油气储运专业仿真系统的开发和应用

王琪+施雯+周锡堂+程丽华

摘 要 文章针对油气储运专业缺少仿真软件及工厂现场实习效果有限的的现状，提出以学生为主体做软件的设计者与开发者，并以团队合作为主要形式，使每个学生最大限度发挥自己的特长。该系统涵盖油气储运领域各大模块，再现工业现场的真实环境，增强学生对各个生产环节及系统的认知，有效地使应用此系统的学生熟练掌握各个生产流程，使专业知识融会贯通形成知识体系，达到从理论到实践的认识。

关键词 油气储运 系统仿真 实验教学

中图分类号：TE8-4 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.11.068

Abstract This article according to the simulation software and the factory internship in the limited effect of lack of oil and gas storage and transportation professional， put forward to the students as the main body for designers and software developers， and to the team as the main form， so that each student to maximize their strengths. The system covers the field of oil and gas storage and transportation of each module， reproduce the real environment of the industrial field， enhance the students' awareness of production and various systems， the effective application of the system to make students master the production process， the professional knowledge to form a knowledge system， from theory to practice and understanding.

Keywords oil and gas storage and transportation； system simulation； experimental teaching

隨着人类文明的进步，计算机在生活，工作，学习中发挥的作用越来越大，它带给现代教育的方便、直观等其独特的优越性，也促进了教育领域的发展。目前很多高校开发相应计算机辅助教学软件，以便于学生可以更直观和系统地学习，达到现场参观的效果甚至优于其效果，另外现在也有一些企业将其开发成系统软件，并将其商品化。①

目前相关工业计算机仿真技术是分为两大类，一种是从宏观角度考虑，对现场工艺流程的模拟，通过开关阀门完成不同的流程的操作以达到现场模拟的效果。二是从微观角度考虑，针对石油，化工，航空航天等行业，对其流体流态，导热，扩散等多方面的模拟。用于预测及优化设备流程系统或事故评估，以做好预防及应对措施。因此通过计算机仿真系统学习培训，对于工科生来说是一种高效率、低成本的教学手段。②

1存在的问题

1.1市场上没有的完善仿真实习系统

由于受到时间及安全生产等限制，学生不能到每个现场去熟悉流程，但是对于石油工程学院的学生来说，无论是油气储运专业还是石油工程专业，流程都是最重要的知识结构之一，那么为了解决授与学之间的矛盾，学校必须拿出一套形之有效的解决方案。仿真模拟的产生解决了这个问题，并且它在其它学科上也得到了广泛的应用，所以在油气储运和石油工程专业引入仿真系统是帮助学生对流程做全面了解最简单且有效的方法。但由于是小众专业所以各石油高校都在自行开发其仿真模拟软件但到目前为止，没有一所石油高校开发出一套完备的储运专业所需的仿真软件，所以无法在市场上推广。因此许多储运专业实际上并没有仿真这个模块。③

1.2 仿真实习系统的必要性

（1）缺少专业对口并且长期稳定的校外实习基地。在当今中国的经济形势下，各厂矿企业不可避免地把经济效益作为其考虑的首要因素。学生下厂实习，对正常的生产秩序总会产生或多或少的影响，因此，在接纳学生进厂实习的态度方面，工厂一般较为被动。

（2）无法保证生产实习质量。在石油化学工业、现代化学工业及其他过程工业日趋集成化、连续化、自动化的今天，现场操作的危险性也在显著增加，任何错误操作都可能带来十分严重的后果。因此，学生下厂后既难深入实际，更不允许动手操作，只能被动地看和听，其主动性、创造性都难以调动和发挥。这种走马观花，流于形式的实习方式，效果根本无法得到保证。针对上述问题，应在生产实习中加强高科技含量，强化有特色的生产实习，强化学生的工程意识，激发其学习主动性，使所学理论知识深入化、综合化和系统化。实践证明，将仿真培训应用于学生的生产实习中，不仅受到了学生的热烈欢迎，在提高实习质量方面也起到了事半功倍的效果。

