化工仿真在本科教学中的探索与实践

周 凯，侯国安，马少宁

(银川能源学院，宁夏 银川 750100)

化工仿真是目前为止很多高校都采用的一项教学形式，它以计算机为媒介，采用组态软件进行软件动态组合，目的在于通过仿真软件来模拟工厂上的实际操作情况，来进行针对大学学生的一个教学的目的。仿真软件以理论知识和实际情况为前提，锻炼学生动手操作和分析问题、处理问题和解决问题的能力。随着计算机技术的飞速发展，仿真软件也在不断更新换代，又前期的2D画面演变为3D，甚至是通过VR技术来使得仿真教学更加的直观和有趣，让学生在兴趣中学习。

1 化工仿真系统简介

1.1 集散控制系统(DCS)简介

集散控制系统(DCS)是20世纪70年代，由美国的Honeywell公司推出的一门技术，以其集中操作和分散控制的特点被化工行业所认可，随后进行了系统的升级，目前一共有四代产品，它具备了灵活性的系统构成，操作管理简便，控制功能丰富，安全可靠性高等优点，在很多化工行业都得到广泛的应用。

1.2 化工仿真软件的介绍

化工仿真软件主要是以相关的工艺对象为基础，采用组态的形式对工艺设备、管道、控制点等进行动态组合，形成一种符合实际生产情况的一种组合形式，学生通过计算机中的输入输出设备，可以实现与计算机之间的交流，从而通过计算机来实现对工厂上的生产参数进行控制和调节的目的[1]。

1.3 化工仿真软件在教学中的应用

化工仿真系统是以计算机软件为基础，对化工行业中工艺流程及实验操作进行程序的组态，以动态的形式展现工厂的实际运行过程，并且通过程序的编辑，可以实现通过计算机来完成对工艺的冷态开车，正常停车，紧急停车及事故处理等操作，这种方法不仅仅可以让学生在一定程度上对化工行业中的一些典型工艺和相关操作进行零距离接触，也是让学生后续能走进工厂，熟悉工厂的一个很好的指引作用。

2 化工仿真软件在大学教学中的重要性

当今社会，计算机飞速发展，利用计算机技术可以实现很多人类手动没办法完成的工作，特别是在化工行业，计算机技术发展更为迅速，利用计算机技术可以实现对工业生产的操作、管理、监督、控制，这也是化工行业以后发展的一个趋势，作为一个应用性的大学，更应该作为时代的领路人跟上时代的脚步。

2.1 弥补教学手段不足，加强对理论教学知识的理解和应用

仿真的培训是以理论为基础，在学生掌握基本理论知识的基础上，才能很好的进行仿真的操作，很好的验证了理论和实践相结合的这种教学方式[2]。当然也可以通过实践操作的训练为前提，让学生自己动手熟悉整个过程，最后再进行理论深化，让学生理论知识的应用能力和理解能力都得到提高。这也是迎合了我们教学的一个宗旨，培养应用型技能型人才。

2.2 弥补了实训装置的不足，节省经费

仿真教学它涉及的知识面很宽，包含有设备的认识，工艺的认识，控制系统的认识以及安全的认识，可以适合化学工程与工艺、过程装备与控制工程等专业的实践教学环节，它不需要占用更多资源，只需要建立一个机房就可以实现对学生的实践教学和培训，而且仿真软件没有出现报废和破损的现象，可以进行长时间的教学。在一定程度上既可以丰富教学环节，又可以节省因购买大量实训装置所引起的经费不足的问题。

3 化工仿真在教学中的一些实践过程

我院自2008年引入了北京东方仿真软件有限公司的化工类仿真软件，在教学中，我们采用了多元化的教学方式，在相关的课程中都引入了不同类型的仿真项目进行理实结合，收到了很好的效果。

3.1 实训教学环节

我们通过当前化工行业的发展情况，引入了不同的仿真软件，开设了不同的实训仿真课程进行集中教学，学生在学习理论知识之后进行仿真教学培训，收到了很好的效果，比如我们开设了《化工总控工》仿真培训，针对不同的单元操作，在学生对工艺、设备及相关控制点理解的基础上进行实际操作的培训，学生不仅加深了自己对知识的理解，也会针对仿真操作中所遇到的问题进行处理，锻炼了他们分析问题和解决问题的能力[3]。我们开设了《化工仪表工》仿真培训，锻炼了他们独立动手进行参数调节和自动化控制的能力。开设了《化工仪表及控制实习》仿真项目，通过多元化的仿真项目的实施，让学生在对知识的理解和操作技能的掌握上都提升了一个层次。

3.2 实验教学环节

除了进行集中实践教学环节外，在相关的理论课程中，我们也涉及了很多仿真实验项目，配合理论教学进行，让学生在仿真教学中对理论知识的掌握更加完善。比如我们开设了《石油加工工艺学》这门课程，在课程中安排了24学时的仿真实验环节，安排了《催化裂化工艺仿真》《常减压工艺仿真》等仿真项目，让学生能够更好的对工艺进行理解，并且对操作技能的掌握也有了更深一步的提高。

