化工專業(yè)仿真教學(xué)的探討

牛秀紅

摘要：本文介紹了仿真教學(xué)系統(tǒng)在化工專業(yè)的應(yīng)用，分析了存在的問題。只有仿真操作與現(xiàn)場操作有機(jī)結(jié)合，并制定合理的有層次的教學(xué)計劃，仿真系統(tǒng)才能發(fā)揮更大的作用。

關(guān)鍵詞：化工仿真；化工生產(chǎn)；實訓(xùn)

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）10-0179-02

在高職院校實行了“2+1”的人才培養(yǎng)模式后，頂崗實習(xí)成為學(xué)生關(guān)鍵的實踐性教學(xué)中重要的組成部分。但近年化工專業(yè)學(xué)生頂崗實習(xí)面臨困難居多。究其原因主要有三個方面：第一，現(xiàn)代化工行業(yè)是生產(chǎn)裝置大型化、生產(chǎn)過程連續(xù)化、控制過程高度自動化的行業(yè)。而化工生產(chǎn)過程自身的不安全因素——高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒等，也對化工行業(yè)從業(yè)人員提出了更高的技能和素質(zhì)的要求。大多數(shù)企業(yè)考慮到實習(xí)學(xué)生的人身安全、學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)以及可能影響正常生產(chǎn)秩序不愿意接納學(xué)生實習(xí)。第二，高職院校實訓(xùn)室建設(shè)經(jīng)費(fèi)有限，購置實訓(xùn)裝置費(fèi)用又高，因此實訓(xùn)裝置數(shù)量較少，或者設(shè)備簡陋，與現(xiàn)代化工企業(yè)生產(chǎn)要求相差甚遠(yuǎn)[1]。企業(yè)接受學(xué)生實習(xí)后，必須投入更多的資源培訓(xùn)，不但成本高，甚至自身生產(chǎn)受到拖累。第三，師資隊伍能力不足。近年隨著職業(yè)院校規(guī)模的迅速擴(kuò)大，師資隊伍也需要不斷壯大，因此有許多化工專業(yè)教師是剛畢業(yè)不久的研究生、博士生，無企業(yè)經(jīng)歷。或者老教師大多一直從事理論教學(xué)，企業(yè)經(jīng)歷少，沒有較熟練的實踐技能。因此，學(xué)生在學(xué)校所學(xué)知識滯后于現(xiàn)代化工企業(yè)的發(fā)展?；し抡娼虒W(xué)系統(tǒng)的出現(xiàn)，可解決上述難題。因為化工仿真能夠模擬真實的生產(chǎn)裝置，再現(xiàn)真實生產(chǎn)過程的實時動態(tài)特性。可以讓每一個學(xué)生不進(jìn)車間在仿真機(jī)上就能實現(xiàn)對裝置的冷態(tài)開車、停車、正常運(yùn)行、故障處理等操作，實現(xiàn)理論與實踐的統(tǒng)一，提高教學(xué)質(zhì)量。

一、化工仿真的應(yīng)用

1.化工仿真與專業(yè)理論課相結(jié)合：化工專業(yè)理論課在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，對設(shè)備、裝置的結(jié)構(gòu)、工作原理及運(yùn)行與維護(hù)，典型產(chǎn)品的工藝流程等的講解都是在黑板上進(jìn)行的，這種教學(xué)方式很抽象、不直觀，學(xué)生看不到設(shè)備外觀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)，單憑教師講解，大多數(shù)情況是學(xué)生聽不懂，不愛聽，教師講解枯燥、吃力，教學(xué)效果很難保證。學(xué)生往往是“高分低能”，在學(xué)校很優(yōu)秀，拿獎學(xué)金，但到企業(yè)茫然不知所措。這種落差也容易引發(fā)學(xué)生心理問題。而化工仿真會把各種設(shè)備的外觀、結(jié)構(gòu)及運(yùn)行模式都能直觀顯示在電腦屏幕上，工藝流程一目了然，學(xué)生可按操作規(guī)程進(jìn)行操作。在教學(xué)計劃中，若將仿真實訓(xùn)與理論教學(xué)穿插進(jìn)行，如在講授離心泵知識后，即進(jìn)行離心泵操作實訓(xùn)，通過實訓(xùn)加深離心泵操作注意事項的理解，例如灌泵、泵出口壓力、泵進(jìn)口壓力等；講授典型煤化工產(chǎn)品甲醇、二甲醚生產(chǎn)工藝后，可相應(yīng)進(jìn)行甲醇合成、甲醇精制及二甲醚生產(chǎn)操作實訓(xùn)。這樣可以不但激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性、積極性和創(chuàng)造性，同時有利于理論知識的消化和掌握。此外，將仿真教學(xué)貫穿于始終，制定有層次的培訓(xùn)計劃，學(xué)生從簡單的典型化工單元操作開始，經(jīng)過工段級的操作實訓(xùn)，最后進(jìn)行大型復(fù)雜工業(yè)過程的開、停車及事故實訓(xùn)。同時，對于大型復(fù)雜的工業(yè)過程仿真，可采用學(xué)生聯(lián)合操作的模式進(jìn)行培訓(xùn)，以增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊合作意識。這些做法可縮小學(xué)校教育與企業(yè)需求的差距，實現(xiàn)學(xué)生，學(xué)校與企業(yè)三方共贏。

