摘要：計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展，給教育教學(xué)改革提供了前所未有的條件。將仿真教學(xué)系統(tǒng)運(yùn)用于中等職業(yè)教育，提高了理論教學(xué)效果，完善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力。對(duì)職校生綜合能力的提高，對(duì)教師實(shí)踐能力再上新臺(tái)階，具有不可替代的作用。

關(guān)鍵詞：化工 仿真 教學(xué) DCS

化學(xué)工業(yè)是我國(guó)主要支柱產(chǎn)業(yè)之一，近年來(lái)發(fā)展迅速，不斷開(kāi)發(fā)和引進(jìn)新技術(shù)和新設(shè)備，企業(yè)管理水平不斷提高，是屬于高度自動(dòng)化、技術(shù)密集型工業(yè)企業(yè)，目前正與國(guó)際接軌，而企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)在某種程度上就是人才的競(jìng)爭(zhēng)，因此對(duì)化工技術(shù)人才的要求越來(lái)越高。因此，有必要對(duì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

自2001年12月“建立化工仿真系統(tǒng)，改革實(shí)習(xí)教學(xué)模式”在我校立項(xiàng)以來(lái)，項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人及成員根據(jù)化工仿真現(xiàn)狀，圍繞立項(xiàng)要完成的內(nèi)容，進(jìn)行了卓有成效的工作。

1、進(jìn)一步提高了對(duì)建立化工仿真系統(tǒng)重要性的認(rèn)識(shí)

化工仿真系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：強(qiáng)調(diào)工業(yè)背景，涉及的仿真軟件都具有真實(shí)的工業(yè)背景，工藝流程、設(shè)備結(jié)構(gòu)和自控方案都來(lái)源于工業(yè)實(shí)際。 適用面廣，通過(guò)精選的單元操作內(nèi)容都是化學(xué)工業(yè)過(guò)程中最常見(jiàn)的，例如離心泵、換熱器、壓縮、吸收、精餾、間歇反應(yīng)、連續(xù)反應(yīng)、加熱爐、合成氨、常減壓蒸餾、催化裂化等，適用于化工、石油化工、煉油、精細(xì)化工、高分子化工、制藥和環(huán)境工程等許多相關(guān)專業(yè)。操作與控制界面先進(jìn)。突出操作實(shí)踐。提倡新的教學(xué)方法。傳統(tǒng)的教學(xué)方法只利用了較少的通道，如視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等，因此教學(xué)效率不高。仿真訓(xùn)練是一種多通道綜合作用的教學(xué)方法。學(xué)員置身于仿真環(huán)境之中，可以充分調(diào)動(dòng)感覺(jué)通道、運(yùn)動(dòng)通道和思維通道的學(xué)習(xí)機(jī)能，接受知識(shí)的效率明顯提高。

此外，仿真訓(xùn)練系統(tǒng)可形成一種能夠充分發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)造意識(shí)的環(huán)境。學(xué)生可以在沒(méi)有教師的情況下自學(xué)，并反復(fù)試驗(yàn)自行設(shè)計(jì)的開(kāi)車方案、停車方案和事故排除方案。同時(shí)學(xué)員還可以模擬控制指標(biāo)超標(biāo)后的結(jié)果以及處理方法。

化工仿真實(shí)習(xí)基地建設(shè)將解決長(zhǎng)期困擾職業(yè)學(xué)校教學(xué)中生產(chǎn)實(shí)習(xí)難的問(wèn)題。由于工廠為了安全和效益不允許學(xué)生動(dòng)手操作，因此，學(xué)生實(shí)習(xí)達(dá)不到預(yù)定效果。仿真實(shí)習(xí)可以使學(xué)生不進(jìn)工廠就能得到開(kāi)車、停車和事故處理操作機(jī)會(huì)。大大提高學(xué)生處理實(shí)際問(wèn)題的能力。

