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- 1 -,,仿真技術(shù)與化工職業(yè)培訓(xùn)及技能鑒定,- 2 -,,仿真技術(shù)與化工職業(yè)教育,仿真系統(tǒng)的概念與發(fā)展歷史 go 仿真系統(tǒng)的常見結(jié)構(gòu) go 化工仿真系統(tǒng)在培訓(xùn)及技能鑒定中的應(yīng)用 go 企業(yè)仿真培訓(xùn)基地建設(shè)的典型實例 go 未來化工仿真系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 go 國家及工業(yè)企業(yè)對技能大賽的關(guān)注 go,- 3 -,仿真技術(shù)基本概念,仿真技術(shù),實際系統(tǒng) 或假想系統(tǒng),數(shù)學(xué)模型,仿真系統(tǒng),,,,,,建模,軟件化（仿真）,基本概念： （1） 系統(tǒng)：具有完整功能，內(nèi)涵 明確、邊界清晰 過程系統(tǒng)：連續(xù)性系統(tǒng)（對應(yīng)離散系統(tǒng)而言） （2）數(shù)學(xué)模型：數(shù)學(xué)表達式的集合 （3）仿真系統(tǒng)：實物仿真(物理)、半實物數(shù)字仿真、數(shù)學(xué)仿真（軟件為核心） （4）系統(tǒng)軟件設(shè)計、編程：數(shù)學(xué)模型、人機界面、軟件管理 （5）建模:：建立描述某系統(tǒng)的完整教學(xué)模型 目的不同 數(shù)學(xué)模型不同 數(shù)學(xué)模型 演繹成可求解的程度（仿真模型） （6）軟件化（仿真）：需求分析 系統(tǒng)分析 （軟件）設(shè)計 編程 調(diào)試與測試,,,,,,,,,,- 4 -,,使用項目模型將特定于某一具體層次的不確定性轉(zhuǎn)化為它們對目標的影響，該影響是在項目整體的層次上表示的。項目仿真利用計算機模型和某一具體層次的風(fēng)險估計，一般采用蒙特卡洛法進行仿真。 利用模型復(fù)現(xiàn)實際系統(tǒng)中發(fā)生的本質(zhì)過程，并通過對系統(tǒng)模型的實驗來研究存在的或設(shè)計中的系統(tǒng)，又稱模擬。這里所指的模型包括物理的和數(shù)學(xué)的，靜態(tài)的和動態(tài)的，連續(xù)的和離散的各種模型。所指的系統(tǒng)也很廣泛,包括電氣、機械、化工、水力、熱力等系統(tǒng),也包括社會、經(jīng)濟、生態(tài)、管理等系統(tǒng)。當(dāng)所研究的系統(tǒng)造價昂貴、實驗的危險性大或需要很長的時間才能了解系統(tǒng)參數(shù)變化所引起的后果時，仿真是一種特別有效的研究手段。仿真的重要工具是計算機。仿真與數(shù)值計算、求解方法的區(qū)別在于它首先是一種實驗技術(shù)。仿真過程包括建立仿真模型和進行仿真實驗兩個主要步驟。,- 5 -,,簡史 20世紀初仿真技術(shù)已得到應(yīng)用。例如在實驗室中建立水利模型，進行水利學(xué)方面的研究。40～50年代航空、航天和原子能技術(shù)的發(fā)展推動了仿真技術(shù)的進步。60年代計算機技術(shù)的突飛猛進，為仿真技術(shù)提供了先進的工具，加速了仿真技術(shù)的發(fā)展。 利用計算機實現(xiàn)對于系統(tǒng)的仿真研究不僅方便、靈活，而且也是經(jīng)濟的。因此計算機仿真在仿真技術(shù)中占有重要地位。50年代初，連續(xù)系統(tǒng)的仿真研究絕大多數(shù)是在模擬計算機上進行的。50年代中，人們開始利用數(shù)字計算機實現(xiàn)數(shù)字仿真。計算機仿真技術(shù)遂向模擬計算機仿真和數(shù)字計算機仿真兩個方向發(fā)展。在模擬計算機仿真中增加邏輯控制和模擬存儲功能之后，又出現(xiàn)了混合模擬計算機仿真，以及把混合模擬計算機和數(shù)字計算機聯(lián)合在一起的混合計算機仿真。