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摘要：对化工仿真教学平台的硬件、软件及制度建设实践，以及平台教学运行过程做了有重点的介绍，同时对仿真模拟教学的效果进行了评价。仿真教学是对现场实习教学的重要互补，是一种突破传统教学方式的有益尝试，可激发学生的学习兴趣，并在一定程度上降低了办学成本，提高了办学效益。
关键词：仿真教学；化工；模拟
作者简介：左晓兵（1965-），男，安徽泾县人，常熟理工学院化学与材料工程学院，教授；沈磊（1982-），男，江苏常熟人，常熟理工学院化学与材料工程学院，实验师。（江苏 常熟 215500）
基金项目：本文系常熟理工学院教育教学改革项目“实践课程教学中引入工业仿真模拟的改革与实践”（项目编号：CITJGGN201126）的研究成果。
中图分类号：G482 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）16-0157-02
现代化工业的特点是大型化、自动化和信息化。信息技术与化工技术的结合才能很好地满足现代化工业的现实要求。目前，大多数化工企业采用的是集散控制技术（DCS），即 Distributed control system，含义是分散控制集中管理。DCS是计算机技术、数字通讯技术和现代控制技术结合的产物，是信息时代的控制技术。DCS是面向整体、面向系统的控制技术，目标是整个系统的最优化控制，包括现场实时控制的最优化和综合信息管理的最优化。[1]
化工仿真就是对化工生产现场的一种虚拟，将实体工业中的各个模块转化成数据整合到一个虚拟的体系中去。化工仿真采用的系统软件与工业上的DCS系统基本一致，在这个体系中模拟实现工业生产过程的每一项工作和流程，并与之实现各种信息交互。因此，掌握了化工仿真系统的知识和技能，也就是间接掌握了现实工业过程中的一些重要操作技术、控制技术和生产过程中实时数据采集、分析、处理的能力，对工业实习和实际工作提前做好知识过渡和能力铺垫。[2，3]
近年来随着高等教育的普及和大众化，一批新建应用型本科院校应运而生。鉴于新建本科院校的办学基础和办学经验不足，特别是实践性课程的设置和实施是人才培养方案及其实施中的短板，在化学化工类专业实践课程教学内容中增设了仿真模拟项目。仿真模拟项目是认识实习、生产实习、社会实践、技能实训、课程设计等实践课程建设与改革的有益尝试。有计划地引入各个专业的工业生产过程与控制的仿真软件，形成校内实践教学平台，与校外实践基地平台的实践教学相辅相成，优势互补，必将对推进实践课程教学改革，实现应用型人才培养目标起到重要作用。[4，5]
常熟理工学院于2003年升本，属于理工类院校，以培养“应用型人才”为宗旨，在吸收国内外院校化工仿真运用与实践教学经验的基础上，结合自身的办学实际情况，在化学、应用化学、高分子材料工程等相关专业中引入了仿真教学手段，对教学过程进行了一些初步的探索和研究。
一、仿真教学平台的构建
1.硬件建设
化工仿真教学平台应根据实驗室的实践教学时数要求建设。在实验室空间布置方面要求大小适宜，配套电脑桌椅，空调、空间通风散热效果好，合理清晰的电路网络布置等。计算机配置方面要能满足仿真软件的畅通运行，注意计算机不再安装其他与仿真教学无关的大型软件。考虑到仿真软件自身的升级对硬件的要求，计算机的配制应留有余地，方便内存、显卡等配置进行升级，以提升计算机的运算操作能力。另外，应单独配置一台专用服务器以满足正常仿真教学的需要。
2.软件建设
（1）仿真软件的选购、安装、运行及人员培训。在仿真软件市场调研的基础上，邀请仿真软件方面的专家来校做讲座，交流经验，现场操作模拟、组织相关教师学习交流。依据人才培养方案中的实践课程设置和教学大纲要求确定所需采购软件包含的仿真工段的内容、要求以及工段数量。专业技术服务人员进行现场安装、调试、激活软件。邀请售后服务工程师对相关教师进行培训，培训教师进行试上课，对在授课过程中出现的具体问题以及状况进行咨询，确保授课时出现的问题都能现场解决。
