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    （中石化股份有限公司，北京 100108）張志檁
                          
    張志檁（1945-）男，河北衡水安平人，教授級(jí)高級(jí)工程師。畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)無(wú)線電電子學(xué)系，一直在石油化工戰(zhàn)線工作。曾任大慶石油化工總廠自動(dòng)化處車間副主任、自動(dòng)化研究室主任、信息中心主任，后調(diào)中國(guó)石化總部，先后任中國(guó)石化總公司經(jīng)通信息公司、中國(guó)石化總公司信息中心、中國(guó)石化集團(tuán)公司信息中心副主任兼總工程師、中國(guó)石化股份有限公司信息系統(tǒng)管理部副主任。被國(guó)務(wù)院授予享受國(guó)家政府津貼的有突出貢獻(xiàn)的國(guó)家工程技術(shù)專家。

    現(xiàn)在的石油化工工業(yè)是以巨大的復(fù)雜的設(shè)備和高度密集的聯(lián)合體為基礎(chǔ)，即大型化、高投資、技術(shù)密集、知識(shí)密集、勞動(dòng)力密集。

    一方面，為了增強(qiáng)企業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力，各企業(yè)均在不斷地進(jìn)行著各種各樣的技術(shù)革新。當(dāng)然，要想使這些技術(shù)革新成為可能，在很大程度上要依賴于數(shù)十年來(lái)驚人發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過(guò)過(guò)程控制向分散型系統(tǒng)(DCS)的轉(zhuǎn)換。由于計(jì)算機(jī)的大力推廣和自動(dòng)化程度的大幅度提高，使得產(chǎn)品生產(chǎn)的效率和質(zhì)量均在提高，從前的手工操作被代替，人工操作在減少，復(fù)雜的操作變得簡(jiǎn)化了，由于長(zhǎng)周期運(yùn)行，頻繁調(diào)整操作和開(kāi)停車少見(jiàn)了。許多引起危險(xiǎn)事故的因素被排除，事故的發(fā)生率在降低。這樣，操作人員親身體驗(yàn)非正常狀態(tài)和事故的機(jī)會(huì)也在極度地減少。另外，工廠的編制盡量精簡(jiǎn)，甚至一人多崗，安全又要保障，對(duì)操作人員的素質(zhì)要求更高了。由于不正常操作或者誤操作而引起的停車次數(shù)也很多。由此造成的損失，表現(xiàn)為設(shè)備損壞或產(chǎn)品不合格，甚至人身傷亡也很可觀。另一方面，老廠由于不斷地進(jìn)行技術(shù)革新，新老操作人員都存在著技術(shù)培訓(xùn)問(wèn)題。新建廠的大部分關(guān)鍵設(shè)備都很先進(jìn)，自動(dòng)化程度很高。其各類操作人員，尤其是一線操作人員比較缺乏經(jīng)驗(yàn)，又面臨著比其它老廠更加復(fù)雜的和全新的系統(tǒng)，因此必須對(duì)他們進(jìn)行很好的培訓(xùn)。第三，全球進(jìn)入老齡化社會(huì)而導(dǎo)致熟練工人大批退休，新人的大量接替，人才的社會(huì)流動(dòng)和流失加快，因此知識(shí)的繼承和傳遞，高級(jí)人才的獲得，在職人才的教育和培訓(xùn)，則一直是企業(yè)家的關(guān)注焦點(diǎn)。

    在這種背景下，尋找高效的培訓(xùn)方法則被提到日程了。采用什么樣的培訓(xùn)方法呢？是個(gè)關(guān)鍵。傳統(tǒng)的操作員現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)方法存在著種種弊端，危險(xiǎn)性大，靈活性差，占用時(shí)間多，進(jìn)度慢，效果不夠理想，而且培訓(xùn)開(kāi)支很大。在計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展的今天，與傳統(tǒng)的培訓(xùn)方法相比，基于計(jì)算機(jī)的模仿工廠操作實(shí)際的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)（Operator Training Simulator，OTS）20~30年前在西方發(fā)達(dá)國(guó)家產(chǎn)生了，而且成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。特別是新建工廠，OTS投資只占工程建設(shè)總投資的很小一部分，所以新建廠幾乎都同時(shí)引進(jìn)OTS系統(tǒng)。

