◆齊向陽(yáng)

石油化工數(shù)字化虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)探究*

◆齊向陽(yáng)

隨著教育信息化的發(fā)展，加快數(shù)字化專業(yè)課程體系建設(shè)，加緊用信息化技術(shù)改造職業(yè)教育教學(xué)環(huán)境，職業(yè)院校正逐步利用數(shù)字化虛擬仿真教學(xué)資源，使學(xué)生具有與職業(yè)要求相適應(yīng)的信息化技術(shù)素養(yǎng)，提升和優(yōu)化人才培養(yǎng)質(zhì)量。

虛擬仿真；實(shí)訓(xùn)基地；石油化工

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.14.135

1　建設(shè)石油化工數(shù)字化虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地的必要性

客觀因素 眾所周知，石油化工生產(chǎn)條件苛刻；所涉及的物料常是有毒、有害、易燃、易爆的；生產(chǎn)裝置流程復(fù)雜，建設(shè)費(fèi)用較高；生產(chǎn)中環(huán)保問題較為突出，必須有解決“三廢”的技術(shù)、方法、措施和資金等［1］；生產(chǎn)操作中危險(xiǎn)系數(shù)高，有些化學(xué)反應(yīng)存在不穩(wěn)定因素，工藝條件苛刻。所以，對(duì)于培養(yǎng)此類專業(yè)人才的眾多石油化工類院校來說，進(jìn)行石油化工專業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)困難重重。

主觀因素 目前，職業(yè)院校在校內(nèi)通過新建或改造原有實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室、產(chǎn)教融合、創(chuàng)辦專業(yè)公司和組建研究所等方式，依據(jù)工廠化、車間式進(jìn)行布局和設(shè)備選型，效仿企業(yè)員工管理、成本控制、質(zhì)量監(jiān)控等管理模式建立起具有生產(chǎn)功能的學(xué)生實(shí)踐教學(xué)場(chǎng)所。即便建成一定規(guī)模的石油化工專業(yè)實(shí)訓(xùn)基地，普遍存在一些問題：反應(yīng)物料在封閉的不透明的管道中或在塔器中，學(xué)生觀察不到物料及其變化，對(duì)原理理解還是一知半解；裝置設(shè)備臺(tái)套數(shù)難以滿足大量學(xué)生實(shí)踐教學(xué)的需要，以致學(xué)生實(shí)訓(xùn)走過場(chǎng)；教學(xué)時(shí)，尤其精密儀器，很難讓每個(gè)學(xué)生都能訓(xùn)練，教學(xué)效果不理想，且存在安全隱患。

石油化工相關(guān)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)實(shí)需求和教學(xué)傳統(tǒng)模式給實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)帶來不少困難。而互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下計(jì)算機(jī)仿真模擬教學(xué)，在提升教學(xué)質(zhì)量方面具有很多潛在優(yōu)勢(shì)。比如與真實(shí)情境中的觀察、操作相比，計(jì)算機(jī)仿真優(yōu)勢(shì)是安全、經(jīng)濟(jì)，而且可以為學(xué)生提供現(xiàn)實(shí)中難以獲得的經(jīng)驗(yàn)，可以根據(jù)教學(xué)需要控制所模擬過程的速度、變量的復(fù)雜程度等。

因此，從2011年開始，遼寧省教育廳在原有第一期數(shù)字化教學(xué)資源開發(fā)的基礎(chǔ)上，確定遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院為牽頭建設(shè)單位，組織相關(guān)院校教師，開發(fā)建設(shè)職業(yè)教育第二期數(shù)字化石油化工虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地教學(xué)資源。

