智能教学系统与化工职业教育系列讲座④ITS在化工职业教育中应用系列软件⑶

吴重光

（北京化工大学，北京 100029）

【系列讲座③ITS在化工职业教育中应用系列软件⑴⑵回顾】

AI3 是Artificial Intelligence 3的简称，是一个面向事件的人工智能专家系统软件平台，是通用性高、图形化、可由用户自定制的软件平台，用于直观快速地构建人工智能专家系统应用。AI3的基本架构可以用来支持和开发多领域多门类课程的I TS系统。

人工智能+ HAZOP分 析软件CAH（Computer Aided HAZOP）软件完全融入了经过改进和扩展的领域知识本体，以及过程危险分析的“方法和任务知识本体”。CAH通过图形化人机界面，构建了一个完整的人工智能H AZOP专家系统平台。CAH自动推理机制和人工分析是完全相同的，核查人员完全可以做到事后对安全分析的全过程跟踪检查、反复进行分析和修正、中途换人继续或继承以前的分析，而且高效、快速、省时、省力。

在系列讲座③ I TS在化工职业教育中应用系列软件⑴⑵中，我们介绍了 AI3和人工智能+ HAZOP分析软件，本讲将介绍智能仿真培训系统AI3-TZZY软件。

1 智能仿真培训系统AI3-TZZY软件的创新背景

1.1 智能仿真培训系统的现实需求

长期以来，在仿真培训系统大规模应用过程中，遇到的第一个普遍性难题：一个教师无法顾及几十个到数百个学员同时进行的仿真训练，教师没有能力跟踪和监控每一个学员训练全过程。因此，大多数仿真培训系统具有自动评分程序，对每一个学员进行个性化操作质量评估。该程序可以实现操作步骤是否正确的跟踪评估、操作过程是否稳定的安全性跟踪评估和操作工况质量是否合格、依据记录曲线的偏离情况评估等功能。此类仿真系统已经是具有初级智能的仿真培训系统，具体方法是将人工智能专家系统规则或一些智能体程序嵌入到仿真模型中，完成操作质量评估任务。但是，这种初级的智能程序仍然无法识别学员超越既定规则的误操作，并且对学员的操作失误及时给出详细的分析和解释，进而指导学员应当按怎样的操作序列行动才是正确的。

第二个普遍性难题：有丰富实践操作经验，特别是具有高水平故障排除能力的培训教师奇缺，十分难得。合格的仿真培训教师需要长时间、大量的、精准分析评估的操作实践。即使这种有经验的教师，面对复杂的培训过程，识别学员动态随机故障的能力有限。因为教师会疲劳，教师几乎无法记住众多学员操作的全过程细节，即大量基于“上下文”的前因后果操作事件和系统动态变化的事件。因此，导致仿真培训教学质量难于提高。

第三个难题：根原因确认和不利后果的预测问题。由于教师几乎无法记住众多学员操作的全过程细节，即大量基于“上下文”的前因后果操作事件和系统动态变化的事件。学员往往是在操作中途出现偏离导致出现了大量需要解决的问题时才请教培训教师。教师也难于准确按操作时序的反方向分析出确切的根原因。因为操作的完整“痕迹”，特别是隐含的“痕迹”已经大部分消失。教师更难给出准确的、如果继续偏离下去将会发生何种不利后果的预测。因为这是一个全工况、全流程范围的准确故障诊断和预测问题。

如果能使仿真系统更加智能化，自动解决以上三类问题，则可以在提高培训效果的同时大幅度降低教师数量和负担。这些问题可以通过采用高逼真度的仿真器，并将智能导师作为仿真器设计的一部分来解决。因此，人们越来越看重人工智能专家系统在仿真培训中的作用。

1.2 智能仿真培训是解决人为失误的“利器”