在發(fā)展仿真技術(shù)的過程中已研制出大量仿真程序包和仿真語言。70年代后期，還研制成功專用的全數(shù)字并行仿真計算機,- 6 -,,分類 仿真可以按不同原則分類：①按所用模型的類型（物理模型、數(shù)學(xué)模型、物理－數(shù)學(xué)模型）分為物理仿真、計算機仿真（數(shù)學(xué)仿真）、半實物仿真；②按所用計算機的類型（模擬計算機、數(shù)字計算機、混合計算機）分為模擬仿真、數(shù)字仿真和混合仿真；③按仿真對象中的信號流（連續(xù)的、離散的）分為連續(xù)系統(tǒng)仿真和離散系統(tǒng)仿真；④按仿真時間與實際時間的比例關(guān)系分為實時仿真（仿真時間標尺等于自然時間標尺）、超實時仿真（仿真時間標尺小于自然時間標尺）和亞實時仿真（仿真時間標尺大于自然時間標尺）；⑤按對象的性質(zhì)分為宇宙飛船仿真、化工系統(tǒng)仿真、經(jīng)濟系統(tǒng)仿真等。,- 7 -,,仿真實驗 通過實驗可觀察系統(tǒng)模型各變量變化的全過程。為了尋求系統(tǒng)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，常常要在仿真模型上進行多次實驗。下圖為某工程系統(tǒng)仿真的流程圖。在系統(tǒng)的設(shè)計階段，人們大多利用計算機進行數(shù)學(xué)仿真實驗，因為修改、變換模型比較方便和經(jīng)濟。在部件研制階段，可用已研制的實際部件或子系統(tǒng)去代替部分計算機仿真模型進行半實物仿真實驗，以提高仿真實驗的可信度。在系統(tǒng)研制階段，大多進行半實物仿真實驗，以修改各部件或子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。在個別情況下，可進行全物理的仿真實驗，這時計算機仿真模型全部被物理模型或?qū)嵨锼?。全物理仿真具有更高的可信度，但價格昂貴。(上海仿真工廠）,- 8 -,,仿真工具 主要指的是仿真硬件和仿真軟件。仿真硬件中最主要的是計算機。用于仿真的計算機有三種類型：模擬計算機、數(shù)字計算機和混合計算機。數(shù)字計算機還可分為通用數(shù)字計算機和專用的數(shù)字計算機。模擬計算機主要用于連續(xù)系統(tǒng)的仿真，稱為模擬仿真。在進行模擬仿真時，依據(jù)仿真模型(在這里是排題圖)將各運算放大器按要求連接起來，并調(diào)整有關(guān)的系數(shù)器。改變運算放大器的連接形式和各系數(shù)的調(diào)定值，就可修改模型。仿真結(jié)果可連續(xù)輸出。因此，模擬計算機的人機交互性好，適合于實時仿真。改變時間比例尺還可實現(xiàn)超實時的仿真。60年代前的數(shù)字計算機由于運算速度低和人機交互性差，在仿真中應(yīng)用受到限制?，F(xiàn)代的數(shù)字計算機已具有很高的速度，某些專用的數(shù)字計算機的速度更高，已能滿足大部分系統(tǒng)的實時仿真的要求，由于軟件、接口和終端技術(shù)的發(fā)展，人機交互性也已有很大提高。因此數(shù)字計算機已成為現(xiàn)代仿真的主要工具。混合計算機把模擬計算機和數(shù)字計算機聯(lián)合在一起工作，充分發(fā)揮模擬計算機的高速度和數(shù)字計算機的高精度、邏輯運算和存儲能力強的優(yōu)點。但這種系統(tǒng)造價較高，只宜在一些要求嚴格的系統(tǒng)仿真中使用。除計算機外，仿真硬件還包括一些專用的物理仿真器，如運動仿真器、目標仿真器、負載仿真器、環(huán)境仿真器等。仿真軟件包括為仿真服務(wù)的仿真程序、仿真程序包、仿真語言和以數(shù)據(jù)庫為核心的仿真軟件系統(tǒng)。,- 9 -,,應(yīng)用和效益 仿真技術(shù)得以發(fā)展的主要原因，是它所帶來的巨大社會經(jīng)濟效益。