1、- 1 -仿真技術與化工職業培訓及技能鑒定仿真技術與化工職業培訓及技能鑒定 - 2 -仿真技術與化工職業教育仿真技術與化工職業教育 仿真系統的概念與發展歷史仿真系統的概念與發展歷史 go 仿真系統的常見結構仿真系統的常見結構 go 化工仿真系統在培訓及技能鑒定中的應用化工仿真系統在培訓及技能鑒定中的應用 go 企業仿真培訓基地建設的典型實例企業仿真培訓基地建設的典型實例 go 未來化工仿真系統的發展趨勢未來化工仿真系統的發展趨勢 go 國家及工業企業對技能大賽的關注國家及工業企業對技能大賽的關注 go- 3 -仿真技術基本概念仿真技術仿真技術 實際系統實際系統或假想系統或假想系統 數學模型數學

2、模型 仿真系統仿真系統建模建模軟件化（仿真）軟件化（仿真）基本概念：基本概念： （1） 系統：具有完整功能，內涵系統：具有完整功能，內涵 明確、邊界清晰明確、邊界清晰 過程系統：連續性系統（對應離散系統而言）過程系統：連續性系統（對應離散系統而言） （2）數學模型：數學表達式的集合）數學模型：數學表達式的集合 （3）仿真系統：實物仿真）仿真系統：實物仿真(物理物理)、半實物數字仿真、數學仿真（軟件為核心）、半實物數字仿真、數學仿真（軟件為核心） （4）系統軟件設計、編程：數學模型、人機界面、軟件管理）系統軟件設計、編程：數學模型、人機界面、軟件管理 （5）建模）建模:：建立描述某系統的完整教學

3、模型：建立描述某系統的完整教學模型 目的不同目的不同 數學模型不同數學模型不同 數學模型數學模型 演繹成可求解的程度（仿真模型）演繹成可求解的程度（仿真模型） （6）軟件化（仿真）：需求分析）軟件化（仿真）：需求分析 系統分析系統分析 （軟件）設計（軟件）設計 編程編程 調試與測試調試與測試- 4 -使用項目模型將特定于某一具體層次的不確定性轉化為它們對目標的使用項目模型將特定于某一具體層次的不確定性轉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險估計，一般采用型和某一具體層次的風險

4、估計，一般采用蒙特卡洛法蒙特卡洛法進行仿真。進行仿真。 利用模型復現實際系統中發生的本質過程，并通過對系統模型的利用模型復現實際系統中發生的本質過程，并通過對系統模型的實驗來研究存在的或設計中的系統，又稱模擬。這里所指的模型包括實驗來研究存在的或設計中的系統，又稱模擬。這里所指的模型包括物理的和數學的，靜態的和動態的，連續的和離散的各種模型。所指物理的和數學的，靜態的和動態的，連續的和離散的各種模型。所指的系統也很廣泛的系統也很廣泛, ,包括電氣、機械、化工、水力、熱力等系統包括電氣、機械、化工、水力、熱力等系統, ,也包括也包括社會、經濟、生態、管理等系統。當所研究的系統造價昂貴、實驗的社會

5、、經濟、生態、管理等系統。當所研究的系統造價昂貴、實驗的危險性大或需要很長的時間才能了解系統參數變化所引起的后果時，危險性大或需要很長的時間才能了解系統參數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。仿真與數值計算、求解方法的區別在于它首先是一種實驗技術。仿真過程包數值計算、求解方法的區別在于它首先是一種實驗技術。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。括建立仿真模型和進行仿真實驗兩個主要步驟。 - 5 -簡史簡史2020世紀初仿真技術已得到應用。例如在實驗室中建立水利模型，世紀初仿真技術已得