（2）教学队伍建设。化工仿真实验室的管理人员要求是懂计算机软硬件维护、局域网知识和专业知识的综合性人才。如在出现仿真软件在教师站可以激活但是在学生机上不能激活的问题时，就需要懂得局域网建立和维护方面的知识与软件激活方面的知识的教师。为此，常熟理工学院邀请东方仿真软件公司的工程师对学院计算机基础较好的教师进行了专业培训，以满足仿真软件管理的条件。另外，还可选送维护人员进修计算机专业的知识，以便为今后仿真实训教学的顺利进行打下坚实基础。
3.制度建设
仿真教学平台是学校进行仿真教学及培训的依托，为保证教学平台的正常运作，发挥教学平台对培养应用型高级人才的重要作用，必须制定一套完整的管理制度，包括仿真教学平台的管理制度、仿真教学平台的教学实施细则、仿真教学平台的安全制度、仿真教学平台的教学考核制度等。
二、仿真教学平台的运行
首先要制订健全的化工仿真教学大纲。在对化工专业学生情况和化工企业调研的基础上，制订科学的化工仿真教学大纲。其次要对任课教师进行专业培训。教师要对教学平台软件进行专业学习，不仅要做到熟练操作，更要了解、熟悉其中涉及的工艺流程及反应原理等，能够随时解决平台软件运行时出现的突发问题。
在实际教学过程中，一般在第一次教学中向学生简介仿真教学的意义、软件的操作方法、常用术语、教学安排等；而在仿真阶段教学中主要是了解化工仿真DCS系统的工艺流程、主要设备、阀门及操作规程、工艺特点以及在该工段操作中所要实现的控制目标等；教学末段为自由练习及限时考试阶段，在部分考试中加入了事故处理等环节，以锻炼学生解决模拟事故的能力。通过上述教学环节，可以提高学生分析问题、解决问题的能力和实践动手的能力，使学生掌握工艺操作的主要技能，从而达到能够在现场操作的目的。 以催化加氢脱乙炔为例，乙炔是通过等温加氢反应器除掉的，反应器温度由壳侧中冷剂温度控制。此固定床反应单元操作工艺见图1。仿真教学的主要模型包括换热器、预热器、蒸汽冷凝器、闪蒸罐和加氢反应器，整套设备上配备了大量的仪器、仪表、自动控制系统、紧急停车系统。学生可在此平台上进行大量的实际问题训练，如温度与压力的手动、自动控制，换热器和反应器进出口的氢气、乙炔浓度，管道中反应气的流量、压力控制，固定床进出口混合气的各组分含量监视，过程中还可进行复位和连锁控制。该系统自带操作质量评分系统，可对各个操作步骤进行评分，对于操作错误的步骤还能给出具体的错误原因。
三、仿真教学平台的运行成效
1.起到了帮助学生顺利从大学课堂学习过渡到企业就业的桥梁作用
实践教学平台的运行不仅可以使大学生巩固了所学的理论知识，将理论用于实践、指导实践，同时还使学生了解化工企业的具体工作内容、工作方式、企业文化等，让学生对感兴趣的工作领域提前有较为全面的接触和体会，从而帮助他们理性地做出职业选择。
2.仿真教学平台是对现场实习教学的重要互补
实践教学平台毕竟是一个仿真的教学媒介，与真实的企业环境还存在一定的差距，现实的生产设备也要复杂的多。因此，现场实习不仅可以使学生深入了解真实生产环境、熟悉工艺流程、了解安全生产的重要性，而且对仿真模拟中的图标、阀门、反应釜等都有了一个直观的印象，从而能够更准确地理解所学理论，达到理论和实践的互补目的，较短时间实现了对工业生产过程的全面、深入的了解。
3.尝试了一种新型的教学手段及方法，激发了学生的学习兴趣
仿真模擬教学平台是以计算机为操作工具，运行系统获得实时变化的动态数据，在计算机上模拟出仿真的操作环境，控制原理、操作界面等都与现代企业生产控制系统相似，是代替进真实工厂进行教学、实习的新型教学方法，更能够吸引学生的注意力，提高课堂教学效果。
4.降低了办学成本，提高了办学效益
工业仿真模拟实践教学平台的构建，不仅节约了办学成本，更避免了与真实化工企业易燃、易爆和危险性大的生产环境的接触，接触到了以往工厂为了安全和效益禁止学生动手操作的控制软件、高度仿真的微型装置，提高了学生的动手操作能力、分析问题和解决问题的能力，为培养应用型创新人才奠定了基础。
参考文献：
[1]杨玲，朱孝钦，杨明，等.化工原理认识实习改革的探索与思考[J].化工高等教育，2004，（1）：71，95.
[2]司红岩，侯旭锋.化工仿真实训的利弊[J].河北化工，2010，33
（2）：67-68.
[3]王小光，杨月云，谢东坡.试论高校建立化工仿真实验室的意义和功效[J].实验室科学，2010，113（12）：138-140.
[4]王虹，赵如松，高劲松.化工专业实习改革与实践[J].化工高等教育，2005，（4）：99-101.