50年代和60年代仿真主要應(yīng)用于航空、航天、電力、化工以及其他工業(yè)過程控制等工程技術(shù)領(lǐng)域。在航空工業(yè)方面，采用仿真技術(shù)使大型客機的設(shè)計和研制周期縮短20％。利用飛行仿真器在地面訓(xùn)練飛行員，不僅節(jié)省大量燃料和經(jīng)費（其經(jīng)費僅為空中飛行訓(xùn)練的十分之一），而且不受氣象條件和場地的限制。此外，在飛行仿真器上可以設(shè)置一些在空中訓(xùn)練時無法設(shè)置的故障，培養(yǎng)飛行員應(yīng)付故障的能力。訓(xùn)練仿真器所特有的安全性也是仿真技術(shù)的一個重要優(yōu)點。在航天工業(yè)方面，采用仿真實驗代替實彈試驗可使實彈試驗的次數(shù)減少80％。在電力工業(yè)方面采用仿真系統(tǒng)對核電站進行調(diào)試、維護和排除故障，一年即可收回建造仿真系統(tǒng)的成本?，F(xiàn)代仿真技術(shù)不僅應(yīng)用于傳統(tǒng)的工程領(lǐng)域，而且日益廣泛地應(yīng)用于社會、經(jīng)濟、生物等領(lǐng)域，如交通控制、城市規(guī)劃、資源利用、環(huán)境污染防治、生產(chǎn)管理、市場預(yù)測、世界經(jīng)濟的分析和預(yù)測、人口控制等。對于社會經(jīng)濟等系統(tǒng)，很難在真實的系統(tǒng)上進行實驗。因此，利用仿真技術(shù)來研究這些系統(tǒng)就具有更為重要的意義。,- 10 -,仿真技術(shù)的應(yīng)用,仿真技術(shù)應(yīng)用,輔助訓(xùn)練與考核,輔助設(shè)計,輔助研究,輔助生產(chǎn)與制造,娛樂,軍 事,航空航天,核電火電,石油化工,職業(yè)教育,航空航天,工業(yè)民用,醫(yī)學(xué)藥學(xué),航空航天,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,核試驗,- 11 -,石化仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系,,,控制室,生產(chǎn)裝置,操作員 （觀察、分析、判斷、操作）,,,,,,操作 信息,生產(chǎn) 信息,內(nèi)操,外操,事故干擾,仿“控制室+現(xiàn)場操作” 軟件,操作員 （觀察、分析、判斷、操作）,,內(nèi)操,仿工藝生產(chǎn)過程軟件,教員,,事故干擾 培訓(xùn)指令,,,仿生產(chǎn) 信息,操作 信息,實 際 生 產(chǎn) 過 程,仿 真 系 統(tǒng) 過 程,外操,操作評價 系統(tǒng)軟件,,- 12 -,石化仿真系統(tǒng)的發(fā)展歷程,,網(wǎng)絡(luò)化，3D化發(fā)展,- 13 -,石化仿真系統(tǒng)特點與應(yīng)用,石化仿真系統(tǒng),1、新型、高技術(shù)培訓(xùn)手 段，提高培訓(xùn)效果，節(jié)省 培訓(xùn)費用，縮短培訓(xùn)時間,3、對新裝置開停工進行 預(yù)培訓(xùn)，使操作人員快速 掌握開工操作技能。,4、使操作人員深刻理解工藝機理，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。,6、滿足在線技能考核的 需要。比單純的理論考 試和人為打分的實物操 作考試有自身的優(yōu)勢。,2、解決人人動手的問 題。沒有操作風(fēng)險， 沒有損耗，可以模擬 真實的操作環(huán)境。