文章以真實的化工廠生產流程為藍本，進行適當的設計剪裁，配以仿真培訓軟件，并對設備和管道進行巧妙的內部結構改造，使實訓產品具有單元操作齊全、工藝技術先進、體現現代化的過程自動控制理念、無危險、無污染、低能耗、低成本、投資省、維護簡單等特點。

根據教育部關于職業教育的若干意見，各類職業技術院校面臨著兩個主要的任務：第一，將學生培養成合格的技術工人，滿足現代企業的需要。由于化工、石化和煉油企業多，裝置種類繁雜，學生分配的選擇也多，所以要求學生畢業后的適應性比較強。第二，和企業聯合，結合行業特色，建立中國一流的化工技術工人崗位培訓基地，滿足企業員工崗位再培訓的需要。為此，高職、高專、高等院校相關專業的教師們一直期待著一種理想的多功能化工系統實訓產品，這種產品能夠兼容多種典型的化工流程，具有工業級規模精準的靜態與動態特性，危險性最低（甚至沒有危險），無污染，不消耗物料，消耗最少的能源，投資省、運行和維護費用低等。為達成以上的產品性能，我公司在為國內幾十所大學和專業技術學校的大型綜合實訓產品的設計開發中進行了有益的探索。
選擇大型現代化真實的化工廠生產流程為藍本進行實訓產品的設計剪裁
大型現代化的真實生產流程具有單元操作齊全、工藝技術先進、工藝過程復雜、能體現現代化的過程自動控制理念等?？梢宰寣W生了解先進的主流的工藝技術；可以幫助學生建立完整的現代化大型化工廠的感性認識；可以培養學員對復雜系統的認知能力，培養學員在處理復雜系統工作中的合作精神和協調能力，掌握復雜系統的開停車、非正常工況的處理、尤其是在事故狀態下的緊急處理能力；可以對學員進行各種化工單元的操作訓練；可以讓學生掌握現代化工企業中普遍使用的DCS操作系統、EPA現場總線技術等現代化的系統操作控制技術。
當然在設計實訓產品中也不能照搬工業流程，對工業流程的一些細節有必要進行合理的剪裁和豐富。例如，工廠中為了充分利用系統本身的能量，往往會使用數量很多的換熱器，而且這些換熱器往往都是同樣形式的換熱器，對此在不違反設計大原則的前提下我們會減少換熱器的總數，增加換熱器的種類，讓學生盡可能多地認識各種換熱器并掌握它們的操作要領。對檢測儀表的處理方法也是類似，通過這樣的設計剪裁后，使實訓產品的教學功能大大增強了，同時也不失對原工藝的學習。
半實物仿真工廠和仿真軟件相結合，保證實訓產品的安全、環保和低成本運行
化工廠都具有易燃、易爆、有毒、有害的特點，如果讓學員在有真實物料系統的化工裝置中進行實操訓練，勢必會有火災、爆炸、中毒等惡性事故的擔憂，半實物仿真工廠和仿真軟件的引入使實訓產品從根本上解決了此類隱憂。
半實物仿真工廠的設備與真實設備在外形上是一致的，設備尺寸一般按10∶1縮微，這樣既可以幫助學生實現對現場裝置的幾何空間概念的把握和對操作設備和部件的操作力度、動態時機的把握，保證實訓的教學功能，又使仿真工廠的有效占地比較經濟合理，一次性硬件投資不會太大。
半實物仿真工廠選擇水代替液體物料，用空氣代替氣體物料，用石英砂代替固體物料，這些替代物料在運行過程中性能穩定，水和石英砂還可以循環使用，物料安全、穩定并且低成本。
仿真軟件可以模擬真實的化工過程，再現過程數據，可以實訓現場操作和中控室DCS控制，操作信號將實時進入仿真軟件系統，仿真軟件經過復雜的數學計算，得出新狀態下的溫度、壓力或流量、液位等系統參數值。仿真軟件還可以借助于復雜的附加控制系統和流程系統實現多種物理化學現象和事故現象的模擬再現?？梢栽谟邢薜慕虒W時空內實現更大的教學功能。
精巧的內縮結構，極大地節約實訓運行成本，縮短操作響應時間
半實物仿真工廠的設備尺寸根據實際設備的尺寸按10∶1的比例作縮微處理的，縮小后的設備外形能滿足規?；?、工業級的感官要求，但是在實際使用過程中縮小后的設備仍然覺得尺寸太大，操作響應時間太長，使用的替代物料投入量也嫌過多，為了克服這些缺點又不影響外觀尺寸，我們在設計中采取了精巧的內縮結構，例如，管道和儲槽的內縮結構如圖1所示：
圖 1
替代物料在管道的內管中流動，到儲槽的有效容積內儲存，采用了這樣的內縮結構后，替代物料的用量大大減少了，而且操作響應時間也縮短了很多。有利于提高仿真操作培訓的效率。其他類管道的設備可以采取類似管道內縮結構設計，類儲槽的設備采取儲槽內縮結構設計。
動設備半真運行，降低動設備的運行和維護成本
動設備半真運行概念有兩個層次：第一，動設備電機是真實運行的，但是通過對動設備進行適當改造，使動設備的始終處于零負荷狀態運行。第二，動設備只是一個模型，在DCS界面上顯示其運行狀態，現場配有模擬聲音，營造動設備運行的環境聲音效果。由于儲槽、類儲槽、管道、類管道都采取了內縮結構，增壓泵的需求量大大減少了，現場的許多化工用泵可以不投用，為了取得最佳的仿真效果，最大限度地降低仿真工廠的運行和維護成本，在設計中采取了動設備半真運行的設計手段，實踐結果表明能收到預期的效果。
多種設計方法應用于半實物仿真工廠的設計開發，使仿真工廠具有工業級的尺寸感官效果，真實的三維空間位置，真實的操作力度，實現了集多種教學和實訓功能于一身、全工況可操作、無需真實物料投入、沒有產物和副產物、維修簡單、節能、安全、環保、投資省、見效快的優點。到目前為止我公司已經成功開發了煤制合成氨、煤制甲醇、合成尿素、石油常減壓催化裂化和硅酸鹽水泥生產等大型的現代化半實物仿真工廠。


（作者供職于浙江中控科教儀器設備有限公司）