虚拟化工作计算机技术论文

摘要：新疆作为我国西北的战略屏障及丝绸之路经济带核心区，因地制宜发展煤化工是保障我国能源战略安全的必然要求。通过高职煤化工技术专业“虚实结合”育人，改革传统教学育人手段，推进人才培养模式创新，为煤化工行业提供了所需求的高素质技术技能型人才，服务地方区域经济“一主多元”产业结构转变，并借助发展新机遇，强化新疆煤化工产业集群。以下是小编精心整理的《虚拟化工作计算机技术论文(精选3篇)》的相关内容，希望能给你带来帮助!

虚拟化工作计算机技术论文 篇1：

基于计算机技术在化工智能化生产中应用

摘 要：化工生产行业相较于其他传统行业，具有弹性大、生产周期长等多个特点，因此其在生产过程中对计算机技术的要求也在逐年增高。针对其行业特点，计算机技术对其的影响具有很大的发展空间。智能化的科学技术深入到化工生产中的多个层面，诸如辅助制图、信息统计与处理等。文章通过对其发展现状和局限性的多角度分析，来得出其发展前景。并通过总结相关经验来提高计算机技术于化工智能化生产中的应用比率，促进行业发展，助力企业稳步提升。

关键词：计算机技术;化工智能化生产;数字化交付技术

Key words：computer technology; chemical intelligent production; digital delivery technology

0 引 言

21世紀以来，移动物联网和云端大数据等计算机技术都得到了飞速的发展，多种智能化技术的整体推动也使得其在化工生产中占据了引导地位。化工行业作为我国的传统行业和支柱性产业，长久以来面临着资金投入过大、生产危险性高等多方面的挑战。同时还会受到环保监测、市场实际发展等外部因素的影响，因此对智能化生产的需求也在逐年增高。通过引入计算机技术，来确保其生产效率的提升，从而达到促进行业完美转型和稳步发展的最终目的。

1 智能化计算机技术于化工行业中的应用

1.1 智能化技术于化工行业的应用框架

智能化生产模式主要体现于3个层面，控制、生产和运营3个层面完成智能化转化有助于推动企业生产效率的提升，同时其在设计流程方面体现的优势也是不容忽视的。伴随着智能设计模式的渗透与深入，化工生产方面取得了实质的转变。智能化构架的具体流程如图1所示。

由此可见通过构建信息平台，来完善化工工厂的基础设施建设有助于提升生产速率。通过平台对已有的数据进行系统的分类和存储，后期使用时可有效缩短调用时间，这种信息的预处理方式有助于日常管理的有素开展。

1.2 计算机技术于化工设计中的应用

化工设计过程中离不开工程计算的支持，面对数据量庞大且运算过程极其复杂的化工计算，相较于传统的人力计算，应用计算机技术可以快速的提升运算速率。借助精准的设计力可以快速完成绘图或冗杂的计算，计算机技术的应用大大地减少了相关人员的工作压力，其中尤以辅助性绘图和模拟设计的应用最为明显。

1.2.1 于辅助性绘图中的应用

于化工生产中应用计算机技术，可以快速的分析出应用材质的理化特性，还可完成基本的实验分析和数据分析等流程。通过研究人员的努力，计算机辅助性绘图技术（CAD）得到了不断的完善和发展，其在化工生产方面的应用也推动了该行业的快速发展。借助CAD作为设计软件，可以将生产设备的二维图纸转化为更加直观的三维图纸。这种形式的转变可以更好的完成设计分布图和设备组成图的精准绘制，还可通过形象的演示过程来完成设备局部配件的动态运动模仿。这种干涉仿真模拟有助于发现设备零件使用过程中的缺陷型，方便加以优化和改正，以此来确保零件的设计更具可操作性和安全性。除了出现率较高的CAD软件，近年来新发明的PDS软件也得到了普遍的使用，涵盖信息丰富全面和便于操作应用都是其显著的优点。

1.2.2 于化工模型设计中的应用

持续冗杂是化工过程的基本特点，如果仅以手工计算来完成，需要投入大量的人力和时间，还无法确定其准确性，计算机技术的应用则可以很好的解决这一问题。通过借助智能机器的精准运算力，可以很大程度上的精简运算工作量，还可通过内设系统完成对化工过程的科学分析。伴随着几十年的不懈努力和不断完善，Aspen Plus、HYSYS、DESIG2等设计软件被开发了出来，并广泛的应用到了化工模型设计之中。极大地数据集成能力和所涵盖的热力学函数，可以完成数据分析和仿真运行等多个设计环节，使生产效益得到了最大限度的保障。而近年来得以应用的Lab VIEW软件则因较好的参数整合能力，直观性的参数对比有助于化工模型设计的改良。