2　石油化工數(shù)字化虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)方案

以《高等職業(yè)學(xué)校專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)（試行）》和《中等職業(yè)學(xué)校專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)（試行）》為依據(jù)，選用具有教學(xué)屬性的工程項(xiàng)目，采取校企合作、校校合作、專業(yè)結(jié)合模式，最大范圍地匯集骨干中高職院校的人力資源和社會(huì)資源，為深化遼寧省石油化工生產(chǎn)技術(shù)等10個(gè)專業(yè)“校企合作、工學(xué)結(jié)合”人才培養(yǎng)模式與課程改革，提供足夠的虛擬實(shí)訓(xùn)工位；完成遼寧省石油化工生產(chǎn)技術(shù)等10個(gè)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)，包括隨堂實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)訓(xùn)、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)，頂崗實(shí)習(xí)；與校外實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)互補(bǔ)，共同完成高技能人才培養(yǎng)。完成遼寧省石油化工中高職一體化教學(xué)模式等方面的銜接，完善現(xiàn)代職業(yè)教育體系。遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院承擔(dān)石油化工大型仿真基地的建設(shè)，本溪市化學(xué)工業(yè)學(xué)校重點(diǎn)建設(shè)醫(yī)藥化工實(shí)訓(xùn)基地和分析檢測(cè)中心及安全培訓(xùn)中心建設(shè)，沈陽(yáng)市化工學(xué)校重點(diǎn)建設(shè)與上述基地有關(guān)的基礎(chǔ)資源庫(kù)。

虛擬實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)一個(gè)大型石化醫(yī)藥企業(yè)，設(shè)計(jì)三個(gè)分廠（石油化工、精細(xì)化工、制藥化工）、三個(gè)中心（分析檢測(cè)中心、培訓(xùn)中心、資料檔案中心），有一級(jí)子項(xiàng)目6個(gè)、二級(jí)子項(xiàng)目17個(gè)、三級(jí)子項(xiàng)目48個(gè)，涵蓋的教學(xué)點(diǎn)（包括技能點(diǎn)、知識(shí)點(diǎn)、素質(zhì)點(diǎn)）約3000個(gè)。具體如圖1所示。

本項(xiàng)目中虛擬現(xiàn)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)操作模擬軟件采用Virtools Dev開發(fā)。Virtools Dev是一套整合軟件，可以將現(xiàn)有常用的檔案格式（如3D模型、2D圖形或是音效等）整合在一起，是一套具備豐富的互動(dòng)行為模塊的實(shí)時(shí)3D環(huán)境虛擬實(shí)境編輯軟件，可以制作出許多不同用途的3D產(chǎn)品，如因特網(wǎng)、計(jì)算機(jī)游戲、多媒體、建筑設(shè)計(jì)、仿真訓(xùn)練、仿真與產(chǎn)品展示等，如圖2所示。

圖1　石油化工數(shù)字化實(shí)訓(xùn)基地示意圖

圖2　虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)圖

為滿足石油化工基本教學(xué)需要，上述項(xiàng)目規(guī)劃以具有代表性的遼寧某石化公司為基礎(chǔ)背景，突出教學(xué)、訓(xùn)練特色為目標(biāo)，建設(shè)高仿真、高交互、智能化、可以實(shí)現(xiàn)3D漫游，具有單人獨(dú)立操作、多人獨(dú)立操作、聯(lián)合操作功能，實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境下的職業(yè)或崗位系列活動(dòng)的大型虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地。

3　石油化工數(shù)字化虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地的主要特點(diǎn)

教學(xué)環(huán)境虛擬化 建立若干個(gè)典型的、有代表性的、有較強(qiáng)適應(yīng)性的流程級(jí)、規(guī)?；摂M實(shí)訓(xùn)工廠，解決石油化工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)困難。通過計(jì)算機(jī)仿真，在虛擬環(huán)境中操作“設(shè)備”，訓(xùn)練學(xué)生的能力，分析異常原因，掌握排除故障的技巧。

教學(xué)過程項(xiàng)目化 將石油化工裝置分為若干個(gè)與生產(chǎn)一致的虛擬項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目為一個(gè)單元操作，合并在一起是整個(gè)工段或車間流程。按照教學(xué)規(guī)律，由淺入深使學(xué)生深刻理解工藝機(jī)理，掌握復(fù)雜裝置的操作調(diào)控技能，熟悉事故和突發(fā)事件的處理方法；學(xué)生通過DCS操作，將工藝知識(shí)、設(shè)備原理和自動(dòng)化控制整合在一起，大大提升了學(xué)生綜合素質(zhì)與職業(yè)技能。

