[摘 要] 對(duì)仿真及其在高職化工類專業(yè)中的應(yīng)用情況進(jìn)行了論述,并進(jìn)一步對(duì)目前高職化工類專業(yè)廣泛應(yīng)用的物理仿真和計(jì)算機(jī)仿真兩大類型進(jìn)行了對(duì)比和分析,得出物理仿真優(yōu)于計(jì)算機(jī)仿真的結(jié)論。最后對(duì)如何提高高職化工類學(xué)生的實(shí)踐能力及如何利用好仿真進(jìn)行實(shí)訓(xùn)提出見解。
[關(guān) 鍵 詞] 物理仿真;計(jì)算機(jī)仿真;化工專業(yè)仿真應(yīng)用;優(yōu)劣分析
[中圖分類號(hào)] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603(2016)33-0134-01
一、仿真及其應(yīng)用
仿真教學(xué)就是利用實(shí)物或電腦等創(chuàng)建虛擬環(huán)境來模擬真實(shí)環(huán)境,并根據(jù)真實(shí)環(huán)境中的理論和實(shí)際操作情況,在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行各種操作、驗(yàn)證、設(shè)計(jì)和運(yùn)行等的教學(xué)方式。仿真按所用模型的類型(物理模型、數(shù)學(xué)模型、物理—數(shù)學(xué)模型)分為物理仿真、計(jì)算機(jī)仿真、半實(shí)物仿真。
二、仿真教學(xué)在高職化工類專業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀
目前高職化工類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)所用仿真主要是物理仿真和計(jì)算機(jī)仿真兩類。由于化工生產(chǎn)原料、產(chǎn)品有毒有害的物質(zhì)較多,安全、環(huán)保要求嚴(yán)格,一般高職院校不可能將化工企業(yè)的裝置按照原樣復(fù)制進(jìn)行實(shí)訓(xùn)活動(dòng),哪怕是縮略或是簡化也是不可能實(shí)現(xiàn)的。物理仿真是解決這一矛盾的最有效的途徑。物理仿真是指按照實(shí)際系統(tǒng)的物理性質(zhì)構(gòu)造系統(tǒng)的物理模型,并在物理模型上進(jìn)行試驗(yàn)研究。舉個(gè)簡單例子說明一下:如果實(shí)際物料是苯和甲苯,要將兩者分離,現(xiàn)場一般采用蒸餾的方法。學(xué)生在進(jìn)行蒸餾實(shí)訓(xùn)時(shí)考慮到苯和甲苯是有毒有害的物質(zhì),用乙醇和水來替代苯和甲苯進(jìn)行蒸餾操作是可行的,這樣的替代符合理論要求又滿足了學(xué)生實(shí)訓(xùn)的需要。然而這只是一個(gè)簡單的蒸餾實(shí)驗(yàn)的例子,實(shí)際上一套化工生產(chǎn)裝置從原料到產(chǎn)品是由數(shù)個(gè)這樣的蒸餾、傳熱、吸收、干燥等單元組合而成的。很難找到合適的替代物,即便找到理想的替代物,對(duì)一套投資少則千萬多則幾十億現(xiàn)實(shí)版的生產(chǎn)裝置進(jìn)行物理仿真,資金需求也是較大的。
基于上述原因,計(jì)算機(jī)仿真應(yīng)運(yùn)而生。計(jì)算機(jī)仿真是指首先建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,并將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化成仿真計(jì)算模型,通過仿真模型的運(yùn)行達(dá)到對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的目的?,F(xiàn)代計(jì)算機(jī)仿真由仿真系統(tǒng)的軟件、硬件環(huán)境,動(dòng)畫與圖形顯示、輸入、輸出等設(shè)備組成。計(jì)算機(jī)仿真具有經(jīng)濟(jì)性、靈活性和仿真模型通用性等特點(diǎn),今后隨著并行處理技術(shù)、集成化軟件技術(shù)、圖形技術(shù)、人工智能技術(shù)、先進(jìn)的交互式建模和仿真軟硬件技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)仿真必將獲得飛速發(fā)展。目前較大型的生產(chǎn)過程如甲醇生產(chǎn)、醋酸生產(chǎn)、聚合物生產(chǎn)、原油加工中的催化裂化、油品加氫等都可以通過計(jì)算機(jī)仿真進(jìn)行模擬生產(chǎn)。學(xué)生可以通過相應(yīng)的軟件進(jìn)行開停工、事故的處理、正常生產(chǎn)調(diào)節(jié)等工況的實(shí)訓(xùn)。