2 解决方法

2.1 开发步骤

（1）划分不同领域，分成石油工程仿真系统和油气储运仿真系统。（2）划分不同性质，分成流程仿真系统和设备仿真系统。（3）梳理出不同的流程并对流程进行绘制。剖析不同设备内部结构绘制出设备内部结构。（4）根据流程图和设备结构图，通过组态王和Pro/E软件及Visual C++语言开发出相应的流程仿真系统和设备仿真系统。

2.2 需开发的系统（图1）

2.3 已开发的仿真系统（图2）

2.4 营造组建仿真系统开发的环境

（1）通过不同模块和性质的划分，梳理出不同的流程并对流程进行绘制，重点开发储运流程仿真系统，特别是油库和加油加气站。

（2）通过过第二课堂，大学生创新创业项目结合素拓学分，要求学生在校期间必须参加一项专业领域的实践活动，使学生加入到创作团队中去。

（3）形成“传帮带”的传统和机制，使知识体系不断完善，每届都汲取大三，大四的成员加入团队，形成大四带大三传统。

（4）在软件的开发过程中，根据每个人不同情况，有的擅长画图，有的擅长编程，有的对组态王或Pro/E应用更熟练，充分发挥每个人的特长激发兴趣点，提高工作效率。

（5）充分发挥老师的带动及解决关键难题的作用，在学生陷入误区或是有解决不了的问题，老师给予关键性的指导。

2.5 预期效益

（1）初步建立起油气开发与储运工程实验实训中心的仿真实验室，并逐渐投入教学使用。

（2）学生通过开发仿真系统，对流程，设备有了系统且详细的认识，并对开发软件的应用达到精通的水平。提升了学生的技能，并使理论和实践的结合调动起学生的学习积极性，提高了学生的能动性。

（3）通过在仿真实验室的学习，推动了学生对知识结构加以更深入透彻的了解，通过对每个不同流程的操作，使学生对油库，加油加气等知识掌握得更扎实。

学生培养质量明显提高，既有坚实理论基础，又有熟练动手能力和创新能力，使毕业生能适应社会要求，尽快地适应工作岗位的需要。

3 仿真模块的培训

3.1 教师自身素质提升

由于仿真系统是由一个设备仿真系统和六个流程仿真系统组成，涉及到油气储运专业所有专业课程的知识。所以对教师来说也是一个挑战，因为每个教师一般只担任三到四门的课程。对自己未涉及的课程由于时间久没有接触，或是即使了解，但对于细节的掌握仍不够。并且每个流程系统是仿造工业流程，比平时书本所学更复杂，更细致。而且书本的知识相对于现在的工业发展有一定的滞后性。对于我们每个教师来说，也是一个知识再梳理，再更新的过程。所以在开课前每个教师也要进行仿真软件的培训，这样多学科的交叉也是对自己一些研究灵感的激发过程。

3.2 流程演示与事故排查

对于油气储运专业的学生来说，流程是最重要的知识结构，所以对于流程的演示教师必须详细演示，逐个开阀。使学生在了解流程的同时掌握每个阀门的作用。这样多个流程走下来，学生对于每个阀门的用途都铭记于心。但是对于中国高校的学生来说，接受力和理解力都是很强的，但是对创造力和解决问题的能力来说，仍是一个短板。所以我们必须结合工业现在的情况，在工业上不只是通过开关阀门切换流程，当遇到突发事故时要能快速精准地拿出解决方案。这就要求学生必须在熟悉流程的基础上通过逆向思维才能作出准确的判断。所以在流程演示之后抛出问题是十分关键的，然后让学生去思考，是由于哪些阀门操作错误造成，或通过开关哪些阀门，开车，停车等操作可减少损失。这样，通过正面教学与反面思考的方式达到举一反三的效果。