为了解决过程工业领域人为失误导致的重大事故问题，全世界技术发达国家的过程工业企业、著名过程控制公司（霍尼韦尔、爱默生和横河等）联合高等学校展开了大量研究和实践。其中最具影响力的是 2007年成立的操作员技能中心COP（Center for Operator Performance）。COP是一个由不同行业、供应商和学术界代表组成的国际化联合体，通过研究、协作来解决人的能力和克服局限性问题。COP为石化行业提供了先进的人为因素工程（Human Factors Engineering）技术。人为因素工程是通过运用关于人的优势、弱点和特征的知识来提高人机界面和人的性能的科学学科。COP的宗旨是提高操作员技能水平，提高健康、安全和环境效益。COP的途径是公开分享知识和想法，由过程工业运营商与领先的人为因素研究人员和大学合作。

基于剧情的培训是COP最近的一个研究项目。这项技术的目标是需要掌握隐含的、不可见的知识，这些知识并不容易在手册或程序清单中获得。基于剧情的培训需求背景是技术发达国家随着经验丰富的工程师和操作人员即将退休，化工企业必须拆除“人口定时炸弹”。例如：德国巴斯夫公司在路德维希港的企业就面临着巨大的人口老化问题。在 5年中，现场的 30000名工作人员中，将有一半超过 50岁。所有西方公司都在寻求各种策略，以加快替换速度，并确保大量的知识和经验不会失传。

培训是基于实际情况的各种剧情，包括分析、决策和故障排除方面的核心技能。由经验丰富的操作员开发这些方案，是一种有经验操作员“讲故事”的言传方法。受训人员可以通过没有指导的个性化练习，在完成后，将他或她的回答与有经验的工作人员的结论进行比较。COP发现，有经验的操作员参与剧情开发确实是捕捉蕴含在他们内部的隐性知识的有效手段。这种训练有助于个人思维见解的元认知发展，该方法在德国巴斯夫公司成功应用。据 COP报导，2018年11月8日在欧洲的网络研讨会上，由化学工程师协会（IChemE，Institute of Chemical Engineers）主持对 COP注册会员培训了“基于剧情的培训以改进操作员的决策”方法，技术主讲人罗恩·贝苏仁（Ron Besuijen） 是 Nova化工公司Joffre乙烯工厂的技术培训专家，负责操作员使用高保真仿真器的培训。

另据霍尼韦尔 UOP介绍，公司的专家开发了一个人工智能专家系统，该系统基于多年的操作知识和基于决策树故障诊断方法，包括有大量的背景材料和参考资料。因此，用户可以获得对本科目内容更深入地了解。人工智能专家系统提供操作问题的快速故障排除，增加了用户的自信心，并且帮助用户防止将来的操作问题。

我国已成为全世界化工生产的第一大国，化工行业从业人数超过 700万。由于我国化工行业起步晚、基础差，相当一部分操作人员的技术素质还不能满足安全生产的需要。许多危险化学品生产企业由于设备老化和长周期运行，装置的复杂性增加和自动化水平提高；以及传统培训方法的局限性，无法高效高质量地培训操作工，特别是对异常工况、未遂事件和事故排除掌控能力的训练不足。操作工缺乏将事故排除在初期阶段的能力，化工企业也经历着人员老化和技术与经验的失传问题。大量的事故调查表明，操作工的人为失误是导致重大事故的主因，如图1所示。采用更为有效的培训技术和改革培训方法，强化操作工安全操作能力的培训已经刻不容缓。

国内在解决过程工业领域人为失误导致的重大事故问题方面的进展是，国家安全生产监督管理总局（现为应急管理部）把涉及危险工艺的操作人员纳入危险化学品特种作业人员管理，并在2010年第 30号总局令中要求：“特种作业人员应当接受与其所从事的特种作业相应的安全技术理论培训和实际操作培训。”“省、自治区、直辖市人民政府安全生产监督管理部门负责本行政区域特种作业人员的安全技术培训、考核、发证、复审工作。”各地安全监管部门认真落实总局30号令的要求，开始了危险化学品特种作业的培训、考核和发证工作。2015年，国家安全生产监督管理总局（现为应急管理部）发布的 80号令进一步修改和强化了安全培训的各项规定。

