王琪+施雯+周錫堂+程麗華

摘 要 文章針對(duì)油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)缺少仿真軟件及工廠現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)效果有限的的現(xiàn)狀，提出以學(xué)生為主體做軟件的設(shè)計(jì)者與開(kāi)發(fā)者，并以團(tuán)隊(duì)合作為主要形式，使每個(gè)學(xué)生最大限度發(fā)揮自己的特長(zhǎng)。該系統(tǒng)涵蓋油氣儲(chǔ)運(yùn)領(lǐng)域各大模塊，再現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)環(huán)境，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)及系統(tǒng)的認(rèn)知，有效地使應(yīng)用此系統(tǒng)的學(xué)生熟練掌握各個(gè)生產(chǎn)流程，使專業(yè)知識(shí)融會(huì)貫通形成知識(shí)體系，達(dá)到從理論到實(shí)踐的認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞 油氣儲(chǔ)運(yùn) 系統(tǒng)仿真 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：TE8-4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：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

隨著人類文明的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)在生活，工作，學(xué)習(xí)中發(fā)揮的作用越來(lái)越大，它帶給現(xiàn)代教育的方便、直觀等其獨(dú)特的優(yōu)越性，也促進(jìn)了教育領(lǐng)域的發(fā)展。目前很多高校開(kāi)發(fā)相應(yīng)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件，以便于學(xué)生可以更直觀和系統(tǒng)地學(xué)習(xí)，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)參觀的效果甚至優(yōu)于其效果，另外現(xiàn)在也有一些企業(yè)將其開(kāi)發(fā)成系統(tǒng)軟件，并將其商品化。①

目前相關(guān)工業(yè)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是分為兩大類，一種是從宏觀角度考慮，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝流程的模擬，通過(guò)開(kāi)關(guān)閥門(mén)完成不同的流程的操作以達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)模擬的效果。二是從微觀角度考慮，針對(duì)石油，化工，航空航天等行業(yè)，對(duì)其流體流態(tài)，導(dǎo)熱，擴(kuò)散等多方面的模擬。用于預(yù)測(cè)及優(yōu)化設(shè)備流程系統(tǒng)或事故評(píng)估，以做好預(yù)防及應(yīng)對(duì)措施。因此通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)學(xué)習(xí)培訓(xùn)，對(duì)于工科生來(lái)說(shuō)是一種高效率、低成本的教學(xué)手段。②

1存在的問(wèn)題

1.1市場(chǎng)上沒(méi)有的完善仿真實(shí)習(xí)系統(tǒng)

由于受到時(shí)間及安全生產(chǎn)等限制，學(xué)生不能到每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)去熟悉流程，但是對(duì)于石油工程學(xué)院的學(xué)生來(lái)說(shuō)，無(wú)論是油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)還是石油工程專業(yè)，流程都是最重要的知識(shí)結(jié)構(gòu)之一，那么為了解決授與學(xué)之間的矛盾，學(xué)校必須拿出一套形之有效的解決方案。仿真模擬的產(chǎn)生解決了這個(gè)問(wèn)題，并且它在其它學(xué)科上也得到了廣泛的應(yīng)用，所以在油氣儲(chǔ)運(yùn)和石油工程專業(yè)引入仿真系統(tǒng)是幫助學(xué)生對(duì)流程做全面了解最簡(jiǎn)單且有效的方法。但由于是小眾專業(yè)所以各石油高校都在自行開(kāi)發(fā)其仿真模擬軟件但到目前為止，沒(méi)有一所石油高校開(kāi)發(fā)出一套完備的儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)所需的仿真軟件，所以無(wú)法在市場(chǎng)上推廣。因此許多儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)實(shí)際上并沒(méi)有仿真這個(gè)模塊。③

1.2 仿真實(shí)習(xí)系統(tǒng)的必要性

（1）缺少專業(yè)對(duì)口并且長(zhǎng)期穩(wěn)定的校外實(shí)習(xí)基地。在當(dāng)今中國(guó)的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，各廠礦企業(yè)不可避免地把經(jīng)濟(jì)效益作為其考慮的首要因素。學(xué)生下廠實(shí)習(xí)，對(duì)正常的生產(chǎn)秩序總會(huì)產(chǎn)生或多或少的影響，因此，在接納學(xué)生進(jìn)廠實(shí)習(xí)的態(tài)度方面，工廠一般較為被動(dòng)。