6、到應用。例如在實驗室中建立水利模型，進行水利學方面的研究。進行水利學方面的研究。40405050年代航空、航天和原子能技術的發展年代航空、航天和原子能技術的發展推動了仿真技術的進步。推動了仿真技術的進步。6060年代計算機技術的突飛猛進，為仿真技術年代計算機技術的突飛猛進，為仿真技術提供了先進的工具，加速了仿真技術的發展。提供了先進的工具，加速了仿真技術的發展。 利用計算機實現對于系統的仿真研究不僅方便、靈活，而且也是利用計算機實現對于系統的仿真研究不僅方便、靈活，而且也是經濟的。因此計算機仿真在仿真技術中占有重要地位。經濟的。因此計算機仿真在仿真技術中占有重要地位。5050年代初，連年代初，

7、連續系統的仿真研究絕大多數是在模擬計算機上進行的。續系統的仿真研究絕大多數是在模擬計算機上進行的。5050年代中，人年代中，人們開始利用數字計算機實現數字仿真。計算機仿真技術遂向模擬計算們開始利用數字計算機實現數字仿真。計算機仿真技術遂向模擬計算機仿真和數字計算機仿真兩個方向發展。在模擬計算機仿真中增加邏機仿真和數字計算機仿真兩個方向發展。在模擬計算機仿真中增加邏輯控制和模擬存儲功能之后，又出現了混合模擬計算機仿真，以及把輯控制和模擬存儲功能之后，又出現了混合模擬計算機仿真，以及把混合模擬計算機和數字計算機聯合在一起的混合計算機仿真。在發展混合模擬計算機和數字計算機聯合在一起的混合計算機仿真。

8、在發展仿真技術的過程中已研制出大量仿真程序包和仿真語言。仿真技術的過程中已研制出大量仿真程序包和仿真語言。7070年代后期，年代后期，還研制成功專用的全數字并行仿真計算機還研制成功專用的全數字并行仿真計算機- 6 - 分類分類 仿真可以按不同原則分類：仿真可以按不同原則分類：按所用模型的類型（物按所用模型的類型（物理模型、數學模型、物理數學模型）分為物理仿真、計理模型、數學模型、物理數學模型）分為物理仿真、計算機仿真（數學仿真）、半實物仿真；算機仿真（數學仿真）、半實物仿真；按所用計算機的按所用計算機的類型（模擬計算機、數字計算機、混合計算機）分為模擬類型（模擬計算機、數字計算機、混合計算機）

9、分為模擬仿真、數字仿真和混合仿真；仿真、數字仿真和混合仿真；按仿真對象中的信號流按仿真對象中的信號流（連續的、離散的）分為連續系統仿真和離散系統仿真；（連續的、離散的）分為連續系統仿真和離散系統仿真；按仿真時間與實際時間的比例關系分為實時仿真（仿真按仿真時間與實際時間的比例關系分為實時仿真（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）；自然時間標尺）；按對象的性質分為宇宙飛船仿真、化按對象的性質分為宇宙飛船仿真、化工系統仿

10、真、經濟系統仿真等。工系統仿真、經濟系統仿真等。 - 7 - 仿真實驗仿真實驗 通過實驗可觀察系統模型各變量變化的全過程。為了通過實驗可觀察系統模型各變量變化的全過程。為了尋求系統的最優結構和參數，常常要在仿真模型上進行多尋求系統的最優結構和參數，常常要在仿真模型上進行多次實驗。下圖為某工程系統仿真的流程圖。在系統的設計次實驗。下圖為某工程系統仿真的流程圖。在系統的設計階段，人們大多利用計算機進行數學仿真實驗，因為修改、階段，人們大多利用計算機進行數學仿真實驗，因為修改、變換模型比較方便和經濟。在部件研制階段，可用已研制變換模型比較方便和經濟。在部件研制階段，可用已研制的實際部件或子系統去代替