然而，在执行过程中遇到了没有适合危险化学品特种作业仿真培训系统的难题。作者在总结大量实践经验的基础上，由中国化学品安全协会和淄博市安全生产监督管理局协助，通过在十几个化工企业试点，开发成功便携式智能型特种作业仿真培训系统 AI3-TZZY（TZZY是“特种作业”汉语拼音首字母缩写）。这种智能化仿真培训系统融入了智能化危险与可操作性分析（HAZOP）方法、人工智能新一代专家系统 AI3技术、深度学习技术和个性化仿真培训系统技术。在仿真培训过程中可以发挥操作工的集体智慧，提高操作工对异常工况和事故隐患的分析问题和解决问题的元认知能力；可以自动监测、识别、诊断和解释大量的、多变的、复杂的仿真训练中误操作或事故剧情，用自然语言分析和解释事故剧情及原因；采用危险剧情揭示事故的详细来龙去脉，揭示事故的不利后果，给出有针对性的预防与排除措施的提示和付诸仿真实操训练；可以自动评价学员排除事故能力，还可以在培训过程中由操作专家和每一位操作工自行补充、验证和丰富人工智能专家系统知识库内容。

可能是一种巧合，我们提高操作员技能的智能化仿真培训方法和技术与COP剧情训练的思路几乎完全一致。我们的方法和技术是基于仿真培训与智能化 HAZOP分析和深度学习联合模式。现场实际应用表明，不但解决了知识的传承，还通过有针对性的仿真训练解决了能力和熟练度的提高。在技术先进性、有效性和实用性方面都超过了COP的成就。

2 人为失误是重特大事故的主因

全世界近几十年大量的事故调查表明，操作工的人为失误是导致化工重大事故的主因。依据统计数据，化工、石化、炼油和天然气重大事故中有85%～90%与 人为操作失误相关，如图1所示。

然而，如何克服人为失误，提高操作工安全操作能力却是一个世界性难题。主要困难在于：

操作工必须事先熟悉所操作过程中尽可能完备的数量极多的重大事故和排除方法预案。

当某些预案事故苗头真的发生时，必须面对复杂的工况及时作出准确的识别及判断。

必须在第一时刻准确地采取排除行动，最好是制止该事故的发生，至少是减缓事故的不利后果。

3 预防操作工人为失误必要的技能、难点和解决方法

所有操作工必须是识别、分析和确认人为失误危险的主力军，也是正确执行预防人为失误措施的主力军。操作工必须熟悉和掌握三种主要技能：

异常工况、未遂事件和事故工况的识别技能。

异常工况、未遂事件和事故的排除技能。

各种操作规程的设计、制定和危险与可操作性分析（HAZOP）技能。

图2 异常工况管理 A SM安全防线提前的策略

异常工况管理（ASM，Abnormal Situation Management）的策略是：一旦装置偏离正常生产状态，立即采用在线 HAZOP分析，定位导致异常的原因，提出解决方案，并预测可能出现的不利后果。由操作工及时采取正确“行动”，将事故排除在萌芽阶段。即安全防线提前的策略，如图2所示。

ASM对于日常生产活动中的扰动问题，同样也能诊断扰动的原因，提供解决措施，保证化工生产装置稳定运行，将企业由于异常工况所造成的损失夺回来。通俗地说，ASM系统就是在线、实时和自动的 HAZOP分析、显示和快速决策系统。

当前，我国操作工人还非常缺乏以上提到的三种技能。核心问题是非常缺乏 HAZOP分析技能和排除事故的能力与操作熟练度，因此也是发生重特大事故的主要原因和隐患。

上述三种技能的要点和解决方法如下：

⑴异常工况、未遂事件和事故工况的现场识别技能

仅靠操作工日积月累的异常工况、未遂事件和事故工况的现场识别经验，无法超前预防人为失误导致的重大事故问题。原因在于，操作工不可能亲身经历所有事故，即使有一些经历，也为时已晚；操作工个人的经验不完全、不准确，无法系统总结和向其他操作工传承，也没有有效方法详细保存这些经验，更难不断修改补充、完善和进步。

