仿真教學在石油加工生產技術課程中的應用

王睿　龔黎黎

【摘 要】 石油加工生產技術課程實踐性強，仿真教學在該課程的課堂理論教學與工廠頂崗實習之間有重要的鏈接作用。本文敘述了石油加工仿真教學形式的特點和功能，并分析得出教師實踐水平的提升、教學模式與方法改革和實訓基地的開放機制均有助于保障仿真教學的高效實施，達到良好的教學效果。

【關鍵詞】 仿真教學；石油加工；教學模式

【中圖分類號】 G64.28 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2095-3089（2017）14-00-02

石油加工生產技術課程講述的是將原油通過一次加工（常減壓蒸餾）、二次加工（催化裂化、催化重整、加氫裂化）和三次加工（氣體加工）生產為以汽油、煤油和柴油為主的石油產品的工藝過程。該課程是石油化工技術專業的應用核心課程，對應崗位是燃料油生產一線高級操作工，同時也是從事燃料油生產領域技能型人才培養過程中所需的專業素養形成課程[1]。該課程所有實訓環節與理論課綁定，實訓課時達50%，理論實訓一體化教學，是與石油加工生產崗位零距離對接的課程。

石油加工生產技術課程中的教學情境，其實際過程是在高溫、高壓、密閉的工藝條件下進行的，在校園內無法簡單復制，實訓室內的真實情境演練無法實現。因此，對于石油加工生產實踐性很強的課程，仿真教學在石油加工生產技術課程的實訓教學環節中發揮著重要的作用。

一、石油加工生產技術課程教學中的仿真形式

1.DCS仿真系統

仿真軟件采用DCS控制系統，在計算機上應用仿真軟件進行裝置冷態開車、運行調節、正常停車、事故處理等操作訓練，其控制參數與工廠一致，自帶評分系統，可反復進行操作訓練。如催化裂化反應-再生DCS仿真操作系統，學生可掌握催化裂化反應和再生過程的工藝流程，了解反應器、再生器等常用設備功能及物料流向；熟練催化裂化開、停車步驟，通過手動、自動控制，掌握工藝指標的調節方法，了解內操、外操職責。通過DCS仿真軟件，將真實石化企業的內操工作在校園內運行，使催化裂化的理論教學過程生產化、實際化。

2.三維虛擬仿真工廠

三維虛擬仿真工廠根據工業現場實際裝置采用三維建模手段還原工廠實際，通過鼠標和鍵盤的操作，學生行走于虛擬裝置中，并對現場設備的操作，自帶評分系統。同時學生可以對工藝中的核心設備的結構與特點進行三維剖解與分析，提供身臨其境的現場感。

三維虛擬仿真教學系統以裝置冷態開車、正常停車的工作步驟為主要訓練內容，也包括工藝參數平衡穩定調節和事故處理等工作狀況，滿足不同層次學生的學習要求。該系統在石油加工生產技術課程教學中的應用，促進了學生基本工藝原理及設備工作原理的理解，提高了學生的調節控制工藝參數的操作能力。立體顯示技術及仿真技術等多種科學技術綜合了計算機圖形技術、多媒體技術、人機交互技術、網絡技術應用[2]，可真實再現生產場景，使學生能夠全面掌握生產工藝流程，了解內操和外操的相互配合過程，實用性強。

3.半實物仿真工廠

半實物仿真工廠由實物裝置、中央控制室和仿真教室三部分組成。實物裝置采用石化公司實際裝置按一定比例縮小的生產流程，鑒于安全與環保角度不走真實物料，但能模擬進行溫度、壓力、流量、液位的測量和控制，學生也可進行工藝流程圖的現場識讀。中央控制室采用DCS控制系統，在仿真條件下進行裝置冷態開車、調節閥控制及正常運行等操作訓練，通過設置各類模擬故障，使操作人員能夠處理各類緊急狀況。裝置運行過程節能、環保，既能鍛煉學生操作技能，又能確保學生實訓安全。仿真教室包括三維虛擬仿真系統、主要設備內部結構和工業版仿真軟件。半實物仿真工廠使學生從“沉浸—交互—構想”的虛擬世界走進現實世界。

如DCS控制常減壓半實物仿真工廠將計算機仿真軟件和常減壓蒸餾裝置操作統一起來，外操現場操作手動閥，內操在中控室進行調節閥控制，同時觀察初餾塔、常壓塔、減壓塔的液面及塔頂、塔底和各側線溫度，整個過程將使虛擬仿真與真實裝置操作實訓結合起來，內操與外操同時配合完成，培養了學生的協作意識，同時對職業崗位群所包含的操作技能進行強化。