    1 模擬的定義

    古往今來(lái)，模擬（simulation）幾乎是無(wú)處不有，無(wú)時(shí)不在。人類認(rèn)識(shí)自然、認(rèn)識(shí)世界是通過(guò)各種實(shí)踐活動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其中實(shí)驗(yàn)方法和理論方法已經(jīng)流行了幾千年。實(shí)驗(yàn)方法是在一定條件下，通過(guò)一定技術(shù)手段，觀測(cè)事物的變化結(jié)果，揭示內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，然后達(dá)到認(rèn)識(shí)事物的目的；理論方法是選用一定的物理模型，假定相應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)和關(guān)系，直接描述事物變化的客觀規(guī)律。很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，人類則幻想得到第三種更簡(jiǎn)捷更快速的認(rèn)識(shí)世界的新方法。神話故事則反映了這種奢望。到了信息時(shí)代，認(rèn)識(shí)世界的計(jì)算機(jī)模擬方法終于出現(xiàn)了。

    利用一個(gè)方便、經(jīng)濟(jì)而性能相似的系統(tǒng)來(lái)研究模仿另一個(gè)系統(tǒng)，即不用系統(tǒng)自己而是用別的一個(gè)系統(tǒng)，來(lái)體驗(yàn)和觀察相同的現(xiàn)象，這種方法則叫做“模擬（simulation）”。例如對(duì)物理的、生態(tài)的、社會(huì)的以及其他系統(tǒng)現(xiàn)象或行為，可以由幾乎相同法則支配的其他系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)的現(xiàn)象或行為來(lái)模擬。英文模擬（simulation）一詞來(lái)源于拉丁語(yǔ)（simulo），即模仿和近似的意思。

    模擬很早即產(chǎn)生了。為什么要用模擬？當(dāng)進(jìn)行實(shí)際的體驗(yàn)或觀測(cè)時(shí)，如果有危險(xiǎn)，或者費(fèi)用花費(fèi)過(guò)多、時(shí)間花費(fèi)過(guò)長(zhǎng)，或者由于各種制約而不能實(shí)現(xiàn)、過(guò)于小、過(guò)于遠(yuǎn)或不能接近等等，這時(shí)則需要模擬。模擬方法有直接模擬（analog）法：例如比例模型、防災(zāi)訓(xùn)練、風(fēng)洞試驗(yàn)、動(dòng)物試驗(yàn)等；還有間接模擬法：例如類推模型、機(jī)電模擬等；還有數(shù)理模擬法：例如數(shù)理模型、統(tǒng)計(jì)模型、解析模型等。

    如果模擬系統(tǒng)與被模擬系統(tǒng)之間只存在物理規(guī)模尺寸大小上的不同，而物理化學(xué)過(guò)程和性能幾乎都一樣，則稱為相似模擬或物理模擬。如果模擬系統(tǒng)與被模擬系統(tǒng)之間的物理過(guò)程本質(zhì)不同，例如一個(gè)是化工過(guò)程，一個(gè)是計(jì)算機(jī)處理過(guò)程，而只是描述方式（數(shù)學(xué)方程）相同，則稱為類似模擬。在計(jì)算機(jī)上利用數(shù)學(xué)模型對(duì)真實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)試驗(yàn)的類似模擬又稱為數(shù)學(xué)模擬或計(jì)算機(jī)模擬。這也就是計(jì)算科學(xué)（Computational Science）的產(chǎn)生。在認(rèn)識(shí)自然、利用自然、改造自然的過(guò)程中，計(jì)算機(jī)模擬方法既不是試驗(yàn)方法，也不是理論方法。它是在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)基本原理，構(gòu)造成一套模型和算法，從而計(jì)算出需要的結(jié)果。模擬的分類如圖1所示。
                   