① 识别方法、分析方法和技巧是难点之一。培训操作工掌握 HAZOP评价及人为失误两种评价方法和技巧是有效解决方法。

② 评价内容的详尽的记录方法是难点之二。本难点的有效解决方法是用人工智能标准化、图形化方法进行直观形象“危险剧情”记录，可以更完全、更准确总结经验，并向所有操作工传承、快速查询、共享、修改和拓展。

⑵异常工况、未遂事件和事故的排除技能

① 仿真培训是国际公认的综合培训操作工的危险识别、决策和行动能力及熟练度最安全和最有效的方法。通过精选 7种典型化工单元操作仿真培训软件，实施典型事故排除案例训练，以便结合操作工的岗位举一反三取得实效。两周仿真培训相当于两年实际操作经验。

② 仿真培训结合 HAZOP智能诊断和解释，由操作工自我验证 HAZOP评价结果的定量与半定量正确性，可以提高操作工安全操作能力和熟练度。这种方法支持反复训练，以便操作工的安全操作能力长期保持在较高水平。可以真正实现没有教师参与的自动教学和个性化培训。

⑶各种操作规程的设计、制定和 HAZOP安全评估技能

① 操作规程的制定和评估是难点之一。操作工全员参与采用计算机辅助图形化方法设计和优化各种操作规程，并且用特定引导词，有针对性实施计算机辅助 HAZOP操作规程安全评价是最好解决方法。两个任务共用同一个智能 HAZOP软件。国际安全规范指出，员工参与是过程安全管理（PSM）的要素之一。

② 大量的有针对性的操作规程和各种异常工况、未遂事件和事故的关联是难点之二。传统方法制定的异常工况和事故排除操作规程很难做到具有针对性。采用图形化表达操作工参与制定的事故剧情和针对性操作规程联合显示、修正、补充和扩展，是本难点的最好解决方法，又称决策树剧情法。本方法具有直观形象、快捷查询、易学易用、深度注解、易于共享、易于传承、易于修改等优点。

4 智能型危化品安全与特种作业仿真培训软件

综上所述，可以看出三种主要技能都依靠HAZOP分析技术，能力和熟练度训练必须用仿真培训技术。人工智能技术能大大提高分析质量与训练效率，能将分析与训练有机结合起来，能将集体完成的 HAZOP评价信息完整地、详细地和高效地保有、查询、传承、拓展和经验共享。历经30多年操作工仿真培训的实践经验和不懈的研究开发，近期经过多家化工与石油化工企业应用验证，作者将人工智能软件AI3与典型化工单元仿真训练软件TZZY联合，也就是仿真培训软件TZZY与自动 HAZOP分析AI3软件有机结合，集成为一个联合软件平台系列AI3-TZZY，实现了操作工人安全操作知识、能力和熟练度训练方法的创新。

为了方便个性化仿真培训，第一种AI3-TZZY便 携式版本是图3左面大框中的内容，集成了7个仿真培训软件，由监控平台软件TZZY/TZKH 自动导航使用。其中，TZZY是培训时使用的监控平台，TZKH是 考核时使用的监控平台，AI3-TZZYY是可以在线随机进入的AI3分析、诊断和解释软件，AI3-TZZY-K是知识图谱模型构建和维护离线软件。

