虛擬仿真技術(shù)在油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

邵寶力，徐洪軍，屈成亮，邵慧龍，陳 斌

(吉林化工學(xué)院 石油化工學(xué)院，吉林 吉林 132022)

1 油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)中存在的問(wèn)題

油氣儲(chǔ)運(yùn)工程前端為油氣田開(kāi)發(fā)和油氣井工程，后端為化工生產(chǎn)過(guò)程，是連接油氣生產(chǎn)、加工、分配、銷(xiāo)售等各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的紐帶，是綜合性和實(shí)踐性很強(qiáng)的工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)。油氣儲(chǔ)運(yùn)工程主干專(zhuān)業(yè)課程包括泵與壓縮機(jī)、油氣管道設(shè)計(jì)與管理、油氣集輸、油庫(kù)設(shè)計(jì)與管理、油氣儲(chǔ)運(yùn)工程最優(yōu)化、燃?xì)廨斉涞?，課程體系中多數(shù)內(nèi)容講授大型油氣生產(chǎn)過(guò)程所涉及的流程、設(shè)備以及生產(chǎn)技術(shù)，具有知識(shí)面廣、與生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合緊密的特點(diǎn)。如果教師缺少現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，缺乏工程實(shí)踐方面的知識(shí)，就不能深入理解油氣儲(chǔ)運(yùn)工作的現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，不能將工程實(shí)例與理論教學(xué)相結(jié)合，使學(xué)生難以深刻的理解課程知識(shí)。在教學(xué)中，多數(shù)課程是以教師講授為主、學(xué)生被動(dòng)接受的傳統(tǒng)教學(xué)方法，缺乏生動(dòng)性和交互性。在如今信息高度發(fā)達(dá)的社會(huì)中，傳統(tǒng)教學(xué)方法很難調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，教學(xué)效果難以提升。同時(shí)，由于教學(xué)條件的限制，部分教學(xué)內(nèi)容從學(xué)生接觸直至參加工作可能也不曾親眼見(jiàn)過(guò)，缺少直觀性、真實(shí)感。因此有必要彌補(bǔ)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的這種缺憾，增加學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的直觀認(rèn)識(shí)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量得以提高。

虛擬仿真技術(shù)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足，將抽象沉悶的教學(xué)內(nèi)容變的真實(shí)直觀、生動(dòng)形象,充分展示其優(yōu)勢(shì)和特長(zhǎng)，用以輔助教學(xué)、幫助學(xué)生學(xué)習(xí),是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方式的有效補(bǔ)充。教育部印發(fā)的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011-2020年)》中也強(qiáng)調(diào)，要增強(qiáng)開(kāi)發(fā)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)軟件、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以及建立虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地的力度。虛擬仿真教學(xué)具有感染力強(qiáng)、交互性顯著、教學(xué)功能豐富多樣、實(shí)務(wù)教學(xué)有效性等優(yōu)勢(shì)[1]。

2 虛擬仿真技術(shù)簡(jiǎn)介

虛擬仿真技術(shù)又稱虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或模擬技術(shù)，簡(jiǎn)稱VR(Virtual Reality)技術(shù)，是一項(xiàng)集計(jì)算機(jī)圖形、多媒體、傳感器、人機(jī)交互、網(wǎng)絡(luò)、立體顯示及仿真等領(lǐng)域而發(fā)展起來(lái)的計(jì)算機(jī)技術(shù)。利用計(jì)算機(jī)建立虛擬的且具有真實(shí)感的人工媒體空間,通過(guò)傳感交互設(shè)備使人進(jìn)入一種虛擬的環(huán)境,這種虛擬環(huán)境是通過(guò)計(jì)算機(jī)生成的一種環(huán)境,它可以是真實(shí)世界的模擬體現(xiàn),也可以是想象中的世界。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)逐步成為繼數(shù)學(xué)推理、科學(xué)實(shí)驗(yàn)之后人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然界客觀規(guī)律的第三類(lèi)基本方法。簡(jiǎn)單地說(shuō)虛擬仿真技術(shù)就是用虛擬的系統(tǒng)模擬真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)。目前，虛擬仿真技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域的教育教學(xué)中[2-7]。