                                   圖1  模擬與模型的分類
    2 OTS的發(fā)展

    早期的培訓(xùn)以實(shí)際裝置為主，后來(lái)演變成實(shí)際裝置加上計(jì)算機(jī)培訓(xùn)系統(tǒng)。早期開(kāi)發(fā)的仿真系統(tǒng)，把已經(jīng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)的小規(guī)模的實(shí)際裝置作為模型，進(jìn)行仿真練習(xí)，這種方法受運(yùn)轉(zhuǎn)特性的限定。另外，過(guò)分固定的模型對(duì)多種類型的操作培訓(xùn)是不適合的。
    為了提高培訓(xùn)效果，后來(lái)則把實(shí)際裝置上運(yùn)轉(zhuǎn)操作的主體部分(例如泵和汽輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)、閥門的開(kāi)關(guān)等)和過(guò)程控制部分（例如CRT操作）分開(kāi)進(jìn)行訓(xùn)練。這也就成了后來(lái)發(fā)展的兩個(gè)主要環(huán)節(jié)和起碼要求。一是有精確反映和表達(dá)實(shí)際過(guò)程的模型，這被稱作OTS的心臟。尤其是專為用戶定制的OTS場(chǎng)合，其模型精度幾乎是成敗的關(guān)鍵。也是建模和調(diào)試的主要工作量。對(duì)熟練度高的操作培訓(xùn)更要求高精度模型。二是能保持真實(shí)感受實(shí)際運(yùn)行操作的人機(jī)接口（Human Machine Interface，HMI）。只有與實(shí)際DCS具有相同的畫(huà)面和人機(jī)接口，才能有真實(shí)感。現(xiàn)代操作員的培訓(xùn)目的是適應(yīng)生產(chǎn)操作，如圖2所示。具體要求是：改進(jìn)操作技能；熟練裝置HMI操作控制功能；了解裝置的基本原理；演習(xí)控制系統(tǒng)功能；擔(dān)當(dāng)操作新裝置DCS的橋梁。因此，日臻完善和成熟的OTS的基本功能如圖3所示，其系統(tǒng)構(gòu)成如圖4、5、6所示。
   
                      
                          圖2 裝置運(yùn)轉(zhuǎn)的各種類型 

                        
                             
       
                               圖3 OTS的基本功能  

                           
                              圖4 OTS系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)  

                                      
                        圖5 現(xiàn)在模擬器與DCS的三種連接類型   


                   

                        
                                      圖6  OTS與DCS的連接方式  

    如圖5所示，模擬器與DCS的連接，一是基于Windows全部模擬的方式。不使用DCS裝置，在微機(jī)上運(yùn)行DCS仿真器和專業(yè)HMI。也有的不用專業(yè)的HMI，也由模擬器提供，構(gòu)建最價(jià)廉的OTS。二是部分地使用DCS裝置。即使用與DCS裝置相同的終端和數(shù)據(jù)高速公路，而控制算法不用DCS的處理器，而使用在主工作站的模擬程序。三是全部使用DCS裝置。控制邏輯使用實(shí)際的分散型處理器，圖形終端使用實(shí)際的操作員工作站。

    以前，只有少數(shù)單位有小型機(jī)可開(kāi)發(fā)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。由于價(jià)格昂貴，功能低下，限制了應(yīng)用和普及。20世紀(jì)80年代的微機(jī)技術(shù)發(fā)展，帶動(dòng)了仿真培訓(xùn)技術(shù)的應(yīng)用和推廣。例如德山煉油廠在20世紀(jì)80年代就選用了一套閑置的煤油加氫脫硫精制裝置。使用實(shí)際設(shè)備，使用實(shí)際介質(zhì)。但是由水代替油，用氮?dú)獯鏆錃?，用空氣代替蒸汽和瓦斯，系統(tǒng)為常溫低壓，既安全又實(shí)際。實(shí)際上沒(méi)有進(jìn)行的反應(yīng)、蒸餾、熱交換等工藝過(guò)程則由計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬。由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)果可以反饋，因此也可以進(jìn)行工藝波動(dòng)變化的訓(xùn)練?？梢匀藶榈赜捎?jì)算機(jī)或裝置設(shè)置成異常而訓(xùn)練異常處理。在工人技術(shù)不熟練的場(chǎng)合，出現(xiàn)一次誤操作就可能造成重大事故和導(dǎo)致巨大經(jīng)濟(jì)損失。進(jìn)行培訓(xùn)就是希望將風(fēng)險(xiǎn)降到最低。而且，OTS可以允許反復(fù)訓(xùn)練和體驗(yàn)，操作人員可以不間斷地提高技能。只要避免幾次重大事故，就可回收OTS的投資。大家紛紛實(shí)施OTS就是這個(gè)道理。早期的模擬系統(tǒng)的構(gòu)成如圖7所示。
                       
