化工生产影像资料及仿真模拟在实习中的应用

摘要：化工生产实习是化工专业教学中重要的实践环节，是消化吸收学过的理论知识，全面了解和认识化工生产过程、管理措施、经营状况和环保安全等情况的重要途径。本文从化工生产实习面临的问题出发，提出将化工生产影像资料及仿真模拟应用于化工生产实习的教学过程中，同时解决学生人数增加而企业接收实习困难的矛盾及缓解“只许看不许动”的尴尬实习局面，提高实习教学质量和学生的工程实践能力。

关键词：化工生产实习;生产影像资料;仿真模拟;工程实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）05-0046-02

一、引言

化工生产实习是化工专业教学中重要的实践环节，通过课堂上的理论学习，在实际生产过程中消化吸收学过的理论知识，使学生全面了解和认识化工生产过程、管理措施、经营状况和环保安全等情况，更好地熟悉和了解实际化工生产过程，掌握生产过程的质量控制方法，为后续专业课的学习、毕业设计、就业打下坚实的基础。此外，还可以帮助学生定位和规划自己未来的发展，提高为人处世的能力。

但由于化工生产性质决定其具有高温、高压、易燃、易爆及有毒等潜在危险，没有接受过专业培训的学生在实习过程中将给以生产为主营业务的企业带来一定的管理压力，学生的生产实习对企业来说，不仅不能带来任何直接的经济效益，而且增大了企业的安全生产压力。因此企业主动接收实习的积极性不高，导致可以进行生产实习的基地数量锐减。同时，由于近期频发的安全生产事故，迫使生产企业规划出更加严格的禁入区域，甚至连控制室也划入其中。另外，由于科技的进步，化工厂将自动化、信息化高度集成，工厂内看到的是几乎无人值守的各种管线、加热炉和各种塔器，学生很少有机会近距离了解化工过程的实际运行情况，更没有机会接触工厂的核心技术。此外，由于实多安排在每年的8月初，天气炎热，多数学生学习的主动性不高，对化工流程理解不多，感觉受益不大。因此，根据化工厂主要生产装置影像资料及仿真模拟的可重现性、直观性、立体性、生动性等特点，利用影像资料结合仿真模拟可以解决近距离观察学习的问题[1]。

二、化工生产实习面临的问题

传统的实习通常是按照以往的套路进行，即先由带队老师在校内进行实习动员及部分炼油知识的讲解，然后进行三级安全教育后，分配到各生产车间，并邀请车间技术人员作技术讲解，随后进行生产车间工艺流程、控制指标及控制方法的学习，实习时间结束后根据学生的实习报告，评定学生的实习成绩。但由于时间短、方法单一，学生能够记住的相对比较少。特别是随着炼油化工企业生产技术日趋规模化、集成化，安全生产压力增加的前提下，生产实习主要面临以下问题：

1.根据国家政策，原来由企业办学的高校与企业进行了剥离[2]，学校与企业均有各自的发展目标与任务，二者之间已经没有直接的关系，而化工生产企业大多涉及易燃、易爆、有毒，且危险品相对集中。学生实习会在一定程度上给企业生产和管理造成影响，甚至存在较严重的安全隐患。企业一般不愿意接收实习，但即使接收也不会让学生实际操作，最大限度是安排到控制室或在相关人员带领下进入车间学习。其次，现代化工厂自动化程度高，学生只能看不能动手，不便于观察整个工艺过程，收集工艺数据。

2.近期天津滨海新区的危险化学品爆炸事故，给化工企业增加了很大的安全生产压力，更加剧了生产实习的困难，化工企业严格划定作业区域，以往实习可以进入的区域也在限制范围内，严重影响了生产实习效果。因此，生产实习实际上变成了学生到化工企业的会议室看资料，进入到控制室及现场变得十分困难，很难接触到实际的内容。很显然，形式单一、模式统一的化工专业生产实习已不能满足培养专业化工人才的要求。

3.随着高校招生规模扩大，导致每年参加生产实习的人数急剧增加[2-5]，原有的实习基地接收实习的人数几乎达到了接待能力的上限。而化工企业同时将原有的车间进行了必要的合并，成立了联合车间，将原来车间的中控室集中到一个控制中心，控制室内几乎没有多余的位置，导致学生无法在控制室内进行相应的学习。同时，外操室也相对紧张，只有在岗师傅的位置。因此，每个联合车间所能容纳人数大幅度减少，正好与大学扩招相矛盾。

为了解决上述矛盾，大多数高校采取了“化整为零”的策略，鼓励学生自己联系生产实习地点或者将学生分散到多个化工行业中去。正因为对实习企业的选择出现了“饥不择食”的现象，导致学生实习场所十分分散，难于管理，实习的质量严重下降，并增加了学生安全管理的风险。