（2）無(wú)法保證生產(chǎn)實(shí)習(xí)質(zhì)量。在石油化學(xué)工業(yè)、現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)及其他過(guò)程工業(yè)日趨集成化、連續(xù)化、自動(dòng)化的今天，現(xiàn)場(chǎng)操作的危險(xiǎn)性也在顯著增加，任何錯(cuò)誤操作都可能帶來(lái)十分嚴(yán)重的后果。因此，學(xué)生下廠后既難深入實(shí)際，更不允許動(dòng)手操作，只能被動(dòng)地看和聽(tīng)，其主動(dòng)性、創(chuàng)造性都難以調(diào)動(dòng)和發(fā)揮。這種走馬觀花，流于形式的實(shí)習(xí)方式，效果根本無(wú)法得到保證。針對(duì)上述問(wèn)題，應(yīng)在生產(chǎn)實(shí)習(xí)中加強(qiáng)高科技含量，強(qiáng)化有特色的生產(chǎn)實(shí)習(xí)，強(qiáng)化學(xué)生的工程意識(shí)，激發(fā)其學(xué)習(xí)主動(dòng)性，使所學(xué)理論知識(shí)深入化、綜合化和系統(tǒng)化。實(shí)踐證明，將仿真培訓(xùn)應(yīng)用于學(xué)生的生產(chǎn)實(shí)習(xí)中，不僅受到了學(xué)生的熱烈歡迎，在提高實(shí)習(xí)質(zhì)量方面也起到了事半功倍的效果。

2 解決方法

2.1 開(kāi)發(fā)步驟

（1）劃分不同領(lǐng)域，分成石油工程仿真系統(tǒng)和油氣儲(chǔ)運(yùn)仿真系統(tǒng)。（2）劃分不同性質(zhì)，分成流程仿真系統(tǒng)和設(shè)備仿真系統(tǒng)。（3）梳理出不同的流程并對(duì)流程進(jìn)行繪制。剖析不同設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)繪制出設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)。（4）根據(jù)流程圖和設(shè)備結(jié)構(gòu)圖，通過(guò)組態(tài)王和Pro/E軟件及Visual C++語(yǔ)言開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的流程仿真系統(tǒng)和設(shè)備仿真系統(tǒng)。

2.2 需開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)（圖1）

2.3 已開(kāi)發(fā)的仿真系統(tǒng)（圖2）

2.4 營(yíng)造組建仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的環(huán)境

（1）通過(guò)不同模塊和性質(zhì)的劃分，梳理出不同的流程并對(duì)流程進(jìn)行繪制，重點(diǎn)開(kāi)發(fā)儲(chǔ)運(yùn)流程仿真系統(tǒng)，特別是油庫(kù)和加油加氣站。

（2）通過(guò)過(guò)第二課堂，大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目結(jié)合素拓學(xué)分，要求學(xué)生在校期間必須參加一項(xiàng)專業(yè)領(lǐng)域的實(shí)踐活動(dòng)，使學(xué)生加入到創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)中去。

（3）形成“傳幫帶”的傳統(tǒng)和機(jī)制，使知識(shí)體系不斷完善，每屆都汲取大三，大四的成員加入團(tuán)隊(duì)，形成大四帶大三傳統(tǒng)。

（4）在軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，根據(jù)每個(gè)人不同情況，有的擅長(zhǎng)畫(huà)圖，有的擅長(zhǎng)編程，有的對(duì)組態(tài)王或Pro/E應(yīng)用更熟練，充分發(fā)揮每個(gè)人的特長(zhǎng)激發(fā)興趣點(diǎn)，提高工作效率。

（5）充分發(fā)揮老師的帶動(dòng)及解決關(guān)鍵難題的作用，在學(xué)生陷入誤區(qū)或是有解決不了的問(wèn)題，老師給予關(guān)鍵性的指導(dǎo)。

2.5 預(yù)期效益

（1）初步建立起油氣開(kāi)發(fā)與儲(chǔ)運(yùn)工程實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心的仿真實(shí)驗(yàn)室，并逐漸投入教學(xué)使用。

（2）學(xué)生通過(guò)開(kāi)發(fā)仿真系統(tǒng)，對(duì)流程，設(shè)備有了系統(tǒng)且詳細(xì)的認(rèn)識(shí)，并對(duì)開(kāi)發(fā)軟件的應(yīng)用達(dá)到精通的水平。提升了學(xué)生的技能，并使理論和實(shí)踐的結(jié)合調(diào)動(dòng)起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高了學(xué)生的能動(dòng)性。

（3）通過(guò)在仿真實(shí)驗(yàn)室的學(xué)習(xí)，推動(dòng)了學(xué)生對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)加以更深入透徹的了解，通過(guò)對(duì)每個(gè)不同流程的操作，使學(xué)生對(duì)油庫(kù)，加油加氣等知識(shí)掌握得更扎實(shí)。

學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量明顯提高，既有堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)，又有熟練動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，使畢業(yè)生能適應(yīng)社會(huì)要求，盡快地適應(yīng)工作崗位的需要。

3 仿真模塊的培訓(xùn)