1.3 于化工生产中的应用

近年来计算机技术于化工生产中的应用越发普遍，通过运用先进的科学技术将生产过程与日常经营相融合，化工产业的自动化水平得到了稳定提高。产研一体和管优结合的生产模式更加符合当代社会经济的发展现状。计算机技术的普及及应用，建立了新的供销关系，企业与市场之间的密切联系创发除了新的功效方案，并通过高效率的经营模式来获取最大化的经济利益。同时计算机技术也于仪器测试方面发挥着巨大的作用，借助计算机技术设定相应程序后，精密仪器可自行运转无需人员看管。这一技术的实施可以很大程度上解放人力，并为化工生产提供适当的技术支持及保障。当然计算机技术最终的体现还是在生产方面。鉴于化工类企业的生产特性，其安全问题一直是备受关注的。计算机技术的投入可科学性的检测出化工原料中的毒素成分，确保生产过程时刻处于可控范围内，具有安全性和稳定性的优势，举例来讲实际生产过程中可运用DCS软件来对生产流程进行分级把控，有助于提升效率。

1.4 于化工科研和技术教学中的应用

1.4.1 数据整合及处理

在化工生产过程中，模拟实验和数据计算是不可或缺的流程。但是复杂冗长的原始数据认为处理起来十分的麻烦，而且鉴于化学反应的特性，其数据较容易受到诸多外部的影响，这种不确定性致使无法获取精准的参数数据，只能在一定范围内进行比对和测试。而计算机技术因其较强的准确性可以有效减少实验数据偏差，精简实验次数并缩小参数范围。以Origin软件举例，它是一款结合数据处理、虚拟测试等多种功能于一体的智能化软件。通过输入已有的参数数据，可自动生成所需的图纸样稿，这种精简的设计方式对化工技术人员有辅助作用，可助力其快速完成既定的工作目标，减轻工作负担减缓工作压力。

1.4.2 化工仿真技术

通过在真实的化工环境下运用模具进行虚拟演示和分析即为化工仿真技术。这种新型计算机技术可将具体的实验过程以动画的形式展现在屏幕上，更加直观的观感体验有助于理解。以Chem Lab举例，通过在软件中构建虚拟的实验环境进行相应的实验流程。通过形象化的动画演示有助于工作人员对生产过程的深入性理解，从而进一步提升工作能力。还可通过显示化工生产过程中容易出现的安全问题来提升工人的安全意识。可在虚拟演示过程中增加互动缓解，来提升观看人员的参与感，使其更具学习积极性。化工仿真技术应用在化工生产中可以使其更具优化性，并提升已有资源的利用率。

2 数字化交付技术的具体分析

2.1 设计平台的构建

目前我国大部分的化工行业在生产过程中应用的是CAD或Excel等辅助软件，具有一定的科技性和智能性。企业通过构建数字化平台，可对生产过程进行信息化管理，并通过多层次的协同互助来提升化工生产的效率。具体的设计平台框架如图2所示：

通过上述图表我们可以得知该设计平台可以将储存的文档转变为基础数据，同步化的数据还可将三维立体模型和设计图纸转化为数字数据进行体现。

2.2   具体应用案例分析

以化工生产中经常出现的合成氨项目为具体例子，将数值设定为2.05kt/d.应用AVEVA Plant设计平台来完成数据的提交和生产过程中的信息化管理，并通过图纸和数据相结合的成品样本来完成文件的交接。处于同一数据平台的生产流程在资料互通时可降低失误率，设计品质和互通效率都得到了极大的提升。在平台内完成生产所需的设计工作后，就可以进入到数据交互阶段，通过向出资者提供设计成品的样图，并对其数据参数、立体模型和数据文档的全面讲解来帮助投资者更好的理解设计理念。虽然数字化交付技术目前于化工生产中的应用十分普遍，但是现有受计算机技术发展的限制其运行并不是十分的完善。相较于传统的纸质交流方式虽然更加具有科技感，但仍需要不断改进技术来促进化工生产智能化的形成。

3 发展局限性分析

3.1   数字化设计发展程度的差距

现有计算机数字化设计的发展水平较低，在化工生产生产过程中起到的只是辅助作用。现有的Auto CAD和PDS等智能软件虽然可以加快化工生产智能化的发展，但与实际的行业发展需求和社会实际需要还存有一定的差距。虽然减少了人力物力和资金的投入，提升了生产速率，但相对不完善的计算机技术应用过程中容易产生故障，漫长的检测和维修时间都为化工生产的正常运行造成了阻碍。化工生产的过程复杂还需要极强的精准度和安全性，一个环节出现纰漏或各个流程衔接不断都会影响生产效率。数字化设计发展程度与实际需求的不相符一定程度上的限制了化工生产的发展[1]。