,5、使操作工熟悉DCS操作，將工藝培訓(xùn)、設(shè)備培訓(xùn)和自動化培訓(xùn)整合在一起,,- 14 -,,教師指令臺,仿真計算機,打印機,,,,,,,,,學(xué)生站、仿DCS操作站,以前：局域網(wǎng) 未來：internet,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,模擬操作盤或其他硬件,“東方仿真”的硬件具有良好的通用性，對于不同的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，硬件相同 “東方仿真”的仿真系統(tǒng)具有“獨立培訓(xùn)和聯(lián)合培訓(xùn)”兩種模式，可隨意分配與組合,石化仿真系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu),- 15 -,石化仿真系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu),,教師指令站,,,學(xué)員操作站,,,- 16 -,,石化仿真系統(tǒng)國內(nèi)外比較,- 17 -,石化仿真系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu),工藝算法模型,- 18 -,,石化仿真系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)——操作界面,2、仿DCS操作界面,仿真系統(tǒng): 仿TDC300系統(tǒng)和仿CS系統(tǒng),- 19 -,仿DCS及仿現(xiàn)場軟件,流程現(xiàn)場操作界面仿真效果,仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)——操作界面,- 20 -,操作指導(dǎo)評價系統(tǒng),特點： 無需編程，用戶組態(tài)。 在線指導(dǎo)。 在線評判。 適用開停車及事故處理。,,仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)——操作評價系統(tǒng),- 21 -,操作指導(dǎo)評價系統(tǒng),,為中海油的采油平臺工藝仿真配套在線評價系統(tǒng): 操作指導(dǎo)隨仿真軟件在線運行。 實時打分 成績可上傳教師指令站。,仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)——操作評價系統(tǒng),- 22 -,仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)——教師指令站,石化仿真教師指令站（考核模塊）,自定義常規(guī)項目,文字考題,事故自定義：特定事故、設(shè)備事故、 通用事故,事故處理,生成培訓(xùn)項目和考卷 （中石油中石化技能大賽考卷）,隨機事故,,,,,,,,,,,開、停車,- 23 -,總體監(jiān)控軟件（教師站管理系統(tǒng)）,主要功能： 啟動/終止學(xué)員站軟件 設(shè)定培訓(xùn)項目 授權(quán)學(xué)員站 快門存/取 成績統(tǒng)計 臨時故障設(shè)置 考核管理 考試的策略管理。,,仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)——教師指令站,,- 24 -,石化仿真系統(tǒng)在企業(yè)用戶中的應(yīng)用分類,化工仿真系統(tǒng),針對性開發(fā)裝置,多媒體素材庫,裝置級,單元級,特點：針對性強，投資大、開發(fā)周期長、需要技術(shù)人員及資料配合,應(yīng)用：裝置開工前的開停工、典型重大特定事故的處理技能培訓(xùn)考核,特點：具有同類裝置的一定共性，投資小、周期短，培訓(xùn)考核項目多,應(yīng)用：開停工、典型重大事故處理，側(cè)重通用事故；企業(yè)技能競賽,特點：通用性非常強，、覆蓋的工藝內(nèi)容廣泛、仿真詳細程度高、投資小，周期短。,應(yīng)用：初、中級及新入廠工人以及職業(yè)學(xué)校的技能培訓(xùn)、考核,,,,,,,,,,,,通用產(chǎn)品,化工工藝、設(shè)備、儀表等多媒體素材庫 事故案例培訓(xùn),應(yīng)用：應(yīng)知理論和應(yīng)會技能培訓(xùn) 安全知識與事故案例培訓(xùn),,,,- 25 -,典型工業(yè)企業(yè)用戶的仿真系統(tǒng)建設(shè)模式,典型仿真基地建設(shè)模式,三、合作定制開發(fā)仿真軟件。 