高等职业教育中化工仿真教学的应用与实践

摘 要：文章主要阐述了化工仿真软件在高等职业教育中的作用,突出介绍了仿真训练在实际教学中的意义和重大作用,有效解决了学生在工厂实习困难,不能实际动手操作的难题,推动了职业教育的教学手段和方法,改进了学生的培养模式,提高了学生的职业素质.

关 键 词：化工仿真教学应用教学实践高职教育

中图分类号：G712文献标识：A文章编号：1003-9082（2013）11-0135-02

化工生产过程具有连续性、规模性、危险性等特点,这就决定了进入工厂实习的学生不能亲自动手操作,因此下厂实习效果普遍不佳,很难达到预期的效果,学生毕业后到化工企业需要再次培训.可见,行业的特性决定了化工仿真训练是必要的.与此同时,能够熟练进行DCS操作又具有化工专业知识的人才越来越受到化工企业的青睐[1].而化工仿真实训,则是培养学生具备这一专业技能的有效途径.因为化工仿真能够模拟再现真实的生产装置,让学生不进工厂就能了解实际的化工生产装置的生产和操作过程,通过模拟工厂开车、停车、正常运行和各种事故现象处理,使学生不出校门就可以了解实际生产装置,在非常逼真的操作环境中进行操作技能训练,既完成了对生产装置实际操作的培训,又巩固了所学的知识,更全面、具体和深入地了解不同的生产单元操作过程,实现了理论与实践的统一.同时,能让学生在一个模拟真实的职业环境下,按照未来专业岗位对基本技能的要求,得到实际操作训练和综合素质的培养,使职业教育为企业输送合格的人才奠定好基础.

一、化工仿真系统DCS的介绍

化工仿真DCS（集散控制系统）教学系统是指在一定条件下,模仿化工生产过程或装置进行DCS控制操作的教学系统.它特别注重学生的动手操作能力、技术应用能力和创新能力的培养,使学生在具有必备的基础理论和专业知识的基础上,重点掌握该专业领域实际生产操作和基本技能.具体来说,它以计算机为手段,通过建立石化工业过程的动态数学模型,并在以计算机为基础的专用硬件环境下,再现真实装置系统特性的软、硬件产品[2].

化工仿真软件通常由一个教师站和多个学员站组成.其中,具有管理功能的教师站可以向学员站发出面向全部或个别的操作指令,并能显示相应学生的操作结果及最终成绩,学生通过人机对话,达到熟练完成单元和系统装置的冷态开车、停车和事故处理等操作.而教师通过教师主控制台可以很清楚详细地了解每名学生的当前操作情况.从而为各类型人员提供模拟操作化工生产装置的环境和设备,使他们完成开车、停车、故障处理等操作过程,以提高学生相应的理论水平和实践经验.

仿真实训软件除了包括化工生产中的各种主要单元操作,如离心泵、换热器、电动往复式压缩机、精馏塔、吸收解析、间歇反应釜、锅炉、多效蒸发、流化床反应器、干燥、固定床反应器等外；还包括化工工艺生产过程,如常甲醇生产装置、鲁奇加压器气装置等.因此,化工仿真除了能完成正常的教学外,还能够完成职业技能训练与鉴定的任务,将形成知识、能力、素质"三位一体化"的实践教学模式.

二、化工仿真教学的主要作用

1.强化理论知识的理解,提高实际操作技能.在实际教学中对各种设备讲解比较困难,学生很难对设备产生一个实际的感官理念认识.仿真技术采用计算机图形技术,对仿真模型实体的运动进行动画显示,使各种设备的外观、结构以及运行模式都能直观地显示在计算机屏幕上,学生们按照每个相应的操作规程进行操作,操作错误时,在评分步骤中会显示错误步骤以及错误原因,使学生知道错在哪里,为以后避免犯相同的错误打好基础.这样学生就会对书本上有关设备操作理论知识有了一个深刻的理解,从而加深学生对操作系统的理解和记忆,真正做到了理论知识与实践紧密的结合.同时,仿真软件提供工况冻结、时标设定、趋势记录、报警记录、参数设定等特殊功能,便于教师实施各种新的教学与培训方法,提高教学质量.

2.高效、经济.通过仿真训练,学生可以直观的看到相关原理、工艺流程,以及仪器、设备的结构特点、操作方法.从而可以有效的避免化工实验教学过程中场地、设备、实验消耗等因素的制约,在化工仿真实训中,各类化工原料均为虚物品,没有实物消耗且无污染,可大大降低实训运行费用.同时,引入化工仿真训练系统,可以开发出教学需要的各种条件,比如高温、高压、有毒、易燃易爆等,没有危险性,而且还可以节省大量的设备和药品的费用,有效的节约了成本.

3.形象逼真,安全性能高.化工仿真提供了一个与实际近乎相同的训练平台,通过仿真训练系统可以形象、直观地展现工艺流程、设备的结构特点,可以逼真地模拟各生产装置的动态特性及开、停车操作过程.有利于在较短的时间内使学生了解化工单元操作的方法和技巧.学生通过仿真训练系统的操作,对设备、工艺流程的运行情况会有更加深刻和直观的理解和印象,对设备、工艺流程运行过程出现的故障和问题会有一个正确的解决方法.

4.与生产实践相结合,提高学生的职业素质.化工企业一线所需要是动手能力强、基础知识扎实的高技能人才,因此要求我们在实际教学过程中要与企业密切联系[3].引入仿真训练系统可以让学生更加深入地了解各种化工单元设备的结构特点、空间几何形状、工艺过程的组成、控制系统的组成、管道走向、阀门的大小和位置等,使学生建立起一个完整的、真实的化工过程概念,学生通过反复操作训练,能够更深入地了解化工过程系统的操作原理,锻炼了学生对化工装置的开车、停车及事故处理的能力,更好地掌握调节器的基本操作技能,进而掌握复杂控制系统的使用和调整技术,提高对复杂化工过程动态运行的分析和决策能力,使学生真正掌握化工过程的特性和基本操作技能.

三、化工仿真的不足

1.缺乏灵活性.由于仿真软件中带有相关工艺流程和单元操作的操作步骤,使得学生过于依赖操作步骤,只是机械的记忆每一步如何操作,并没有真正理解每一个操作步骤的实际意义和原理以及每一个步骤在整个工艺流程中的作用.

2.缺乏安全重视.由于仿真操作在电脑上就可以完成,出现错误还可以重新开始.学生看不到操作失误之后的严重后果,不足以引起学生的重视,不利于增强学生安全生产的高度责任感、紧迫感.因此,化工仿真操作实训并不能完全替代真正的生产操作训练.要让学生真正掌握化工生产操作技能、提高分析判断和处理的问题的能力,还必须结合下厂实习.

3.缺乏现场感.化工仿真系统无法建立一个真实的生产装置现场,学生难以建立一个对实际生产的感性认识.

结束语

化工仿真以其独特的优势,成为化工单元操作教学中不可替代的一部分,我们应该扬长避短,充分突出它的优势,有效规避它的缺陷,让化工仿真在以后的教学中发挥更大的作用,让它为我们的高等职业教育做出更大的贡献.