基于生產(chǎn)實(shí)習(xí)的實(shí)訓(xùn)車間仿真技術(shù)應(yīng)用探究

簡(jiǎn)華，申奕，葉建

（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300402）

1 現(xiàn)狀分析

基于化工生產(chǎn)特殊的安全性要求以及現(xiàn)代化工的自動(dòng)化、連續(xù)化和集成化特點(diǎn)，對(duì)化工類專業(yè)的人才培養(yǎng)在專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)等方面提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。而生產(chǎn)性實(shí)習(xí)作為化工專業(yè)人才培養(yǎng)體系中的重要環(huán)節(jié)，要求學(xué)生通過(guò)生產(chǎn)實(shí)習(xí)，使學(xué)生鞏固已學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，促進(jìn)學(xué)生形成良好的職業(yè)素養(yǎng)。然而，在實(shí)施生產(chǎn)實(shí)習(xí)的過(guò)程中存在一些問(wèn)題，使其未能真正達(dá)到教學(xué)要求，具體的原因如下。

1）化工生產(chǎn)實(shí)習(xí)一般要安排到相關(guān)的化工企業(yè)中進(jìn)行。實(shí)習(xí)時(shí)間的安排受企業(yè)生產(chǎn)情況的制約，不能完全達(dá)到教學(xué)進(jìn)度和學(xué)習(xí)時(shí)間長(zhǎng)度方面的要求。

2）通常的化工仿真軟件都是成品軟件，屬于“軟仿真”，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，不能在實(shí)際生產(chǎn)裝置實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)試車，也就難以深入實(shí)際的了解生產(chǎn)過(guò)程，不能分析和處理生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，學(xué)生處理實(shí)際問(wèn)題的能力得不到有效的鍛煉。對(duì)于學(xué)生職業(yè)技能的培養(yǎng)和職業(yè)素養(yǎng)的形成缺少有力的支撐。

3）生產(chǎn)實(shí)習(xí)的過(guò)程中，出于對(duì)圍繞實(shí)踐能力培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)習(xí)效果評(píng)價(jià)體系和信息化的評(píng)價(jià)手段的缺失，使得學(xué)生無(wú)法實(shí)時(shí)獲得當(dāng)前階段實(shí)踐練習(xí)的反饋結(jié)果，指導(dǎo)教師也難于掌握學(xué)生每個(gè)階段的學(xué)習(xí)狀況，以制定更有針對(duì)性的實(shí)習(xí)計(jì)劃。

2 構(gòu)建基于真實(shí)車間的仿真教學(xué)平臺(tái)

以生產(chǎn)型實(shí)訓(xùn)車間和與之配套的虛擬仿真系統(tǒng)為基礎(chǔ)，圍繞生產(chǎn)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)進(jìn)行一系列的教學(xué)改革與探索。天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院對(duì)現(xiàn)有的鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)裝置進(jìn)行改造，針對(duì)生產(chǎn)裝置中的泵、閥門(mén)、儀表建立測(cè)控系統(tǒng)，與工藝仿真軟件進(jìn)行對(duì)接，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)DCS 仿真控制，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)儀表測(cè)控顯示，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)裝置操作與中控操作的聯(lián)動(dòng)。在實(shí)訓(xùn)裝置不進(jìn)真實(shí)物料的情況下，學(xué)生也能現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)到相應(yīng)的操作。實(shí)現(xiàn)全流程、單元等多種組合的開(kāi)車、停車、事故處理等各類操作、訓(xùn)練與考核的目標(biāo)。

2.1 構(gòu)建DOP 車間工藝仿真控制系統(tǒng)

根據(jù)實(shí)際工藝原理和流程進(jìn)行DOP 生產(chǎn)流程的硬件仿真，運(yùn)用高精度動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型模擬實(shí)際裝置物理化學(xué)特性，實(shí)現(xiàn)全工況動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模擬裝置的開(kāi)車、停車、正常運(yùn)行調(diào)控、緊急停車和事故處理。