合作定制或深度介入開發(fā)仿真系統(tǒng) 有些用戶會有仿真硬件和虛擬裝置的開發(fā)要求,一、應(yīng)知理論部分： 購買素材庫、課件，建立網(wǎng)絡(luò)課程平臺等,二、通用應(yīng)會技能培訓(xùn)部分 選擇購買裝置級、以及工業(yè)單元級仿真軟件產(chǎn)品（通用典型工藝單元）,- 26 -,應(yīng)知理論培訓(xùn)內(nèi)容:,應(yīng)知理論培訓(xùn),,石化仿真系統(tǒng)軟件在企業(yè)培訓(xùn)中的應(yīng)用,- 27 -,石化仿真系統(tǒng)軟件在企業(yè)培訓(xùn)中的應(yīng)用,單純的多媒體交互形式（課件）,- 28 -,石化仿真系統(tǒng)軟件在企業(yè)培訓(xùn)中的應(yīng)用,為西南油氣田公司開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)課程及平臺,目前已經(jīng)開發(fā)： 采氣工 輸氣工 采油工 凈化分析工 凈化運行工 等多門網(wǎng)絡(luò)課程,- 29 -,石化仿真系統(tǒng)軟件在企業(yè)培訓(xùn)中的應(yīng)用,通用產(chǎn)品——小型實驗裝置仿真軟件,小型中試裝置仿真軟件,- 30 -,石化仿真系統(tǒng)軟件在企業(yè)培訓(xùn)中的應(yīng)用,通用產(chǎn)品——儀器類仿真軟件,分析儀器仿真軟件（儀器面板類仿真）,- 31 -,為煉化行業(yè)開發(fā)的典型單元仿真軟件,,,石化仿真系統(tǒng)在企業(yè)培訓(xùn)中的應(yīng)用,- 32 -,石化仿真系統(tǒng)在企業(yè)培訓(xùn)中的應(yīng)用,單元仿真適應(yīng)性強，符合煉化行業(yè)初級培訓(xùn)的要求,多年積累 17個不同單元 涵蓋化工流程各個方面。,- 33 -,大工段仿真軟件—煤化工,煤化工相關(guān)： 合成氨合成工段 甲醇合成工段 （TDC3000系統(tǒng)）,石化仿真系統(tǒng)在企業(yè)培訓(xùn)中的應(yīng)用,- 34 -,大工段仿真軟件—有機/無機化工,化工相關(guān)： 醋酸工藝仿真 丙烯酸酯工藝仿真,石化仿真系統(tǒng)在企業(yè)培訓(xùn)中的應(yīng)用,- 35 -,大工段仿真軟件—石油化工,石油加工相關(guān)： 乙烯工藝 催化裂化工藝仿真,石化仿真系統(tǒng)在企業(yè)培訓(xùn)中的應(yīng)用,- 36 -,使用石化仿真系統(tǒng)的企業(yè)用戶,為什么仿真軟件在不同的企業(yè)有不一樣的使用率和使用效果，我們認為仿真系統(tǒng)應(yīng)該起到的作用如下：,1、工程上的讀圖繪圖能力。尤其是PID圖和PF圖。 2、工藝和自動化的結(jié)合能力。 3、建立工程理論概念：最基礎(chǔ)的三傳一反，尤其是物料平衡表和上下游的流程概念。 4、將理論概念聯(lián)系實際操作。例如：離心泵前有帶壓罐，結(jié)合氣蝕氣附現(xiàn)象。 5、掌握系統(tǒng)調(diào)節(jié)的思路和方法。例如：精餾單元多種方法可以調(diào)解塔頂壓力，如何選擇。 6、掌握判讀系統(tǒng)故障的思路和常見方法。安全第一，速度第一。,- 37 -,典型企業(yè)仿真培訓(xùn)機房——帶專用鍵盤,- 38 -,典型企業(yè)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)（帶硬件）,煉油廠催化裂化仿真培訓(xùn)系統(tǒng) 化肥廠合成氨仿真培訓(xùn)系統(tǒng) 石化廠乙烯裂解仿真培訓(xùn)系統(tǒng),,,,- 39 -,烏石化仿真培訓(xùn)基地,- 40 -,工業(yè)用戶培訓(xùn)基地建設(shè),帶工業(yè)儀表盤的班組模式仿真系統(tǒng),配合模式操作 有工業(yè)儀表盤 可以切換不同的工 業(yè)流程。