第二种软件版本是智能仿真培训系统的实时在线软件平台。此软件平台需要至少两台电脑联网运行：一台运行仿真培训软件，另一台运行实时人工智能专家系统软件 AI3-RT。这个软件在AI3-TZZY-Y的基础上增加了实时监控画面。例如：实时状态数据显示画面、实时趋势曲线显示画面、状态偏离总貌画面等。两台电脑通过集成网络通信软件实现实时数据通信。AI3-RT兼有实时诊断和离线知识图谱建模和维护功能。当使用考核软件时，允许在局域网中，连接多台电脑同时应对大量考生的自动监控考核。考核软件不集成人工智能专家系统软件 AI3，因为考核时不允许进行个性化智能辅导。

AI3-TZZY培 训系统中的H AZOP 分析采用参与式集体智慧讨论评估方法，仿真训练更是必须亲自动手动脑的参与式训练；而在线 HAZOP分析和故障诊断方式，强化了反复自我验证的训练。更进一步，所有 HAZOP分析得到的经验都能准确地传承、共享、修改和扩展。可以说 AI3-TZZY全面融入了最先进的教学和训练方法，只要认真执行全套培训项目，必然能够大幅度提高操作工的能力和水平。

图3 联合软件“平台”AI3-TZZY

图47 种典型危险化工操作单元流程图画面

AI3-TZZY智能仿真培训系统是一种理想的安全操作技能培训方法，一旦广泛应用，在消减我国化工企业重大事故方面意义非常深远。AI3-TZZY智能仿真培训系统标志着我国化工仿真培训已经进入人工智能新时代。

5 AI3-TZZY培训软件内容

特种作业实际操作培训与考核软件系统，涵盖光气及光气化、氯碱电解、氯化、硝化、合成氨、裂解（裂化）、氟化、加氢、重氮化、氧化、过氧化、胺基化、磺化、聚合、烷基化、偶氮化、新型煤化工等 17种危险化学品特种作业类型（不含电石生产工艺），以及化工自动化控制系统调整。

由于仿真操作培训与考核的学时有限，按全部考核软件实操仿真培训用 8～16学时，考核用30～45分钟的限定，以下典型操作单元是危险化工工艺过程中最基础和对 17种危险化工工艺适应性广泛的选择。7种系统包括了连续与间歇反应、传质、传热、三类主要动设备（离心泵、往复压缩和透平）以及加热过程，七个流程图画面如图4所示 。显然，也是危险化工工艺代表面最广且种类数最少的选择，分列如下。

⑴离心泵与储罐液位系统（PUMP）

⑵热交换系统（HEAT）

⑶连续反应系统（JBX）

⑷间歇反应系统（BAT）

⑸加热炉系统（FUR）

⑹精馏系统（包括控制系统投用和调整）（TDW）

⑺透平与往复压缩系统（WFY）

以上化工工艺单元和化工过程都具有详尽的真实工业背景，主要工艺参数与真实系统完全一致，其开车、停车、异常工况操作和事故排除的模拟与真实系统完全一致，并且通过多次专家会议讨论与优选，全部属于典型高危险性化工工艺过程。

例如：所选用的连续反应系统（专利系统）是工业常见的典型的连续带搅拌的釜式（CSTR）丙烯聚合反应系统，在已有的事故报告中，聚合反应的重大事故率最高。

图5 学员构建的A I3离散型知识图谱模型

所选的间歇反应系统在精细化工、制药、催化剂制备、染料中间体、火炸药等行业应用广泛。本间歇反应的物料特性差异大；反应属强放热过程，由于二硫化碳的饱和蒸气压随温度上升而迅猛上升，冷却操作不当会发生剧烈爆炸；反应过程中有主副反应的竞争，必须设法抑制副反应，然而主反应的活化能较高，又期望较高的反应温度。如此多种因素交织在一起，使本间歇反应具有典型代表意义。

所选用的加热炉系统属于汽油加氢脱硫装置，被加热的物料为汽油或煤油，是典型高危险性化工工艺过程，同时也是与催化裂化、乙烯裂解、合成氨转化炉、煤气化炉等具有共性的部分。