教學(xué)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)化 利用互聯(lián)網(wǎng)思維和互聯(lián)網(wǎng)工具，解決人人動(dòng)手的問題?；诰W(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的仿真模式和可靠的量化工具，可以最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造性，既可以進(jìn)行自主性獨(dú)立操作，又可以進(jìn)行學(xué)生間協(xié)作操作，還可以將“自主”與“協(xié)作”二者結(jié)合起來。網(wǎng)絡(luò)化獲得、網(wǎng)絡(luò)化參與、網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容、訓(xùn)練時(shí)間、訓(xùn)練方式完全按照學(xué)生個(gè)人的需要進(jìn)行，滿足在線技能考核的需要。教師可以跟蹤每個(gè)學(xué)生的全過程，進(jìn)行有針對(duì)性的教學(xué)指導(dǎo)。

教學(xué)資源共享化 石油化工數(shù)字化虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地按資源的屬性可包含三大類別。

第一類為可遠(yuǎn)程控制的共享資源，主要為虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)資源，構(gòu)建了高度仿真的虛擬生產(chǎn)環(huán)境和操作對(duì)象。這部分資源與頂崗實(shí)習(xí)從資源配置上充分體現(xiàn)了虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充的原則，可補(bǔ)充目前實(shí)踐訓(xùn)練所缺乏的參與程度低、成本高的部分，如精細(xì)化工、醫(yī)藥化工等課程；一部分可作為真實(shí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的訓(xùn)前模擬準(zhǔn)備，這樣可減少真實(shí)實(shí)訓(xùn)的高消耗，如甲苯歧化、甲基叔丁基醚、乙酸乙酯生產(chǎn)等教學(xué)。

第二類為儀器共享資源，是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中有部分實(shí)物參與的半實(shí)物仿真系統(tǒng)。如在儀器分析教學(xué)實(shí)訓(xùn)中，有虛擬加實(shí)際對(duì)象的半實(shí)物仿真。這部分為虛實(shí)結(jié)合資源，真實(shí)實(shí)訓(xùn)中不能實(shí)現(xiàn)的功能由虛擬部分實(shí)現(xiàn)，真實(shí)環(huán)境中可以實(shí)現(xiàn)的功能由實(shí)物對(duì)象實(shí)現(xiàn)。

第三類為軟件共享資源，純數(shù)字仿真實(shí)訓(xùn)資源，不帶有實(shí)物對(duì)象，由學(xué)生自主進(jìn)行相關(guān)課程的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)。

總之，通過遼寧省第二期數(shù)字化石油化工虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)，用虛擬仿真解決實(shí)際生產(chǎn)的苛刻要求，構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)+石油化工專業(yè)教學(xué)，模擬仿真企業(yè)實(shí)際工作的職業(yè)情境，將職業(yè)能力培養(yǎng)所涉及的理論知識(shí)、實(shí)務(wù)知識(shí)、工作過程知識(shí)、基本技能、專項(xiàng)技能、綜合技能、職業(yè)素養(yǎng)有機(jī)結(jié)合［2］，逐步實(shí)現(xiàn)學(xué)生能力從“崗位基本能力形成→崗位專項(xiàng)技能訓(xùn)練→崗位綜合能力提升”的遞進(jìn)，推動(dòng)優(yōu)質(zhì)資源人人共享，真正推動(dòng)教育信息化。■

［1］王進(jìn).化工仿真與實(shí)際操作結(jié)臺(tái)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式探討［J］.心事·教育策劃與管理，2014（1）：68.

［2］高紅梅.高職會(huì)計(jì)仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)探究經(jīng)濟(jì)視野［J］.經(jīng)濟(jì)視野，2014（22）：251.

On the Construction of Digital Virtual Simulation Practical Training Base of PCP

//QⅠ Xiangyang

With the development of educational informatization， the construction of digital curriculum system is accelerated as the vocational education environment improved by information technology. Meanwhile， the Higher Vocational Colleges gradually equip the students with information technology literacy in conformity with professional requirements by using digital virtual simulation teaching resources in order to improve and optimize the quality of talents.

Virtual simulation； Practical Training； Base PCP

G712

B

1671-489X（2016）14-0135-03

*項(xiàng)目來源：遼寧省職業(yè)教育信息化第二期建設(shè)項(xiàng)目。

作者：齊向陽(yáng)，遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院教授，研究方向?yàn)槁殬I(yè)教育數(shù)字化資源建設(shè)（121001）。