仿真軟件自身的缺陷

仿真軟件是由相關的專業人員根據生產的實際情況來進行開發的，在開發過程中，所遵循的原則必須是要符合生產的實際情況，但是軟件的開發需要各個專業的人員進行共同完成，在整個完成和調試過程中，總會出現一些問題，導致一些小的錯誤，使得在教學過程中也會出現一些理論性和操作性的錯誤，讓學生在操作中必須按照錯誤的操作和理解進行才能完成符合操作規范所達到的結果。

5 仿真教學在大學教學中所達到的效果

5.1 以理論促操作，提高學生動手能力的培養

在仿真教學中，學生通過對工藝和設備以及相關控制點了解的同時，按照操作規程，對整個生產進行相關的操作，在操作中，不僅加強了學生的動手能力，更好的加深了學生對理論知識的掌控，讓學生將理論知識和實際操作進行的緊密的結合[4]。

5.2 以多樣化的培訓方式，培養學生分析問題、解決問題的能力

在仿真教學中，學生通過項目化教學可以實現培養學生分析問題和解決問題的能力。比如，在同一個項目中，可以設置緊急停車處理和正常工況隨機事故處理，讓學生對于面臨的緊急問題進行隨機處理，通過參數的變動來進行判定工藝中那一塊出現了事故，讓后通過自己的分析，采用相關的措施來進行問題的解決。

5.3 通過綜合性的培訓，提高學生對知識的認知能力

仿真教學所包含的知識面很寬，可以幫助學生理解基本的工藝，幫助學生理解相關設備的運轉情況，幫助學生理解控制參數的問題，但更重要的是要將工藝，設備及相關的控制進行有機的整合到一起，這樣才能全面的掌握仿真軟件，才能達到培養學生的目的。如果只是片面的去根據仿真的操作評分來達到自己的目的，這樣就違背了仿真教學的重點。所以在教學中，應該注重設備、工藝及控制點之間的內在關系，培養學生對化工知識的認知能力。

6 仿真軟件在大學教學中的發展趨勢

6.1 仿真軟件操作界面的更新

化工仿真軟件是以軟件的形式存在，它有它的可擴展性，現在計算機技術的發展日益加快，我們的仿真軟件在計算機技術發展的同時也可以進行更好的擴展和更新，目前為止也逐步的建立起來由原來的2D操作變成現在的3D操作，這種操作可以更直觀更好的展現工廠的一個實際情況，學生對設備的了解，對工藝的了解更加直觀，這可以為沒有進入工廠的學生提供一個感官的認識，同時整體的操作界面更加接近現實生產，包括設備、立體管道以及廠區的布置，完全對照廠區，以后學生在進入工廠進行工作時就會覺得不陌生[5]。

6.2 仿真軟件形式的多樣化

仿真軟件的多樣化，主要體現在形式的多樣化，不僅僅可以實現3D操作界面的展示和操作，還可以實現VR技術讓整個的操作形式更加的直觀和有趣。

當然，隨著軟件的進一步升級，現在仿真軟件的發展越來越快，除了可以在計算機上進行相應的操作和教學之外，還可以在我們大家都有的智能手機上進行相關的操作，這為我們的教學提供了更大的便捷，我們直接可以購買相關生產公司的賬號，并將賬號授權給學生，就可以實現學生隨時隨地進行仿真學習，并且可以將在線練習的結果反饋給老師，從而進行在線評分和成績給定。這樣即方便了教學，又讓學生從中感受到了學習的樂趣。

7 結論與展望

當今社會，計算機發展日益加快，仿真軟件也在不斷更新換代，通過仿真軟件來加強教學已經是當今大學教學的一個重要手段，它的存在為教學過程提供了很大的便利。通過仿真軟件在教學過程中的應用，可以讓學生更好的認識實際生產的情況，讓學生將自己學習的理論知識能夠更好的和實際生產進行相互的聯系。也是學生在認識新鮮事物，開發自己思維能力的一個重要手段。

參考文獻

[1]劉亞豐,蘇 莉,吳元喜,等. 虛擬仿真教學資源開放共享策略探索[J].實驗技術與管理,2016,33(12):137-141,145.

[2]王金崗,林 磊.工學結合模式下虛擬仿真教學系統設計[J].職教論壇,2013(17):26-29.

[3]鄒祝英,彭文武,羅清海,等.仿真教學在工程教育中的應用分析[J].衡陽師范學院學報,2012,33(1):146-149.

[4]孫愛娟.高職院校推進虛擬仿真教學改革攻略[J].中國教育信息化,2012(1):61-63.

[5]李 鵬. 仿真教學在高等職業教育中應用研究[D].濟南:山東師范大學,2008.