操作員仿真培訓(xùn)系統(tǒng)在大型煤化工企業(yè)中的應(yīng)用

鄒建波（遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責(zé)任公司 遼寧 阜新 123000）

一、引言

近年來，在國際油價(jià)持續(xù)居高不下的影響下，激發(fā)了我國煤化工項(xiàng)目的投資熱情，促進(jìn)了新型煤化工項(xiàng)目的快速發(fā)展，一批國家重點(diǎn)示范項(xiàng)目陸續(xù)取得突破并在煤制烯烴、煤制油、煤制天然氣等方面取得了重大突破和成功。新型煤化工企業(yè)是技術(shù)密集型、資金密集型產(chǎn)業(yè)，對(duì)技術(shù)人才的需求相當(dāng)迫切，并且生產(chǎn)操作人員中工作經(jīng)驗(yàn)缺乏的人員占到了80%以上，甚至高達(dá)90%，如何迅速改變生產(chǎn)操作人員經(jīng)驗(yàn)不足的現(xiàn)狀，提高生產(chǎn)操作人員的整體素質(zhì)，為裝置的“安穩(wěn)長滿優(yōu)”運(yùn)行提供人才保障，是新型煤化工企業(yè)面臨的一項(xiàng)難題。遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱“我公司”）委托開發(fā)了23套化工單元仿真培訓(xùn)軟件、理論考試平臺(tái)和12套定制仿真軟件，構(gòu)建了以提高生產(chǎn)操作人員實(shí)際操作能力為中心，仿真培訓(xùn)和外出實(shí)習(xí)培訓(xùn)并重的創(chuàng)新培訓(xùn)模式，顯著地提高了生產(chǎn)操作人員的整體素質(zhì)。

二、仿真的概念

仿真技術(shù)涉及系統(tǒng)工程、相似理論、計(jì)算機(jī)軟件與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制工程等，同時(shí)其在不同領(lǐng)域的開發(fā)與應(yīng)用還涉及到相關(guān)的專業(yè)學(xué)科。仿真技術(shù)通常有三個(gè)主要部分組成：對(duì)象系統(tǒng)、數(shù)學(xué)模型和仿真機(jī)，三個(gè)部分之間形成兩個(gè)關(guān)系：由對(duì)象系統(tǒng)到數(shù)學(xué)模型之間的關(guān)系，稱為建模（Modeling）；由數(shù)學(xué)模型到仿真機(jī)之間的關(guān)系，稱仿真（Simulation）[1,2]。

對(duì)象系統(tǒng)：是擬進(jìn)行仿真的實(shí)際系統(tǒng)或設(shè)計(jì)系統(tǒng)，如：生產(chǎn)裝置，儀器設(shè)備等；數(shù)學(xué)模型與建模：用于描述對(duì)象系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式的集合稱為數(shù)學(xué)模型，建模就是分析、推導(dǎo)和建立數(shù)學(xué)模型的方法與過程；仿真機(jī)與仿真：仿真系統(tǒng)的軟件和硬件有機(jī)結(jié)合構(gòu)成仿真機(jī)，仿真就是依據(jù)數(shù)學(xué)模型開發(fā)仿真軟件的方法與過程[3～ 5]。

三、操作員仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的架構(gòu)

操作員仿真培訓(xùn)系統(tǒng)（OTS）包括軟件和硬件兩部分，其中軟件分為通用化工單元培訓(xùn)軟件和與現(xiàn)場(chǎng)裝置一致的定制仿真軟件；硬件也就是仿真教室。仿真教室采用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)作教師站（可兼工程師站）和學(xué)員站，學(xué)員站可兼具仿DCS和仿現(xiàn)場(chǎng)站操作功能。教師站配備一臺(tái)打印機(jī)和投影儀。在同一個(gè)局域網(wǎng)上，可以同時(shí)運(yùn)行一臺(tái)教師站和多臺(tái)學(xué)員操作站，教師站采用Microsoft Windows XP/Vista/7，學(xué)員站可采用Microsoft Windows XP/Vista/7或最新穩(wěn)定的操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用TCP/IP協(xié)議、以太網(wǎng)連接的多用戶、多任務(wù)可遠(yuǎn)程訪問的系統(tǒng)。仿真教室硬件結(jié)構(gòu)圖2所示，我公司配置了專門的仿真教室，設(shè)置了兩臺(tái)教師站和40臺(tái)學(xué)員站。

