虚拟仿真技术在油气储运工程专业教学中的应用

2017-04-10邵宝力徐洪军屈成亮邵慧龙

山东化工 2017年23期

邵宝力，徐洪军，屈成亮，邵慧龙，陈斌

(吉林化工学院石油化工学院，吉林吉林 132022)

1 油气储运工程专业教学中存在的问题

油气储运工程前端为油气田开发和油气井工程，后端为化工生产过程，是连接油气生产、加工、分配、销售等各生产环节的纽带，是综合性和实践性很强的工程类专业。油气储运工程主干专业课程包括泵与压缩机、油气管道设计与管理、油气集输、油库设计与管理、油气储运工程最优化、燃气输配等，课程体系中多数内容讲授大型油气生产过程所涉及的流程、设备以及生产技术，具有知识面广、与生产实际结合紧密的特点。如果教师缺少现场经验，缺乏工程实践方面的知识，就不能深入理解油气储运工作的现状和存在的问题，不能将工程实例与理论教学相结合，使学生难以深刻的理解课程知识。在教学中，多数课程是以教师讲授为主、学生被动接受的传统教学方法，缺乏生动性和交互性。在如今信息高度发达的社会中，传统教学方法很难调动学生学习的积极性和主动性，教学效果难以提升。同时，由于教学条件的限制，部分教学内容从学生接触直至参加工作可能也不曾亲眼见过，缺少直观性、真实感。因此有必要弥补学生在学习过程中的这种缺憾，增加学生对专业知识的直观认识，使学生的学习兴趣、教学效果和教学质量得以提高。

虚拟仿真技术可以弥补传统教学方法的不足，将抽象沉闷的教学内容变的真实直观、生动形象,充分展示其优势和特长，用以辅助教学、帮助学生学习,是对传统教学方式的有效补充。教育部印发的《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》中也强调，要增强开发虚拟仿真实训教学软件、虚拟仿真实训实验系统以及建立虚拟仿真实训基地的力度。虚拟仿真教学具有感染力强、交互性显著、教学功能丰富多样、实务教学有效性等优势[1]。

2 虚拟仿真技术简介

虚拟仿真技术又称虚拟现实技术或模拟技术，简称VR(Virtual Reality)技术，是一项集计算机图形、多媒体、传感器、人机交互、网络、立体显示及仿真等领域而发展起来的计算机技术。利用计算机建立虚拟的且具有真实感的人工媒体空间,通过传感交互设备使人进入一种虚拟的环境,这种虚拟环境是通过计算机生成的一种环境,它可以是真实世界的模拟体现,也可以是想象中的世界。由于计算机技术的发展，仿真技术逐步成为继数学推理、科学实验之后人类认识自然界客观规律的第三类基本方法。简单地说虚拟仿真技术就是用虚拟的系统模拟真实系统的技术。目前，虚拟仿真技术已广泛应用于各领域的教育教学中[2-7]。

3 虚拟仿真技术在油气储运专业教学中的应用

油气储运连接着石油工业产、运、销的各个环节,多数生产装置具有连续作业、高压、高热、易燃易爆且设备昂贵等特点,对岗位操作人员知识和技能要求很高。在实际生产过程中,重大事故、设备故障极少发生,如果一旦发生事故,会造成极其严重的后果。这也使得学生不可能在实习实践环节中，在生产装置上进行实际的操作训练。因此,将虚拟仿真技术应用于油气储运专业教学中显得尤为重要。应用虚拟仿真技术能够充分反映油气储运生产系统的本质，再现生产流程和设备的原理与工作过程,可以增强学生对专业知识的直观感受,提高学习兴趣和教学质量，是培养本专业应用型人才的有效辅助手段。

虽然多数院校开设油气储运专业时间较短，但虚拟仿真技术在油气储运专业的各教学环节中已广泛应用。应用较多、较为成熟的有东方仿真开发的油气储运专业相关虚拟仿真软件，包括输油站、输气站、天然气处理、原油处理等系统；中国石油大学(北京)开发的流程板仿真系统，包括油库、输油站、输气站、联合站、LNG等模块；基于力控平台的长距离石油管道系统和油库仿真系统。另外东方仿真开发的基于设备培训的操作单元，如离心泵、压缩机、锅炉、液位控制等仿真系统，也可以应用于油气储运专业实验和仿真实习等实践教学环节，同时为多媒体教学提供素材。一些专业教师和企业工程师[8-12]也致力于将虚拟仿真技术应用于油气储运专业的理论和实践教学环节中。

图1 燃气输配系统仿真流程

笔者采用虚拟仿真技术开发了“燃气输配”相关模块用于课程的理论教学中，包括燃气长距离输气系统、输气干线起点站、输气管线中间站、城镇中低压二级管网系统等模块(如图1所示)。这些模块均为动态，可以相互链接，可以展示不同流程中燃气的走向及所使用的设备，使学生能够直观清晰的了解相关内容，印象深刻，取得了较好的教学效果。