我校是為化工企業(yè)培養(yǎng)中、高級(jí)技術(shù)工人的職業(yè)學(xué)校，因此必須適應(yīng)高速發(fā)展的化工企業(yè)對(duì)技術(shù)人才的需要；職業(yè)學(xué)校的畢業(yè)生，不但要有基本的基礎(chǔ)理論，更要有在最短時(shí)間內(nèi)適應(yīng)工作環(huán)境，充分發(fā)揮掌握實(shí)際的專業(yè)技能。因此建設(shè)化工仿真實(shí)習(xí)基地的項(xiàng)目在培養(yǎng)適應(yīng)石化企業(yè)技術(shù)人才上起著極其重要的作用，并有著深遠(yuǎn)的意義。

2、優(yōu)化了化工仿真操作方案

在初步建立化工仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，探討了各單元操作的科學(xué)方法；面對(duì)職業(yè)學(xué)校學(xué)生的教學(xué)模式；主機(jī)操作優(yōu)化控制；實(shí)現(xiàn)了主機(jī)對(duì)成員的廣播教學(xué)、單獨(dú)交流（包括電子舉手問(wèn)答等）、監(jiān)控，程序運(yùn)行中的事故設(shè)置與排除；建立面向全校不同專業(yè)學(xué)生的仿真系統(tǒng)等。

3、化工仿真在教學(xué)改革中的作用

“化工仿真”實(shí)習(xí)課程是隨著信息時(shí)代的出現(xiàn)而隨之產(chǎn)生的一門新興的化工專業(yè)主干課程。我校仿真課程共分為兩個(gè)階段：第一階段化工基本單元仿真實(shí)習(xí)?？倢W(xué)時(shí)為72學(xué)時(shí)，其中16學(xué)時(shí)以課堂講解為主，另外56學(xué)時(shí)為學(xué)生上機(jī)實(shí)習(xí)。學(xué)生上機(jī)實(shí)習(xí)主要包括：（1）典型仿真實(shí)習(xí)界面操作法，學(xué)生必須掌握智能控制模式操作法、TDC-3000操作法、CENTUM-CS操作法等基礎(chǔ)知識(shí)；（2）智能控制（IPC）模式仿真實(shí)習(xí)，操作內(nèi)容包括離心泵及液位、熱交換器、透平與往復(fù)壓縮、間歇反應(yīng)、連續(xù)反應(yīng)、二元精餾、吸收系統(tǒng)、加熱爐、鍋爐、合成氨轉(zhuǎn)化工段等；（3）集散控制（DCS）模式仿真實(shí)習(xí)。化工單元操作實(shí)驗(yàn)大多是工程性較強(qiáng)的綜合性大型實(shí)驗(yàn)，有的具有工程規(guī)模，每一個(gè)單元操作實(shí)驗(yàn)相當(dāng)于化工生產(chǎn)中的一個(gè)基本過(guò)程。由于裝置規(guī)模一般都比較大，設(shè)備、流程以及實(shí)驗(yàn)步驟復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多，學(xué)生必需在實(shí)驗(yàn)前對(duì)裝置性能、特點(diǎn)，操作步驟、要點(diǎn)以及存在的安全隱患等有充分的了解才能順利完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。包括離心泵單元、換熱器單元、液位控制單元、壓縮機(jī)單元、精餾塔單元、吸收解吸單元、管式加熱爐單元、鍋爐單元、固定床反應(yīng)單元、流化床反應(yīng)單元等。 本課程涉及的仿真軟件都具有真實(shí)的工業(yè)背景，工藝流程、設(shè)備結(jié)構(gòu)以及自控方案均來(lái)源于實(shí)際。重點(diǎn)描述化工裝置如何開(kāi)車、停車和常見(jiàn)事故處理，包含了大量物理、化學(xué)、工藝和控制原理，為學(xué)生提供了獨(dú)立思考的空間.