四、應(yīng)用情況

由于化工行業(yè)的特殊性，員工在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)期間只能看不能動(dòng)手操作，學(xué)習(xí)效果普遍不高，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作知識(shí)掌握較差，而通過仿真培訓(xùn)，使生產(chǎn)運(yùn)行人員的整體水平有了較大的提升。

1、日常培訓(xùn)工作中的應(yīng)用

目前，我公司OTS目前主要用于操作員的崗前培訓(xùn)，利用OTS對(duì)生產(chǎn)操作人員進(jìn)行冷態(tài)開車、熱態(tài)開車、正常停車、緊急停車和各種事故處理等針對(duì)性培訓(xùn)。通過冷態(tài)開車、熱態(tài)開車、正常停車、緊急停車的培訓(xùn)，使生產(chǎn)操作人員對(duì)操作過程的理解更加深入，有效提高了生產(chǎn)操作人員的基本操作能力。通過各種事故處理的培訓(xùn)，使操作人員熟練掌握常見事故的處理能力，減少了突發(fā)性事故和誤操作及非正常停工。通過仿真培訓(xùn)，可以方便地使操作人員掌握不同崗位的生產(chǎn)運(yùn)行操作技能，培養(yǎng)全面操作人才，達(dá)到一人適合多個(gè)崗位的生產(chǎn)操作要求，提升操作人員的全面生產(chǎn)操作技能。自仿真教室投用以來，我公司對(duì)全廠700多名生產(chǎn)操作人員進(jìn)行了系統(tǒng)仿真培訓(xùn)，累計(jì)完成了約80000學(xué)時(shí)，有效提高了生產(chǎn)操作人員的整體操作水平。

2、生產(chǎn)準(zhǔn)備調(diào)考工作中的應(yīng)用

現(xiàn)階段我公司正由基建工作為中心逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榛?、生產(chǎn)兩方面同時(shí)進(jìn)行，操作人員培訓(xùn)工作與效果檢驗(yàn)就尤為重要，我公司利用OTS對(duì)生產(chǎn)操作人員進(jìn)行每周一次的隨機(jī)調(diào)考，檢驗(yàn)培訓(xùn)質(zhì)量，同時(shí)調(diào)考結(jié)果與各分廠考核情況掛鉤。截至目前，仿真調(diào)考600余人，仿真調(diào)考合格率100%，優(yōu)秀率90%，這樣不但有效的檢驗(yàn)了培訓(xùn)效果，更能以考促學(xué)，提高生產(chǎn)崗位操作人員技術(shù)素質(zhì)，為裝置的順利開車保駕護(hù)航。

表1 不同培訓(xùn)方式費(fèi)用對(duì)比

3、選拔高技能人才，為優(yōu)化操作及技術(shù)改進(jìn)提供平臺(tái)

OTS是操作人員技能提升和考核鑒定的現(xiàn)代化工具，除日常培訓(xùn)及調(diào)考外，還可進(jìn)行技能鑒考試、競(jìng)賽等，選拔高技能人才。同時(shí)，在仿真軟件上，操作人員可以逐步探索研究為生產(chǎn)裝置的優(yōu)化操作和技術(shù)改進(jìn)提供指導(dǎo)，做到節(jié)能降耗，優(yōu)化生產(chǎn)的在線實(shí)時(shí)模擬優(yōu)化，從而對(duì)工藝運(yùn)行過程進(jìn)行研究，為裝置生產(chǎn)運(yùn)行提供指導(dǎo)和技術(shù)改造提供參考。

因此，通過仿真培訓(xùn)，不但能使操作員熟悉系統(tǒng)設(shè)備組成、設(shè)備工作原理，掌握多種工況下開車、停車和維護(hù)正常運(yùn)行的操作，提高異常事故狀態(tài)下應(yīng)急處理技能，更是企業(yè)操作人員技能提升和考核鑒定的現(xiàn)代化工具，為企業(yè)選拔高技能人才提供有效載體，為優(yōu)化操作及技術(shù)改進(jìn)提供廣闊平臺(tái)。