                                    圖7  早期的操作員模擬培訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)用分類
    經(jīng)過(guò)20來(lái)年的變遷，老設(shè)備開(kāi)始要更新，而且培訓(xùn)功能也需提升。2003年，德山煉廠對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行了改造，2004年正式投入使用。軟件編寫由FOTRAN語(yǔ)言改為VB，具備了軟硬件維護(hù)方便、培訓(xùn)功能齊全、畫(huà)面豐富效果良好、交互性操作建議等特點(diǎn)，代表了新一代的操作員仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。改造前的結(jié)構(gòu)如圖8所示。改造前后對(duì)照如圖9所示。
                       
                             圖8  佛山煉廠第一代操作員模擬培訓(xùn)系統(tǒng)構(gòu)成
                      
                            圖9  佛山煉廠第一代操作員模擬培訓(xùn)系統(tǒng)更新前后對(duì)照
    進(jìn)入21世紀(jì)，仿真培訓(xùn)有了重大突破，主要是廣泛的、高精度的、標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程仿真模型，與現(xiàn)實(shí)的DCS系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，完全自動(dòng)化的培訓(xùn)系統(tǒng)，全面的在線幫助、自我分級(jí)評(píng)價(jià)，考試成績(jī)及結(jié)果的自動(dòng)生成和記錄等。

    國(guó)內(nèi)的應(yīng)用以電力系統(tǒng)為主，其次是冶金、石化、交通、煤礦、機(jī)械制造、制藥、造紙、污水處理等流程工業(yè)和醫(yī)療、教學(xué)、金融、服務(wù)、軍事等領(lǐng)域，多數(shù)始于20世紀(jì)90年代之后，產(chǎn)品選擇為國(guó)外國(guó)內(nèi)并重。特別是新建工廠，OTS投資只占工程建設(shè)總投資的很小一部分，所以新建廠幾乎都同時(shí)引進(jìn)OTS系統(tǒng)。

    3 OTS的實(shí)施步驟

    （1）啟動(dòng)的前期工作

    包括初始項(xiàng)目計(jì)劃制定、工藝和工藝流程圖審核、工藝控制審核、初始模擬圖準(zhǔn)備和初始資料準(zhǔn)備。資料包括PFD圖、PI&D圖、物料平衡、熱量平衡、反應(yīng)器數(shù)據(jù)、開(kāi)工流程、壓縮機(jī)性能曲線、壓縮機(jī)控制邏輯、設(shè)備參數(shù)表、設(shè)備及容器圖、泵性能曲線、管線圖和水力學(xué)計(jì)算、平面布置圖、DCS和ESD輸入輸出數(shù)據(jù)庫(kù)、DCS和ESD控制組態(tài)文件、DCS和ESD圖形文件等。

    （2）項(xiàng)目啟動(dòng)

    包括審核項(xiàng)目計(jì)劃、提交需求數(shù)據(jù)、審核數(shù)據(jù)、其他額外需求、用戶基礎(chǔ)培訓(xùn)。

    （3）功能方案設(shè)計(jì)

    包括設(shè)計(jì)文件編制與發(fā)布、用戶參與審查、修改功能說(shuō)明、修改用戶驗(yàn)收說(shuō)明、功能詳細(xì)說(shuō)明文件審定。

    （4）數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和審定。

    （5）硬件準(zhǔn)備。

    （6）進(jìn)行穩(wěn)態(tài)或動(dòng)態(tài)建模。

    （7）教員站的開(kāi)發(fā)。

    （8）學(xué)員站的開(kāi)發(fā)。

    （9）模型確認(rèn)測(cè)試。

    對(duì)關(guān)鍵變量的過(guò)程模型計(jì)算精度與實(shí)際裝置的偏差在1~2%以內(nèi)，對(duì)短暫的過(guò)程狀態(tài)模擬精度可在10~20%以內(nèi)。

    （10）DCS以及ESD等系統(tǒng)集成。

    （11）仿真器有效性檢驗(yàn)。

    （12）投入試運(yùn)行（上線）前的預(yù)驗(yàn)收。

    （13）進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行前的正式驗(yàn)收。

    （14）文檔及其他交接

    文檔包括：項(xiàng)目計(jì)劃、質(zhì)量保證計(jì)劃、軟硬件使用手冊(cè)、系統(tǒng)維護(hù)手冊(cè)、教員手冊(cè)、模型手冊(cè)、詳細(xì)設(shè)計(jì)手冊(cè)、動(dòng)態(tài)模型驗(yàn)收方案、FAT (Factory Acceptance Test，工廠驗(yàn)收測(cè)試）方案、SAT （Site Acceptance Test，現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收測(cè)試）方案。

