化工生產影像資料及仿真模擬在實習中的應用

孫學文+張文慧+譚華平+魏強+趙鎖奇+周亞松

摘要：化工生產實習是化工專業教學中重要的實踐環節，是消化吸收學過的理論知識，全面了解和認識化工生產過程、管理措施、經營狀況和環保安全等情況的重要途徑。本文從化工生產實習面臨的問題出發，提出將化工生產影像資料及仿真模擬應用于化工生產實習的教學過程中，同時解決學生人數增加而企業接收實習困難的矛盾及緩解“只許看不許動”的尷尬實習局面，提高實習教學質量和學生的工程實踐能力。

關鍵詞：化工生產實習;生產影像資料;仿真模擬;工程實踐

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

一、引言

化工生產實習是化工專業教學中重要的實踐環節，通過課堂上的理論學習，在實際生產過程中消化吸收學過的理論知識，使學生全面了解和認識化工生產過程、管理措施、經營狀況和環保安全等情況，更好地熟悉和了解實際化工生產過程，掌握生產過程的質量控制方法，為后續專業課的學習、畢業設計、就業打下堅實的基礎。此外，還可以幫助學生定位和規劃自己未來的發展，提高為人處世的能力。

但由于化工生產性質決定其具有高溫、高壓、易燃、易爆及有毒等潛在危險，沒有接受過專業培訓的學生在實習過程中將給以生產為主營業務的企業帶來一定的管理壓力，學生的生產實習對企業來說，不僅不能帶來任何直接的經濟效益，而且增大了企業的安全生產壓力。因此企業主動接收實習的積極性不高，導致可以進行生產實習的基地數量銳減。同時，由于近期頻發的安全生產事故，迫使生產企業規劃出更加嚴格的禁入區域，甚至連控制室也劃入其中。另外，由于科技的進步，化工廠將自動化、信息化高度集成，工廠內看到的是幾乎無人值守的各種管線、加熱爐和各種塔器，學生很少有機會近距離了解化工過程的實際運行情況，更沒有機會接觸工廠的核心技術。此外，由于實習大多安排在每年的8月初，天氣炎熱，多數學生學習的主動性不高，對化工流程理解不多，感覺受益不大。因此，根據化工廠主要生產裝置影像資料及仿真模擬的可重現性、直觀性、立體性、生動性等特點，利用影像資料結合仿真模擬可以解決近距離觀察學習的問題[1]。

二、化工生產實習面臨的問題

傳統的實習通常是按照以往的套路進行，即先由帶隊老師在校內進行實習動員及部分煉油知識的講解，然后進行三級安全教育后，分配到各生產車間，并邀請車間技術人員作技術講解，隨后進行生產車間工藝流程、控制指標及控制方法的學習，實習時間結束后根據學生的實習報告，評定學生的實習成績。但由于時間短、方法單一，學生能夠記住的相對比較少。特別是隨著煉油化工企業生產技術日趨規?；?、集成化，安全生產壓力增加的前提下，生產實習主要面臨以下問題：

1.根據國家政策，原來由企業辦學的高校與企業進行了剝離[2]，學校與企業均有各自的發展目標與任務，二者之間已經沒有直接的關系，而化工生產企業大多涉及易燃、易爆、有毒，且危險品相對集中。學生實習會在一定程度上給企業生產和管理造成影響，甚至存在較嚴重的安全隱患。企業一般不愿意接收實習，但即使接收也不會讓學生實際操作，最大限度是安排到控制室或在相關人員帶領下進入車間學習。其次，現代化工廠自動化程度高，學生只能看不能動手，不便于觀察整個工藝過程，收集工藝數據。

2.近期天津濱海新區的危險化學品爆炸事故，給化工企業增加了很大的安全生產壓力，更加劇了生產實習的困難，化工企業嚴格劃定作業區域，以往實習可以進入的區域也在限制范圍內，嚴重影響了生產實習效果。因此，生產實習實際上變成了學生到化工企業的會議室看資料，進入到控制室及現場變得十分困難，很難接觸到實際的內容。很顯然，形式單一、模式統一的化工專業生產實習已不能滿足培養專業化工人才的要求。

3.隨著高校招生規模擴大，導致每年參加生產實習的人數急劇增加[2-5]，原有的實習基地接收實習的人數幾乎達到了接待能力的上限。而化工企業同時將原有的車間進行了必要的合并，成立了聯合車間，將原來車間的中控室集中到一個控制中心，控制室內幾乎沒有多余的位置，導致學生無法在控制室內進行相應的學習。同時，外操室也相對緊張，只有在崗師傅的位置。因此，每個聯合車間所能容納人數大幅度減少，正好與大學擴招相矛盾。

為了解決上述矛盾，大多數高校采取了“化整為零”的策略，鼓勵學生自己聯系生產實習地點或者將學生分散到多個化工行業中去。正因為對實習企業的選擇出現了“饑不擇食”的現象，導致學生實習場所十分分散，難于管理，實習的質量嚴重下降，并增加了學生安全管理的風險。