11、部分計算機仿真模型進行半實的實際部件或子系統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。在系統研制階段，物仿真實驗，以提高仿真實驗的可信度。在系統研制階段，大多進行半實物仿真實驗，以修改各部件或子系統的結構大多進行半實物仿真實驗，以修改各部件或子系統的結構和參數。在個別情況下，可進行全物理的仿真實驗，這時和參數。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實物所代替。全物理仿計算機仿真模型全部被物理模型或實物所代替。全物理仿真具有更高的可信度，但價格昂貴。真具有更高的可信度，但價格昂貴。( (上海仿真工廠）上海仿真工廠） - 8 -仿真工具仿

12、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、數字計算機和混合計算機。數字計仿真的計算機有三種類型：模擬計算機、數字計算機和混合計算機。數字計算機還可分為通用數字計算機和專用的數字計算機。模擬計算機主要用于連算機還可分為通用數字計算機和專用的數字計算機。模擬計算機主要用于連續系統的仿真，稱為模擬仿真。在進行模擬仿真時，依據仿真模型續系統的仿真，稱為模擬仿真。在進行模擬仿真時，依據仿真模型( (在這里是在這里是排題圖排題圖) )將各運算放大器按要求連接起來，并調整有關的系數器。

13、改變運算放將各運算放大器按要求連接起來，并調整有關的系數器。改變運算放大器的連接形式和各系數的調定值，就可修改模型。仿真結果可連續輸出。大器的連接形式和各系數的調定值，就可修改模型。仿真結果可連續輸出。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超實時的仿真。實現超實時的仿真。6060年代前的數字計算機由于運算速度低和人機交互性差，年代前的數字計算機由于運算速度低和人機交互性差，在仿真中應用受到限制。現代的數字計算機已具有很高的速度，某些專用的在仿真中應用受到限制。現代的數字計算機已具有很高的速度，某些

14、專用的數字計算機的速度更高，已能滿足大部分系統的實時仿真的要求，由于軟件、數字計算機的速度更高，已能滿足大部分系統的實時仿真的要求，由于軟件、接口和終端技術的發展，人機交互性也已有很大提高。因此數字計算機已成接口和終端技術的發展，人機交互性也已有很大提高。因此數字計算機已成為現代仿真的主要工具。混合計算機把模擬計算機和數字計算機聯合在一起為現代仿真的主要工具。混合計算機把模擬計算機和數字計算機聯合在一起工作，充分發揮模擬計算機的高速度和數字計算機的高精度、邏輯運算和存工作，充分發揮模擬計算機的高速度和數字計算機的高精度、邏輯運算和存儲能力強的優點。但這種系統造價較高，只宜在一些要求嚴格的系統仿

15、真中儲能力強的優點。但這種系統造價較高，只宜在一些要求嚴格的系統仿真中使用。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、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、環境仿真器等。仿真軟件包括為仿真服務的仿真目標仿真器、負載仿真器、環境仿真器等。仿真軟件包括為仿真服務的仿真程序、仿真程序包、仿真語言和以數據庫為核心的仿真軟件系統。程序、仿真程序包、仿真語言和以數據庫為核心的仿真軟件系統。 - 9 -應用和效益應用和效益仿真技術得以發展的主要原因，是它所帶來的巨大社會經濟效益。仿真技術得以發展的主要原因，是它所帶來的巨大社會經濟效益

16、。5050年代和年代和6060年代仿真主要應用于航空、航天、電力、化工以及其他工年代仿真主要應用于航空、航天、電力、化工以及其他工業過程控制等工程技術領域。在航空工業方面，采用仿真技術使大型業過程控制等工程技術領域。在航空工業方面，采用仿真技術使大型客機的設計和研制周期縮短客機的設計和研制周期縮短2020。利用飛行仿真器在地面訓練飛行員，。利用飛行仿真器在地面訓練飛行員，不僅節省大量燃料和經費（其經費僅為空中飛行訓練的十分之一），不僅節省大量燃料和經費（其經費僅為空中飛行訓練的十分之一），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置一而且不受氣象條件和場地的限制。此外，在飛行仿真