五、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益分析

1、經(jīng)濟(jì)效益分析

以我公司為例，大唐國際阜新煤制天然氣項(xiàng)目是新建項(xiàng)目，共招學(xué)生719人，根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)展情況，安排這些學(xué)生分別赴工藝相近的化工廠開展實(shí)習(xí)，為保證學(xué)習(xí)效果，計(jì)劃新進(jìn)廠學(xué)生實(shí)習(xí)時(shí)間為18個(gè)月。OTS投入使用后，大大縮短了外出培訓(xùn)的時(shí)間，節(jié)省了培訓(xùn)費(fèi)用，具體情況見表1。

根據(jù)表1所示，原計(jì)劃傳統(tǒng)外出培訓(xùn)時(shí)間為18個(gè)月，需資金約1553.04萬元，實(shí)際2010年前入廠的新員工就是按照這個(gè)計(jì)劃執(zhí)行的。在實(shí)施外出培訓(xùn)與仿真培訓(xùn)相結(jié)合的培訓(xùn)方式后，將外出培訓(xùn)時(shí)間縮短為6個(gè)月，顯著降低了培訓(xùn)費(fèi)，并且培訓(xùn)效果更好。

此外，據(jù)國外資料統(tǒng)計(jì)，在仿真培訓(xùn)系統(tǒng)上進(jìn)行針對(duì)性操作訓(xùn)練，可以使操作工人在數(shù)周之內(nèi)取得現(xiàn)場(chǎng)二至五年才能取得的經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)縮短裝置開車時(shí)間，提高開車成功率。提高對(duì)事故的預(yù)判及處理能力。通過仿真培訓(xùn)，大大提高了操作與控制水平，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而保證裝置安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運(yùn)行，間接產(chǎn)生巨大效益。每減少一次事故或停車所造成的損失都是企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益體現(xiàn)。

2、社會(huì)效益

（1）對(duì)員工進(jìn)行培訓(xùn)，增強(qiáng)了開好新裝置的信心

傳統(tǒng)的技能培訓(xùn)方法是到其它廠家進(jìn)行同類裝置的學(xué)習(xí)，但是由于學(xué)習(xí)單位由生產(chǎn)任務(wù)，通常不能讓學(xué)員上崗全面操作訓(xùn)練，通常是“眼看手勿動(dòng)”。因而，如何進(jìn)行系統(tǒng)的操作，掌握開車的全過程，尤其是出現(xiàn)事故及突發(fā)事件如何處理，有的學(xué)員感到心中無數(shù)，心理壓力較大。此裝置仿真培訓(xùn)系統(tǒng)投用后，給學(xué)員創(chuàng)造了一個(gè)與現(xiàn)場(chǎng)逼真的訓(xùn)練場(chǎng)所，各崗位相互配合，進(jìn)行反復(fù)的開停車訓(xùn)練，使學(xué)員們對(duì)系統(tǒng)的開停車做到了心中有數(shù)，增強(qiáng)了開好裝置的信心。

（2）提高員工的學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)員工的主人翁責(zé)任感

仿真培訓(xùn)系統(tǒng)是高科技的產(chǎn)物，集工藝、自控與計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，置身仿真室，猶如置身于裝置中的控制現(xiàn)場(chǎng)。使得學(xué)員學(xué)有勁頭，干有奔頭，大大激發(fā)了學(xué)員的求知欲望和學(xué)習(xí)熱情。過去操作人員實(shí)行單崗位操作，工人長期從事比較單調(diào)的工作，枯燥無味，容易對(duì)工作喪失興趣，工作責(zé)任心逐漸下降。在仿真培訓(xùn)系統(tǒng)上對(duì)他們進(jìn)行多崗位的系統(tǒng)培訓(xùn)，使員工學(xué)到了新知識(shí)，豐富了工作內(nèi)容，了解了整個(gè)裝置的生產(chǎn)工藝過程及特點(diǎn)，懂得了所在崗位在整個(gè)裝置的重要性。這樣，工作責(zé)任心明顯增強(qiáng)了，樹立了主人翁的責(zé)任感。

