基于生产实习的实训车间仿真技术应用探究

简华，申奕，叶建

（天津渤海职业技术学院，天津300402）

1 现状分析

基于化工生产特殊的安全性要求以及现代化工的自动化、连续化和集成化特点，对化工类专业的人才培养在专业技能和职业素养等方面提出了更高的标准。而生产性实习作为化工专业人才培养体系中的重要环节，要求学生通过生产实习，使学生巩固已学习的基础理论知识和专业知识，培养学生分析问题、解决问题的能力，促进学生形成良好的职业素养。然而，在实施生产实习的过程中存在一些问题，使其未能真正达到教学要求，具体的原因如下。

1）化工生产实习一般要安排到相关的化工企业中进行。实习时间的安排受企业生产情况的制约，不能完全达到教学进度和学习时间长度方面的要求。

2）通常的化工仿真软件都是成品软件，属于“软仿真”，在计算机上运行，不能在实际生产装置实现联动试车，也就难以深入实际的了解生产过程，不能分析和处理生产中出现的问题，学生处理实际问题的能力得不到有效的锻炼。对于学生职业技能的培养和职业素养的形成缺少有力的支撑。

3）生产实习的过程中，出于对围绕实践能力培养目标的实习效果评价体系和信息化的评价手段的缺失，使得学生无法实时获得当前阶段实践练习的反馈结果，指导教师也难于掌握学生每个阶段的学习状况，以制定更有针对性的实习计划。

2 构建基于真实车间的仿真教学平台

以生产型实训车间和与之配套的虚拟仿真系统为基础，围绕生产实习环节进行一系列的教学改革与探索。天津渤海职业技术学院对现有的邻苯二甲酸二辛酯（DOP）生产实训装置进行改造，针对生产装置中的泵、阀门、仪表建立测控系统，与工艺仿真软件进行对接，实现上位机DCS 仿真控制，通过现场仪表测控显示，实现现场装置操作与中控操作的联动。在实训装置不进真实物料的情况下，学生也能现场体验到相应的操作。实现全流程、单元等多种组合的开车、停车、事故处理等各类操作、训练与考核的目标。

2.1 构建DOP 车间工艺仿真控制系统

根据实际工艺原理和流程进行DOP 生产流程的硬件仿真，运用高精度动态数学模型模拟实际装置物理化学特性，实现全工况动态实时模拟装置的开车、停车、正常运行调控、紧急停车和事故处理。

2.1.1 不破坏原有设备流程的完整性改造

可以根据不同教学任务进行真实与仿真的操作切换，既可以运行原有模式（实际走水、蒸汽、空气等物料，基本工艺参数由实际操作结果得出），也可以切换为中控模拟模式（无物料运行，所有工艺现象由仿真模型给出），方便教师在课程设计上有所侧重。

2.1.2 标准工艺机理模型的建立

根据DOP 实际生产完整的物料平衡数据，建立化工生产过程与设备的动态数学模型，能够准确反应生产系统物料和能量的变化以及传递之间的定量关系，遵循生产系统中的物理和化学变化的规律，比如反应动力学、气液平衡、流体动力学等特性，这些特性通常是非线性的。同时可以很好地反馈生产系统的时间常数、惯性以及时间滞后等特性，为学生提供高逼真的实习操作环境。

2.2 构建二维码多媒体教学平台

将教学资源同生产实训平台进行信息化的整合，为学生提供一个教、学、做一体化的实践学习空间。在《精细化工典型设备操作与调控》国家级精品课程建设成果的基础上，按照相关企业生产岗位的要求，对教学资源进行补充和完善，形成内容丰富的实习教学资源包。对照DOP 实训车间主体单元设备，生成二维码，标识在相应的设备上，方便学生自主学习。

3 化工生产实习教学模式的实践

通过化工仿真实习教学平台建立“仿真实习+现场实操”的生产实习教学模式。通过虚拟仿真和真实设备操作环境，以DOP 半连续生产工艺为模板，按照生产过程的相关岗位制定科学的化工生产实习教学大纲和设计相关实训项目。

根据教学内容及实施过程，将仿真实习与现场操作紧密结合，实施“两步走”的操作程序。第一步：仿真实习。学生在中控室计算机上对生产过程进行仿真模拟，处理数据并讨论结果，为现场操作做好充分的准备。此阶段学生在模拟状态下大胆尝试，可改变各种影响因素以获得不同的实验结果，既巩固了单元操作的基本原理，又在虚拟状态下体验了各种操作失误带来的后果。例如在进行酯化反应操作时，学生利用仿真技术的容错性，通过调节进液流量或蒸气流量观察和体验酯化填料塔的漏液、液泛、液沫夹带等各种不正常的现象。第二步：现场实操。学生通过仿真模拟生产实习后，总结仿真实习中的不足以及设备非正常工况的应急措施，讨论各工段之间的衔接和配合，然后再按照工艺流程在生产装置上实际动手操作。经历了“两步走”实习后，学生实际操作就更加规范了，对整个生产过程的认知能力也有了提高。同时，学生的主动参与意识增强了，实践兴趣也提高了，团队协作能力也有了很大的提升，从而有效的改善了传统实习教学中教师讲解、学生被动操作的局面。

4 制定切实可行的实习考核评价体系

生产实习成绩的评定是检验学生实习教学质量的重要依据，在考核过程中围绕职业能力培养目标，针对学生的安全生产能力、工艺识图和绘图能力、生产基本操作能力、设备拆装和维护保养能力、职业素养等多方面进行考核和评价。把生产实习的各个环节按一定权重比例汇总，形成最终的实习成绩,充分体现生产实习教学的系统性、严肃性和客观性。学生实习的考核成绩采用实习过程考核+仿真综合实训考核+实习报告相结合的方式评定，按照实习课程内容要求进行考核。把实习考核过程贯穿于生产实习的全过程中，还要有可操作性，便于指导教师客观评价，实时反馈到学生，从而有效地调动学生实习的积极性,保证生产实习效果和提升生产实习的质量。见表1。

表1 职业能力培养目标考核

5 实习效果

运用仿真技术建立“仿真实习+现场操作”生产实习教学模式达到如下教学目标：

1）通过手机等移动终端扫描设备二维码了解设备工作过程和工作原理，使学生透彻了解生产过程与设备机构工作原理，增加了教学互动，激发了学生的学习兴趣。

2）提升了生产实习教学质量。对实习内容进行合理的规划，使单元操作、化工设备、工艺流程、仪表控制、“三废”处理等内容均得到体现。通过对产品进行投料-生产-后处理-分析检测等完整的开、停车操作训练。更注重调动学生的主观能动性，学生更容易将所学理论知识与工厂生产实际相联系，不仅加深了对知识的理解，而且也提高了对知识的应用能力，树立起化工生产的系统概念。

3）化工生产实习教学模式的创新和实践，有效的改善了传统化工生产实习过程中学生实践操作不多、实习效果不好的局面，提高了化工生产实习教学的效果和质量，为培养具有综合职业能力和全面素质的高技能人才提供了行之有效的教学平台。