17、器上可以設置一些在空中訓練時無法設置的故障，培養飛行員應付故障的能力。訓練些在空中訓練時無法設置的故障，培養飛行員應付故障的能力。訓練仿真器所特有的安全性也是仿真技術的一個重要優點。在航天工業方仿真器所特有的安全性也是仿真技術的一個重要優點。在航天工業方面，采用仿真實驗代替實彈試驗可使實彈試驗的次數減少面，采用仿真實驗代替實彈試驗可使實彈試驗的次數減少8080。在電。在電力工業方面采用仿真系統對核電站進行調試、維護和排除故障，一年力工業方面采用仿真系統對核電站進行調試、維護和排除故障，一年即可收回建造仿真系統的成本。現代仿真技術不僅應用于傳統的工程即可收回建造仿真系統的成本。現代仿真技術不僅應

18、用于傳統的工程領域，而且日益廣泛地應用于社會、經濟、生物等領域，如交通控制、領域，而且日益廣泛地應用于社會、經濟、生物等領域，如交通控制、城市規劃、資源利用、環境污染防治、生產管理、市場預測、世界經城市規劃、資源利用、環境污染防治、生產管理、市場預測、世界經濟的分析和預測、人口控制等。對于社會經濟等系統，很難在真實的濟的分析和預測、人口控制等。對于社會經濟等系統，很難在真實的系統上進行實驗。因此，利用仿真技術來研究這些系統就具有更為重系統上進行實驗。因此，利用仿真技術來研究這些系統就具有更為重要的意義。要的意義。 - 10 -仿真技術的應用仿真技術應用仿真技術應用輔助訓練輔助訓練與考核與考核輔

19、助設計輔助設計輔助研究輔助研究輔助生產輔助生產與制造與制造娛樂娛樂軍軍 事事 航航空空航航天天核核電電火火電電石石油油化化工工職職業業教教育育航航空空航航天天工工業業民民用用醫醫學學藥藥學學航航空空航航天天核核試試驗驗- 11 -石化仿真系統的結構體系控制室控制室生產裝置生產裝置操作員操作員（觀察、分析、判斷、操作）（觀察、分析、判斷、操作）操作操作信息信息生產生產信息信息內操內操外操外操事故干擾事故干擾仿仿“控制室控制室+ +現場操作現場操作”軟件軟件操作員操作員（觀察、分析、（觀察、分析、判斷、操作）判斷、操作）內內操操仿工藝生產過程軟件仿工藝生產過程軟件教員教員事故干擾事故干擾培訓指令培

20、訓指令仿生產仿生產信息信息操作操作信息信息實實際際生生產產過過程程仿仿真真系系統統過過程程外操外操操作評價操作評價系統軟件系統軟件- 12 -純軟件仿真軟硬結合 半實物仿真實物仿真裝置石化仿真系統的發展歷程網絡化，3d化發展- 13 -石化仿真系統特點與應用石化仿真系統石化仿真系統1 1、新型、高技術培訓手、新型、高技術培訓手段，提高培訓效果，節省段，提高培訓效果，節省培訓費用，縮短培訓時間培訓費用，縮短培訓時間3 3、對新裝置開停工進行、對新裝置開停工進行預培訓，使操作人員快速預培訓，使操作人員快速掌握開工操作技能。掌握開工操作技能。4、使操作人員深刻理解工、使操作人員深刻理解工藝機理，掌握

21、復雜裝置的藝機理，掌握復雜裝置的操作調控技能，熟悉事故操作調控技能，熟悉事故和突發事件的處理方法。和突發事件的處理方法。6 6、滿足在線技能考核的、滿足在線技能考核的需要。比單純的理論考需要。比單純的理論考試和人為打分的實物操試和人為打分的實物操作考試有自身的優勢。作考試有自身的優勢。2、解決人人動手的問、解決人人動手的問題。沒有操作風險，題。沒有操作風險，沒有損耗，可以模擬沒有損耗，可以模擬真實的操作環境。真實的操作環境。5、使操作工熟悉、使操作工熟悉dcs操操作，將工藝培訓、設備作，將工藝培訓、設備培訓和自動化培訓整合培訓和自動化培訓整合在一起在一起- 14 -教師指令臺教師指令臺仿真計算