[5]吴彩金，韩虹，周苏敏，等.化工仿真实验室建设与教学实践探索[J].高校实验室工作研究，2010，（2）：62-64.
（责任编辑：孙晴）
关键词：仿真教学；化工；模拟
作者简介：左晓兵（1965-），男，安徽泾县人，常熟理工学院化学与材料工程学院，教授；沈磊（1982-），男，江苏常熟人，常熟理工学院化学与材料工程学院，实验师。（江苏 常熟 215500）
基金项目：本文系常熟理工学院教育教学改革项目“实践课程教学中引入工业仿真模拟的改革与实践”（项目编号：CITJGGN201126）的研究成果。
中图分类号：G482 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）16-0157-02
现代化工业的特点是大型化、自动化和信息化。信息技术与化工技术的结合才能很好地满足现代化工业的现实要求。目前，大多数化工企业采用的是集散控制技术（DCS），即 Distributed control system，含义是分散控制集中管理。DCS是计算机技术、数字通讯技术和现代控制技术结合的产物，是信息时代的控制技术。DCS是面向整体、面向系统的控制技术，目标是整个系统的最优化控制，包括现场实时控制的最优化和综合信息管理的最优化。[1]
化工仿真就是对化工生产现场的一种虚拟，将实体工业中的各个模块转化成数据整合到一个虚拟的体系中去。化工仿真采用的系统软件与工业上的DCS系统基本一致，在这个体系中模拟实现工业生产过程的每一项工作和流程，并与之实现各种信息交互。因此，掌握了化工仿真系统的知识和技能，也就是间接掌握了现实工业过程中的一些重要操作技术、控制技术和生产过程中实时数据采集、分析、处理的能力，对工业实习和实际工作提前做好知识过渡和能力铺垫。[2，3]
近年来随着高等教育的普及和大众化，一批新建应用型本科院校应运而生。鉴于新建本科院校的办学基础和办学经验不足，特别是实践性课程的设置和实施是人才培养方案及其实施中的短板，在化学化工类专业实践课程教学内容中增设了仿真模拟项目。仿真模拟项目是认识实习、生产实习、社会实践、技能实训、课程设计等实践课程建设与改革的有益尝试。有计划地引入各个专业的工业生产过程与控制的仿真软件，形成校内实践教学平台，与校外实践基地平台的实践教学相辅相成，优势互补，必将对推进实践课程教学改革，实现应用型人才培养目标起到重要作用。[4，5]
常熟理工学院于2003年升本，属于理工类院校，以培养“应用型人才”为宗旨，在吸收国内外院校化工仿真运用与实践教学经验的基础上，结合自身的办学实际情况，在化学、应用化学、高分子材料工程等相关专业中引入了仿真教学手段，对教学过程进行了一些初步的探索和研究。
一、仿真教学平台的构建
1.硬件建设
化工仿真教学平台应根据实驗室的实践教学时数要求建设。在实验室空间布置方面要求大小适宜，配套电脑桌椅，空调、空间通风散热效果好，合理清晰的电路网络布置等。计算机配置方面要能满足仿真软件的畅通运行，注意计算机不再安装其他与仿真教学无关的大型软件。考虑到仿真软件自身的升级对硬件的要求，计算机的配制应留有余地，方便内存、显卡等配置进行升级，以提升计算机的运算操作能力。另外，应单独配置一台专用服务器以满足正常仿真教学的需要。
2.软件建设
（1）仿真软件的选购、安装、运行及人员培训。在仿真软件市场调研的基础上，邀请仿真软件方面的专家来校做讲座，交流经验，现场操作模拟、组织相关教师学习交流。依据人才培养方案中的实践课程设置和教学大纲要求确定所需采购软件包含的仿真工段的内容、要求以及工段数量。专业技术服务人员进行现场安装、调试、激活软件。邀请售后服务工程师对相关教师进行培训，培训教师进行试上课，对在授课过程中出现的具体问题以及状况进行咨询，确保授课时出现的问题都能现场解决。
（2）教学队伍建设。化工仿真实验室的管理人员要求是懂计算机软硬件维护、局域网知识和专业知识的综合性人才。如在出现仿真软件在教师站可以激活但是在学生机上不能激活的问题时，就需要懂得局域网建立和维护方面的知识与软件激活方面的知识的教师。为此，常熟理工学院邀请东方仿真软件公司的工程师对学院计算机基础较好的教师进行了专业培训，以满足仿真软件管理的条件。另外，还可选送维护人员进修计算机专业的知识，以便为今后仿真实训教学的顺利进行打下坚实基础。
