虛擬仿真工廠在高職實訓中應用研究

王欣羽

摘要：通過分析實踐教學的現狀，介紹了虛擬仿真工廠運用在化工類實踐教學中的必要性。虛擬仿真工廠的建設不僅可以節省空間和時間，而且能增強實踐教學效果。

Abstract： By analyzing the present situation of the practical teaching，this paper introduces the necessity of virtual simulation factory in the practical teaching of chemical industry. The construction of virtual simulation factory not only saves space and time， but also enhances the effect of the practical teaching.

關鍵詞：虛擬仿真工廠；化工；實訓；教學效果

Key words： virtual simulation factory；chemical industry；practical training；teaching effect

中圖分類號：G717 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）02-0258-02

0 引言

實踐教學是理論教學的一種深化和延伸拓展[1]。當今社會，科技進步帶來了更先進的生產力，但高級技工的貧乏卻成為了突出問題。一是學生經過了理論知識的學習，但動手操作的機會卻很少，難以學以致用，不利于技術的熟練掌握；二是企業對安全的重視，尤其是煉油化工行業，已成為當前企業的頭等大事，而學生入廠實訓將增加這一不確定因素，使得實訓項目難以入廠；三是職業院校雖然建有實訓設備，但維護保養不及時，又不能完全跟上設備更新換代速度，使得設備老舊，學生實訓條件缺乏[2]。而且，石油化工行業高溫高壓的生產條件，使得不安全因素的等級往往較高，危害性較為嚴重，也使得危害發生時的后果難以承擔。為此，現代化石油化工虛擬仿真工廠將成為高職院校學生實訓的有效途徑。

虛擬仿真工廠是模擬職場環境和操作作業過程的虛擬仿真軟件。通過使用者在虛擬環境中對生產裝置的認識及操作過程，有利于提高其崗位操作的規范性；通過對典型生產裝置的模擬，真實再現各操作流程，有利于使用者加快掌握生產原理、熟練操作和提高操作的安全性。由于是虛擬軟件，這提高了學生參與的廣泛性和積極性，對實訓時間和空間的要求也更為靈活，對設備的維護保養也省時省力；本課題以石油化工為對象，重點研究和重點探討虛擬仿真工廠在石油化工專業認識實習、生產實習及畢業實習中的應用。

隨著信息技術的發展，虛擬教學、虛擬課堂已在發達國家得到了廣泛的應用，這是我們要直面的機遇與挑戰。近年來，在國家教育部的大力倡導下，虛擬仿真技術也逐步走進了高職教育的大門。在教育教學中，廣泛使用的信息技術手段為學生們展示了更為精彩的知識，豐富和完善了學生們的理論構架，有效的提高了學院的教學質量[3]。虛擬仿真教學技術憑借其優秀的沉浸性、交互性，極為濃厚的勾起了學生的學習興趣，在虛擬的生產操作中，真實的提高了學生的技能水平和動手能力，有助于提高學生們的核心競爭力，這對解決職業院校學生實訓難、實習難和就業難提供了一條新思路。目前，虛擬仿真教學方式已可以應用到高職院校的很多專業，如服裝設計、數控技術、機電技術、焊接技術、食品加工等。

傳統的實訓教學模式是學生在固定的場地，如實驗室、企業生產現場等，動手實際操作，教師現場講解的方式進行。因其直觀方便和貼近生產，歷來是高職實訓課程的主要教學方式[4]。然而這種實訓教學有其一定的局限性，設備投入大、受時間場地影響、安全風險也較大，這使實訓教學進程面臨窘境。為了解決這些問題，充分利用現代信息技術發展帶來的便利，虛擬工廠、虛擬實驗正式進入我們的視野。憑借其安全高效的性能，越來越成為高職院校實訓教學行之有效的技術手段和發展趨勢。因此，虛擬仿真技術應用于實訓教學必然成為高職院校的最佳選擇。