3 虛擬仿真技術(shù)在油氣儲(chǔ)運(yùn)專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

油氣儲(chǔ)運(yùn)連接著石油工業(yè)產(chǎn)、運(yùn)、銷(xiāo)的各個(gè)環(huán)節(jié),多數(shù)生產(chǎn)裝置具有連續(xù)作業(yè)、高壓、高熱、易燃易爆且設(shè)備昂貴等特點(diǎn),對(duì)崗位操作人員知識(shí)和技能要求很高。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,重大事故、設(shè)備故障極少發(fā)生,如果一旦發(fā)生事故,會(huì)造成極其嚴(yán)重的后果。這也使得學(xué)生不可能在實(shí)習(xí)實(shí)踐環(huán)節(jié)中，在生產(chǎn)裝置上進(jìn)行實(shí)際的操作訓(xùn)練。因此,將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于油氣儲(chǔ)運(yùn)專(zhuān)業(yè)教學(xué)中顯得尤為重要。應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)能夠充分反映油氣儲(chǔ)運(yùn)生產(chǎn)系統(tǒng)的本質(zhì)，再現(xiàn)生產(chǎn)流程和設(shè)備的原理與工作過(guò)程,可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的直觀感受,提高學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)質(zhì)量，是培養(yǎng)本專(zhuān)業(yè)應(yīng)用型人才的有效輔助手段。

雖然多數(shù)院校開(kāi)設(shè)油氣儲(chǔ)運(yùn)專(zhuān)業(yè)時(shí)間較短，但虛擬仿真技術(shù)在油氣儲(chǔ)運(yùn)專(zhuān)業(yè)的各教學(xué)環(huán)節(jié)中已廣泛應(yīng)用。應(yīng)用較多、較為成熟的有東方仿真開(kāi)發(fā)的油氣儲(chǔ)運(yùn)專(zhuān)業(yè)相關(guān)虛擬仿真軟件，包括輸油站、輸氣站、天然氣處理、原油處理等系統(tǒng)；中國(guó)石油大學(xué)(北京)開(kāi)發(fā)的流程板仿真系統(tǒng)，包括油庫(kù)、輸油站、輸氣站、聯(lián)合站、LNG等模塊；基于力控平臺(tái)的長(zhǎng)距離石油管道系統(tǒng)和油庫(kù)仿真系統(tǒng)。另外東方仿真開(kāi)發(fā)的基于設(shè)備培訓(xùn)的操作單元，如離心泵、壓縮機(jī)、鍋爐、液位控制等仿真系統(tǒng)，也可以應(yīng)用于油氣儲(chǔ)運(yùn)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，同時(shí)為多媒體教學(xué)提供素材。一些專(zhuān)業(yè)教師和企業(yè)工程師[8-12]也致力于將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于油氣儲(chǔ)運(yùn)專(zhuān)業(yè)的理論和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中。

圖1 燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)仿真流程

筆者采用虛擬仿真技術(shù)開(kāi)發(fā)了“燃?xì)廨斉洹毕嚓P(guān)模塊用于課程的理論教學(xué)中，包括燃?xì)忾L(zhǎng)距離輸氣系統(tǒng)、輸氣干線起點(diǎn)站、輸氣管線中間站、城鎮(zhèn)中低壓二級(jí)管網(wǎng)系統(tǒng)等模塊(如圖1所示)。這些模塊均為動(dòng)態(tài)，可以相互鏈接，可以展示不同流程中燃?xì)獾淖呦蚣八褂玫脑O(shè)備，使學(xué)生能夠直觀清晰的了解相關(guān)內(nèi)容，印象深刻，取得了較好的教學(xué)效果。

4 結(jié)論

將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)中是切實(shí)可行的，已成為必然趨勢(shì)。與傳統(tǒng)教學(xué)方法相比，虛擬仿真教學(xué)可增加理論和實(shí)踐教學(xué)的生動(dòng)性和可視性，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解，學(xué)生的興趣得以提升，學(xué)習(xí)效果顯著提高，使油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)更加完善，更好的培養(yǎng)出符合社會(huì)需要的油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專(zhuān)業(yè)人才。

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