2.1.1 不破壞原有設(shè)備流程的完整性改造

可以根據(jù)不同教學(xué)任務(wù)進(jìn)行真實(shí)與仿真的操作切換，既可以運(yùn)行原有模式（實(shí)際走水、蒸汽、空氣等物料，基本工藝參數(shù)由實(shí)際操作結(jié)果得出），也可以切換為中控模擬模式（無(wú)物料運(yùn)行，所有工藝現(xiàn)象由仿真模型給出），方便教師在課程設(shè)計(jì)上有所側(cè)重。

2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)工藝機(jī)理模型的建立

根據(jù)DOP 實(shí)際生產(chǎn)完整的物料平衡數(shù)據(jù)，建立化工生產(chǎn)過(guò)程與設(shè)備的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，能夠準(zhǔn)確反應(yīng)生產(chǎn)系統(tǒng)物料和能量的變化以及傳遞之間的定量關(guān)系，遵循生產(chǎn)系統(tǒng)中的物理和化學(xué)變化的規(guī)律，比如反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、氣液平衡、流體動(dòng)力學(xué)等特性，這些特性通常是非線性的。同時(shí)可以很好地反饋生產(chǎn)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)、慣性以及時(shí)間滯后等特性，為學(xué)生提供高逼真的實(shí)習(xí)操作環(huán)境。

2.2 構(gòu)建二維碼多媒體教學(xué)平臺(tái)

將教學(xué)資源同生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)進(jìn)行信息化的整合，為學(xué)生提供一個(gè)教、學(xué)、做一體化的實(shí)踐學(xué)習(xí)空間。在《精細(xì)化工典型設(shè)備操作與調(diào)控》國(guó)家級(jí)精品課程建設(shè)成果的基礎(chǔ)上，按照相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)崗位的要求，對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行補(bǔ)充和完善，形成內(nèi)容豐富的實(shí)習(xí)教學(xué)資源包。對(duì)照DOP 實(shí)訓(xùn)車間主體單元設(shè)備，生成二維碼，標(biāo)識(shí)在相應(yīng)的設(shè)備上，方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

3 化工生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)模式的實(shí)踐

通過(guò)化工仿真實(shí)習(xí)教學(xué)平臺(tái)建立“仿真實(shí)習(xí)+現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操”的生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)模式。通過(guò)虛擬仿真和真實(shí)設(shè)備操作環(huán)境，以DOP 半連續(xù)生產(chǎn)工藝為模板，按照生產(chǎn)過(guò)程的相關(guān)崗位制定科學(xué)的化工生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)大綱和設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容及實(shí)施過(guò)程，將仿真實(shí)習(xí)與現(xiàn)場(chǎng)操作緊密結(jié)合，實(shí)施“兩步走”的操作程序。第一步：仿真實(shí)習(xí)。學(xué)生在中控室計(jì)算機(jī)上對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行仿真模擬，處理數(shù)據(jù)并討論結(jié)果，為現(xiàn)場(chǎng)操作做好充分的準(zhǔn)備。此階段學(xué)生在模擬狀態(tài)下大膽嘗試，可改變各種影響因素以獲得不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，既鞏固了單元操作的基本原理，又在虛擬狀態(tài)下體驗(yàn)了各種操作失誤帶來(lái)的后果。例如在進(jìn)行酯化反應(yīng)操作時(shí)，學(xué)生利用仿真技術(shù)的容錯(cuò)性，通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)液流量或蒸氣流量觀察和體驗(yàn)酯化填料塔的漏液、液泛、液沫夾帶等各種不正常的現(xiàn)象。第二步：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操。學(xué)生通過(guò)仿真模擬生產(chǎn)實(shí)習(xí)后，總結(jié)仿真實(shí)習(xí)中的不足以及設(shè)備非正常工況的應(yīng)急措施，討論各工段之間的銜接和配合，然后再按照工藝流程在生產(chǎn)裝置上實(shí)際動(dòng)手操作。經(jīng)歷了“兩步走”實(shí)習(xí)后，學(xué)生實(shí)際操作就更加規(guī)范了，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的認(rèn)知能力也有了提高。同時(shí)，學(xué)生的主動(dòng)參與意識(shí)增強(qiáng)了，實(shí)踐興趣也提高了，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力也有了很大的提升，從而有效的改善了傳統(tǒng)實(shí)習(xí)教學(xué)中教師講解、學(xué)生被動(dòng)操作的局面。

