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計算機仿真技術(shù)在集輸工理論教學(xué)和操作技能培訓(xùn)中的開發(fā)十分重要，不僅可以改變傳統(tǒng)的油氣集輸員工培訓(xùn)中帶來的弊端，提高培訓(xùn)質(zhì)量，完善操作技能培訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)，而且維護方便，升級快速，在大大降低培訓(xùn)成本的同時，及時滿足生產(chǎn)一線設(shè)備和技術(shù)更新?lián)Q代的需要，收到良好的效果。

一、傳統(tǒng)培訓(xùn)教學(xué)的弊端及計算機仿真技術(shù)的開發(fā)

傳統(tǒng)的油氣集輸崗位員工培訓(xùn)教學(xué)模式存在著如下的問題：

一是培訓(xùn)教師結(jié)合教材上設(shè)備結(jié)構(gòu)簡圖和工作原理圖進行講解，由于許多設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作原理及工作過程極其微妙和抽象，培訓(xùn)教師無論用多么精確的語言進行講解，很難達到讓每個學(xué)員都能夠完全理解。特別是因為來自生產(chǎn)一線沒有機械制圖基礎(chǔ)的員工，很難將平面的設(shè)備結(jié)構(gòu)圖在頭腦中還原成立體的實際設(shè)備結(jié)構(gòu)，也更無法理解設(shè)備的工件原理和工作過程；

二是如果播放現(xiàn)場錄像或到現(xiàn)場進行觀摩教學(xué)，由于生產(chǎn)運行的連續(xù)性；設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的封閉性；現(xiàn)場存在易燃、易爆等不安全因素，使培訓(xùn)過程受到諸多限制，達不到預(yù)期效果；

三是借助多媒體，將集輸流程中的設(shè)備設(shè)制成平面或立體動畫形式進行演示，雖然能夠較直觀地反映實際生產(chǎn)流程和設(shè)備結(jié)構(gòu)原理，但與現(xiàn)場實際仍有較大差距，缺少人機交流的實時互動性和可操作性，培訓(xùn)效果亦不理想；

四是建立培訓(xùn)基地不僅僅需要足夠的場地，更需要一次性投入龐大的資金，而且要求在應(yīng)用基地培訓(xùn)過程中提供充足的資金來保障操作工位和材料消耗，對許多培訓(xùn)中心來說是很難實現(xiàn)的。

針對上述問題，我們在集輸工理論教學(xué)和操作技能培訓(xùn)中積極開發(fā)與應(yīng)用計算機仿真技術(shù)。2010年4月至7月，舉辦了十一期共330人的集輸崗位市場化用工人員操作技能培訓(xùn)班，應(yīng)用了該項研究的仿真設(shè)備油罐進行培訓(xùn)教學(xué)；同年11月，舉辦了六期共180人的采油井組資料員培訓(xùn)班，應(yīng)用了該項研究的仿真井口集輸工藝流程和計量分離器進行培訓(xùn)教學(xué)；還舉辦了一期41人的MI能源公司采油崗位人員技能提高培訓(xùn)班，同樣也應(yīng)用了該項研究的仿真井口集輸工藝流程和仿真計量分離器進行培訓(xùn)教學(xué)，收到了意想不到的效果。通過應(yīng)用仿真現(xiàn)場流程和設(shè)備進行培訓(xùn)，使學(xué)員徹底弄清了設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝流程，感覺操作起來十分熟悉和親切，課后學(xué)員疑問少，效果好。

二、計算機仿真技術(shù)應(yīng)用的可行性

仿真即逼真模仿研究對象，可以分為物理仿真和計算機仿真兩大類。物理仿真的優(yōu)點是直觀、還原，但需要專門的場地和設(shè)備，造價高，靈活性和通用性差，維護和升級困難；而對油氣集輸工藝流程系統(tǒng)和設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理和工作過程進行計算機仿真，有如下優(yōu)點：

一是形象性。計算機仿真油氣集輸系統(tǒng)的工藝流程、設(shè)備的工作過程，能創(chuàng)造一個與實際近乎相同的真實環(huán)境。仿真操作與實際機械操作近乎一致，通過仿真，培訓(xùn)學(xué)員可進行360°任意角度觀看油氣集輸流程中流體的進出設(shè)備過程、設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作過程，仿真過程形象生動。

二是交互性。計算機仿真過程中，學(xué)員尤如站在流程和設(shè)備旁一樣進入虛擬的真實的操作環(huán)境，增強學(xué)員對操作對象的親切感，可以大大激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣。在“交互式虛擬真實的環(huán)境世界里”，學(xué)員獲得了對學(xué)習(xí)對象的感性和理性認識。

三是全面性。計算機仿真油氣集輸工藝流程系統(tǒng)，可充分考慮實際生產(chǎn)環(huán)境中的各種因素，避免由于特定條件而導(dǎo)致的操作結(jié)果的單一。如對油氣集輸工藝流程系統(tǒng)中原油脫水系統(tǒng)仿真、污水處理系統(tǒng)仿真、注水系統(tǒng)仿真、加熱系統(tǒng)仿真以及這些系統(tǒng)中所涉及到的設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、工作過程進行多因素全面仿真。

四是安全性。計算機仿真系統(tǒng)在油氣集輸工操作技能培訓(xùn)過程中不會對操作對象如多級離心泵、油氣水三相分離器、電脫水器、電動機以及壓力儀表、流量計、溫度計等造成實質(zhì)性損害，更不會因操作失誤對培訓(xùn)學(xué)員造成人身危害。