所选用的压缩系统是汽油加氢脱硫过程的氢气循环压缩机，泄漏时遇火源极易爆炸，亦属于高危险性化工动设备，同时涵盖了透平与往复压缩机两种类型。

所选精馏系统是大型乙烯装置中的脱丁烷塔。操作复杂程度适中，代表了典型传质单元，如精馏、吸收和萃取等。塔顶产物是 C4，塔底产品是裂解汽油，具有高危险性。

为了强化安全实操内容，将以上 7个工艺单元参照国内外安全标准，突出典型危险化工工艺单元的重要危险事故排除，总结了 80余种“安全关注点”，在工艺流程图中直接查询；并且每一个单元都设置相关的 5种典型事故排除，包括紧急状态应急仿真操作考核，总计35种事故排除考核项目。

6 AI3-TZZY智能仿真培训软件特点

危险化学品特种作业人员实际操作培训系统由两套独立运行的软件平台组成，即智能仿真操作培训软件平台（AI3-TZZY）和仿真考核软件平台（TZKH），两个平台的创新特点如下。

6.1 集成了AI3人工智能专家系统软件平台

集成了AI3智能HAZOP分析功能，构成了操作工预防人为失误的智能仿真培训系统。具有异常工况、未遂事件和危险事故安全评价功能，具有智能 HAZOP在线故障诊断功能，具有图形化设计、制定和评价各类操作规程的功能，具有智能教学和个性化教学训练功能，具有基于知识图谱的深度学习功能。学员应用 AI3软件平台构建的离心泵与液位系统知识图谱模型如图5所示，是包含对应事故排除操作行动注解的离散型知识图谱模型。

在线 HAZOP分 析报告如图6所示，该报告十分详尽简明地用自然语言解释了推理获取的完整的事故剧情，包括事故或误操作原因、中间关键事件、条件和使能事件、不利后果事件序列，还包括剧情中每一事件相关的安全措施和操作要求。如果在某事件点涉及复杂的操作规程，可以用图谱表示，点击模型图谱中各类事件还可以查询到更详细的信息。这种剧情表达方法是最详尽的、有针对性的、简单明了的解释和指导信息。

图6 在线智能HAZOP分析报告画面

图7 学员登录个人信息和自动导航画面

6.2 自动“导航”

按照学员登录的个人信息，自动导航运行指定的科目，完成科目的开/停车、典型事故排除训练、自动评分和智能指导，如图7所示。

6.3 操作水平“三段评价”法

自动评价学员的培训操作和事故排除成绩（完全按国家安全生产监督管理局 139号文件的百分制评分），采用独创的“三段评价”（操作步骤评价、操作质量评价和操作安全评价）方法。大规模工业训练应用表明，“三段评价”方法能科学、严格、自动地评价学员训练成绩，这是知识本体设计规则的充分体现。通过大规模仿真培训实践，总结了评价学员成绩的分类方法，正准确设计了评分的知识本体，实现了充分必要且简单明了的评分方法。具体编程方法是将“三段评价”人工智能专家系统规则嵌入仿真培训程序，在仿真系统全程运行过程中监控和评价学员的操作质量。30多年来，在大规模仿真培训中得到数百家石化企业的高度认可。随机显示的“三段评价”画面如图8所示，随机显示的典型事故评分画面如图9所示。

6.4 “安全关注点”查询功能

图8 学员成绩“三段评价”画面

图9 随机显示的事故评分画面

图10 “安全关注点”查询功能

图11 基本操作方法指导画面

具有自动“安全关注点”查询功能。遵照国家标准《化工企业工艺安全管理实施导则》（AQ/T 3034—2010），安全培训必须了解生产岗位的主要危险，软件将其称为安全关注点。软件对所有培训科目的工艺单元，能够在工艺流程图画面上点击“水晶球”，直接查询该设备的主要危险、危险发生的具体位置和危险的防控措施。软件依据国内外相关标准与规范，确定安全关注点的内容，本仿真软件针对 7种化工过程选择了安全关注点 80条。本查询功能有利于操作工系统全面认识该过程的主要危险，而不是只关注或死记硬背个别考核涉及的事故类型。如图10所示。

