仿真系統(tǒng)在技能人才培養(yǎng)中的應(yīng)用探討

陳曉艷

（南京揚(yáng)子職業(yè)培訓(xùn)有限責(zé)任公司，江蘇南京 210048)

仿真系統(tǒng)在技能人才培養(yǎng)中的應(yīng)用探討

陳曉艷

（南京揚(yáng)子職業(yè)培訓(xùn)有限責(zé)任公司，江蘇南京 210048)

主要介紹了化工仿真在技能人才培養(yǎng)中的應(yīng)用，探討了仿真培訓(xùn)的教學(xué)實(shí)施過程，以及隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，仿真教學(xué)實(shí)施的改進(jìn)和優(yōu)化。

化工仿真；3D仿真；虛實(shí)結(jié)合仿真；教學(xué)實(shí)施

1 引言

企業(yè)要發(fā)展，人才是關(guān)鍵。善于發(fā)現(xiàn)人才、合理培養(yǎng)人才、有效使用人才是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。石化系統(tǒng)技能人才是指在企業(yè)生產(chǎn)一線中從事技術(shù)操作、具有較高技能水平、能夠解決操作性難題的人員。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，石化經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，石化企業(yè)的技能人才，特別是高技能人才在石化企業(yè)的安全生產(chǎn)、技術(shù)進(jìn)步、節(jié)能降耗、創(chuàng)新創(chuàng)效、導(dǎo)師帶徒以及樹立企業(yè)形象等方面發(fā)揮著舉足輕重的作用。近年來，化工仿真培訓(xùn)作為一種新型的、現(xiàn)代化的培訓(xùn)手段正逐步深入到石化企業(yè)的技能人才培訓(xùn)中，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)培訓(xùn)的缺陷，為培訓(xùn)手段的改進(jìn)和培訓(xùn)質(zhì)量的提高提供了良好的契機(jī)和有力的保障。

2 化工仿真應(yīng)用于石化技能人才培養(yǎng)中的教學(xué)探討

2.1 化工仿真技術(shù)及發(fā)展

化工仿真技術(shù)是以軟件為平臺(tái)，以真實(shí)的工廠單元或工段為背景，以仿真機(jī)為工具，用實(shí)時(shí)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型來模擬真實(shí)的管路、儀表以及輸送、換熱、分離等設(shè)備和工藝過程。它是計(jì)算機(jī)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用，是計(jì)算機(jī)與化工的有機(jī)結(jié)合。近20年來，我國石油化工仿真技術(shù)取得了重大的發(fā)展和突破，從最初的化工單元操作平面仿真，發(fā)展到典型化工生產(chǎn)過程平面仿真，再到近幾年大力發(fā)展的三維仿真、VR仿真以及仿真工廠。

2.2 化工仿真應(yīng)用于石化技能人員培訓(xùn)中的教學(xué)實(shí)施

石化技能人員根據(jù)工作時(shí)間和技能操作水平分為初級(jí)工、中級(jí)工、高級(jí)工、技師和高級(jí)技師。不同等級(jí)的技能人員在理論水平、操作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等方面存在明顯的差異，為了保證培訓(xùn)的效果，針對(duì)不同等級(jí)的技能人員，化工仿真教學(xué)的培訓(xùn)內(nèi)容和培訓(xùn)方式是有所區(qū)別的。本文主要探討對(duì)高級(jí)工和技師兩個(gè)等級(jí)的技能人員進(jìn)行的仿真教學(xué)實(shí)施。

2.2.1 高級(jí)工

高級(jí)工是指崗位工作時(shí)間超過三年，參加過中級(jí)工的化工平面仿真培訓(xùn)，對(duì)煉化企業(yè)生產(chǎn)過程有一定的了解，有DCS操作經(jīng)驗(yàn)的人員，針對(duì)他們進(jìn)行化工仿真培訓(xùn)的重點(diǎn)應(yīng)該是典型化工單元操作的開、停車規(guī)范操作、常見復(fù)雜控制系統(tǒng)工作原理以及在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，同時(shí)，為了讓學(xué)員體驗(yàn)到更真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)操作過程，提高培訓(xùn)效果，采用化工單元操作3D仿真。