3.3对学生的要求

通过其实际操作性以及与未来工作的相关性激发学生的学习热情及学习兴趣。仿真的学习是一个双向互动的过程，学生的兴趣更加浓厚，随时学习随时操作，而且我们可以生成问题库，在每节课结束前学生必须完成计算机随机抛出的问题，这样学生才可以离开机房。在学生的考核环节上，可以从两方面着手，一是交互式考试系统，多种模拟情境，计算机随机抽取，学生需在规定的时间内完成，这样避免相邻的同学互相抄袭。二是对操作质量的评价，按操作次数计分，一次操作成功计满分，一次不成功计为不合格，这与现场生产情况是有关的，因为在实际企业员工操作中是要求一次成功不能出错的，④否则会带来经济损失或危险，这样就达到对学生学习与实践双重考核的目的。

4 未来展望

仿真教学系统形成之后，可以用于石油相关专业的本科实践教学，经过多次改进和完善亦可用于企业员工的技术培训等方面。另外，由于其专业原理简单、工艺直观、展现生动的特点，使工作现场最大限度还原。让学生在一个直观，生动的环境下把知识顺利掌握，且印象深刻，并对油库设计与管理，管输工艺，加油加气站的设计与管理，城市燃气输配等油气储运相关专业课有了深入的了解，完成理论到实践的跨跃。

4.1 实用性

仿真教学系统从设计，开发到最终的应用都以现代工业实际为大背景，内可用于教学，外可用于员工培训，是一个还原现场的虚拟操作界面，与工人在中控室的操作界面保持一致，兼具仿真性与实用性。 （下转第158页）（上接第146页）

4.2 综合性、设计性

（1）软件在编辑设计过程中。作为每个仿真系统的设计师，必须对每个流程都了如指掌，要清楚掌握每个区域的分流程（收油流程，发油流程，倒罐流程等等），每个设备的内部结构，并把他们组合起来，形成一个完整有机的整体。这即要求对知识掌握的通透性，又要求灵活性。并且每个参数变化，阀门开关等影响，这些细节要求更是必须精准，对设计者来说考验其运用不同思维方式去分析问题。所以其综合性、设计性使学生之所学达到最大化的应用。

（2）在应用中。在未来该仿真系统应用教学时，采取最大的灵活性，可以接受学生各种操作，学生可以自行制定方案，通过参数的变化调节，反映生产过程中各相应参数的变化及关联，激发学生的主观能动性和创造性思维。具有很强的设计性。在内容上，应用多学科，几乎涉及所有油气储运专业课，打破学科之间的壁垒，具有明显的综合性。在方法手段上，更新了传统的教学方式，不是仅限于观摹，而让每个学生都有参与感和主导感。清楚自己的工作内容并对其负责。

4.3 效果最大化

储运生产系统复杂而庞大，且属高危作业场所，所以一般学校组织的生产实习根本无法满足对其系统的深入了解，并且在生产中大多时间都是正常工作状态，几乎不会出现误操作及反常情况。而该仿真教学系统的出现，首先是可以让学生对庞大管输系统深入了解。通过参数与阀门的调节，熟悉流程。其次，可以模拟事故运行状态，学生可以从事故状态中找原因，总结经验。再次可以让学生动手操作，通过亲身实践增强他们对这份工作的责任感，使学习效果达到最大化。⑤

项目名称：构建具有石化特色的石油仿真系统（215149）

注释

① 邱挺，黄智贤，叶钊，李晓.化工仿真实习课程的教学实践与改革[J].化工高等教育，2012（5）：56-58.

② 邢晓凯.油气储运工程专业多元化实践教学的改革与探索[J].实践教学，2011（22）：123-124.

③ 屈成亮，徐洪軍，邵宝力，王海彪.以就业为导向的油气储运工程专业仿真实践课程设置的建议[J].科技视界，2013（35）：109-110.

④ 于玲，戴连奎.过程控制系统自主设计与综合仿真教学方法[J].化工高等教育，2012（2）：90-91.

⑤ 王志华，龙安厚，王利生.仿真系统在油气储运工程实验教学中的开发与应用[J].实验技术与管理，2010（10）：116-118.