3.2    制作工艺流程缺乏控制策略

在化工厂的日常生产过程中，加压炉和压缩机组长时间处于工作状态，这些主要设备的控制策略很少是由后期运用计算机技术设定而成的，多数是出厂前就由生产厂家完成了设定。在实际生产过程中，既定的控制策略不能很好地贴合生产工艺流程的需求，极少数的主要设备甚至还会与生产流程发生冲突。技术性资料的欠缺也容易使关键设备停滞在原始工作状态，鉴于控制策略受到生产厂家和专利供应商的限制过多，计算机技术很难在后期添加到工生产常用的设备当中。这种固态的控制策略不利于推动化工生产朝着智能化的发展，也很难将生产设备调制最优状态[2]。

3.3   缺乏建设动力和先进技术的支持

鉴于我国化工行业的发展速度，相较于西方发达国家，还处于生产技术和资金的初步累积阶段，在生产过程中缺乏建设动力和先进计算机技术的支持。国内很多的化工企业在生产中仅依靠单一的计算机技术，物理累积的方式使生产的产品品质单一在国际市场上竞争力较弱。单一规格的產品提供的数据参数有限，无法为今后的生产提供数据参考和沟通交流。没有先进的技术加以支持无法完成传统生产模式向智能化生产模式的过度。

4 计算机技术于智能化工厂生产中的应用展望

4.1 于化工设计中的应用展望

化工行业作为我国的朝阳产业，其发展前景是十分广阔的，伴随着社会经济的发展和计算机技术的全面提升，今后的化工设计也不会仅仅限制于三维立体图形的呈现方式。计算机技术的应用有助于提供更精准的设计方案，产品质量的提升和产品更新换代都得以保障。這种生产产品品质的全面提升，可提升企业的核心竞争力，有助于企业在相互较量中占据更大的市场份额。同时在计算机技术的不断发展和优化过程中，可配备大容量数据库来储存参数数据，将化工设计的模拟系统趋于智能化发展。在实际设计过程中，还可将以往总结的丰富经验作为辅助力量进行应用，动静兼具的虚拟流程有助于设计出性能更加优异的智能化软件。

4.2 于化工生产中的应用展望

相较于传统的化工生产模式，未来的发展方向会以智能化、自动化的方向为主要目标。举例来讲，众所周知化工企业的生产过程中存在着一定的危险性，安全事故频发对从业人员的身体健康和企业经济都有很大的影响。可以借助先进的计算机技术来研发智能机器人，将熟悉化工生产流程的机器人安排在生产线工作，代替工作人员从事危险性较高的工作，及保障人身及财产的安全，也有助智能化生产流程的构建。计算机技术以其超高的应用型和精准性，是化工生产过程中不可或缺的辅助软件。它的应用不仅是化工行业和社会发展的实际需要，也是国家软实力以及经济实力提升的有效助力[3]。

4.3 于化工调研中的应用展望

作为兼具综合性和智能性的实用工具，以计算机技术为依托发展而成的数据处理软件，可以将前人经过不断探索和反复改良的经验融入到今后的化工生产过程之中。通过二者的相互融合，促进应用软件朝着更加智能化的方向发展。应用于化学调研之中，可使原本枯燥无味的实验模拟过程，更具直观性和紧密型，生动形象的虚拟展示有助于我们更好的理解生产操作过程。具有精准比对和纠错功能的仿真系统有着良好的发展前景和广阔的发展空间，其在智能化化工生产中的应用也会更加普遍。

5   结语

鉴于科技的迅猛发展，计算机技术在我们日常生活生产中的应用也变得越发广泛。我国的化工企业也应顺应社会发展的潮流，将先进科技与生产流程相结合，完成其由传统固有模式向先进智能化模式的转变。例如数字化交付技术的应用就很好的实现了数据之间跨专业和平台的交互。这不仅对推动化工科技的深入普及有助力作用，也有助于提升生产效率，加强企业核心竞争力，助力我国化工企业和社会经济的繁荣发展。

参考文献

[1]高尚杰.浅谈计算机技术的发展趋势[J].中国新通信，2018（22） ：149-150.

[2]张婧.我国计算机技术发展趋势探究[J].电脑知识与技术，2018（20） ：246-247+251.

[3]程家谊.数字与信息化时代下的计算机技术发展[J].信息记录材料，2018（03） ：44-45.