以傳熱單元操作為例，如圖1，2所示為換熱器仿真操作DCS和現(xiàn)場(chǎng)圖。現(xiàn)場(chǎng)圖為3D流程圖，學(xué)員在操作時(shí)感覺更逼真。首先熟悉換熱器工藝流程，要求學(xué)員能自己查看并理解工藝流程，包括DCS流程和現(xiàn)場(chǎng)流程；第二，講解換熱器仿真中涉及的復(fù)雜控制系統(tǒng)的工作原理，要求學(xué)員掌握復(fù)雜控制系統(tǒng)的控制原理和操作方法，比如熱物流的出口溫度控制采用的是分程控制，一個(gè)調(diào)節(jié)器TIC1001是如何控制兩個(gè)調(diào)節(jié)閥A閥和B閥？調(diào)節(jié)器的輸出變化了，A閥和B閥的閥門開度如何變化？第三，講解、演示換熱器的規(guī)范開、停車操作。在操作過程中，不斷引導(dǎo)學(xué)員思考，比如為什么換熱器開車時(shí)要先投用冷物流再投用熱物流，而停車時(shí)則相反？如何調(diào)節(jié)才能保證工藝參數(shù)的平穩(wěn)？第四，學(xué)員進(jìn)行開、停車操作練習(xí)，要求學(xué)員掌握換熱器開、停車的基本原則，規(guī)范操作、注意事項(xiàng)和工藝參數(shù)的調(diào)整方法。

圖1 換熱器3D仿真操作DCS圖

圖2 換熱器3D仿真操作現(xiàn)場(chǎng)圖

學(xué)員在進(jìn)行化工單元3D仿真操作的訓(xùn)練過程中，可以隨時(shí)“凍結(jié)”系統(tǒng)進(jìn)行充分思考，或“重演”快門進(jìn)行某個(gè)操作的調(diào)整。通過反復(fù)練習(xí)后，幫助學(xué)員掌握工藝參數(shù)調(diào)整的思路、方法和開停車規(guī)范操作，提高了他們?cè)诠ぷ髦锌刂乒に囍笜?biāo)的能力，鍛煉了實(shí)際操作需要的膽量和信心。

2.2.2 技師的化工仿真教學(xué)實(shí)施

技師是指在煉油化工生產(chǎn)一線，熟練掌握煉油化工操作知識(shí)和技術(shù)，具備精湛的操作技能，并在工作實(shí)踐中能夠解決生產(chǎn)操作難題的人員。針對(duì)他們的仿真培訓(xùn)重點(diǎn)是系統(tǒng)操作以及裝置典型故障的判斷和處理。不同裝置的人員進(jìn)行本裝置的針對(duì)性裝置平面仿真培訓(xùn)。

以聚乙烯裝置為例，氣相法聚乙烯裝置分三個(gè)單元，原料精制、聚合反應(yīng)和產(chǎn)品脫氣以及造粒三個(gè)單元，高級(jí)工在現(xiàn)場(chǎng)只操作其中的某一個(gè)單元，對(duì)本單元的操作比較熟練，而對(duì)其他單元并不了解。在提升為技師的仿真培訓(xùn)中，要求學(xué)員掌握整個(gè)聚乙烯裝置的工藝原理、流程和操作，到達(dá)系統(tǒng)操作的水平。首先講解各單元的工藝原理。第二，熟悉各單元工藝流程，比如聚合反應(yīng)單元，如圖3所示為聚合反應(yīng)系統(tǒng)總貌流程圖，從進(jìn)料系統(tǒng)、調(diào)溫水系統(tǒng)、循環(huán)氣系統(tǒng)、催化劑和助催化劑的配制和注入系統(tǒng)到反應(yīng)出料系統(tǒng)，按照生產(chǎn)過程逐一掌握聚合反應(yīng)單元的工藝流程。在此基礎(chǔ)上，將聚乙烯裝置各單元的工藝流程貫穿起來，最終掌握整個(gè)聚乙烯裝置的工藝流程。第三，講解聚乙烯裝置主要的復(fù)雜控制系統(tǒng)和聯(lián)鎖系統(tǒng)，例如調(diào)溫水系統(tǒng)的溫度分程控制、反應(yīng)器壓力的選擇控制的原理以及相應(yīng)的工藝參數(shù)調(diào)整方法和思路。由于不同裝置設(shè)計(jì)有不同的聯(lián)鎖邏輯系統(tǒng)，因此，它是系統(tǒng)培訓(xùn)的其中一個(gè)重點(diǎn)，要求學(xué)員熟悉裝置聯(lián)鎖系統(tǒng)的促發(fā)條件、聯(lián)鎖邏輯、聯(lián)鎖動(dòng)作以及聯(lián)鎖發(fā)生后的緊急處理。第四，演示并要求學(xué)員熟練掌握聚乙烯裝置的規(guī)范開、停車操作。學(xué)員在練習(xí)裝置開、停車操作的過程中，必須要考慮整個(gè)裝置每一部分之間的關(guān)聯(lián)和影響，一個(gè)地方考慮不到，可能導(dǎo)致整個(gè)裝置的開車失敗。操作中遇到問題時(shí)，首先自己查找，在確實(shí)有困難的情況下，教師再給予點(diǎn)撥，與學(xué)員一起分析工藝過程，聯(lián)鎖邏輯等，找出原因，然后根據(jù)不同的原因讓學(xué)員針對(duì)性地進(jìn)行相關(guān)的處理。第五，選擇幾個(gè)典型的特定事故進(jìn)行演示、講解，首先觀察事故現(xiàn)象，然后分析事故原因，最后進(jìn)行針對(duì)性的處理。表1為聚乙烯裝置仿真特定事故一覽表，要求學(xué)員練習(xí)所有的特定事故，并掌握相關(guān)的事故處理思路和方法。學(xué)員通過裝置仿真開、停車和特定事故的培訓(xùn)，掌握了裝置的系統(tǒng)操作，學(xué)會(huì)了前后系統(tǒng)關(guān)聯(lián)思考的工作方法，拓寬了工作思路，提高了獨(dú)立分析、解決問題和裝置典型事故判斷、處理能力，達(dá)到了技師的操作水平。