    （15）用戶培訓(xùn)。

    對(duì)于新廠建設(shè)時(shí)同步導(dǎo)入OTS的場(chǎng)合，有其重點(diǎn)和特點(diǎn)。一是計(jì)劃安排。要在裝置投產(chǎn)前數(shù)個(gè)月就需完成OTS建設(shè)，安排操作工的培訓(xùn)。進(jìn)度一定要統(tǒng)籌好。一般來(lái)講，DCS安裝驗(yàn)收后，需要與OTS系統(tǒng)連接。由于工廠建設(shè)周期越發(fā)縮短，控制系統(tǒng)常常是建設(shè)周期的關(guān)鍵路徑。因此要滿足用戶的培訓(xùn)，就必須做好OTS與其它工程的銜接和調(diào)度。再則，初期培訓(xùn)用的模擬系統(tǒng)只能使用工廠檢查時(shí)的控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，而投產(chǎn)后往往結(jié)合過(guò)程狀態(tài)和特性，調(diào)整實(shí)際的過(guò)程控制系統(tǒng)。因此投產(chǎn)后OTS中的控制系統(tǒng)則與實(shí)際不一致，甚至于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)都有重大差異，那么再用來(lái)培訓(xùn)操作工就不妥當(dāng)了。只好再修改，而變動(dòng)量事前不好預(yù)計(jì)，因此修改工作量也不好預(yù)計(jì)，而且往往涉及到物質(zhì)平衡和熱量平衡。還有是過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性驗(yàn)證。對(duì)新建廠，缺少動(dòng)態(tài)驗(yàn)證方法，不得不依靠業(yè)主或合同規(guī)定派遣的檢查員憑經(jīng)驗(yàn)和感覺(jué)對(duì)反應(yīng)快慢等問(wèn)題進(jìn)行驗(yàn)收。因此最好自始至終是由一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的檢查員參加驗(yàn)收。

    4 OTS的使用和評(píng)價(jià)

    在石化企業(yè)中，從操作工到車間主任全部是培訓(xùn)的對(duì)象。培訓(xùn)課程分為入門、初級(jí)、中級(jí)、高級(jí)四級(jí)。

    培訓(xùn)的類型和層次如表1所示。

            

    各個(gè)階段課程的受訓(xùn)者應(yīng)該為，入門階段是對(duì)儀表操作沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的；初級(jí)階段是已有操作經(jīng)驗(yàn)4~5年的；中級(jí)階段是五年以上的老的操作人員直到班長(zhǎng)；高級(jí)階段是班長(zhǎng)以上的人員。關(guān)于培訓(xùn)系統(tǒng)里所使用的模型，各課程分別把聯(lián)合式設(shè)備體系和單一設(shè)備體系分開(kāi)，做成幾個(gè)模型。各個(gè)模型培訓(xùn)計(jì)劃的制定是相同的，培訓(xùn)天數(shù)為前期三天和后期三天，共六天。每天所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)如圖10所示。
                           
                   

    雖然培訓(xùn)對(duì)象具有不同的層次，但在培訓(xùn)之前都必須進(jìn)行基礎(chǔ)學(xué)習(xí)，從基礎(chǔ)理論教育(化學(xué)工程、物理化學(xué)等等)入手，基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí)后再進(jìn)行模擬培訓(xùn)。由于操作人員的工種不同，所以在培訓(xùn)時(shí)要對(duì)設(shè)備進(jìn)行選定，每天要達(dá)到的目標(biāo)也需要決定，以及訓(xùn)練的主要內(nèi)容也需要確定。因此，在培訓(xùn)時(shí)必須編制成詳細(xì)的計(jì)劃和課程。

    在仿真培訓(xùn)前，首先要組建一個(gè)培訓(xùn)班，通常由12個(gè)人構(gòu)成。培訓(xùn)班分成三個(gè)小組，四個(gè)人編成一個(gè)小組。實(shí)際操作培訓(xùn)時(shí)的分工為：1名在輸入機(jī)，CRT操作2名，現(xiàn)場(chǎng)操作1名。一個(gè)組培訓(xùn)時(shí)，其他兩個(gè)組應(yīng)該在培訓(xùn)室里，在2名指導(dǎo)員的指導(dǎo)下進(jìn)行培訓(xùn)前的準(zhǔn)備和培訓(xùn)結(jié)果分析。在培訓(xùn)前，首先要把培訓(xùn)的內(nèi)容通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)模型反復(fù)、順序地向?qū)W員交代清楚，要讓學(xué)員能夠客觀地觀察各種現(xiàn)象，在理解過(guò)程、掌握操作后，再進(jìn)入程序訓(xùn)練。