3.制度建设
仿真教学平台是学校进行仿真教学及培训的依托，为保证教学平台的正常运作，发挥教学平台对培养应用型高级人才的重要作用，必须制定一套完整的管理制度，包括仿真教学平台的管理制度、仿真教学平台的教学实施细则、仿真教学平台的安全制度、仿真教学平台的教学考核制度等。
二、仿真教学平台的运行
首先要制订健全的化工仿真教学大纲。在对化工专业学生情况和化工企业调研的基础上，制订科学的化工仿真教学大纲。其次要对任课教师进行专业培训。教师要对教学平台软件进行专业学习，不仅要做到熟练操作，更要了解、熟悉其中涉及的工艺流程及反应原理等，能够随时解决平台软件运行时出现的突发问题。
在实际教学过程中，一般在第一次教学中向学生简介仿真教学的意义、软件的操作方法、常用术语、教学安排等；而在仿真阶段教学中主要是了解化工仿真DCS系统的工艺流程、主要设备、阀门及操作规程、工艺特点以及在该工段操作中所要实现的控制目标等；教学末段为自由练习及限时考试阶段，在部分考试中加入了事故处理等环节，以锻炼学生解决模拟事故的能力。通过上述教学环节，可以提高学生分析问题、解决问题的能力和实践动手的能力，使学生掌握工艺操作的主要技能，从而达到能够在现场操作的目的。 以催化加氢脱乙炔为例，乙炔是通过等温加氢反应器除掉的，反应器温度由壳侧中冷剂温度控制。此固定床反应单元操作工艺见图1。仿真教学的主要模型包括换热器、预热器、蒸汽冷凝器、闪蒸罐和加氢反应器，整套设备上配备了大量的仪器、仪表、自动控制系统、紧急停车系统。学生可在此平台上进行大量的实际问题训练，如温度与压力的手动、自动控制，换热器和反应器进出口的氢气、乙炔浓度，管道中反应气的流量、压力控制，固定床进出口混合气的各组分含量监视，过程中还可进行复位和连锁控制。该系统自带操作质量评分系统，可对各个操作步骤进行评分，对于操作错误的步骤还能给出具体的错误原因。
三、仿真教学平台的运行成效
1.起到了帮助学生顺利从大学课堂学习过渡到企业就业的桥梁作用
实践教学平台的运行不仅可以使大学生巩固了所学的理论知识，将理论用于实践、指导实践，同时还使学生了解化工企业的具体工作内容、工作方式、企业文化等，让学生对感兴趣的工作领域提前有较为全面的接触和体会，从而帮助他们理性地做出职业选择。
2.仿真教学平台是对现场实习教学的重要互补
实践教学平台毕竟是一个仿真的教学媒介，与真实的企业环境还存在一定的差距，现实的生产设备也要复杂的多。因此，现场实习不仅可以使学生深入了解真实生产环境、熟悉工艺流程、了解安全生产的重要性，而且对仿真模拟中的图标、阀门、反应釜等都有了一个直观的印象，从而能够更准确地理解所学理论，达到理论和实践的互补目的，较短时间实现了对工业生产过程的全面、深入的了解。
3.尝试了一种新型的教学手段及方法，激发了学生的学习兴趣
仿真模擬教学平台是以计算机为操作工具，运行系统获得实时变化的动态数据，在计算机上模拟出仿真的操作环境，控制原理、操作界面等都与现代企业生产控制系统相似，是代替进真实工厂进行教学、实习的新型教学方法，更能够吸引学生的注意力，提高课堂教学效果。
4.降低了办学成本，提高了办学效益
工业仿真模拟实践教学平台的构建，不仅节约了办学成本，更避免了与真实化工企业易燃、易爆和危险性大的生产环境的接触，接触到了以往工厂为了安全和效益禁止学生动手操作的控制软件、高度仿真的微型装置，提高了学生的动手操作能力、分析问题和解决问题的能力，为培养应用型创新人才奠定了基础。
参考文献：
[1]杨玲，朱孝钦，杨明，等.化工原理认识实习改革的探索与思考[J].化工高等教育，2004，（1）：71，95.
[2]司红岩，侯旭锋.化工仿真实训的利弊[J].河北化工，2010，33
（2）：67-68.
[3]王小光，杨月云，谢东坡.试论高校建立化工仿真实验室的意义和功效[J].实验室科学，2010，113（12）：138-140.
[4]王虹，赵如松，高劲松.化工专业实习改革与实践[J].化工高等教育，2005，（4）：99-101.
[5]吴彩金，韩虹，周苏敏，等.化工仿真实验室建设与教学实践探索[J].高校实验室工作研究，2010，（2）：62-64.
（责任编辑：孙晴）