第二階段根據(jù)不同專業(yè)選擇工藝類仿真軟件，如大型合成氨全工段仿真系統(tǒng)，污水處理仿真系統(tǒng)，青霉素生產(chǎn)仿真系統(tǒng)等。該階段的實(shí)習(xí)共60課時(shí)，其中12學(xué)時(shí)以課堂講解為主，另外48學(xué)時(shí)為學(xué)生上機(jī)實(shí)習(xí)。本階段結(jié)合專業(yè)課程學(xué)習(xí)，通過(guò)仿真訓(xùn)練掌握工藝課程的內(nèi)容和化工企業(yè)實(shí)際的操作方法，掌握工藝流程圖，以及DCS操作方法等。如： 30萬(wàn)噸合成氨工藝仿真軟件包含：凈化工段——該系統(tǒng)仿真范圍包括如下主要部分：脫碳系統(tǒng)；甲烷化系統(tǒng)；冷凝液回收。 轉(zhuǎn)化工段——該系統(tǒng)仿真范圍包括：原料氣脫硫；原料氣的一段蒸汽轉(zhuǎn)化；轉(zhuǎn)化氣的二段轉(zhuǎn)化；高變、低變；給水、爐水、蒸汽系統(tǒng)。 氨合成工段——該系統(tǒng)仿真范圍包括：合成氨系統(tǒng)；冷凍系統(tǒng)。學(xué)員可以在仿真軟件這一虛擬的工廠中，通過(guò)對(duì)閥門的調(diào)整和DCS圖的監(jiān)視，來(lái)實(shí)現(xiàn)冷態(tài)開(kāi)車，正常停車，正常操作等，從而達(dá)到熟練掌握工藝流程和操作規(guī)程以及處理各種事故的能力。

化工仿真系統(tǒng)均具備開(kāi)放的智能評(píng)價(jià)指導(dǎo)系統(tǒng)，對(duì)學(xué)員的操作進(jìn)行實(shí)時(shí)指導(dǎo)和在線評(píng)分。同時(shí)軟件還內(nèi)嵌有思考題和課件用以輔助學(xué)員訓(xùn)練。仿真教學(xué)是全世界公認(rèn)的現(xiàn)代化教學(xué)手段。我?；ゎ惣跋嚓P(guān)專業(yè)學(xué)生已率先使用這一現(xiàn)代化教學(xué)手段并受益。

4、化工仿真訓(xùn)練實(shí)際可達(dá)到的效果

我校于1999年開(kāi)始建立化工多媒體仿真實(shí)習(xí)系統(tǒng)。目前已配置計(jì)算機(jī)160臺(tái)，形成了局域網(wǎng)系統(tǒng)。引進(jìn)和開(kāi)發(fā)仿真教學(xué)軟件6套（內(nèi)容包括離心泵、熱交換器、透平與往復(fù)壓縮、間歇反應(yīng)、連續(xù)反應(yīng)、二元精餾、吸收系統(tǒng)、加熱爐、65t/h鍋爐、30萬(wàn)噸合成氨、青霉素生產(chǎn)等），經(jīng)優(yōu)化控制后投入使用?；瘜W(xué)工藝專業(yè)、化工總控工和生物制藥專業(yè)的學(xué)生對(duì)操作仿真系統(tǒng)的積極性特別高。已經(jīng)達(dá)到如下教學(xué)效果：

深入了解化工過(guò)程操作原理，提高學(xué)生對(duì)化工過(guò)程的開(kāi)車、停車運(yùn)行能力；掌握調(diào)節(jié)器的基本操作技能，熟悉調(diào)節(jié)參數(shù)的在線整定；掌握復(fù)雜控制系統(tǒng)的投運(yùn)和調(diào)整技術(shù)；提高對(duì)復(fù)雜化工過(guò)程動(dòng)態(tài)運(yùn)行的分析和決策能力，試驗(yàn)和提出最優(yōu)開(kāi)車方案； 提高識(shí)別和排除事故的能力；科學(xué)嚴(yán)格地考評(píng)學(xué)員經(jīng)過(guò)訓(xùn)練后所達(dá)到的操作水平和理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