3.1 教師自身素質(zhì)提升

由于仿真系統(tǒng)是由一個(gè)設(shè)備仿真系統(tǒng)和六個(gè)流程仿真系統(tǒng)組成，涉及到油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)所有專業(yè)課程的知識(shí)。所以對(duì)教師來(lái)說(shuō)也是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)槊總€(gè)教師一般只擔(dān)任三到四門(mén)的課程。對(duì)自己未涉及的課程由于時(shí)間久沒(méi)有接觸，或是即使了解，但對(duì)于細(xì)節(jié)的掌握仍不夠。并且每個(gè)流程系統(tǒng)是仿造工業(yè)流程，比平時(shí)書(shū)本所學(xué)更復(fù)雜，更細(xì)致。而且書(shū)本的知識(shí)相對(duì)于現(xiàn)在的工業(yè)發(fā)展有一定的滯后性。對(duì)于我們每個(gè)教師來(lái)說(shuō)，也是一個(gè)知識(shí)再梳理，再更新的過(guò)程。所以在開(kāi)課前每個(gè)教師也要進(jìn)行仿真軟件的培訓(xùn)，這樣多學(xué)科的交叉也是對(duì)自己一些研究靈感的激發(fā)過(guò)程。

3.2 流程演示與事故排查

對(duì)于油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，流程是最重要的知識(shí)結(jié)構(gòu)，所以對(duì)于流程的演示教師必須詳細(xì)演示，逐個(gè)開(kāi)閥。使學(xué)生在了解流程的同時(shí)掌握每個(gè)閥門(mén)的作用。這樣多個(gè)流程走下來(lái)，學(xué)生對(duì)于每個(gè)閥門(mén)的用途都銘記于心。但是對(duì)于中國(guó)高校的學(xué)生來(lái)說(shuō)，接受力和理解力都是很強(qiáng)的，但是對(duì)創(chuàng)造力和解決問(wèn)題的能力來(lái)說(shuō)，仍是一個(gè)短板。所以我們必須結(jié)合工業(yè)現(xiàn)在的情況，在工業(yè)上不只是通過(guò)開(kāi)關(guān)閥門(mén)切換流程，當(dāng)遇到突發(fā)事故時(shí)要能快速精準(zhǔn)地拿出解決方案。這就要求學(xué)生必須在熟悉流程的基礎(chǔ)上通過(guò)逆向思維才能作出準(zhǔn)確的判斷。所以在流程演示之后拋出問(wèn)題是十分關(guān)鍵的，然后讓學(xué)生去思考，是由于哪些閥門(mén)操作錯(cuò)誤造成，或通過(guò)開(kāi)關(guān)哪些閥門(mén)，開(kāi)車(chē)，停車(chē)等操作可減少損失。這樣，通過(guò)正面教學(xué)與反面思考的方式達(dá)到舉一反三的效果。

3.3對(duì)學(xué)生的要求

通過(guò)其實(shí)際操作性以及與未來(lái)工作的相關(guān)性激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情及學(xué)習(xí)興趣。仿真的學(xué)習(xí)是一個(gè)雙向互動(dòng)的過(guò)程，學(xué)生的興趣更加濃厚，隨時(shí)學(xué)習(xí)隨時(shí)操作，而且我們可以生成問(wèn)題庫(kù)，在每節(jié)課結(jié)束前學(xué)生必須完成計(jì)算機(jī)隨機(jī)拋出的問(wèn)題，這樣學(xué)生才可以離開(kāi)機(jī)房。在學(xué)生的考核環(huán)節(jié)上，可以從兩方面著手，一是交互式考試系統(tǒng)，多種模擬情境，計(jì)算機(jī)隨機(jī)抽取，學(xué)生需在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，這樣避免相鄰的同學(xué)互相抄襲。二是對(duì)操作質(zhì)量的評(píng)價(jià)，按操作次數(shù)計(jì)分，一次操作成功計(jì)滿分，一次不成功計(jì)為不合格，這與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況是有關(guān)的，因?yàn)樵趯?shí)際企業(yè)員工操作中是要求一次成功不能出錯(cuò)的，④否則會(huì)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失或危險(xiǎn)，這樣就達(dá)到對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)與實(shí)踐雙重考核的目的。

4 未來(lái)展望

仿真教學(xué)系統(tǒng)形成之后，可以用于石油相關(guān)專業(yè)的本科實(shí)踐教學(xué)，經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)和完善亦可用于企業(yè)員工的技術(shù)培訓(xùn)等方面。另外，由于其專業(yè)原理簡(jiǎn)單、工藝直觀、展現(xiàn)生動(dòng)的特點(diǎn)，使工作現(xiàn)場(chǎng)最大限度還原。讓學(xué)生在一個(gè)直觀，生動(dòng)的環(huán)境下把知識(shí)順利掌握，且印象深刻，并對(duì)油庫(kù)設(shè)計(jì)與管理，管輸工藝，加油加氣站的設(shè)計(jì)與管理，城市燃?xì)廨斉涞扔蜌鈨?chǔ)運(yùn)相關(guān)專業(yè)課有了深入的了解，完成理論到實(shí)踐的跨躍。