22、機仿真計算機打印機打印機學生站、仿學生站、仿dcsdcs操作站操作站以前：局域網以前：局域網未來：未來：internetinternet模擬操作盤或其他硬件模擬操作盤或其他硬件“東方仿真東方仿真”的硬件具有良好的通用性，對于不同的仿真培訓系統，硬件相同的硬件具有良好的通用性，對于不同的仿真培訓系統，硬件相同“東方仿真東方仿真”的仿真系統具有的仿真系統具有“獨立培訓和聯合培訓獨立培訓和聯合培訓”兩種模式，可隨意分配與兩種模式，可隨意分配與組合組合石化仿真系統硬件結構- 15 -石化仿真系統硬件結構教師指令站教師指令站學員操作站學員操作站- 16 -國外仿真系統國內仿真系統備注硬件系統小型機/微機

23、+真實dcs操作站微機+仿dcs操作站（基于微機）國內比國外投資小、擴展靈活、升級方便系統功能常規仿真系統功能齊全常規仿真系統功能齊全+技能鑒定功能國內比國外具備技能鑒定功能開發技術序慣模塊+聯立方程序慣模塊+聯立方程國外軟件更規范，部分實現圖形組態系統投資大小國外比國內高石化仿真系統國內外比較- 17 -石化仿真系統軟件結構1.1. 工藝算法模型工藝算法模型- 18 -石化仿真系統軟件結構操作界面2 2、仿、仿dcsdcs操作界面操作界面仿真系統:仿tdc300系統和仿cs系統- 19 -3.3. 仿仿dcsdcs及仿現場軟件及仿現場軟件流程現場操作界面仿真效果仿真系統結構操作界面- 20

24、-4.4. 操作指導評價系統操作指導評價系統特點： 無需編程，用戶組態。 在線指導。 在線評判。 適用開停車及事故處理。仿真系統結構操作評價系統- 21 -4.4. 操作指導評價系統操作指導評價系統為中海油的采油平臺工藝仿真配套在線評價系統:操作指導隨仿真軟件在線運行。實時打分成績可上傳教師指令站。仿真系統結構操作評價系統- 22 -仿真系統結構教師指令站石化仿真教師指令站（考核模塊）石化仿真教師指令站（考核模塊）自定義常規項目自定義常規項目文字考題事故自定義：事故自定義：特定事故、設備事故、特定事故、設備事故、 通用事故通用事故事故處理生成培訓項目和考卷生成培訓項目和考卷 （中石油中石化技能

25、大賽考卷）（中石油中石化技能大賽考卷）隨機事故開、停車- 23 -5.5. 總體監控軟件（教師站管理系統）總體監控軟件（教師站管理系統）主要功能： 啟動/終止學員站軟件 設定培訓項目 授權學員站 快門存/取 成績統計 臨時故障設置 考核管理 考試的策略管理。仿真系統結構教師指令站- 24 -石化仿真系統在企業用戶中的應用分類化工仿真系統針對性開發裝置多媒體素材庫裝置級單元級特點：針對性強，投資大、開發周期長、需要技術人員及資料配合應用：裝置開工前的開停工、典型重大特定事故的處理技能培訓考核特點：具有同類裝置的一定共性，投資小、周期短，培訓考核項目多應用：開停工、典型重大事故處理，側重通用事故；

26、企業技能競賽特點：通用性非常強，、覆蓋的工藝內容廣泛、仿真詳細程度高、投資小，周期短。應用：初、中級及新入廠工人以及職業學校的技能培訓、考核通用產品化工工藝、設備、儀表等多媒體素材庫事故案例培訓應用：應知理論和應會技能培訓安全知識與事故案例培訓- 25 -典型工業企業用戶的仿真系統建設模式典型仿真基地建設模式典型仿真基地建設模式三、合作定制開發仿真軟件。三、合作定制開發仿真軟件。合作定制或深度介入開發仿真系統合作定制或深度介入開發仿真系統有些用戶會有仿真硬件和虛擬裝置的開發要求有些用戶會有仿真硬件和虛擬裝置的開發要求一、應知理論部分：一、應知理論部分：購買素材庫、課件，建立網絡課程平臺等購買素

