化工生產(chǎn)影像資料及仿真模擬在實習(xí)中的應(yīng)用

孫學(xué)文+張文慧+譚華平+魏強(qiáng)+趙鎖奇+周亞松

摘要：化工生產(chǎn)實習(xí)是化工專業(yè)教學(xué)中重要的實踐環(huán)節(jié)，是消化吸收學(xué)過的理論知識，全面了解和認(rèn)識化工生產(chǎn)過程、管理措施、經(jīng)營狀況和環(huán)保安全等情況的重要途徑。本文從化工生產(chǎn)實習(xí)面臨的問題出發(fā)，提出將化工生產(chǎn)影像資料及仿真模擬應(yīng)用于化工生產(chǎn)實習(xí)的教學(xué)過程中，同時解決學(xué)生人數(shù)增加而企業(yè)接收實習(xí)困難的矛盾及緩解“只許看不許動”的尷尬實習(xí)局面，提高實習(xí)教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的工程實踐能力。

關(guān)鍵詞：化工生產(chǎn)實習(xí);生產(chǎn)影像資料;仿真模擬;工程實踐

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）05-0046-02

一、引言

化工生產(chǎn)實習(xí)是化工專業(yè)教學(xué)中重要的實踐環(huán)節(jié)，通過課堂上的理論學(xué)習(xí)，在實際生產(chǎn)過程中消化吸收學(xué)過的理論知識，使學(xué)生全面了解和認(rèn)識化工生產(chǎn)過程、管理措施、經(jīng)營狀況和環(huán)保安全等情況，更好地熟悉和了解實際化工生產(chǎn)過程，掌握生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制方法，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計、就業(yè)打下堅實的基礎(chǔ)。此外，還可以幫助學(xué)生定位和規(guī)劃自己未來的發(fā)展，提高為人處世的能力。

但由于化工生產(chǎn)性質(zhì)決定其具有高溫、高壓、易燃、易爆及有毒等潛在危險，沒有接受過專業(yè)培訓(xùn)的學(xué)生在實習(xí)過程中將給以生產(chǎn)為主營業(yè)務(wù)的企業(yè)帶來一定的管理壓力，學(xué)生的生產(chǎn)實習(xí)對企業(yè)來說，不僅不能帶來任何直接的經(jīng)濟(jì)效益，而且增大了企業(yè)的安全生產(chǎn)壓力。因此企業(yè)主動接收實習(xí)的積極性不高，導(dǎo)致可以進(jìn)行生產(chǎn)實習(xí)的基地數(shù)量銳減。同時，由于近期頻發(fā)的安全生產(chǎn)事故，迫使生產(chǎn)企業(yè)規(guī)劃出更加嚴(yán)格的禁入?yún)^(qū)域，甚至連控制室也劃入其中。另外，由于科技的進(jìn)步，化工廠將自動化、信息化高度集成，工廠內(nèi)看到的是幾乎無人值守的各種管線、加熱爐和各種塔器，學(xué)生很少有機(jī)會近距離了解化工過程的實際運行情況，更沒有機(jī)會接觸工廠的核心技術(shù)。此外，由于實習(xí)大多安排在每年的8月初，天氣炎熱，多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性不高，對化工流程理解不多，感覺受益不大。因此，根據(jù)化工廠主要生產(chǎn)裝置影像資料及仿真模擬的可重現(xiàn)性、直觀性、立體性、生動性等特點，利用影像資料結(jié)合仿真模擬可以解決近距離觀察學(xué)習(xí)的問題[1]。

二、化工生產(chǎn)實習(xí)面臨的問題

傳統(tǒng)的實習(xí)通常是按照以往的套路進(jìn)行，即先由帶隊老師在校內(nèi)進(jìn)行實習(xí)動員及部分煉油知識的講解，然后進(jìn)行三級安全教育后，分配到各生產(chǎn)車間，并邀請車間技術(shù)人員作技術(shù)講解，隨后進(jìn)行生產(chǎn)車間工藝流程、控制指標(biāo)及控制方法的學(xué)習(xí)，實習(xí)時間結(jié)束后根據(jù)學(xué)生的實習(xí)報告，評定學(xué)生的實習(xí)成績。但由于時間短、方法單一，學(xué)生能夠記住的相對比較少。特別是隨著煉油化工企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)日趨規(guī)?；?、集成化，安全生產(chǎn)壓力增加的前提下，生產(chǎn)實習(xí)主要面臨以下問題：