4.智能化模擬操作工廠

智能化模擬工廠主要由智能工廠、關鍵塔器自動門、虛擬工廠、DCS仿真和設備結構資源庫五部分組成。智能工廠是以各色有機玻璃管和手動閥門為基本原件，按照一定比例制作而成的“小型工廠”。同時采用DCS控制系統，利用電動、燈光、立體、透視、色彩等現代化手段制作，使之外形、工作狀態即事故現象更加逼真。關鍵塔專門開設自動門，學員可以清晰看到塔內部結構。

虛擬工廠再現了現場真實場景，使學生猶如進入了真實生產環境。設備結構資源庫集成了詳細的設備結構，方便學生對設備進行認知和學習。設備結構仿真系統主要包括反應器、產品罐、泵、閥等主要設備的內部結構，可進行虛擬組裝及拆卸，便于學生了解設備的內部結構和裝卸原理。

5.綜合實訓演練系統

在化工企業中，安全意識是一個永恒重要的主題，在確保安全的前提下全面培養學生的綜合素質。基于安全生產過程的HSE演練裝置由中央控制室和生產系統組成。裝置按照甲類防火區設計的加氫精制裝置配置HSE演練裝置輔助用品（實訓工作服、安全帽等）和演練裝置附件（維修工具、易耗品、實訓工具及物品等）。該實訓演練裝置通過工藝流程和控制閥的模擬以及與現場實物裝置的互動，實現學生化工安全技術認知、應急救援、裝置生產操作模擬及HSE消防演練的實際應用能力，獲得“身臨其境”真實工廠，并對其進行操控的強大體驗，鍛煉應急能力和處理突發事件的能力，并建立良好的安全防范意識。同時，該裝置有考試平臺、評分系統和幫助系統。

二、仿真教學實施的保障措施

1.教師教學能力提升

由于仿真教學過程以實際生產過程為出發點，對教師的要求更全面，不僅具備基礎理論教學的能力，更要具備實踐操作教學的能力。利用雙師型教師和設備資源對實訓教師進行在職培訓，調動教師的工作積極性和創造性，提高其自身素質和實踐教學水平。每年利用寒暑假期間，選派教師到企業掛職鍛煉、參加化工行業培訓、實踐教學研討會，實操技術培訓班，技師培訓班等，提高了教學和管理隊伍的整體素質。

同時利用與企業良好的合作關系，進行人才互聘，企業兼職教師可帶領青年教師和優秀學生參與產學研項目，通過定期地開設專題講座介紹專業新技術及新工藝，對教師和學生進行實踐操作培訓及創新創業實踐指導等。

2.教學方法改革

（1）“現場實操—理論講授—仿真演練”螺旋上升式教學模式

本專業的實訓過程可分為三個層次，分別是基本化學技能實訓、化工單元操作技能實訓和石油化工綜合技能實訓。依據實訓平臺，進行“現場實操—理論講授—仿真演練”的教學模式改革。對學生進行從簡單到復雜、從單元操作到綜合操作、從仿真模擬訓練到生產實習、從驗證性試驗到科研能力的訓練，提升學生的綜合技能[3]。

（2）“教師—學生助理—學生”的實訓組織方法

通過理論、技能和面試考核，選拔優秀學生，擔任實訓教師助理工作，通過學生相互之間的“傳幫帶”，共同提高職業技能，這種“教師—學生助理—學生”的實訓組織方法，可以極大地提高了學生的技能水平。每個年級選拔3-5名優秀學生做實訓教師助教，學生之間更便于溝通。

（3）開放式實訓基地運行機制

融入企業職業素質、質量安全意識，建設開放式實訓基地；按照企業管理模式，借助實訓室管理系統全天候開放實訓室，輪班輪崗，師生協作，規范管理實訓室。保證了實訓室的高效利用，促進了學生可持續發展。此外，服務對象從學生、教師可拓展到企業職工及社會相關人員。在仿真技能訓練和教學科研基礎上，實訓基地教學資源共享，能夠提供職工培訓、技能競賽、師資培養等多元化、多層次服務。

三、結束語

隨著信息技術的高速發展，仿真技術在石油化工加工教學領域越來越趨向于石油化工全流程綜合實訓，通過自動控制、生產調節與管理、調度、執行等教學操作，實現安全、節能與高效一體化生產[4]，仿真教學形式的綜合化發展大大促進了石油加工生產技術課程的教學效率，提升學生的學習積極性，為將來全面履行石油加工生產崗位的工作職責，成為合格的技術人員奠定基礎。

參考文獻：

[1]劉蘭，莫桂娣.石油化工加工實驗教學的反思與虛擬仿真技術的應用[J].中國化工貿易，2013，10.

[2]李海濤，趙小平.三維數字化工廠技術在中石油煉化企業中的應用[J].中國信息界，2012，9.

[3]杜剛.高職《石油加工生產技術》課程改革探討[J].職業時空，2014，8.

[4]吳重光，夏迎春.我國石油化工仿真技術20年成就與發展[J].系統仿真學報，2009，21.