2.化工仿真與單元操作實訓(xùn)相結(jié)合：化工單元操作實訓(xùn)具有裝置體積大、操作費(fèi)用高、周期長的特點。目前，各院校開設(shè)的化工單元操作實訓(xùn)課大都放在學(xué)期末集中2～3周實訓(xùn)。也就是理論課已經(jīng)上了很久，實訓(xùn)卻沒有進(jìn)行，等實訓(xùn)時理論知識已經(jīng)忘記。而且近年招生量的擴(kuò)大，學(xué)生人數(shù)多，裝置套數(shù)相對較少，又受到場地、費(fèi)用、課時、師資等限制，單元操作實訓(xùn)大都采取分組模式，每組至少4～6人，這樣很難保證每個學(xué)生都能動手操作實訓(xùn)裝置，且實訓(xùn)考核存在片面性、不公平性。相比，仿真教學(xué)具有顯著優(yōu)勢。第一，仿真軟件相對裝置便宜，人人有機(jī)會親自動手操作。第二，仿真實訓(xùn)時間短，學(xué)生可反復(fù)模擬操作，提高實訓(xùn)效率。第三，每個項目的實訓(xùn)都有操作步驟，每步都有科學(xué)的、嚴(yán)格的評分系統(tǒng)，能更加簡單快捷地知道學(xué)生掌握的情況。第四，在仿真機(jī)上學(xué)生是主體，可根據(jù)自己具體情況有選擇地學(xué)習(xí)，這樣充分發(fā)揮了學(xué)習(xí)主觀能動性。例如自行設(shè)計、試驗不同的開、停車方案等。真實工廠考慮到生產(chǎn)安全及生產(chǎn)計劃，決不允許這樣做。第五，仿真實訓(xùn)安全、環(huán)保。操作失誤也不會發(fā)生人身危險，無環(huán)境污染。此外，若仿真與實操穿插進(jìn)行[2]，先仿真、后實操、再仿真、再實操，將大大提高操作的熟練程度和知識的理解與掌握。

3.化工仿真與職業(yè)技能競賽、技能鑒定相結(jié)合：全國化工職業(yè)技能大賽屬國家二類競賽，競賽以“職業(yè)技能競賽活動為載體，充分展現(xiàn)新世紀(jì)新階段我國技能型人才的新風(fēng)貌，培養(yǎng)和選拔適應(yīng)化工企業(yè)發(fā)展需要的高技能人才，并以此推動技能人才隊伍的整體發(fā)展與建設(shè)，提升各類職業(yè)院校人才培養(yǎng)水平”為宗旨。經(jīng)過多年努力，全國化工職業(yè)技能大賽已成為化工行業(yè)及職業(yè)院校的年度盛會。競賽項目由理論知識（含仿真）和實際操作技能兩部分組成。仿真操作主要考核裝置的冷態(tài)開車、正常運(yùn)行、事故處理和正常停車等工況，并在操作過程中回答隨機(jī)生成的操作思考題。競賽軟件采用北京東方仿真控制技術(shù)有限公司仿真軟件，競賽時間120分鐘。若將國家職業(yè)技能考核標(biāo)準(zhǔn)融入日常教學(xué)內(nèi)容中，在訓(xùn)練方法上，讓學(xué)生親臨實踐現(xiàn)場“真刀真槍”地訓(xùn)練，既利于教學(xué)又為參加化工技能大賽做準(zhǔn)備。目前，許多高職院校要求學(xué)生在畢業(yè)時同時取得“雙證書”，即畢業(yè)證和技能證。因此，職業(yè)技能鑒定是學(xué)生在校期間重要環(huán)節(jié)之一。職業(yè)技能鑒定分為知識要求考試和操作技能考核兩部分。操作技能要求考核一般采用現(xiàn)場操作加工典型工件、生產(chǎn)作業(yè)項目、模擬操作等方式進(jìn)行。因此，參照化工職業(yè)技能鑒定標(biāo)準(zhǔn)，可采用化工仿真進(jìn)行技能鑒定。將化工仿真實訓(xùn)項目與職業(yè)技能鑒定工種相對應(yīng)，實現(xiàn)課程內(nèi)容與職業(yè)崗位實踐要求相銜接，實現(xiàn)教學(xué)過程與技能培訓(xùn)一體化。

