化工专业仿真教学的探讨

牛秀红

摘要：本文介绍了仿真教学系统在化工专业的应用，分析了存在的问题。只有仿真操作与现场操作有机结合，并制定合理的有层次的教学计划，仿真系统才能发挥更大的作用。

关键词：化工仿真；化工生产；实训

中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）10-0179-02

在高职院校实行了“2+1”的人才培养模式后，顶岗实习成为学生关键的实践性教学中重要的组成部分。但近年化工专业学生顶岗实习面临困难居多。究其原因主要有三个方面：第一，现代化工行业是生产装置大型化、生产过程连续化、控制过程高度自动化的行业。而化工生产过程自身的不安全因素——高温、高压、易燃、易爆、易中毒等，也对化工行业从业人员提出了更高的技能和素质的要求。大多数企业考虑到实习学生的人身安全、学生职业素养以及可能影响正常生产秩序不愿意接纳学生实习。第二，高职院校实训室建设经费有限，购置实训装置费用又高，因此实训装置数量较少，或者设备简陋，与现代化工企业生产要求相差甚远[1]。企业接受学生实习后，必须投入更多的资源培训，不但成本高，甚至自身生产受到拖累。第三，师资队伍能力不足。近年随着职业院校规模的迅速扩大，师资队伍也需要不断壮大，因此有许多化工专业教师是刚毕业不久的研究生、博士生，无企业经历。或者老教师大多一直从事理论教学，企业经历少，没有较熟练的实践技能。因此，学生在学校所学知识滞后于现代化工企业的发展。化工仿真教学系统的出现，可解决上述难题。因为化工仿真能够模拟真实的生产装置，再现真实生产过程的实时动态特性。可以让每一个学生不进车间在仿真机上就能实现对装置的冷态开车、停车、正常运行、故障处理等操作，实现理论与实践的统一，提高教学质量。

一、化工仿真的应用

1.化工仿真与专业理论课相结合：化工专业理论课在传统的教学模式中，对设备、装置的结构、工作原理及运行与维护，典型产品的工艺流程等的讲解都是在黑板上进行的，这种教学方式很抽象、不直观，学生看不到设备外观、内部结构，单凭教师讲解，大多数情况是学生听不懂，不爱听，教师讲解枯燥、吃力，教学效果很难保证。学生往往是“高分低能”，在学校很优秀，拿奖学金，但到企业茫然不知所措。这种落差也容易引发学生心理问题。而化工仿真会把各种设备的外观、结构及运行模式都能直观显示在电脑屏幕上，工艺流程一目了然，学生可按操作规程进行操作。在教学计划中，若将仿真实训与理论教学穿插进行，如在讲授离心泵知识后，即进行离心泵操作实训，通过实训加深离心泵操作注意事项的理解，例如灌泵、泵出口压力、泵进口压力等；讲授典型煤化工产品甲醇、二甲醚生产工艺后，可相应进行甲醇合成、甲醇精制及二甲醚生产操作实训。这样可以不但激发学生学习的兴趣，充分调动学生的主观能动性、积极性和创造性，同时有利于理论知识的消化和掌握。此外，将仿真教学贯穿于始终，制定有层次的培训计划，学生从简单的典型化工单元操作开始，经过工段级的操作实训，最后进行大型复杂工业过程的开、停车及事故实训。同时，对于大型复杂的工业过程仿真，可采用学生联合操作的模式进行培训，以增强学生的团队合作意识。这些做法可缩小学校教育与企业需求的差距，实现学生，学校与企业三方共赢。

2.化工仿真与单元操作实训相结合：化工单元操作实训具有装置体积大、操作费用高、周期长的特点。目前，各院校开设的化工单元操作实训课大都放在学期末集中2～3周实训。也就是理论课已经上了很久，实训却没有进行，等实训时理论知识已经忘记。而且近年招生量的扩大，学生人数多，装置套数相对较少，又受到场地、费用、课时、师资等限制，单元操作实训大都采取分组模式，每组至少4～6人，这样很难保证每个学生都能动手操作实训装置，且实训考核存在片面性、不公平性。相比，仿真教学具有显著优势。第一，仿真软件相对装置便宜，人人有机会亲自动手操作。第二，仿真实训时间短，学生可反复模拟操作，提高实训效率。第三，每个项目的实训都有操作步骤，每步都有科学的、严格的评分系统，能更加简单快捷地知道学生掌握的情况。第四，在仿真机上学生是主体，可根据自己具体情况有选择地学习，这样充分发挥了学习主观能动性。例如自行设计、试验不同的开、停车方案等。真实工厂考虑到生产安全及生产计划，决不允许这样做。第五，仿真实训安全、环保。操作失误也不会发生人身危险，无环境污染。此外，若仿真与实操穿插进行[2]，先仿真、后实操、再仿真、再实操，将大大提高操作的熟练程度和知识的理解与掌握。