,- 41 -,帶工業(yè)儀表盤的班組模式仿真系統(tǒng),,工業(yè)用戶培訓(xùn)基地建設(shè),- 42 -,半實物的大型的仿真工廠—— 上海華誼集團培訓(xùn)中心,等比例縮小的裝置 模型 現(xiàn)場閥門、儀表、 動力設(shè)備齊全。 真實模擬工業(yè)現(xiàn)場 操作環(huán)境。 團隊操作，分內(nèi)操 、外操。,工業(yè)用戶培訓(xùn)基地建設(shè),- 43 -,半實物的大型仿真工廠——上海華誼集團培訓(xùn)中心,,,工業(yè)用戶培訓(xùn)基地建設(shè),- 44 -,未來石化仿真系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,不再是單純的工藝仿真軟件。仿真軟件只是整個培訓(xùn)環(huán)節(jié)的一種應(yīng)用形式，應(yīng)該和理論課件、現(xiàn)場錄像、標準化問答題、專業(yè)教材、講義整合在一起。 網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用（網(wǎng)絡(luò)化參與、網(wǎng)絡(luò)化獲得、網(wǎng)絡(luò)化運行）。 × 大家都是內(nèi)容的提供者，便于企業(yè)的知識歸納和沉淀。 × 用戶可以靈活的租用軟件，而不一定購買。 × 滿足培訓(xùn)中心對外臨時舉辦培訓(xùn)/鑒定班的軟件應(yīng)用需要。 × 類似網(wǎng)絡(luò)游戲模式的應(yīng)用。滿足跨地區(qū)的培訓(xùn)，考核， 網(wǎng)絡(luò)對抗訓(xùn)練等。 界面3D化，逼真化。不僅僅是模擬工藝DCS界面，需要更多的真實現(xiàn)場界面。,- 45 -,未來石化仿真系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,網(wǎng)絡(luò)上的培訓(xùn)大廳,每個大廳提供不同的培訓(xùn)內(nèi)容,- 46 -,未來石化仿真系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,軟件獲得由網(wǎng)絡(luò)下載， 在線激活， 靈活租用。,- 47 -,未來石化仿真系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,工業(yè)現(xiàn)場照片 3D制作的虛擬場景,,- 48 -,全國石油和化工職業(yè)院校學(xué)生技能大賽,從2005-2007連續(xù)3屆 仿真作為工藝操作考核模塊得到認可 在線評價系統(tǒng)客觀、公正、便捷。,- 49 -,全國石油和化工職業(yè)院校學(xué)生技能大賽,逐步發(fā)展： 從固定考題向組合考題發(fā)展。 從單純工藝仿真向理論問答結(jié)合工藝仿真發(fā)展。 從不可改變事故向隨機事故發(fā)展。,- 50 -,全國石油和化工職業(yè)院校學(xué)生技能大賽,未來發(fā)展： 向網(wǎng)絡(luò)化仿真發(fā)展。滿足進行網(wǎng)絡(luò)上的仿真操作對抗。（網(wǎng)游模式） 從單元仿真向流程級仿真發(fā)展。單人操作向團隊聯(lián)合操作發(fā)展。 更逼真的隨機事故，更加貼近工業(yè)現(xiàn)場。,- 51 -,2006年度全國石化行業(yè)技能競賽,,企業(yè)也同樣重視技能大賽。 中石油、中石化聯(lián)合搞得技能大賽。,- 52 -,2006年度全國石化行業(yè)技能競賽,中石油、中石化聯(lián)合搞得技能大賽同樣包括仿真，占30%的成績。,- 53 -,2006年度全國石化行業(yè)技能競賽,