6.5 “三要素”简明操作法

本仿真实际操作考核培训和考核软件采用“三要素”（开关、手操器和控制器）操作法是通用性强的工艺操作模式，这也是知识本体设计规则的充分体现。通过大规模仿真培训实践，作者发现所有过程系统的操作模式都可以用“三要素”充分必要且简单明了地实现。这种归类方法大大简化了学员操作手续和操作画面中要素的类型，更加突出的优点是学员使用仿真培训软件上手快，熟悉快。因此，特别适合于个性化学习和有利于提高元认知能力。

软件还给出基本操作要素说明画面，可以在软件运行中随时打开画面参照，如图11所示。“三要素”操作和控制方法使用简单快捷，大量应用实践表明，学员通过 15～20分钟的自学即可熟悉操作，经过8 学时的操作培训可以达到非常熟练的程度，受到培训教师和学员的普遍赞许。

6.6 人/机画面通用性高，直观形象，易学易用

操作画面和操作模式兼顾各种型号的DCS、PLC以及常规控制仪表，即不是某一特定的DCS 或PLC控制模式。理由是化工企业目前采用的国产和进口DCS种 类繁多，很不统一。DCS的操作模式本身比较繁杂，需要附加学时熟悉一种特定的DCS的专有操作，相当于在考核中增加了新的“门槛”，在为数众多的不使用某种特定DCS的企业会引发争议，缺乏公平性。而且，还会导致培训和考核标准不统一，不能尽快进入危险工艺操作的实质性内容。

AI3-TZZY仿真系统设计的流程图画面、控制组画面、趋势画面和报警画面等与各种DCS一致，相当于DCS的高通用性简化版，如图12所示。此外，各种画面设计充分考虑了人为因素工程原则。例如：画面背景为白色，图形为有色，是目前最新DCS画面流行模式；流程图画面中的设备、阀门、管路和现场仪表等部件都尽量采用彩色立体化实际外观；重要部分给出内部结构图；同时配合设备运行的动画和闪光报警等图形功能等。这些图形功能给学员以形象逼真的临境感觉，受到培训教师和学员的普遍赞许。

图12 控制组画面、趋势画面报警总貌画面和评分画面

6.7 提供位号说明和开车要点查询画面

提供在线位号说明和随时可以打开的开车要点查询画面。只要点击流程图各操作部位具有操作顺序号的水晶球，在开车要点窗口立即显示该操作步骤的操作方法要点。这是一种个性化教学的有效方法，大大减轻了培训教师的辅导工作量，如图13所示。

6.8 高清设备部件照片画面

提供典型化工艺单元、动设备、仪表部件的高清照片，包括内部结构。学员可以得到现场设备的直观印象，如图14和图15所示。本画面特别得到各高校师生的赞许。

图13 开车要点查询画面和位号说明（右侧）

6.9 仿真培训内容精简重点突出

在多次通过化工企业专家审查和针对工厂操作工代表试验性培训的基础上，对典型危险化工工艺单元的训练与考核内容进行了精简，突出了与过程危险相关的重点内容，达到了既突出重点又兼顾化工过程多种单元的覆盖，以及大大提高培训效率的目标。

6.10 高精度仿真建模

TZZY采用了高精度达到国际先进水平的建模技术，全部经过实践检验，可以确保培训质量。智能仿真培训系统的动态数学模型，可以深度模拟开车、停车、各类异常工况和事故全工况特性。借助于高精度仿真模型，可以在短期内全方位提高训练操作工的知识水平、能力水平和熟练度水平。

6.11 提供全套操作演示录像

演示录像包括全部 7个典型化工单元及软件使用方法，用 MP4制式录制。由作者本人全程实施开车和部分事故排除的操作演示和讲解，包括工艺流程和控制系统讲解。本套演示录像大大方便了仿真培训的个性化教学，解决了大量危险化学品特种作业人员实际操作仿真考核前的预习和问题指导缺乏专业教师的难题。录像可以自由拷贝，如图16所示。