4.化工仿真與其他課程相結(jié)合：化工專業(yè)的課程還包括化工儀表及自動化、化工分析、化工廢水處理等。這些課均需開設(shè)實驗實訓(xùn)，但因種種原因，其開設(shè)率很低。化工仿真的引入，可達(dá)到實驗教學(xué)的目的。下面我舉例說明：（1）與《化工儀表及自動化》相結(jié)合：液位的調(diào)節(jié)是化工生產(chǎn)中最基本、最常用的控制參數(shù)之一。甚至，有時液位的穩(wěn)定直接關(guān)系到整個生產(chǎn)的正常運(yùn)行。在學(xué)習(xí)完物位檢測內(nèi)容后，可進(jìn)行“液位的控制”單元仿真操作。通過仿真操作加深學(xué)生對液位監(jiān)測意義的理解及其控制。比如離心泵冷態(tài)開車過程、儲罐的液位控制，很多初學(xué)的學(xué)生都做不好，那是因為他們不明白液位控制的原理。液位的高低與進(jìn)料量和輸出量有關(guān)，若進(jìn)料量大于輸出量，液位不斷上升，如果進(jìn)料量小于輸出量，液位不斷下降。只有進(jìn)料量等于輸出量，液位才保持恒定。如果學(xué)生不明白這個道理，只按照操作步驟來做，不適當(dāng)調(diào)節(jié)，液位肯定控制不好，往往液位會忽高忽低，不穩(wěn)定。此外，化工仿真的許多單元都涉及分程、比值、串級控制系統(tǒng)。在學(xué)習(xí)了自動控制系統(tǒng)后，通過仿真練習(xí)掌握自動控制在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用。（2）與《化工制圖》結(jié)合：經(jīng)調(diào)查，我系化工專業(yè)學(xué)生在企業(yè)頂崗期間，前三個月主要是在各自崗位上學(xué)習(xí)相應(yīng)流程。其中最主要的一項就是每天按要求默畫流程圖?；し抡娓黜椖恐芯溆蠵ID圖、現(xiàn)場圖、DCS圖可供學(xué)生學(xué)習(xí)。因此，在每次仿真實訓(xùn)結(jié)束后都要求學(xué)生畫流程圖。通過在校期間的練習(xí)，可加快學(xué)生在企業(yè)的學(xué)習(xí)進(jìn)程。

二、化工仿真實訓(xùn)存在的問題

1.與現(xiàn)場操作相差較遠(yuǎn)：仿真系統(tǒng)的設(shè)備簡單、工藝流程短、參數(shù)控制隨意，和企業(yè)使用的設(shè)備、工藝、技術(shù)相差較遠(yuǎn)[3]。例如，開車前的準(zhǔn)備工作非常重要，非常煩瑣而要求細(xì)致，實際的生產(chǎn)過程中，這些開車前的準(zhǔn)備工作卻是一點都不能簡化的，但有的時候仿真程序為了突出重點，把一些程序簡化了，所以，要讓學(xué)生心里明白，我們開車時基本條件都已具備，不需要考慮，并不是準(zhǔn)備工作不重要。

2.機(jī)械操作：仿真實訓(xùn)中，有學(xué)生只追求高分，死記硬背閥門位置、操作順序，按部就班操作。更有甚者，完全拷貝其他同學(xué)最優(yōu)的調(diào)試結(jié)果，給每個閥確切的開度，就可簡單、快速達(dá)到正產(chǎn)運(yùn)行。最終每個學(xué)生的仿真實訓(xùn)成績都很高，但其根本不知原理，不了解工藝，不去分析事故原因和處理方法，更不會與實踐相結(jié)合。

3.缺乏現(xiàn)場氣氛：仿真操作過程中，我們經(jīng)常會遇到一些慣性很大的系統(tǒng)，比如在CO2多級壓縮機(jī)操作實訓(xùn)中，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，控制器少許的變化，就會引起轉(zhuǎn)速在很長一段時間不能穩(wěn)定下來。在投料時要逐漸關(guān)小PIC8241，緩慢將壓縮機(jī)四段出口壓力提升至14.4MPa。操作時強(qiáng)調(diào)學(xué)生PIC8241的開度降至40%后，此后以1%的量調(diào)節(jié)，至壓力14.4MPa，否則就會跳車。但仿真實訓(xùn)在電腦上進(jìn)行，學(xué)生始終處于放松的狀態(tài)。學(xué)生無緊迫感，無壓力，不明白跳車對于正常生產(chǎn)的影響，仍然有部分同學(xué)每次做到這步就跳車。面對這樣的大慣性系統(tǒng)，調(diào)節(jié)不當(dāng)就會造成系統(tǒng)的大起大落。學(xué)生不太關(guān)注、不分析出現(xiàn)的失誤，而往往這些失誤在實際生產(chǎn)中可能會造成極大的安全事故。因此仿真實訓(xùn)不利于培養(yǎng)學(xué)生的安全意識、高度責(zé)任感和緊迫感。

化工仿真實訓(xùn)在化工專業(yè)的教學(xué)中發(fā)揮了很大的作用，但同時也存在著一些問題。仿真實訓(xùn)不能替代現(xiàn)場實訓(xùn)，是現(xiàn)場實訓(xùn)的預(yù)培訓(xùn)，將仿真實訓(xùn)與真實操作有機(jī)結(jié)合，取長補(bǔ)短，既安全經(jīng)濟(jì)，又達(dá)到了培養(yǎng)高效優(yōu)質(zhì)的技能人才的目標(biāo)。

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