作者：王小春

虚拟化工作计算机技术论文 篇2：

高职煤化工技术专业“虚实结合”育人的探索与实践

摘 要：新疆作为我国西北的战略屏障及丝绸之路经济带核心区，因地制宜发展煤化工是保障我国能源战略安全的必然要求。通过高职煤化工技术专业“虚实结合”育人，改革传统教学育人手段，推进人才培养模式创新，为煤化工行业提供了所需求的高素质技术技能型人才，服务地方区域经济“一主多元”产业结构转变，并借助发展新机遇，强化新疆煤化工产业集群。

关键词：煤化工;虚实结合;人才培养;仿真

為深入贯彻落实全国教育大会精神，落实《国家职业教育改革实施方案》，结合我院化工专业办学特色，通过建设化工技术专业群虚拟仿真实训基地[1]，改革传统化工教学育人培养手段，推进化工人才培养模式改革创新，弥补化工技术专业群实习实训过程中遇到特殊困难的缺陷，以经济社会和企业市场需求相结合为导向，探索建立院校主导、企业协同、具备鲜明地方特色的煤化工技术专业“虚实结合”育人培养模式。

一、煤化工技术专业育人背景

近年来，新疆维吾尔自治区不断加大职业教育基础能力建设力度，制定《关于深化职业教育改革的实施方案》，推动落实《新疆维吾尔自治区职业技能提升行动实施方案（2019—2021年）》，持续推进职业教育改革创新和高质量发展。国家和自治区层面对职业教育的高度重视，进一步激发了职业院校办学动力和活力。随着我国“一带一路”和加快丝绸之路经济带核心区建设的推进，新疆作为我国西北的战略屏障及丝绸之路经济带核心区，党中央给予了一系列特殊的支持政策[2]。伴随我国经济社会发展，油气对外依存度不断攀升，现已成为世界最大原油进口国和天然气进口国，未来五年油气对外依存度将呈平稳低速增长态势。另一方面，国际局势复杂变化，对我国保障能源安全不断提出新挑战、增添新风险，作为我国能源大区的新疆肩负着重要的责任，必须充分认识到能源结构向多元化结构发展具有的现实意义[35]。

我国能源结构特点是“多煤、少油、缺气”，新疆的煤炭资源总量预测为2.19万亿吨，约占全国预测煤炭资源总量的40.6%，居全国第一位，是我国非常重要的能源接续区和战略性能源储备区。而以煤炭转变成高附加值的产品，其价值可以增值几百甚至上千倍，煤的非能源利用能取得巨大的社会效益和经济效益[6]。因此，我区因地制宜发展煤化工是保障我国能源战略安全的必然要求，新型煤化工产业必将迎来一个蓬勃发展的新时期，成为21世纪高新技术产业的一个重要组成部分。

新疆煤化工产业主要分布在准噶尔、吐鲁番—哈密以及伊犁等地区[7]。我院肩负着向这些主要地区输送煤化工技术人才的重要育人使命，紧紧围绕培养什么人、怎样培养人、为谁培养人这个根本任务。自2013年开设煤化工技术专业以来，为新疆煤化工企业培养了千余名煤化工行业从业者，为区域经济的发展做出了非常重要的贡献。

二、煤化工技术专业育人过程中遇到的问题

煤化工技术专业具有高风险，高投入的特点，产业技术性密集，工作中时常常接触高温高压、易燃易爆等流体介质，生产安全风险大，安全生产责任重，环境保护要求高，对员工的安全意识、环保意识和安全专业技能要求高。

煤化工技术专业学生生产实习和顶岗实习往往面临看不到、进不去、成本高、危险性大等实际困难，在新的职业教育人才培养模式要求下，传统的实习实训环节面临着巨大的困难和挑战。同时国家对职业教育的要求是要逐步加大实践性教学环节和教学学时，煤化工技术专业实习成本高、安全风险大、管理责任重，顶岗实习时间的加大相对压缩了在校专业课的学习时间，顶岗实习前对学生技能掌握要求高，这使得学生上岗前对专业技能、安全意识及安全技能的掌握成为必须学习掌握的内容。又加之我院学生以少数民族学生为主体，其占比近80%，学习基础较薄弱，国家通用语言掌握程度普遍偏低，这对于传统理论教学有一定的接受难度，但多数民族学生对虚拟仿真和实际操作的课程内容接受程度很高，经过一段时期的系统学习和训练后，能够将实践与理论相融合，为进入煤化工企业的后续工作与学习打下坚实的基础。

三、“虚实结合”育人的探索与实践

（一）基本搭建对接产业链的虚拟仿真实训基地

通过示范性院校建设阶段、优质校建设阶段和提质培优行动计划三个阶段，基本搭建对接化工产业链的虚实结合仿真实训基地，将虚拟仿真和虚拟现实等技术与化工技术专业群建成专业链完整、覆盖全面的虚拟仿真实训基地。我院先后建立了8个化工虚拟仿真实训室，较好满足目前对煤化工技术技能型人才的培养需求。