1.根據(jù)國家政策，原來由企業(yè)辦學(xué)的高校與企業(yè)進(jìn)行了剝離[2]，學(xué)校與企業(yè)均有各自的發(fā)展目標(biāo)與任務(wù)，二者之間已經(jīng)沒有直接的關(guān)系，而化工生產(chǎn)企業(yè)大多涉及易燃、易爆、有毒，且危險品相對集中。學(xué)生實習(xí)會在一定程度上給企業(yè)生產(chǎn)和管理造成影響，甚至存在較嚴(yán)重的安全隱患。企業(yè)一般不愿意接收實習(xí)，但即使接收也不會讓學(xué)生實際操作，最大限度是安排到控制室或在相關(guān)人員帶領(lǐng)下進(jìn)入車間學(xué)習(xí)。其次，現(xiàn)代化工廠自動化程度高，學(xué)生只能看不能動手，不便于觀察整個工藝過程，收集工藝數(shù)據(jù)。

2.近期天津濱海新區(qū)的危險化學(xué)品爆炸事故，給化工企業(yè)增加了很大的安全生產(chǎn)壓力，更加劇了生產(chǎn)實習(xí)的困難，化工企業(yè)嚴(yán)格劃定作業(yè)區(qū)域，以往實習(xí)可以進(jìn)入的區(qū)域也在限制范圍內(nèi)，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)實習(xí)效果。因此，生產(chǎn)實習(xí)實際上變成了學(xué)生到化工企業(yè)的會議室看資料，進(jìn)入到控制室及現(xiàn)場變得十分困難，很難接觸到實際的內(nèi)容。很顯然，形式單一、模式統(tǒng)一的化工專業(yè)生產(chǎn)實習(xí)已不能滿足培養(yǎng)專業(yè)化工人才的要求。

3.隨著高校招生規(guī)模擴(kuò)大，導(dǎo)致每年參加生產(chǎn)實習(xí)的人數(shù)急劇增加[2-5]，原有的實習(xí)基地接收實習(xí)的人數(shù)幾乎達(dá)到了接待能力的上限。而化工企業(yè)同時將原有的車間進(jìn)行了必要的合并，成立了聯(lián)合車間，將原來車間的中控室集中到一個控制中心，控制室內(nèi)幾乎沒有多余的位置，導(dǎo)致學(xué)生無法在控制室內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的學(xué)習(xí)。同時，外操室也相對緊張，只有在崗師傅的位置。因此，每個聯(lián)合車間所能容納人數(shù)大幅度減少，正好與大學(xué)擴(kuò)招相矛盾。

為了解決上述矛盾，大多數(shù)高校采取了“化整為零”的策略，鼓勵學(xué)生自己聯(lián)系生產(chǎn)實習(xí)地點或者將學(xué)生分散到多個化工行業(yè)中去。正因為對實習(xí)企業(yè)的選擇出現(xiàn)了“饑不擇食”的現(xiàn)象，導(dǎo)致學(xué)生實習(xí)場所十分分散，難于管理，實習(xí)的質(zhì)量嚴(yán)重下降，并增加了學(xué)生安全管理的風(fēng)險。

4.隨著高校國際化戰(zhàn)略的實施及高?？己酥贫鹊膹?qiáng)化，引進(jìn)的國外學(xué)成的青年教師也逐步加入到實習(xí)隊伍中來。雖然專業(yè)基礎(chǔ)扎實，具有很強(qiáng)的研究能力，但他們的成長經(jīng)歷基本是從學(xué)校到學(xué)校，缺乏工程實踐經(jīng)驗和對化工生產(chǎn)的認(rèn)識和理解[2-6]，甚至缺少對行業(yè)知識的了解，難于勝任生產(chǎn)實習(xí)的指導(dǎo)工作，不能準(zhǔn)確解答學(xué)生提出的各種問題，難以保證實習(xí)質(zhì)量和預(yù)期的實習(xí)效果。

因此，迫切需要對化工專業(yè)學(xué)生的生產(chǎn)實習(xí)方式進(jìn)行全面創(chuàng)新和改革，把握好實習(xí)中的各個環(huán)節(jié)，使實習(xí)真正能夠達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生工程意識，提高學(xué)生工程能力的目的，保證生產(chǎn)實習(xí)的質(zhì)量和教學(xué)效果。

三、應(yīng)用化工廠主要生產(chǎn)裝置影像資料及仿真模擬進(jìn)行教學(xué)

1.應(yīng)用影像資料進(jìn)行工藝流程及相關(guān)理論知識的教學(xué)。教科書及操作手冊上繪制的工藝技術(shù)路線多是原則性的、靜態(tài)及分割的，加上學(xué)生對理論知識理解的程度不深，僅靠教科書和操作手冊是不夠的。同時，化工企業(yè)強(qiáng)化了安全生產(chǎn)措施，外來人員很難到生產(chǎn)區(qū)及控制區(qū)進(jìn)行相關(guān)學(xué)習(xí)，無法完全實現(xiàn)真正的化工生產(chǎn)實習(xí)。同時，由于生產(chǎn)任務(wù)比較繁重，人手相對緊張，技術(shù)人員的講解不夠直觀、清晰，學(xué)生的收獲不大。

