仿真系統在技能人才培養中的應用探討

陳曉艷

（南京揚子職業培訓有限責任公司，江蘇南京 210048)

仿真系統在技能人才培養中的應用探討

陳曉艷

（南京揚子職業培訓有限責任公司，江蘇南京 210048)

主要介紹了化工仿真在技能人才培養中的應用，探討了仿真培訓的教學實施過程，以及隨著仿真技術的發展，仿真教學實施的改進和優化。

化工仿真；3D仿真；虛實結合仿真；教學實施

1 引言

企業要發展，人才是關鍵。善于發現人才、合理培養人才、有效使用人才是企業可持續發展的重要保障。石化系統技能人才是指在企業生產一線中從事技術操作、具有較高技能水平、能夠解決操作性難題的人員。隨著科學技術的不斷進步，石化經濟的快速發展，石化企業的技能人才，特別是高技能人才在石化企業的安全生產、技術進步、節能降耗、創新創效、導師帶徒以及樹立企業形象等方面發揮著舉足輕重的作用。近年來，化工仿真培訓作為一種新型的、現代化的培訓手段正逐步深入到石化企業的技能人才培訓中，彌補了傳統培訓的缺陷，為培訓手段的改進和培訓質量的提高提供了良好的契機和有力的保障。

2 化工仿真應用于石化技能人才培養中的教學探討

2.1 化工仿真技術及發展

化工仿真技術是以軟件為平臺，以真實的工廠單元或工段為背景，以仿真機為工具，用實時運行的動態數學模型來模擬真實的管路、儀表以及輸送、換熱、分離等設備和工藝過程。它是計算機在化工生產中的應用，是計算機與化工的有機結合。近20年來，我國石油化工仿真技術取得了重大的發展和突破，從最初的化工單元操作平面仿真，發展到典型化工生產過程平面仿真，再到近幾年大力發展的三維仿真、VR仿真以及仿真工廠。

2.2 化工仿真應用于石化技能人員培訓中的教學實施

石化技能人員根據工作時間和技能操作水平分為初級工、中級工、高級工、技師和高級技師。不同等級的技能人員在理論水平、操作實踐經驗等方面存在明顯的差異，為了保證培訓的效果，針對不同等級的技能人員，化工仿真教學的培訓內容和培訓方式是有所區別的。本文主要探討對高級工和技師兩個等級的技能人員進行的仿真教學實施。

2.2.1 高級工

高級工是指崗位工作時間超過三年，參加過中級工的化工平面仿真培訓，對煉化企業生產過程有一定的了解，有DCS操作經驗的人員，針對他們進行化工仿真培訓的重點應該是典型化工單元操作的開、停車規范操作、常見復雜控制系統工作原理以及在實際生產中的應用，同時，為了讓學員體驗到更真實的現場操作過程，提高培訓效果，采用化工單元操作3D仿真。

以傳熱單元操作為例，如圖1，2所示為換熱器仿真操作DCS和現場圖。現場圖為3D流程圖，學員在操作時感覺更逼真。首先熟悉換熱器工藝流程，要求學員能自己查看并理解工藝流程，包括DCS流程和現場流程；第二，講解換熱器仿真中涉及的復雜控制系統的工作原理，要求學員掌握復雜控制系統的控制原理和操作方法，比如熱物流的出口溫度控制采用的是分程控制，一個調節器TIC1001是如何控制兩個調節閥A閥和B閥？調節器的輸出變化了，A閥和B閥的閥門開度如何變化？第三，講解、演示換熱器的規范開、停車操作。在操作過程中，不斷引導學員思考，比如為什么換熱器開車時要先投用冷物流再投用熱物流，而停車時則相反？如何調節才能保證工藝參數的平穩？第四，學員進行開、停車操作練習，要求學員掌握換熱器開、停車的基本原則，規范操作、注意事項和工藝參數的調整方法。

圖1 換熱器3D仿真操作DCS圖

圖2 換熱器3D仿真操作現場圖

學員在進行化工單元3D仿真操作的訓練過程中，可以隨時“凍結”系統進行充分思考，或“重演”快門進行某個操作的調整。通過反復練習后，幫助學員掌握工藝參數調整的思路、方法和開停車規范操作，提高了他們在工作中控制工藝指標的能力，鍛煉了實際操作需要的膽量和信心。

2.2.2 技師的化工仿真教學實施

技師是指在煉油化工生產一線，熟練掌握煉油化工操作知識和技術，具備精湛的操作技能，并在工作實踐中能夠解決生產操作難題的人員。針對他們的仿真培訓重點是系統操作以及裝置典型故障的判斷和處理。不同裝置的人員進行本裝置的針對性裝置平面仿真培訓。