我院化工技术专业群实训基地也一直是自治区职业技能大赛化工类赛项比赛的承办点，通过技能竞赛推动了化工类专业的教育教学改革，对培养高素质技术技能型人才起到了积极的促进作用。

（二）构建了化工行业优秀教学团队

通过名师引领、内培外引、以赛促建等措施建成“专兼结合”的“双师型”教学团队，教学团队是一支结构合理、教学教研水平高、适应高职创新型人才培养需要的团队，化工教学团队亦被评为自治区优秀教学团队，全国石油化工职业教育优秀教学团队等荣誉称号。

（三）探索实施了“虚实结合、知行合一”的人才培养方案

煤化工技术专业紧紧围绕产业办专业、围绕岗位设课程、围绕技能开实训，秉承“德技并修”“德智体美劳全面发展”的人才培养目标，加强校企合作，校企联合开展虚拟仿真实训基地建设，使实训基地建设与人才培养方案有效对接，将产业岗位技能训练融入课程体系中，将职业技能素养贯穿于人才培养方案全过程。

（四）构建了“虚实结合、以虚补实、以实带虚”的实训教学体系

“虚实结合”实训教学全面构建“真实”和“虚拟”相结合实训教学环境，是把煤化工技术专业核心岗位所需技能、能力培养作为出发点的教学模式。

“虚实结合，以虚补实”是以完成建设的化工实训基地各实体实训室为基础，积极利用互联网技术搭建实训教学资源平台，不断完善各实体实训室包含的作业要点、工艺流程等详细内容供学习者使用，通过以虚补实构建虚实结合的学习环境。“以实带虚，虚实结合”是煤化工行业作业危险性大的客观因素催生出部分项目亟须由虚拟操作过渡到实际操作的循序渐进教学需求。在虚拟仿真操作平台，学生在充分熟悉操作要领和风险防范措施后继续参加实体实训，大幅度降低意外风险。

通过虚拟仿真实训室对接专业课程、虚实结合项目对接课程内容基本完成煤化工技术专业实训课程体系构建。

（五）煤化工虚拟仿真实训室教学案例

随着计算机技术的突飞猛进，虚拟仿真技术已经渗透到各行各业，给我们的学习和生活带来了巨大的改变。而化工虚拟仿真技术的应用和发展对我们的影响非常大，我们都知道煤化工生产的特点是高温高压易燃易爆有毒有害等，对于初学者或者学生来说一开始就到现场进行装置设备的操作风险太大，正是因为有了煤化工虚拟仿真操作这种风险才大大降低，所以掌握煤化工虚拟仿真操作技术非常重要。煤化工虚拟仿真实训室拥有典型煤气化操作实训平台，学生通过对离心泵、换热器、气化炉等煤化工单元进行开停车和故障处理的操作，不仅注重培养学生规范操作、团结合作、安全生产、节能环保等职业素质，能够理论联系实际掌握这些煤化工单元操作要领，使学生得到必要的分析能力训练和技能训练，同时也为今后走向工作岗位在现场进行实际操作打下了坚实的基础。煤化工虚拟仿真实训操作界面与实训室展示图如下图所示。

四、“虚实结合”育人的进一步探索

（一）校企共建“学、练、考、管”一体化虚拟仿真实训平台

校企协同开发具有扩展性、兼容性、前瞻性的管理和共享平台，通过人工智能、大数据分析等技术，能自动跟踪、有效记录与综合评价学生实训行为，实现“学、练、考、管”一体化，构建其数字画像，满足各方资源共享需求，实现实践教学服务一體化。继续利用职教云平台实时更新实践性教学资源，让教师拥有一个丰富的、紧跟行业步伐的、联通的教学空间，可实现实践教学的“学、练、考、管”一体化。

煤化工虚拟仿真实训线上教学资源在示范性建设和优质校建设基础上，精准对新疆煤化工行业高素质技术技能人才需求标准，去实现课程教学资源与岗位的全方位对接和动态调整。立足“互联网+课程教学资源”的建设思路，利用现代信息技术，优化和整合教学资源，采取自行开发、校企合作开发、委托专业公司制作等方式，积极开发虚拟仿真实训教学标准，全面实现网络资源开放共享，统一规范数据接口，实现云课堂等智慧平台的互联互通，打造线上和线下超时空学习平台，实现学习资源在手机端APP和电脑端的自由切换，促进移动、个性化学习方式的形成，能够为新疆地区和国内同类型院校提供相应的共享型教学资源支持。