4 制定切實(shí)可行的實(shí)習(xí)考核評(píng)價(jià)體系

生產(chǎn)實(shí)習(xí)成績(jī)的評(píng)定是檢驗(yàn)學(xué)生實(shí)習(xí)教學(xué)質(zhì)量的重要依據(jù)，在考核過(guò)程中圍繞職業(yè)能力培養(yǎng)目標(biāo)，針對(duì)學(xué)生的安全生產(chǎn)能力、工藝識(shí)圖和繪圖能力、生產(chǎn)基本操作能力、設(shè)備拆裝和維護(hù)保養(yǎng)能力、職業(yè)素養(yǎng)等多方面進(jìn)行考核和評(píng)價(jià)。把生產(chǎn)實(shí)習(xí)的各個(gè)環(huán)節(jié)按一定權(quán)重比例匯總，形成最終的實(shí)習(xí)成績(jī),充分體現(xiàn)生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)的系統(tǒng)性、嚴(yán)肅性和客觀性。學(xué)生實(shí)習(xí)的考核成績(jī)采用實(shí)習(xí)過(guò)程考核+仿真綜合實(shí)訓(xùn)考核+實(shí)習(xí)報(bào)告相結(jié)合的方式評(píng)定，按照實(shí)習(xí)課程內(nèi)容要求進(jìn)行考核。把實(shí)習(xí)考核過(guò)程貫穿于生產(chǎn)實(shí)習(xí)的全過(guò)程中，還要有可操作性，便于指導(dǎo)教師客觀評(píng)價(jià)，實(shí)時(shí)反饋到學(xué)生，從而有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)習(xí)的積極性,保證生產(chǎn)實(shí)習(xí)效果和提升生產(chǎn)實(shí)習(xí)的質(zhì)量。見(jiàn)表1。

表1 職業(yè)能力培養(yǎng)目標(biāo)考核

5 實(shí)習(xí)效果

運(yùn)用仿真技術(shù)建立“仿真實(shí)習(xí)+現(xiàn)場(chǎng)操作”生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)模式達(dá)到如下教學(xué)目標(biāo)：

1）通過(guò)手機(jī)等移動(dòng)終端掃描設(shè)備二維碼了解設(shè)備工作過(guò)程和工作原理，使學(xué)生透徹了解生產(chǎn)過(guò)程與設(shè)備機(jī)構(gòu)工作原理，增加了教學(xué)互動(dòng)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2）提升了生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)質(zhì)量。對(duì)實(shí)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行合理的規(guī)劃，使單元操作、化工設(shè)備、工藝流程、儀表控制、“三廢”處理等內(nèi)容均得到體現(xiàn)。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行投料-生產(chǎn)-后處理-分析檢測(cè)等完整的開(kāi)、停車操作訓(xùn)練。更注重調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，學(xué)生更容易將所學(xué)理論知識(shí)與工廠生產(chǎn)實(shí)際相聯(lián)系，不僅加深了對(duì)知識(shí)的理解，而且也提高了對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力，樹(shù)立起化工生產(chǎn)的系統(tǒng)概念。

3）化工生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)模式的創(chuàng)新和實(shí)踐，有效的改善了傳統(tǒng)化工生產(chǎn)實(shí)習(xí)過(guò)程中學(xué)生實(shí)踐操作不多、實(shí)習(xí)效果不好的局面，提高了化工生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)的效果和質(zhì)量，為培養(yǎng)具有綜合職業(yè)能力和全面素質(zhì)的高技能人才提供了行之有效的教學(xué)平臺(tái)。