4 化工仿真在教学中所存在的一些问题

4.1 仿真软件在教学中存在的问题

仿真教学中，学生主要是以软件的形式进行，学生出现操作不当导致的事故和严重警告只是在软件上有相关的说明，没有涉及到出现设备损坏和严重危险的警示，所以学生在操作中，即使出现很严重的问题，也不以为然，导致学生对危险状况的意识比较薄弱。

仿真软件在视觉效果上相比较真实的实际生产存在很大的问题，像最早的2D平面，学生理解的时候只是把其看错一个图形，而没有给它施加它原有的意义，这会让学生在对整个设备、工艺及控制点的理解上不能达到我们培训的要求。

4.2 仿真软件自身的缺陷

仿真软件是由相关的专业人员根据生产的实际情况来进行开发的，在开发过程中，所遵循的原则必须是要符合生产的实际情况，但是软件的开发需要各个专业的人员进行共同完成，在整个完成和调试过程中，总会出现一些问题，导致一些小的错误，使得在教学过程中也会出现一些理论性和操作性的错误，让学生在操作中必须按照错误的操作和理解进行才能完成符合操作规范所达到的结果。

5 仿真教学在大学教学中所达到的效果

5.1 以理论促操作，提高学生动手能力的培养

在仿真教学中，学生通过对工艺和设备以及相关控制点了解的同时，按照操作规程，对整个生产进行相关的操作，在操作中，不仅加强了学生的动手能力，更好的加深了学生对理论知识的掌控，让学生将理论知识和实际操作进行的紧密的结合[4]。

5.2 以多样化的培训方式，培养学生分析问题、解决问题的能力

在仿真教学中，学生通过项目化教学可以实现培养学生分析问题和解决问题的能力。比如，在同一个项目中，可以设置紧急停车处理和正常工况随机事故处理，让学生对于面临的紧急问题进行随机处理，通过参数的变动来进行判定工艺中那一块出现了事故，让后通过自己的分析，采用相关的措施来进行问题的解决。

5.3 通过综合性的培训，提高学生对知识的认知能力

仿真教学所包含的知识面很宽，可以帮助学生理解基本的工艺，帮助学生理解相关设备的运转情况，帮助学生理解控制参数的问题，但更重要的是要将工艺，设备及相关的控制进行有机的整合到一起，这样才能全面的掌握仿真软件，才能达到培养学生的目的。如果只是片面的去根据仿真的操作评分来达到自己的目的，这样就违背了仿真教学的重点。所以在教学中，应该注重设备、工艺及控制点之间的内在关系，培养学生对化工知识的认知能力。

6 仿真软件在大学教学中的发展趋势

6.1 仿真软件操作界面的更新

化工仿真软件是以软件的形式存在，它有它的可扩展性，现在计算机技术的发展日益加快，我们的仿真软件在计算机技术发展的同时也可以进行更好的扩展和更新，目前为止也逐步的建立起来由原来的2D操作变成现在的3D操作，这种操作可以更直观更好的展现工厂的一个实际情况，学生对设备的了解，对工艺的了解更加直观，这可以为没有进入工厂的学生提供一个感官的认识，同时整体的操作界面更加接近现实生产，包括设备、立体管道以及厂区的布置，完全对照厂区，以后学生在进入工厂进行工作时就会觉得不陌生[5]。

6.2 仿真软件形式的多样化

仿真软件的多样化，主要体现在形式的多样化，不仅仅可以实现3D操作界面的展示和操作，还可以实现VR技术让整个的操作形式更加的直观和有趣。

当然，随着软件的进一步升级，现在仿真软件的发展越来越快，除了可以在计算机上进行相应的操作和教学之外，还可以在我们大家都有的智能手机上进行相关的操作，这为我们的教学提供了更大的便捷，我们直接可以购买相关生产公司的账号，并将账号授权给学生，就可以实现学生随时随地进行仿真学习，并且可以将在线练习的结果反馈给老师，从而进行在线评分和成绩给定。这样即方便了教学，又让学生从中感受到了学习的乐趣。

7 结论与展望

当今社会，计算机发展日益加快，仿真软件也在不断更新换代，通过仿真软件来加强教学已经是当今大学教学的一个重要手段，它的存在为教学过程提供了很大的便利。通过仿真软件在教学过程中的应用，可以让学生更好的认识实际生产的情况，让学生将自己学习的理论知识能够更好的和实际生产进行相互的联系。也是学生在认识新鲜事物，开发自己思维能力的一个重要手段。

参考文献

[1]刘亚丰,苏 莉,吴元喜,等. 虚拟仿真教学资源开放共享策略探索[J].实验技术与管理,2016,33(12):137-141,145.

[2]王金岗,林 磊.工学结合模式下虚拟仿真教学系统设计[J].职教论坛,2013(17):26-29.

[3]邹祝英,彭文武,罗清海,等.仿真教学在工程教育中的应用分析[J].衡阳师范学院学报,2012,33(1):146-149.

[4]孙爱娟.高职院校推进虚拟仿真教学改革攻略[J].中国教育信息化,2012(1):61-63.

[5]李 鹏. 仿真教学在高等职业教育中应用研究[D].济南:山东师范大学,2008.