圖3 聚乙烯裝置反應(yīng)系統(tǒng)總貌圖

表1 聚乙烯裝置仿真事故一覽表

2.3 化工仿真教學(xué)發(fā)展的探討

近年來，3D仿真技術(shù)應(yīng)用越來越普遍，發(fā)展也越來越快，已經(jīng)從單純的現(xiàn)場(chǎng)3D畫面發(fā)展到與VR技術(shù)相結(jié)合的虛實(shí)結(jié)合仿真，學(xué)員在培訓(xùn)過程中帶上VR眼鏡和操控器，就完全沉浸在虛擬的現(xiàn)場(chǎng)中，進(jìn)行流程的查找和相關(guān)的操作。

基于虛實(shí)結(jié)合仿真的優(yōu)點(diǎn)，在今后的技能人才的培訓(xùn)方面，擬較多地采用虛實(shí)結(jié)合仿真，以提高培訓(xùn)效果。針對(duì)不同等級(jí)，不同操作水平的人員有以下初步的培訓(xùn)思路和想法：①利用虛實(shí)結(jié)合仿真逼真的操作環(huán)境，對(duì)新入廠員工進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)流程、閥門、儀表的相關(guān)培訓(xùn)。②中級(jí)工、高級(jí)工和技師的仿真培訓(xùn)方法與之前相同，但采用虛實(shí)結(jié)合仿真軟件以后，學(xué)員感覺操作更真實(shí)，大大調(diào)動(dòng)了學(xué)員學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。③虛實(shí)結(jié)合仿真可分角色進(jìn)行協(xié)作操作，高級(jí)技師基本是已經(jīng)擔(dān)任或即將擔(dān)任班長(zhǎng)，讓他們組織班組人員進(jìn)行開車、停車、事故處理等仿真演練，可提高其應(yīng)急指揮和組織協(xié)調(diào)能力。

3 結(jié)語

實(shí)踐證明，通過化工仿真培訓(xùn)，不同等級(jí)的煉油、化工技能人員的實(shí)踐操作能力均得到較大的提高。學(xué)員掌握了物料平衡、熱量平衡的概念以及調(diào)整平衡的思路，提高了實(shí)際操作水平和獨(dú)立思考、分析解決實(shí)際生產(chǎn)問題的綜合能力，建立了全局觀，進(jìn)一步加深了理論與實(shí)際的聯(lián)系。隨著化工仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于技能人才的仿真教學(xué)還需進(jìn)一步的改進(jìn)和優(yōu)化。

[1] 楊永杰.化工仿真培訓(xùn)系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)展[J].天津化工，2001，（11）.

[2] 呂振欣.高技能人才培訓(xùn)對(duì)石油石化企業(yè)發(fā)展的影響[J].現(xiàn)代企業(yè)文化，2008，（17）.

[3] 吳重光，夏迎春，納永良，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）.

[4] 高曉新，馬江權(quán)，徐淑玲.3D化工仿真在生產(chǎn)實(shí)習(xí)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2013，（4）.

Discussion on the Application of Simulation System in Talent Training

Chen Xiao-yan

This paper introduces the application of chemical simulation in the cultivation of skilled personnel，discusses the teaching process of simulation training，and improves and optimizes the implementation of simulation teaching with the development of simulation technology.

chemical simulation；3D simulation；virtual reality combination simulation；teaching implementation

TP391.9

A

1003–6490（2017）11–0175–02

2017–09–15

陳曉艷（1980—），女，四川瀘州人，講師，主要研究方向?yàn)榛だ碚?、仿真教學(xué)。