4.随着高校国际化战略的实施及高校考核制度的强化，引进的国外学成的青年教师也逐步加入到实习队伍中来。虽然专业基础扎实，具有很强的研究能力，但他们的成长经历基本是从学校到学校，缺乏工程实践经验和对化工生产的认识和理解[2-6]，甚至缺少对行业知识的了解，难于胜任生产实习的指导工作，不能准确解答学生提出的各种问题，难以保证实习质量和预期的实习效果。

因此，迫切需要对化工专业学生的生产实习方式进行全面创新和改革，把握好实习中的各个环节，使实习真正能够达到培养学生工程意识，提高学生工程能力的目的，保证生产实习的质量和教学效果。

三、应用化工厂主要生产装置影像资料及仿真模拟进行教学

1.应用影像资料进行工艺流程及相关理论知识的教学。教科书及操作手册上绘制的工艺技术路线多是原则性的、静态及分割的，加上学生对理论知识理解的程度不深，仅靠教科书和操作手册是不够的。同时，化工企业强化了安全生产措施，外来人员很难到生产区及控制区进行相关学习，无法完全实现真正的化工生产实习。同时，由于生产任务比较繁重，人手相对紧张，技术人员的讲解不够直观、清晰，学生的收获不大。

利用影像资料可以将整个工艺过程生动地表示出来，既能够体现装置的整体外观，也可以通过聚焦某个操作单元的相关详细信息。通过拉近镜头，更加直观地理解装置关键部位的具体形貌及物料的进出端口。并可以适时显示正常操作时的温度、压力及流量等相关信息。在整体工艺流程图中，利用控制室DCS的影像资料，显示出每个反应器、分离器等主要设备，其进出物料的种类、流量，性质、温度、压力及相关性质参数等基本信息，而且实时变化，及时反映现场的操作情况，效果非常逼真。通过多次观看、研读，学生可以掌握整个工艺过程的技术路线及关键控制参数。

同时，利用制作的影像资料，可以了解工厂的历史、现状、发展预期和规划等相关情况。学生通过观看影像资料，在进厂实习前就可以比较深入地熟悉实习工厂的相关情况，有利于进厂后的沟通与交流。

2.应用影像资料中生动案例进行安全教育。化工生产过程是危险性较高的工作，生产实习必须将安全教育放在首位，这是保证实习质量的前提。如何提高安全教育的效果，可以将化工厂典型案例影像资料给学生播放，根据公司历年的安全事故进行总结，强调违规操作的可怕后果。通过分析其引起事故的原因，让学生充分认识到化工企业的绝对安全性和相对危险性，提高学生的安全意识，在头脑里树立起严格遵守安全操作规程的观念。

3.利用仿真模拟实现实习前的模拟训练。化工生产过程属于技术高度集成，自动化程度非常高的连续生产过程，学生实习过程中常遇到只许看不许动的情况，无法实现实际操作的锻炼，更谈不上参加开、停工和参与事故处理。化工仿真是运用实物、半实物或全数字化动态模型深层次地揭示学习内容的新方法，是计算机辅助教学的高级阶段。仿真实习可以给学生提供更多的操作机会，可在仿真过程中实现开停工训练，并可以根据带队教师设定的故障，及时调节相关参数，排除故障，保证产品质量及连续生产。这样不仅可以实现亲自动手操作，排除相关故障，而且可以极大提高学生的学习兴趣，对生产流程、设备结构和控制参数能够做到心中有数，提高了实习效率。与此同时，可以缩短学生在车间实习的时间，既减轻了实习给工厂带来的安全生产压力，同时也解决了学生人数增加而企业接收困难的矛盾，也提供了一条提高实习效果的可行路线。

4.应用仿真模拟可以弥补实习经费的不足。化工生产实习需要投入较多的实习经费。目前，由于实习费用的逐年提高及学生人数的增加，高校用于学生生产实习的费用出现了捉襟见肘的情况。通过仿真模拟的应用，可以将很多实习过程移植到教室中。尽管仿真实习并不能完全替代现场实习，但采用此方法，不仅可以弥补实习经费的不足，同时解决了“只许看不许动”的尴尬实习局面。

采用影像资料及模拟仿真的教学方式，可以使学生更加直观地观察到装置的关键部位流程，并可增加实际操作的机会，有助于提高学生的感性认知及实践能力，又能够保证实习效果。

参考文献：

[1]吴艳波，李浙齐，邹恩义.化学化工专业生产实习多元化实践教学探索[J].教育探索，2009，（12）：55-56.

[2]雷存喜，龙立平，胡拥军等.改革化工生产实习，提高实践教学质量[J].实验科学与技术，2010，8（1）：117-119，122.

[3]孙学文，周亚松，孟祥海等.构建优质生产实习平台，培养学生工程实践能力[J].教育教学论坛，2013，（15）：237-240.

[4]姚嘉凌，闵永军.高校生产实习模式改革的思考和探索[J].中国大学教学，2007，（3）：81-82.

[5]郭祖鹏.提高化工专业生产实习质量[J].河北化工，2007，30（1）：56-57.

[6]刘会君，项斌，计伟荣.改革生产实习模式提高生产实习质量[J].实验室研究与探索，2008，27（11）：130-132.