因?yàn)槟壳盎し抡嫦到y(tǒng)一般都采用仿DCS操作界面，學(xué)生可以在仿真操作的過(guò)程中掌握DCS操作的基本技能，學(xué)生基本能滿足化工企業(yè)對(duì)DSC操作工的技術(shù)要求。在上個(gè)世紀(jì)初期，化工生產(chǎn)行業(yè)主要依靠工人的現(xiàn)場(chǎng)操作為主，不僅消耗大量的人力物力，而且生產(chǎn)效率低下。計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)（DCS）的出現(xiàn)，為化工生產(chǎn)行業(yè)注入了新鮮血液，它是一個(gè)由過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)、通訊、顯示和控制等技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活、組態(tài)方便。將其與化工生產(chǎn)線有機(jī)融合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程參數(shù)的精確控制與調(diào)節(jié)，從而提高了產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約了人力物力，同時(shí)減少了現(xiàn)場(chǎng)操作的危險(xiǎn)性，大幅度提高了經(jīng)濟(jì)效益，與單純的人工操作相比，其優(yōu)越性是不言而喻的?？梢灶A(yù)測(cè)，能夠熟練操作DCS控制系統(tǒng)又具有基本化學(xué)化工知識(shí)的人必將受到化工生產(chǎn)行業(yè)的青睞。

綜上所述，仿真訓(xùn)練對(duì)于學(xué)生了解化工過(guò)程的工藝和控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性、提高對(duì)工藝過(guò)程的運(yùn)行和控制能力具有特殊效果，這種運(yùn)行、調(diào)整和控制能力集中反映了學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的水平。所以，仿真訓(xùn)練是運(yùn)用高科技手段強(qiáng)化學(xué)生掌握知識(shí)和理論聯(lián)系實(shí)際的新型教學(xué)方法。

5、實(shí)習(xí)成績(jī)考核辦法

仿真實(shí)習(xí)成績(jī)按百分制進(jìn)行考核，主要根據(jù)平時(shí)的實(shí)習(xí)成績(jī)、結(jié)束時(shí)的考試成績(jī)以及實(shí)習(xí)報(bào)告質(zhì)量綜合評(píng)定。其中平時(shí)實(shí)習(xí)成績(jī)占70%，考試成績(jī)占30%。但主要實(shí)習(xí)項(xiàng)目有所漏缺或成績(jī)不合格以及綜合考試不及格者，必須補(bǔ)做或補(bǔ)考，合格后方可按上述比例評(píng)定總成績(jī)。

平時(shí)實(shí)習(xí)成績(jī)實(shí)行一天一評(píng)制，主要依據(jù)學(xué)生完成實(shí)習(xí)的產(chǎn)品質(zhì)量、勞動(dòng)態(tài)度、組織紀(jì)律性和動(dòng)手能力綜合打分?？荚囈陨蠙C(jī)操作形式進(jìn)行。

6、職業(yè)技能鑒定

化工仿真系統(tǒng)因?yàn)榫哂姓鎸?shí)的工業(yè)背景，同時(shí)具備自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)。在教師機(jī)上可以根據(jù)學(xué)員的操作情況，設(shè)置各種隨機(jī)故障讓學(xué)員排除。因此利用化工仿真系統(tǒng)進(jìn)行化工類學(xué)員的職業(yè)技能考核非常真實(shí)和方便，在我校和巨化集團(tuán)公司的職業(yè)技能鑒定工作中已投入使用。該方法得到國(guó)家職業(yè)技能鑒定中心的認(rèn)可和好評(píng)。

7、化工仿真發(fā)展規(guī)劃

我?；し抡鎸?shí)習(xí)基地將建成具有200臺(tái)計(jì)算機(jī)規(guī)模，采用最先進(jìn)的工藝流程模擬軟件，使之成為多用途，多功能，具備領(lǐng)先水平的一流開(kāi)放式基地。

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