現(xiàn)階段一般高職化工專業(yè)都配備了計(jì)算機(jī)仿真實(shí)訓(xùn)室,只是購買的軟件根據(jù)實(shí)際需要各有側(cè)重,主要差別在于由于在校學(xué)生數(shù)不同機(jī)房數(shù)量不同罷了。物理仿真這一部分差距較大,主要是涉及資金投入、場地建設(shè)等方面的原因。
三、物理仿真與計(jì)算機(jī)仿真的優(yōu)劣分析
計(jì)算機(jī)仿真與物理仿真相比,其優(yōu)勢在于降低了實(shí)訓(xùn)成本和時(shí)間。仿真軟件和相應(yīng)的硬件設(shè)施一次性購入即可以無限次地使用。尤其是大型仿真軟件相比物理仿真的幾百萬的投入在資金緊缺的情況下優(yōu)勢還是比較明顯的,而且在使用過程中維護(hù)的成本也不大。在實(shí)訓(xùn)安排方面靈活不受限制,學(xué)生可以在自己方便的時(shí)候在機(jī)房自主完成實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。
盡管近年來計(jì)算機(jī)仿真教學(xué)在高職院校尤其是化工專業(yè)應(yīng)用越來越廣泛,受到了師生的普遍歡迎,我們還應(yīng)看到它的局限性甚至是弊端。計(jì)算機(jī)仿真是在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行操作,與現(xiàn)實(shí)有很大差別,沒有實(shí)際動(dòng)手的真實(shí)感,學(xué)生在所從事行業(yè)的專屬技能方面得不到應(yīng)有的鍛煉。因?yàn)槭欠抡?,學(xué)生在操作中的隨意性加大。比如,在真正的生產(chǎn)過程中閥門的開度有時(shí)要根據(jù)情況逐漸調(diào)整,而仿真訓(xùn)練可以允許隨意加大或減小,只要電腦不扣分即可。更嚴(yán)重的是,由于操作失誤導(dǎo)致重大事故時(shí)也只是通過扣分來體現(xiàn),而這在化工生產(chǎn)中是絕對(duì)不允許出現(xiàn)的,久而久之會(huì)使學(xué)生安全生產(chǎn)意識(shí)淡薄,筆者認(rèn)為這是計(jì)算機(jī)仿真在化工專業(yè)應(yīng)用中的最大弊端。
化工生產(chǎn)過程是連續(xù)的動(dòng)態(tài)過程,在生產(chǎn)過程中通常會(huì)有化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生,同時(shí)伴隨著能量的輸入和輸出等其他因素的影響,物料的溫度、壓力、組成等參數(shù)是時(shí)刻變化的,這樣一個(gè)復(fù)雜的客觀存在的體系是數(shù)學(xué)模型模擬不來的,計(jì)算機(jī)顯示的溫度、壓力等參數(shù)的變化只是一種趨勢的變化,演示內(nèi)容和實(shí)際發(fā)生的存在偏差甚至是相反的,同時(shí)計(jì)算機(jī)仿真軟件應(yīng)用的穩(wěn)定性有待提高。
在這一方面,物理仿真的優(yōu)勢就會(huì)體現(xiàn)出來。學(xué)生通過在實(shí)體設(shè)備上操作,強(qiáng)化了對(duì)現(xiàn)場裝置空間位置的感性認(rèn)識(shí),通過拆裝過程了解設(shè)備的結(jié)構(gòu),加強(qiáng)了對(duì)設(shè)備與部件操作力度的把握能力。目前許多職業(yè)院校的實(shí)訓(xùn)基地工廠場景化,將企業(yè)文化融入校園文化中讓學(xué)生邊實(shí)訓(xùn)邊體驗(yàn)企業(yè)文化氛圍,有利于學(xué)生畢業(yè)后更快更好地融入企業(yè)。
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