（3）仿真培訓(xùn)消除了傳統(tǒng)的培訓(xùn)方法的不足

傳統(tǒng)的培訓(xùn)方法就是采用師傅帶徒弟或者老師課堂講解的方法，存在著培訓(xùn)時(shí)間長，培訓(xùn)效果受師傅水平限制及培訓(xùn)費(fèi)用較高的缺點(diǎn)。由于剛開始不熟悉，必須在實(shí)際生產(chǎn)裝置上進(jìn)行試操作，難免會(huì)造成生產(chǎn)工藝過程的波動(dòng)，影響生產(chǎn)及安全，使生產(chǎn)效益受到影響，并且需經(jīng)過較長時(shí)間才能獨(dú)立上崗。

而仿真培訓(xùn)則可以避免這些弊端。首先，由于仿真培訓(xùn)有統(tǒng)一的培訓(xùn)大綱，由計(jì)算機(jī)軟件設(shè)定了培訓(xùn)要求，因此對(duì)每一個(gè)培訓(xùn)人員要求一樣。其次，仿真培訓(xùn)使操作人員有身臨其境之感，如同在真實(shí)裝置操作。仿真培訓(xùn)系統(tǒng)還可以讓培訓(xùn)人員反復(fù)操作，反復(fù)訓(xùn)練，消除初臨實(shí)際操作的膽怯心理，一直達(dá)到熟練掌握為止，加快了培訓(xùn)進(jìn)度。

（4）仿真培訓(xùn)大大提高了學(xué)員的預(yù)防和處理事故的能力

仿真培訓(xùn)系統(tǒng)具有故障設(shè)置的功能，可以對(duì)學(xué)員進(jìn)行反復(fù)的排除故障的訓(xùn)練，使學(xué)員熟練掌握防止與處理事故的技能，避免重大事故與非計(jì)劃停車的發(fā)生，從而保證裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行，克服重大事故帶來的對(duì)環(huán)境的污染及各種負(fù)面效應(yīng)，取得很好的社會(huì)效益。

（5）通過仿真實(shí)驗(yàn)來指導(dǎo)裝置生產(chǎn)

根據(jù)生產(chǎn)需求在仿真系統(tǒng)上進(jìn)行裝置動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)與研究，進(jìn)而指導(dǎo)裝置生產(chǎn)操作的優(yōu)化或提供技術(shù)改造方案建議。

（6）開放仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，加強(qiáng)對(duì)外聯(lián)系與技術(shù)交流

本項(xiàng)目仿真培訓(xùn)系統(tǒng)除為本企業(yè)的生產(chǎn)與科研服務(wù)之外，還可對(duì)國內(nèi)煤化工行業(yè)進(jìn)行開放，接待外單位人員進(jìn)行仿真培訓(xùn)，從而加強(qiáng)了與國內(nèi)同行的技術(shù)交流，促進(jìn)相互了解與共同發(fā)展，為煤化工企業(yè)和社會(huì)做出更大的貢獻(xiàn)。

結(jié)論

將操作員仿真培訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)用于我公司工藝技術(shù)人員、操作人員的專業(yè)培訓(xùn)工作，使受訓(xùn)人員深入理解工藝機(jī)理、熟悉操作、預(yù)見事故、增長經(jīng)驗(yàn)。作為遼寧省首套煤制天然氣仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，大唐阜新煤制天然氣操作員培訓(xùn)系統(tǒng)是一次積極嘗試，本項(xiàng)目分裝置與整體流程培訓(xùn)相結(jié)合的模式使受訓(xùn)人員能夠從局部到全局把握工藝，短時(shí)間內(nèi)熟悉工藝流程、熟練DCS操作、實(shí)踐ESD系統(tǒng)，做到對(duì)流程系統(tǒng)相互影響的深刻把握。同時(shí)，采用了仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，為我公司節(jié)約了大筆外出培訓(xùn)費(fèi)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

[1]吳重光.化工仿真實(shí)指南[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1999.

[2]趙剛.化工仿真實(shí)訓(xùn)指導(dǎo) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1996.

[3]馬四朋.化工原理課程計(jì)算機(jī)訓(xùn)練的教學(xué)研究與實(shí)踐[J].化工高等教育，2001（2）：47-49

[4]李士雨.化工仿真實(shí)習(xí)教學(xué)改革的研究與實(shí)踐 [J].化工高等教育，2003（2）：49-52

[5]吳重光等，我國石油化工仿真技術(shù)20年成就與發(fā)展[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2009,21,6689-6696.