五是節(jié)約性。集輸工培訓(xùn)中引入計算機仿真教學(xué)，最根本的好處就是可大大節(jié)省成本，而且沒有因?qū)W員操作不當引起設(shè)備損壞帶來無度的損耗。學(xué)員坐在多媒體教室里就能實現(xiàn)仿真教學(xué)，可為培訓(xùn)中心節(jié)約不小的開支和場地。

六是高效性。集輸工計算機仿真系統(tǒng)培訓(xùn)教學(xué)可縮短教師對材料、儀器儀表或工具用具的準備時間，避免了材料和工具的欠缺和不足。而且培訓(xùn)完成后，也節(jié)省了回收時間。在計算機仿真培訓(xùn)教學(xué)過程中，學(xué)員可以輕松對操作技能培訓(xùn)過程初始化，對未能完成的操作技能培訓(xùn)過程進行狀態(tài)存貯，對已完成的操作技能培訓(xùn)過程進行調(diào)入回顧，大大提高了效率。

三、計算機仿真油氣集輸工藝流程和設(shè)備系統(tǒng)的建立

1.集輸工培訓(xùn)計算機仿真內(nèi)容的確立

將油氣集輸系統(tǒng)分成四大部分進行計算機仿真該項目分為：脫水模擬仿真系統(tǒng)、污水處理模擬仿真系統(tǒng)、注水模擬仿真系統(tǒng)、加熱模擬仿真系統(tǒng)。同時對這四大系統(tǒng)中所有設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理和工作過程也采用仿真技術(shù)制作?？傮w仿真的框架圖如下所示：

集輸仿真系統(tǒng)總體框圖

2.技術(shù)研究路線

把油氣集輸系統(tǒng)分成四大系統(tǒng)工藝流程：脫水系統(tǒng)工藝流程、污水系統(tǒng)處理工藝流程、加熱系統(tǒng)工藝流程和注水系統(tǒng)工藝流程，再綜合各個采油廠的集輸情況，選擇技術(shù)先進、管理科學(xué)的典型流程及流程中所包括的設(shè)備進行現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)采集，采集回來的數(shù)據(jù)應(yīng)用3Dmax建立所確定工藝流程中的設(shè)備及儀器儀表的三維模型、添加材質(zhì)、貼圖、渲染、制作設(shè)備工作原理及工作過程動畫，并用Potoshop進行預(yù)處理紋理貼圖。把制作成的設(shè)備、儀器儀表單體進行視景生成，把生成的視景通過3D數(shù)據(jù)導(dǎo)出，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Virtools能夠接受的形式，再通過Virtools進行交互鏈接和模型整合，最后將鏈接好的的模型進行場景驅(qū)動，形成與實際工藝流程和設(shè)備完全一樣的計算機仿真系統(tǒng)。技術(shù)路線圖如下所示：

3.技術(shù)要求

（1）現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集要準確，盡可能采用真實數(shù)據(jù)建模;（2）工藝流程和設(shè)備的選擇要典型;（3）在保證視覺不失真的前提下，盡量采用最簡單的模型。運用多項技術(shù)，盡可能減少文件儲存量，使系統(tǒng)運行流暢;（4）針對工藝流程和生產(chǎn)設(shè)備的遠景、近景及內(nèi)部結(jié)構(gòu)將對象分為重點和非重點對象，對其分別采用精細建模、次精細建模和粗略建模方式，從而降低場景實時渲染的復(fù)雜度;（5）在場景布局方面，在保持效果的前提下，對紋理圖片進行優(yōu)化處理，盡可能減少占用顯存;（6）需要有相應(yīng)的硬件支持。

4.油氣集輸工藝流程和設(shè)備計算機仿真系統(tǒng)的創(chuàng)建

（1）根據(jù)流程和設(shè)備的制作需求進行數(shù)據(jù)采集；（2）根據(jù)三維數(shù)據(jù)用計算機制作三維模型及場景搭建；（3）根據(jù)集輸工藝流程用計算機制作仿真操作流程；（4）用計算機制作關(guān)鍵設(shè)備三維結(jié)構(gòu)模型、設(shè)備工作原理及工作過程動畫；（5）將三維模型的虛擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；（6）將三維數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，同Virtools進行模型整合和功能交互連接；（7）場景驅(qū)動；（8）實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)視野漫游；（9）調(diào)試、修改；（10）生成單機運行或網(wǎng)絡(luò)運行兩種版本。

實踐證明，建立油氣集輸工計算機仿真培訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)具有很大的應(yīng)用需求和發(fā)展空間。該項目克服了實際操作培訓(xùn)的不足，具有實時性。利用先進的科技手段為學(xué)校節(jié)能降耗，從而降低辦學(xué)成本，提高辦學(xué)效率，全面增強培訓(xùn)的綜合競爭力。

利用油氣集輸工計算機仿真系統(tǒng)進行培訓(xùn)，作為一種新的教學(xué)模式，的確給操作技能培訓(xùn)教學(xué)帶來很多方便，也大大提高了培訓(xùn)質(zhì)量，收到了很好的效果。但必須指出的是，油氣集輸計算仿真培訓(xùn)教學(xué)畢竟不是真正的實際對象的操作，本身有不可替代的局限性，決不能完全拋開真實的實際操作過程，在應(yīng)用計算機仿真油氣集輸系統(tǒng)進行培訓(xùn)教學(xué)的同時，還要給學(xué)員安排必要的實際動手操作練習(xí)的機會。