（二）对接产业链的虚拟仿真实训基地

在现有基础上进一步完善化工产业链对应的虚拟仿真实训基地，在原有基础上新建虚拟仿真实训室，满足化工技术专业群对人才培养的需求。整体上遵从“以学员为中心、任务为主导、体验为引领”的实训实习理念，采用VR虚拟现实技术，以真实工业装置为原型，构建包含中控室、生产装置的现代化工厂实景。典型煤化工VRSPOC系统可以匹配甲醇生产技术、煤炭气化技术、煤制烯烃、煤制油等内容的体验教学，能够丰富理论课堂活动，充分刺激学生的感知。

（三）搭建虚实结合的实训教学课程体系

通过化工专业群虚拟仿真实训基地建设搭建“一中心、两平台、三阶段、四结合”的专业群实训课程体系，以提升专业技能为中心，搭建校内虚拟仿真实训平台和校内外实体技能实训平台两个平台，通过专业认识实训阶段、技能提升阶段和技能创新阶段三个阶段完成学生技能培养，建成实体实训与虚拟仿真实训、校内实训与校外实践相结合、虚拟仿真实训教学与课程研究相结合、理论课程与虚拟仿真实训课程相结合的化工专业群实训课程体系。

（四）开发配套的虚拟仿真实训基地教学资源

校企共同合作设计符合高职学生认知规律、企业生产实际、现代信息化的虚拟仿真实训教学标准。夯实“虚实结合”教学模式、提高实训教学的成效，且确保实训教学模式的共享性。将虚拟仿真实训项目教学资源开发同实训室建设一同开发，建设虚拟仿真实训教学资源库，将实训内容与课程内容相结合，建设精品在线开发课程配套的实训资源。

（五）坚持校、培训中心、企协同，完善共建共享机制

我院通过与培训中心、地方企业合作共建实训基地，实现三站联动模式，实现优质虚拟仿真实训资源的开放共享和持续应用。

五、结语

我院煤化工技术专业“虚实结合”育人为区域煤化工行业提供了所需求的高素质技术技能型人才，服务地方区域经济，配合石油化工产业进行“一主多元”产业结构转变，并借助发展新机遇，强化新疆煤化工产业集群。通过不断探索与实践，研究开发实训教学资源与完善虚拟仿真实训平台的进一步建设，提升专业教师技能水平和研发能力，通过与地方合作企业共建实训基地联合体，建立共建共享机制，校企协同开发虚拟仿真实训基地管理和共享平台，实现虚拟仿真实训资源的开放共享和持续应用。

参考文献：

[1]田顺，张国伟，李长海，等.新疆建设煤化工仿真实训工厂必要性探討[J].广州化工，2016，44（11）：249251.

[2]陈胜，陈胄.“一带一路”开启全方位开放新格局[J].改革与开放，2017（01）：35.

[3]彭弗楠，孙怀宇.应用于化工专业课程教学的化工实验仿真平台研究与探索[J].电脑知识与技术，2015，11（25）：8889.

[4]高军，林徐润.基于先行示范区双高院校建设的职业教育本科试点内涵建设路径探析[J].高教学刊，2021（10）：6669.

[5]乔建芬，李奠础，郭朝华，等.《煤化工装备操作与维护》课程建设的思路与方法[J].化工时刊，2013，27（12）：4244.

[6]丁明洁，吕颖捷.煤资源综合利用化学与技术研究[M].西安：西安交通大学出版社，2018：002.

[7]毛节华，许惠龙.中国煤炭资源分布现状和远景预测[J].煤炭转化，2011，34（7）：9296.

作者简介：吴桐（1984— ），男，辽宁抚顺人，硕士，讲师，研究方向：化工生产新技术。

作者：吴桐 吴阳 张伟

虚拟化工作计算机技术论文 篇3：

职业学校化工专业课程实训教学研究

【摘要】化工类职业学校是培养化工企业操作工的摇篮，化工专业课程教学直接决定了学员日后能否胜任企业一线操作工作岗位。利用虚实结合的教学方式，依托实训设备，在虚拟技术手段下，进行沉浸式的化工学习。学员在此过程中学习了化工理论知识、掌握了化工操作技能、提升了职业素养，为日后进入化工企业打下了坚实基础。

【关键词】实训教学  虚实结合  操作技能

化工行业是传统行业，石油化工、基础化工和化学化纤是国家的基础和支柱产业，因此化工行业是人类生产生活离不开的行业。化工行业操作工的好坏是一个化工企业发展的关键，因此化工行业对于一线操作工的要求越来越高。

如何培养技能更高、职业素养更好的操作工[1]，如何让学员在学校里学到更多贴近企业真实生产的知识，是每一所职业学校老师所关注的。

传统的化工教学注重依托实验实训理实一体教学，近年来随着信息技术、人工智能、虚拟技术的发展，把化工教学和虚拟技术结合起来，从而模拟化工厂真实生产环节，让学生身临其境，沉浸式学习，真正学到知识。