4.隨著高校國際化戰略的實施及高?？己酥贫鹊膹娀?，引進的國外學成的青年教師也逐步加入到實習隊伍中來。雖然專業基礎扎實，具有很強的研究能力，但他們的成長經歷基本是從學校到學校，缺乏工程實踐經驗和對化工生產的認識和理解[2-6]，甚至缺少對行業知識的了解，難于勝任生產實習的指導工作，不能準確解答學生提出的各種問題，難以保證實習質量和預期的實習效果。

因此，迫切需要對化工專業學生的生產實習方式進行全面創新和改革，把握好實習中的各個環節，使實習真正能夠達到培養學生工程意識，提高學生工程能力的目的，保證生產實習的質量和教學效果。

三、應用化工廠主要生產裝置影像資料及仿真模擬進行教學

1.應用影像資料進行工藝流程及相關理論知識的教學。教科書及操作手冊上繪制的工藝技術路線多是原則性的、靜態及分割的，加上學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，化工企業強化了安全生產措施，外來人員很難到生產區及控制區進行相關學習，無法完全實現真正的化工生產實習。同時，由于生產任務比較繁重，人手相對緊張，技術人員的講解不夠直觀、清晰，學生的收獲不大。

利用影像資料可以將整個工藝過程生動地表示出來，既能夠體現裝置的整體外觀，也可以通過聚焦某個操作單元的相關詳細信息。通過拉近鏡頭，更加直觀地理解裝置關鍵部位的具體形貌及物料的進出端口。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，顯示出每個反應器、分離器等主要設備，其進出物料的種類、流量，性質、溫度、壓力及相關性質參數等基本信息，而且實時變化，及時反映現場的操作情況，效果非常逼真。通過多次觀看、研讀，學生可以掌握整個工藝過程的技術路線及關鍵控制參數。

同時，利用制作的影像資料，可以了解工廠的歷史、現狀、發展預期和規劃等相關情況。學生通過觀看影像資料，在進廠實習前就可以比較深入地熟悉實習工廠的相關情況，有利于進廠后的溝通與交流。

2.應用影像資料中生動案例進行安全教育?；どa過程是危險性較高的工作，生產實習必須將安全教育放在首位，這是保證實習質量的前提。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生播放，根據公司歷年的安全事故進行總結，強調違規操作的可怕后果。通過分析其引起事故的原因，讓學生充分認識到化工企業的絕對安全性和相對危險性，提高學生的安全意識，在頭腦里樹立起嚴格遵守安全操作規程的觀念。

3.利用仿真模擬實現實習前的模擬訓練?；どa過程屬于技術高度集成，自動化程度非常高的連續生產過程，學生實習過程中常遇到只許看不許動的情況，無法實現實際操作的鍛煉，更談不上參加開、停工和參與事故處理?；し抡媸沁\用實物、半實物或全數字化動態模型深層次地揭示學習內容的新方法，是計算機輔助教學的高級階段。仿真實習可以給學生提供更多的操作機會，可在仿真過程中實現開停工訓練，并可以根據帶隊教師設定的故障，及時調節相關參數，排除故障，保證產品質量及連續生產。這樣不僅可以實現親自動手操作，排除相關故障，而且可以極大提高學生的學習興趣，對生產流程、設備結構和控制參數能夠做到心中有數，提高了實習效率。與此同時，可以縮短學生在車間實習的時間，既減輕了實習給工廠帶來的安全生產壓力，同時也解決了學生人數增加而企業接收困難的矛盾，也提供了一條提高實習效果的可行路線。

4.應用仿真模擬可以彌補實習經費的不足?；どa實習需要投入較多的實習經費。目前，由于實習費用的逐年提高及學生人數的增加，高校用于學生生產實習的費用出現了捉襟見肘的情況。通過仿真模擬的應用，可以將很多實習過程移植到教室中。盡管仿真實習并不能完全替代現場實習，但采用此方法，不僅可以彌補實習經費的不足，同時解決了“只許看不許動”的尷尬實習局面。

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

參考文獻：

[1]吳艷波，李浙齊，鄒恩義.化學化工專業生產實習多元化實踐教學探索[J].教育探索，2009，（12）：55-56.

[2]雷存喜，龍立平，胡擁軍等.改革化工生產實習，提高實踐教學質量[J].實驗科學與技術，2010，8（1）：117-119，122.

[3]孫學文，周亞松，孟祥海等.構建優質生產實習平臺，培養學生工程實踐能力[J].教育教學論壇，2013，（15）：237-240.

[4]姚嘉凌，閔永軍.高校生產實習模式改革的思考和探索[J].中國大學教學，2007，（3）：81-82.

[5]郭祖鵬.提高化工專業生產實習質量[J].河北化工，2007，30（1）：56-57.

[6]劉會君，項斌，計偉榮.改革生產實習模式提高生產實習質量[J].實驗室研究與探索，2008，27（11）：130-132.