    訓(xùn)練程序如圖11所示。
              
                  
                                            圖11 OTS訓(xùn)練程序

    通過(guò)培訓(xùn)，新工人的培養(yǎng)期由2年縮短為1年，老工人和骨干提高技能水平，每人都要真正地實(shí)現(xiàn)技能達(dá)標(biāo)。訓(xùn)練可分初級(jí)、中級(jí)和高級(jí)階段。

    訓(xùn)練的內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：

    （1）正常的操作訓(xùn)練（操作開(kāi)始、停止，操作條件變更）受訓(xùn)練人員首先對(duì)教員提出的運(yùn)轉(zhuǎn)目標(biāo)進(jìn)行獨(dú)自研究，然后聽(tīng)教員的講解，通過(guò)化工計(jì)算等得出運(yùn)轉(zhuǎn)操作上的各種數(shù)據(jù)。再根據(jù)這些數(shù)據(jù)對(duì)訓(xùn)練設(shè)備進(jìn)行操作。學(xué)員把演算結(jié)果和模型運(yùn)轉(zhuǎn)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，要找出差異，進(jìn)行分析。當(dāng)然，這是自己擬定的檢驗(yàn)校正。在提高訓(xùn)練興趣的同時(shí)，通過(guò)有效的各種訓(xùn)練，提高訓(xùn)練效果。

    （2）各種故障處理訓(xùn)練

    故障處理訓(xùn)練是在初期階段安排實(shí)施的，要想使操作熟練到一定程度，就要進(jìn)行包括運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始、條件變更、突然的故障發(fā)生等訓(xùn)練。提高故障處理訓(xùn)練的方法為：不管在什么條件下都要通過(guò)預(yù)先的班組研究，對(duì)于操作模型的實(shí)施過(guò)程的危險(xiǎn)預(yù)知，繪制故障對(duì)策框圖。進(jìn)入模塊運(yùn)轉(zhuǎn)后，還要調(diào)整基本條件以外的一些條件，要根據(jù)CRT畫(huà)面里報(bào)警信號(hào)，把握運(yùn)行過(guò)程。當(dāng)然也有把握不準(zhǔn)的時(shí)候，為改變這種狀況，設(shè)置了具有與故障的發(fā)生和條件的變動(dòng)相結(jié)合的訓(xùn)練指導(dǎo)功能。在調(diào)整操作條件的過(guò)程中，必須對(duì)故障發(fā)生情況的掌握、情況判斷、原因研究、對(duì)應(yīng)操作、解決方法等進(jìn)行訓(xùn)練。在故障處理上，班組要對(duì)危險(xiǎn)預(yù)估展開(kāi)廣泛的討論，迅速地拿出解決辦法。

    （3）集體行動(dòng)訓(xùn)練

    以上（1）~（3）的訓(xùn)練均不能獨(dú)立實(shí)施。在一系列訓(xùn)練中要互相結(jié)合，相關(guān)聯(lián)。另外，對(duì)新的操作人員進(jìn)行培訓(xùn)時(shí)，還應(yīng)該注意以下兩點(diǎn)：

    對(duì)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序(SOP)的重點(diǎn)要給出指示；

    故障訓(xùn)練時(shí)，要預(yù)告故障發(fā)生的時(shí)間和現(xiàn)象。

    培訓(xùn)效果的評(píng)價(jià)也是很重要的。但時(shí)間過(guò)短，則不能對(duì)培訓(xùn)活動(dòng)的效果和受訓(xùn)者個(gè)人的進(jìn)步程度進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。不過(guò)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間培訓(xùn)后，我們必須對(duì)操作人員在以下幾個(gè)方面的培訓(xùn)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。（1）安全管理；（2）生產(chǎn)管理；（3）過(guò)程運(yùn)轉(zhuǎn)管理；（4）設(shè)備管理。要特別重視對(duì)非正常情況下的操作能力和處理異常故障的能力訓(xùn)練。對(duì)訓(xùn)練結(jié)果要及時(shí)地進(jìn)行評(píng)價(jià)。因?yàn)橹挥羞@樣，才能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，才能對(duì)培訓(xùn)計(jì)劃和課程的內(nèi)容進(jìn)行必要的調(diào)整。