以聚乙烯裝置為例，氣相法聚乙烯裝置分三個單元，原料精制、聚合反應和產品脫氣以及造粒三個單元，高級工在現場只操作其中的某一個單元，對本單元的操作比較熟練，而對其他單元并不了解。在提升為技師的仿真培訓中，要求學員掌握整個聚乙烯裝置的工藝原理、流程和操作，到達系統操作的水平。首先講解各單元的工藝原理。第二，熟悉各單元工藝流程，比如聚合反應單元，如圖3所示為聚合反應系統總貌流程圖，從進料系統、調溫水系統、循環氣系統、催化劑和助催化劑的配制和注入系統到反應出料系統，按照生產過程逐一掌握聚合反應單元的工藝流程。在此基礎上，將聚乙烯裝置各單元的工藝流程貫穿起來，最終掌握整個聚乙烯裝置的工藝流程。第三，講解聚乙烯裝置主要的復雜控制系統和聯鎖系統，例如調溫水系統的溫度分程控制、反應器壓力的選擇控制的原理以及相應的工藝參數調整方法和思路。由于不同裝置設計有不同的聯鎖邏輯系統，因此，它是系統培訓的其中一個重點，要求學員熟悉裝置聯鎖系統的促發條件、聯鎖邏輯、聯鎖動作以及聯鎖發生后的緊急處理。第四，演示并要求學員熟練掌握聚乙烯裝置的規范開、停車操作。學員在練習裝置開、停車操作的過程中，必須要考慮整個裝置每一部分之間的關聯和影響，一個地方考慮不到，可能導致整個裝置的開車失敗。操作中遇到問題時，首先自己查找，在確實有困難的情況下，教師再給予點撥，與學員一起分析工藝過程，聯鎖邏輯等，找出原因，然后根據不同的原因讓學員針對性地進行相關的處理。第五，選擇幾個典型的特定事故進行演示、講解，首先觀察事故現象，然后分析事故原因，最后進行針對性的處理。表1為聚乙烯裝置仿真特定事故一覽表，要求學員練習所有的特定事故，并掌握相關的事故處理思路和方法。學員通過裝置仿真開、停車和特定事故的培訓，掌握了裝置的系統操作，學會了前后系統關聯思考的工作方法，拓寬了工作思路，提高了獨立分析、解決問題和裝置典型事故判斷、處理能力，達到了技師的操作水平。

圖3 聚乙烯裝置反應系統總貌圖

表1 聚乙烯裝置仿真事故一覽表

2.3 化工仿真教學發展的探討

近年來，3D仿真技術應用越來越普遍，發展也越來越快，已經從單純的現場3D畫面發展到與VR技術相結合的虛實結合仿真，學員在培訓過程中帶上VR眼鏡和操控器，就完全沉浸在虛擬的現場中，進行流程的查找和相關的操作。

基于虛實結合仿真的優點，在今后的技能人才的培訓方面，擬較多地采用虛實結合仿真，以提高培訓效果。針對不同等級，不同操作水平的人員有以下初步的培訓思路和想法：①利用虛實結合仿真逼真的操作環境，對新入廠員工進行現場流程、閥門、儀表的相關培訓。②中級工、高級工和技師的仿真培訓方法與之前相同，但采用虛實結合仿真軟件以后，學員感覺操作更真實，大大調動了學員學習的積極性和主動性。③虛實結合仿真可分角色進行協作操作，高級技師基本是已經擔任或即將擔任班長，讓他們組織班組人員進行開車、停車、事故處理等仿真演練，可提高其應急指揮和組織協調能力。

3 結語

實踐證明，通過化工仿真培訓，不同等級的煉油、化工技能人員的實踐操作能力均得到較大的提高。學員掌握了物料平衡、熱量平衡的概念以及調整平衡的思路，提高了實際操作水平和獨立思考、分析解決實際生產問題的綜合能力，建立了全局觀，進一步加深了理論與實際的聯系。隨著化工仿真技術的不斷發展，對于技能人才的仿真教學還需進一步的改進和優化。

[1] 楊永杰.化工仿真培訓系統技術進展[J].天津化工，2001，（11）.

[2] 呂振欣.高技能人才培訓對石油石化企業發展的影響[J].現代企業文化，2008，（17）.

[3] 吳重光，夏迎春，納永良，等.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）.

[4] 高曉新，馬江權，徐淑玲.3D化工仿真在生產實習中的應用[J].實驗室科學，2013，（4）.

Discussion on the Application of Simulation System in Talent Training

Chen Xiao-yan

This paper introduces the application of chemical simulation in the cultivation of skilled personnel，discusses the teaching process of simulation training，and improves and optimizes the implementation of simulation teaching with the development of simulation technology.

chemical simulation；3D simulation；virtual reality combination simulation；teaching implementation

TP391.9

A

1003–6490（2017）11–0175–02

2017–09–15

陳曉艷（1980—），女，四川瀘州人，講師，主要研究方向為化工理論、仿真教學。