27、材庫、課件，建立網絡課程平臺等二、通用應會技能培訓部分二、通用應會技能培訓部分選擇購買裝置級、以及工業單元級仿真軟件產品（通用選擇購買裝置級、以及工業單元級仿真軟件產品（通用典型工藝單元）典型工藝單元）- 26 -應知理論培訓內容應知理論培訓內容: :應知理論培訓石化仿真系統軟件在企業培訓中的應用- 27 -石化仿真系統軟件在企業培訓中的應用 單純的多媒體交互形式（課件）單純的多媒體交互形式（課件）- 28 -石化仿真系統軟件在企業培訓中的應用 為西南油氣田公司開發的網絡課程及平臺為西南油氣田公司開發的網絡課程及平臺目前已經開發：采氣工輸氣工采油工凈化分析工凈化運行工等多門網絡課程- 29 -

28、石化仿真系統軟件在企業培訓中的應用 通用產品通用產品小型實驗裝置仿真軟件小型實驗裝置仿真軟件小型中試裝置仿真軟件- 30 -石化仿真系統軟件在企業培訓中的應用 通用產品通用產品儀器類仿真軟件儀器類仿真軟件分析儀器仿真軟件（儀器面板類仿真）- 31 -為煉化行業開發的典型單元仿真軟件為煉化行業開發的典型單元仿真軟件石化仿真系統在企業培訓中的應用- 32 -石化仿真系統在企業培訓中的應用單元仿真適應性強，符合煉化行業初級培訓的要求單元仿真適應性強，符合煉化行業初級培訓的要求多年積累17個不同單元涵蓋化工流程各個方面。- 33 -大工段仿真軟件大工段仿真軟件煤化工煤化工煤化工相關：合成氨合成工段甲醇

29、合成工段（tdc3000系統）石化仿真系統在企業培訓中的應用- 34 -大工段仿真軟件大工段仿真軟件有機有機/ /無機化工無機化工化工相關：醋酸工藝仿真丙烯酸酯工藝仿真石化仿真系統在企業培訓中的應用- 35 -大工段仿真軟件大工段仿真軟件石油化工石油化工石油加工相關：乙烯工藝催化裂化工藝仿真石化仿真系統在企業培訓中的應用- 36 -使用石化仿真系統的企業用戶為什么仿真軟件在不同的企業有不一樣的使用率和使為什么仿真軟件在不同的企業有不一樣的使用率和使用效果，我們認為仿真系統應該起到的作用如下：用效果，我們認為仿真系統應該起到的作用如下：1、工程上的讀圖繪圖能力。尤其是pid圖和pf圖。2、工藝和

30、自動化的結合能力。3、建立工程理論概念：最基礎的三傳一反，尤其是物料平衡表和上下游的流程概念。4、將理論概念聯系實際操作。例如：離心泵前有帶壓罐，結合氣蝕氣附現象。5、掌握系統調節的思路和方法。例如：精餾單元多種方法可以調解塔頂壓力，如何選擇。6、掌握判讀系統故障的思路和常見方法。安全第一，速度第一。- 37 -典型企業仿真培訓機房帶專用鍵盤- 38 -典型企業仿真培訓系統（帶硬件）煉油廠催化裂化仿真培訓系統煉油廠催化裂化仿真培訓系統化肥廠合成氨仿真培訓系統化肥廠合成氨仿真培訓系統石化廠乙烯裂解仿真培訓系統石化廠乙烯裂解仿真培訓系統- 39 -烏石化仿真培訓基地- 40 -工業用戶培訓基地建設帶工業儀表盤