1 化工類課程的現狀

化工類課程是石油化工院校學生的專業課程，而實踐課程是學習掌握化工類知識的重要環節，化工實踐課多以實際操作為主，通過多人共同完成內外操的配合，同時要記錄原始數據、過程數據和最終數據，最后根據實踐結果完成實踐報告等工作[5]。傳統的化工類實踐課程主要有老師帶領學生進行頂崗實習、小型的化工設備操作訓練和仿真操作。在化工廠或煉油廠中學生只能夠了解到化工生產操作的裝置的結構、工藝流程和工藝參數等，由于考慮到實際生產的安全性，很難讓學生動手實際操作。[6]但這種傳統的教學模式存在許多不足的地方，主要有以下幾點：

①化工類實踐教學無法與實際生產緊密的結合在一起，比如一個復雜的實際生產，我們為了考慮環境污染問題和安全問題，將其簡單化，不利于學生對知識和技能的掌握和理解。

②化工類設備一般投入較大，生產運行成本及維護成本較高。

③實際生產中，每項操作需由多位操作人員配合完成，而對學生而言，單個學生所掌握的技能就不能完整，缺乏對整體的把握和認知，不利于整體水平的提升。

④由于化工類課程的抽象性和實際性，很難達到預期的教學效果。化工類課程實踐學時少與應用技能要求不斷提高的矛盾，給教學帶來了極大的挑戰[7]。

2 虛擬仿真工廠的優勢

近年來，虛擬仿真實訓已在高職教學中得到了普遍應用，充實了實訓教學過程，提高了學生的核心技能水平，成為提高教學質量的重要手段[8]。虛擬仿真技術有效的替代了傳統教學實踐課程，解決了傳統實踐教學中設備投資大、維護成本高、時間場地受限等問題，每個學生能夠從容模擬掌握現實生產操作，與理論知識相結合，自行摸索其中的技能技巧，于技術先進性、教學效率、資源利用、經濟投入、節能環保方面都具有突出貢獻，順應國家職業學院教育的教學理念及發展方向。整個教學過程貫穿現代化教學方法，使教學資源利用更優化更有效。endprint

3 虛擬仿真工廠在化工類課程中的典型應用

①效果展示。

虛擬仿真工廠較好的完成了化工管路和實際生產中空間位置的一致性，增強了三維場景的現實效果[9]。本文以常減壓虛擬仿真操作為例，圖1為常減壓操作虛擬仿真工廠的總貌圖，展現了進入工廠后學生對崗位的選擇，對裝置整體的感知。圖2為內外操的協同操作，還原工廠的真實場景，主操可向外操發布指令，外操收到后進行現場操作，同時主操在DCS現場可以監控外操的完成情況。

②虛擬仿真工廠的運用途徑。

虛擬工廠分別可以循序漸進的一次進行認識實習、生產實習和頂崗實習。每個實習階段分為初級、中級和高級。學生在實習之前要先進入培訓室進行安全培訓和工藝流程的學習。在學習的過程中，由于裝置大，設備多，所以我們可以通過查找和定位的功能找到相應的設備。虛擬工廠具備工藝操作、事故判斷與處理、設備儀表使用維護等功能。使學生能在虛擬的生產環境中獲得實踐操作經驗。

③使用評價。

通過虛擬工廠，老師在教授中可以將復雜的化工生產流程、繁多的各種設備和控制難度大的操作形象化、簡單化和可實現化，同時將虛擬工廠與多媒體課件聯合使用，不但豐富了教學內容，提高了學生的主觀能動性，而且使得操作中的重點難點更易于理解，優化了教學質量[10]。

學生可以借助虛擬工廠平臺，實現了人人參與操作工藝設備，人人感受到半真實的生產環境，為學生今后相應的工作打下堅實的基礎。

4 結語

虛擬仿真工廠不僅突破了平面仿真軟件由于空間位置展示困難的瓶頸，而且突破了時間和空間的限制。利用虛擬仿真技術，不僅強化了實踐課程的教學，使得教學內容更具時效性和感染力，更增加了學生的實踐機會，提高了學生的動手能力和獨立思考的能力，為學生綜合能力的提升提供一大助力。

參考文獻：

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[6]胡今鴻，李鴻飛，黃濤.關于虛擬仿真實驗教學資源開放共享機制探索[J].實驗研究與探索，2015，34（2）：140-144.

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[10]馬少華，陳東巡.虛擬仿真技術在PLC實驗教學中的應用研究[J].價值工程，2016（12）：148-150.endprint