3.化工仿真与职业技能竞赛、技能鉴定相结合：全国化工职业技能大赛属国家二类竞赛，竞赛以“职业技能竞赛活动为载体，充分展现新世纪新阶段我国技能型人才的新风貌，培养和选拔适应化工企业发展需要的高技能人才，并以此推动技能人才队伍的整体发展与建设，提升各类职业院校人才培养水平”为宗旨。经过多年努力，全国化工职业技能大赛已成为化工行业及职业院校的年度盛会。竞赛项目由理论知识（含仿真）和实际操作技能两部分组成。仿真操作主要考核装置的冷态开车、正常运行、事故处理和正常停车等工况，并在操作过程中回答随机生成的操作思考题。竞赛软件采用北京东方仿真控制技术有限公司仿真软件，竞赛时间120分钟。若将国家职业技能考核标准融入日常教学内容中，在训练方法上，让学生亲临实践现场“真刀真枪”地训练，既利于教学又为参加化工技能大赛做准备。目前，许多高职院校要求学生在毕业时同时取得“双证书”，即毕业证和技能证。因此，职业技能鉴定是学生在校期间重要环节之一。职业技能鉴定分为知识要求考试和操作技能考核两部分。操作技能要求考核一般采用现场操作加工典型工件、生产作业项目、模拟操作等方式进行。因此，参照化工职业技能鉴定标准，可采用化工仿真进行技能鉴定。将化工仿真实训项目与职业技能鉴定工种相对应，实现课程内容与职业岗位实践要求相衔接，实现教学过程与技能培训一体化。

4.化工仿真与其他课程相结合：化工专业的课程还包括化工仪表及自动化、化工分析、化工废水处理等。这些课均需开设实验实训，但因种种原因，其开设率很低。化工仿真的引入，可达到实验教学的目的。下面我举例说明：（1）与《化工仪表及自动化》相结合：液位的调节是化工生产中最基本、最常用的控制参数之一。甚至，有时液位的稳定直接关系到整个生产的正常运行。在学习完物位检测内容后，可进行“液位的控制”单元仿真操作。通过仿真操作加深学生对液位监测意义的理解及其控制。比如离心泵冷态开车过程、储罐的液位控制，很多初学的学生都做不好，那是因为他们不明白液位控制的原理。液位的高低与进料量和输出量有关，若进料量大于输出量，液位不断上升，如果进料量小于输出量，液位不断下降。只有进料量等于输出量，液位才保持恒定。如果学生不明白这个道理，只按照操作步骤来做，不适当调节，液位肯定控制不好，往往液位会忽高忽低，不稳定。此外，化工仿真的许多单元都涉及分程、比值、串级控制系统。在学习了自动控制系统后，通过仿真练习掌握自动控制在化工生产中的应用。（2）与《化工制图》结合：经调查，我系化工专业学生在企业顶岗期间，前三个月主要是在各自岗位上学习相应流程。其中最主要的一项就是每天按要求默画流程图。化工仿真各项目中均配有PID图、现场图、DCS图可供学生学习。因此，在每次仿真实训结束后都要求学生画流程图。通过在校期间的练习，可加快学生在企业的学习进程。

二、化工仿真实训存在的问题

1.与现场操作相差较远：仿真系统的设备简单、工艺流程短、参数控制随意，和企业使用的设备、工艺、技术相差较远[3]。例如，开车前的准备工作非常重要，非常烦琐而要求细致，实际的生产过程中，这些开车前的准备工作却是一点都不能简化的，但有的时候仿真程序为了突出重点，把一些程序简化了，所以，要让学生心里明白，我们开车时基本条件都已具备，不需要考虑，并不是准备工作不重要。

2.机械操作：仿真实训中，有学生只追求高分，死记硬背阀门位置、操作顺序，按部就班操作。更有甚者，完全拷贝其他同学最优的调试结果，给每个阀确切的开度，就可简单、快速达到正产运行。最终每个学生的仿真实训成绩都很高，但其根本不知原理，不了解工艺，不去分析事故原因和处理方法，更不会与实践相结合。

3.缺乏现场气氛：仿真操作过程中，我们经常会遇到一些惯性很大的系统，比如在CO2多级压缩机操作实训中，压缩机的转速的调节，控制器少许的变化，就会引起转速在很长一段时间不能稳定下来。在投料时要逐渐关小PIC8241，缓慢将压缩机四段出口压力提升至14.4MPa。操作时强调学生PIC8241的开度降至40%后，此后以1%的量调节，至压力14.4MPa，否则就会跳车。但仿真实训在电脑上进行，学生始终处于放松的状态。学生无紧迫感，无压力，不明白跳车对于正常生产的影响，仍然有部分同学每次做到这步就跳车。面对这样的大惯性系统，调节不当就会造成系统的大起大落。学生不太关注、不分析出现的失误，而往往这些失误在实际生产中可能会造成极大的安全事故。因此仿真实训不利于培养学生的安全意识、高度责任感和紧迫感。

化工仿真实训在化工专业的教学中发挥了很大的作用，但同时也存在着一些问题。仿真实训不能替代现场实训，是现场实训的预培训，将仿真实训与真实操作有机结合，取长补短，既安全经济，又达到了培养高效优质的技能人才的目标。

参考文献：

[1]侯焕福.化工仿真在专业教学中的作用[J].信息化教学，2012，（24）.

[2]周波.高职化工仿真教学的创新与优化[J].辽宁教育行政学院学报，2007，（2）.

[3]司红岩，侯旭峰.化工仿真实训的利弊[J].河北化工，2010，（2）.