利用影像資料可以將整個工藝過程生動地表示出來，既能夠體現(xiàn)裝置的整體外觀，也可以通過聚焦某個操作單元的相關(guān)詳細(xì)信息。通過拉近鏡頭，更加直觀地理解裝置關(guān)鍵部位的具體形貌及物料的進(jìn)出端口。并可以適時顯示正常操作時的溫度、壓力及流量等相關(guān)信息。在整體工藝流程圖中，利用控制室DCS的影像資料，顯示出每個反應(yīng)器、分離器等主要設(shè)備，其進(jìn)出物料的種類、流量，性質(zhì)、溫度、壓力及相關(guān)性質(zhì)參數(shù)等基本信息，而且實時變化，及時反映現(xiàn)場的操作情況，效果非常逼真。通過多次觀看、研讀，學(xué)生可以掌握整個工藝過程的技術(shù)路線及關(guān)鍵控制參數(shù)。

同時，利用制作的影像資料，可以了解工廠的歷史、現(xiàn)狀、發(fā)展預(yù)期和規(guī)劃等相關(guān)情況。學(xué)生通過觀看影像資料，在進(jìn)廠實習(xí)前就可以比較深入地熟悉實習(xí)工廠的相關(guān)情況，有利于進(jìn)廠后的溝通與交流。

2.應(yīng)用影像資料中生動案例進(jìn)行安全教育?；どa(chǎn)過程是危險性較高的工作，生產(chǎn)實習(xí)必須將安全教育放在首位，這是保證實習(xí)質(zhì)量的前提。如何提高安全教育的效果，可以將化工廠典型案例影像資料給學(xué)生播放，根據(jù)公司歷年的安全事故進(jìn)行總結(jié)，強(qiáng)調(diào)違規(guī)操作的可怕后果。通過分析其引起事故的原因，讓學(xué)生充分認(rèn)識到化工企業(yè)的絕對安全性和相對危險性，提高學(xué)生的安全意識，在頭腦里樹立起嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程的觀念。

3.利用仿真模擬實現(xiàn)實習(xí)前的模擬訓(xùn)練?；どa(chǎn)過程屬于技術(shù)高度集成，自動化程度非常高的連續(xù)生產(chǎn)過程，學(xué)生實習(xí)過程中常遇到只許看不許動的情況，無法實現(xiàn)實際操作的鍛煉，更談不上參加開、停工和參與事故處理?；し抡媸沁\用實物、半實物或全數(shù)字化動態(tài)模型深層次地揭示學(xué)習(xí)內(nèi)容的新方法，是計算機(jī)輔助教學(xué)的高級階段。仿真實習(xí)可以給學(xué)生提供更多的操作機(jī)會，可在仿真過程中實現(xiàn)開停工訓(xùn)練，并可以根據(jù)帶隊教師設(shè)定的故障，及時調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)，排除故障，保證產(chǎn)品質(zhì)量及連續(xù)生產(chǎn)。這樣不僅可以實現(xiàn)親自動手操作，排除相關(guān)故障，而且可以極大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對生產(chǎn)流程、設(shè)備結(jié)構(gòu)和控制參數(shù)能夠做到心中有數(shù)，提高了實習(xí)效率。與此同時，可以縮短學(xué)生在車間實習(xí)的時間，既減輕了實習(xí)給工廠帶來的安全生產(chǎn)壓力，同時也解決了學(xué)生人數(shù)增加而企業(yè)接收困難的矛盾，也提供了一條提高實習(xí)效果的可行路線。

4.應(yīng)用仿真模擬可以彌補(bǔ)實習(xí)經(jīng)費的不足。化工生產(chǎn)實習(xí)需要投入較多的實習(xí)經(jīng)費。目前，由于實習(xí)費用的逐年提高及學(xué)生人數(shù)的增加，高校用于學(xué)生生產(chǎn)實習(xí)的費用出現(xiàn)了捉襟見肘的情況。通過仿真模擬的應(yīng)用，可以將很多實習(xí)過程移植到教室中。盡管仿真實習(xí)并不能完全替代現(xiàn)場實習(xí)，但采用此方法，不僅可以彌補(bǔ)實習(xí)經(jīng)費的不足，同時解決了“只許看不許動”的尷尬實習(xí)局面。

采用影像資料及模擬仿真的教學(xué)方式，可以使學(xué)生更加直觀地觀察到裝置的關(guān)鍵部位流程，并可增加實際操作的機(jī)會，有助于提高學(xué)生的感性認(rèn)知及實踐能力，又能夠保證實習(xí)效果。

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