本文分析了传统教学的优缺点，阐述了本校化工教学过程和虚拟技术结合的必要性，总结了化工教学和虚拟技术结合的教学方式。

一、理实一体教学和实训教学

传统的化工教学以实验实训设备为载体，开展理实一体和实训教学。

理实一体教学在教室、实验室、实训室进行。首先设定不同的项目和课题，以一个子项目或者一个子课题为一节课的主题。在学习和完成这些项目和课题的时候，以化工装置、设备设施、单元操作和化工案例等为教学载体，通过项目教学的形式，把理论教学和实操教学结合起来，让学员能够完成项目和课题的同时学到化工生产知识和技能。

实训教学在实训室进行。首先选定不同的实训模块，例如以化工中试生产装置操作，泵、压缩机传动设备运行，管路机械组装，分离操作等为实训模块。每一实训模块中包含了很多实训项目和实训任务，例如化工厂的加料和卸料、离心泵的开停车操作、管路的气密性试验等。完成这些项目和任务的时候，以上述实训模块为载体，通过预先设定的任务，在任务实施和成果检验的过程中，学员学会了生产所需要的化工专业知识，掌握了化工操作技能，提升了职业素养。

传统教学以项目为载体，通过任务引领的方式让学员在做中学、学中做，学员能够通过一个实训项目和实训任务的完成，不断提升操作技能，不断强化职业素养，不断建立化工知识体系。但是传统教学也有不足之处，实训设备和真实生产装置有所区别，实训过程无法完成真实的生产操作。因此本校教师积极开拓了新的教学思路。

二、仿真软件教学

本校的化工教学过程还以2D和3D仿真软件为载体，通过仿真软件学习和操作，学员能够接触到与化工实际生产一模一样的真实生产工艺，能够通过调节参数稳定化工生产过程，能够分析温度、压力等对化工生产的影响，能够处理化工生产过程中的故障，能够根据生产实况分析生产过程中的事故。和传统的理实一体、实践教学相比，仿真教学可以模拟学校无法直接现场呈现的典型化工生产过程，同时，事先植入仿真系统中的操作步骤和评分指标能够客观直接地对学员整个练习和操作过程给予评判。

仿真软件教学因其能模拟真实化工生产，操作评分直接客观，从而得到了本校教师的青睐。但是仿真软件教学也存在着弊端。例如仿真操作软件一般只是给予操作步骤分，但操作是否规范以及操作的顺序正确与否并不属于系统评分，很容易导致学员为了得到操作步骤分，使用快速捷径的操作方法，而这恰恰违背了化工企业需按照化工生产严格规范的SOP流程操作的思路。

三、虚实结合教学

随着信息技术和化工行业的不断融合，化工专业操作技能的提升越来越依托虚拟仿真技术;随着实践教学和互联网的结合，线上和线下教学整合资源，更能提升学员的自主学习和学习效率。因此在结合“虚实结合，相互补充，能实不虚”的原则下，应该充分发挥虚拟技术在实践教学中的重要性，建设虚实结合的教学体系。

（一）半实物实训装置教学

半实物实训装置是以化工厂真实生产装置为原型，按照一定的比例缩小制作而成的。建好实训装置以后，配套建设一套功能全面的DCS系统和工艺仿真软件。学员可以在逼真的环境中，真实的操作过程中，提升化工操作能力。

半实物实训装置区别于实物装置和仿真教学，但又融合了实训装置和仿真软件的优点。半实物实训装置以真实的装置为原型，现场阀门、设备可以动作，实操感强。操作时无需真实物料，无各类安全隐患，无污染，实训成本低廉。同时，现场操作和DCS系统联动，可以通过调节温度、压力等参数掌握化工工艺过程。半实物实训装置以其独特的优点受到了学员的青睐。

以本校危险化学品离心泵实操考核系统为例，依托于现场的实际离心泵，配备先进的3D虚拟现实和仿真技术，以危化品生产过程中离心泵的典型事故应急预案及异常处理方案为内容，提供具有交互功能的三维虚拟场景与操作，能够高精度地模拟离心泵的运行状态、参数变化、事故现象，以及异常处理和应急处置的操作过程。学员可以在现场开关离心泵，可以在DCS端调节参数，可以在仿真系统中处理着火泄漏事故。通过半实物实训装置的学习，学员的理论知识得到了强化，操作能力得到了提升。

（二）VR实训教学

VR是指虚拟现实，顾名思义，就是虚拟和现实相互结合。从理论上来讲，化工VR实训教学虚拟现实技术就是利用化工生产中的真实数据，通过计算机技术产生的电子信号，将其与各种输出设备结合使其转化为能够让学员操作和感受到的现象。