6.12 已经出版配套的系列化专业指导书

与 TZZY仿真培训系列软件配套的系列化专业指导书已经出版，全国发行。详见《危化品特种作业实际操作仿真培训与考核指南》和《化工仿真实习指南（第三版）》。与知识图谱建模密切相关的 HAZOP分析方法，详见作者主编的《危险与可操作性分析（HAZOP）应用指南》《危险与可操作性分析（HAZOP）基础及应用》和《系统建模与仿真》，以及中华人民共和国安全生产行业标准《危险与可操作性分析（HAZOP分析）应用导则》（AQ/T 3049—2013）。

7 AI3和智能仿真软件适用范围

图14 多种常用动设备及内部结构图片举例

图15 多种常用控制阀及传感器图片举例

30多年来，国产化仿真培训系统为化工、石油化工、炼油和天然气工业企业培训操作工人超过 100万。清华大学、北京大学、浙江大学、上海交大、南京大学等百余所高校长期使用本系列仿真实习软件。在大学、高职高专和技工学校工程实践教学和训练中达到了知识、熟练度和能力教学的综合型、设计型、创新型和探索型要求。新一代人工智能专家系统 AI3和智能仿真培训系列软件主要适用于如下专业领域的教学和科研：

图16 AI3-TZZY 全套演示录像

化学工程专业：包括石油和天然气加工、高分子材料、应用化学、生物化工、轻化工、精细化工、制药、染料、硅酸盐工业、食品加工等专业，实施知识+熟练度+能力训练+深度学习。

自动化与过程控制专业：包括知识+熟练度+能力训练+深度学习，人工智能专家系统、知识建模、知识推理及故障诊断验证试验。

安全工程专业：包括环境科学的知识+熟练度+能力训练+深度学习，安全评估（HAZOP、LOPA）、故障诊断验证试验。

过程装备与控制工程专业：包括能源与动力专业的知识+熟练度+能力训练+深度学习，故障诊断验证试验。

信息、计算机科学和人工智能专业：包括工业过程生命周期信息标准、人工智能专家系统知识建模和知识推理，知识+熟练度+能力训练+深度学习。

企业安全评价工程技术人员：增强过程系统实践知识、学习和实施各种常用安全评价方法，学会智能型安全评价技术，例如：HAZOP、故障树、事件树、FMEA、如果－怎么样？和领结技术等等，在同一图形化软件平台上实现智能化评价和深度学习。

过程工业监控、故障诊断和安全管理技术人员：增强过程系统实践知识、学习和实施各种常用安全评价方法，学习和实施人工智能人工智能专家系统工业应用和深度学习。

危险化学品特种作业的工程师与操作工人：实施安全操作技能培训、安全操作指导和实际操作资格考核以及深度学习。

AI3-TZZY智能仿真软件为人工智能技术大众化、融入各行各业和深度决策应用铺路，实现启蒙学习和专业领域 AI应用人才培养。

【系列讲座⑤ITS在化工职业教育中应用系列软件⑷预告】

多功能过程与控制实验系统 MPCE-1000，是一种用高精度仿真模型为基础半实物仿真实验系统。MPCE-1000的优点是：集多种教学和实验功能于一身、真实感强、一机多用、无须物料、没有产物和副产物、节能、安全、环保等理想的实验系统，是智能教学实验技术的一个创新。经过15年推广应用，发现MPCE-1000也存在着一些不足：系统由复杂的计算机控制系统构成，用户单位没有能力维护；系统占地较大，价格较高，无法实现整班学生同时实验。因此，特意推出了全软件模式多功能过程与控制实验系统MPCE-2000，只需一台电脑可以完成所有实验，没有硬件维修、价格低，可以应对大量学生同时实验。