4.1 實(shí)用性

仿真教學(xué)系統(tǒng)從設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)到最終的應(yīng)用都以現(xiàn)代工業(yè)實(shí)際為大背景，內(nèi)可用于教學(xué)，外可用于員工培訓(xùn)，是一個(gè)還原現(xiàn)場(chǎng)的虛擬操作界面，與工人在中控室的操作界面保持一致，兼具仿真性與實(shí)用性。 （下轉(zhuǎn)第158頁(yè)）（上接第146頁(yè)）

4.2 綜合性、設(shè)計(jì)性

（1）軟件在編輯設(shè)計(jì)過(guò)程中。作為每個(gè)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師，必須對(duì)每個(gè)流程都了如指掌，要清楚掌握每個(gè)區(qū)域的分流程（收油流程，發(fā)油流程，倒罐流程等等），每個(gè)設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并把他們組合起來(lái)，形成一個(gè)完整有機(jī)的整體。這即要求對(duì)知識(shí)掌握的通透性，又要求靈活性。并且每個(gè)參數(shù)變化，閥門(mén)開(kāi)關(guān)等影響，這些細(xì)節(jié)要求更是必須精準(zhǔn)，對(duì)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)考驗(yàn)其運(yùn)用不同思維方式去分析問(wèn)題。所以其綜合性、設(shè)計(jì)性使學(xué)生之所學(xué)達(dá)到最大化的應(yīng)用。

（2）在應(yīng)用中。在未來(lái)該仿真系統(tǒng)應(yīng)用教學(xué)時(shí)，采取最大的靈活性，可以接受學(xué)生各種操作，學(xué)生可以自行制定方案，通過(guò)參數(shù)的變化調(diào)節(jié)，反映生產(chǎn)過(guò)程中各相應(yīng)參數(shù)的變化及關(guān)聯(lián)，激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性思維。具有很強(qiáng)的設(shè)計(jì)性。在內(nèi)容上，應(yīng)用多學(xué)科，幾乎涉及所有油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)課，打破學(xué)科之間的壁壘，具有明顯的綜合性。在方法手段上，更新了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，不是僅限于觀摹，而讓每個(gè)學(xué)生都有參與感和主導(dǎo)感。清楚自己的工作內(nèi)容并對(duì)其負(fù)責(zé)。

4.3 效果最大化

儲(chǔ)運(yùn)生產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)雜而龐大，且屬高危作業(yè)場(chǎng)所，所以一般學(xué)校組織的生產(chǎn)實(shí)習(xí)根本無(wú)法滿足對(duì)其系統(tǒng)的深入了解，并且在生產(chǎn)中大多時(shí)間都是正常工作狀態(tài)，幾乎不會(huì)出現(xiàn)誤操作及反常情況。而該仿真教學(xué)系統(tǒng)的出現(xiàn)，首先是可以讓學(xué)生對(duì)龐大管輸系統(tǒng)深入了解。通過(guò)參數(shù)與閥門(mén)的調(diào)節(jié)，熟悉流程。其次，可以模擬事故運(yùn)行狀態(tài)，學(xué)生可以從事故狀態(tài)中找原因，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。再次可以讓學(xué)生動(dòng)手操作，通過(guò)親身實(shí)踐增強(qiáng)他們對(duì)這份工作的責(zé)任感，使學(xué)習(xí)效果達(dá)到最大化。⑤

項(xiàng)目名稱：構(gòu)建具有石化特色的石油仿真系統(tǒng)（215149）

注釋

① 邱挺，黃智賢，葉釗，李曉.化工仿真實(shí)習(xí)課程的教學(xué)實(shí)踐與改革[J].化工高等教育，2012（5）：56-58.

② 邢曉凱.油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)多元化實(shí)踐教學(xué)的改革與探索[J].實(shí)踐教學(xué)，2011（22）：123-124.

③ 屈成亮，徐洪軍，邵寶力，王海彪.以就業(yè)為導(dǎo)向的油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)仿真實(shí)踐課程設(shè)置的建議[J].科技視界，2013（35）：109-110.

④ 于玲，戴連奎.過(guò)程控制系統(tǒng)自主設(shè)計(jì)與綜合仿真教學(xué)方法[J].化工高等教育，2012（2）：90-91.

⑤ 王志華，龍安厚，王利生.仿真系統(tǒng)在油氣儲(chǔ)運(yùn)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010（10）：116-118.