VR虚拟现实技术已经成为促进化工教学发展的一种新型手段。利用虚拟现实技术可以帮助学员打造生动、逼真的学习环境，使学员通过真实感受来增强记忆，相比于被动性灌输，利用虚拟现实技术進行自主学习更容易让学员接受，这种方式更容易激发学员的学习兴趣。例如化工生产中如果违背生产安全操规程，可能引发泄漏、火灾、人员伤亡等现象及事故，以前的教学方式只能通过文字、图片、案例、视频结合的方式教学，学员更多的是被动接收知识，缺乏直观的感受和认知。而VR虚拟技术可以模拟泄漏和火灾现场，学员佩戴特定的眼镜，可以在模拟的环境中实现堵漏或者灭火。学员可以身临其境，学习相关知识和技能。

（三）AR实训教学

AR是指增强现实，顾名思义，增强现实技术也被称为扩增现实，AR增强现实技术是促使真实世界信息和虚拟世界信息内容之间综合在一起的较新的技术内容。AR实训教学是将原本在实际装置中比较难以进行体验和操作的实际信息借助电脑和软件等科学技术，实施模拟仿真处理，将虚拟信息内容叠加在真实生产装置中加以有效应用，并且在这一过程中，操作员能够感知操作过程，从而实现超越现实的感官体验。AR最特别的地方在于其真实实训操作环境和虚拟物体之间重叠之后，能够在同一个画面以及空间中同时存在。当然，哪一部分是实际的，哪一部分是虚拟的，操作者也很容易区分。AR实训教学的实现也需要一个特定的头盔，通过头盔上面的眼镜能够看到虚拟的画面。

例如传统的教学过程中，换热器冷热流体的交换，借助动画、视频的方式演示。而AR实训教学则可以把换热器冷热流体的交换过程做成三维动画，该动画以小程序的方式植入后台，当戴上特定头盔，选择该程序，动画就能展现在眼前，该动画可以单独观看，也可以在换热器运行过程中观看，在交互式的学习过程中实现了知识点的学习。

（四）MR实训教学

MR实训教学综合了VR和AR实训教学的优点，改进了VR和AR实训教学过程中的缺点，MR实训教学即混合现实教学。和VR实训教学相比，它依托于现场实物装置;和AR实训教学相比，它能把虚拟的影像和现场设备做高度叠加，建立全息影像。当操作人员带上装有眼镜的头盔时，能沉浸式置身于化工厂，操作者能实现交互学习，从而实现高效学习，理论知识得到了更深层次的理解，操作技能得到更高效的提升。

MR实训教学和VR、AR实训教学一样，依托于电脑、投屏电视、特定眼镜，例如微软公司的Hololens眼镜完全能实现MR实训教学要求。以化工装置操作中单元级设备离心泵的学习为例，离心泵的原理、离心泵的内部结构、离心泵的拆装、离心泵的运行都可以通过MR实训教学实现。同时，学员佩戴MR眼镜，在仿真工厂现场进行巡检，能查看设备的运行状态和系统的运行参数。在MR实训课程中，MR会带来更强烈的沉浸感，能实现立体抓取离心泵的各部件进行组装，达到二维向三维立体质变的体验，让知识与人交互、互动起来。总之，MR实训教学更直观，更具体，操作性强，符合现代化工信息化与趣味性的教学理念。

四、结语

通过本文的论述，化工专业课程的教学还是应该遵循“虚实结合，相互补充，能实不虚”的教学原则。对于能够依托实训装置解决的教学知识点和操作技能，一定要以实训装置为主体，通过项目教学、任务引领的方式让学员在自主学习的过程中学习理论知识，掌握操作技能。依托实训装置难以实现的知识点和操作技能则考虑使用虚拟技术。例如虚拟仿真教学系统可以代替传统实训条件下无法完成的实训操作，或由于實训设备昂贵而难以实现的操作训练。同时，通过VR、AR、MR创建一个能够和实物装置融合在一起的逼真的虚拟学习环境，在沉浸式的虚拟世界中进行操作练习，丰富的互动性既增加了真实感又激发了学员的学习兴趣。

毋庸置疑，和传统教学相比，富有科技性的虚拟仿真教学更为直观、更加受学员青睐，教学效果更加出色。并且虚拟技术能打破时间和空间的局限性，为学员提供开放的学习环境，支持多人同时在线学习，让学员随时随地进行实践操作训练。

虚实结合的教学方式解决了化工实训教学的难题，为能培养知识储备丰富、操作技能过硬、职业素养高的现代化工人才奠定了良好的基础。

参考文献：

[1]吕国峰.基于学科核心素养的中职化工实训教学策略研究[J].职业教育，2019（44）：26.

作者：王志平