    5 OTS的新進(jìn)展

    新一代操作員培訓(xùn)系統(tǒng)的特點(diǎn)是：

    （1）基于新一代的模擬仿真軟件平臺(tái)，支持多種模擬計(jì)算引擎，包括基于機(jī)理模型和嚴(yán)格的熱力學(xué)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)過(guò)程模擬系統(tǒng)。高精度地再現(xiàn)工廠操作過(guò)程的變化。提供各種DCS控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)控制算法，正確地再現(xiàn)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程。仿真實(shí)際操作過(guò)程中的操作員在開(kāi)車、停車、正常操作、異?；蚬收蠣顟B(tài)下的各種操作響應(yīng)。模型容易更新、開(kāi)發(fā)及維護(hù)。

    模型的嚴(yán)格性是仿真系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。有時(shí)為了提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度而有意識(shí)地將一部分或大部分模型簡(jiǎn)化，在計(jì)算機(jī)技術(shù)不發(fā)達(dá)時(shí)期很多都是這樣做的。Three Mill Island 核電站事故證明，簡(jiǎn)化模型使仿真培訓(xùn)不可靠是導(dǎo)致事故的原因之一。后來(lái)提高了對(duì)使用嚴(yán)格模型必要性的認(rèn)識(shí)。

    （2）支持多種分散控制系統(tǒng)和緊急故障停車系統(tǒng)，包括Foxboro、Bailey、ABB、Emerson、Honeywell、Yokogawa、Westinghouse等，將對(duì)在控制室內(nèi)實(shí)際DCS系統(tǒng)的操作對(duì)象和室外實(shí)際的各種儀表的操作對(duì)象進(jìn)行仿真，還可以對(duì)非DCS系統(tǒng)的專用監(jiān)控系統(tǒng)如壓縮機(jī)防喘振控制、透平控制系統(tǒng)以及ESD系統(tǒng)進(jìn)行仿真。

    （3）支持現(xiàn)場(chǎng)總線儀表的集成和通信。
      
                  
                          圖12 高精度通用模擬引擎

    （4）基于JAVA和GUI，方便教員和學(xué)員操作。學(xué)員站等同于工廠的操作員站，操作界面與DCS和ESD系統(tǒng)相同。教員站的一系列培訓(xùn)功能只需要簡(jiǎn)單的鼠標(biāo)操作來(lái)激活。

    （5）不僅用于操作員培訓(xùn)，還用于過(guò)程設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)檢驗(yàn)、DCS組態(tài)整定、設(shè)備診斷、開(kāi)停車演練及操作優(yōu)化等，還可集成APC功能，進(jìn)行APC先進(jìn)控制器的測(cè)試與導(dǎo)出結(jié)果。也可反復(fù)從實(shí)際控制系統(tǒng)中的組態(tài)下載到模擬器中，方便設(shè)計(jì)和維護(hù)。如圖12所示。

    （6）允許多個(gè)學(xué)員、多臺(tái)工作站同時(shí)對(duì)一套裝置模型進(jìn)行多個(gè)工況研究模擬，多套運(yùn)轉(zhuǎn)條件同時(shí)并行運(yùn)算，而且同時(shí)影響各個(gè)工況研究結(jié)果。

    （7）可集成受訓(xùn)人員成績(jī)檢測(cè)工具，進(jìn)行成績(jī)考評(píng)。

    （8）嚴(yán)格遵循ISO9001：2000標(biāo)準(zhǔn)，保證項(xiàng)目執(zhí)行質(zhì)量。

    應(yīng)用發(fā)展方向是：

    （1）經(jīng)濟(jì)型個(gè)人桌面培訓(xùn)器

    例如三菱重工濃縮豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和電廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)了適于個(gè)人自學(xué)習(xí)的桌面培訓(xùn)仿真系統(tǒng)SimTRAC。操作簡(jiǎn)單、方便、自然，培訓(xùn)內(nèi)容全面、豐富、實(shí)用，控制邏輯和參數(shù)調(diào)整方便、明了，模型精度高，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)齊全，采用與DCS相同的畫(huà)面。不需特別的硬件環(huán)境，普通配置的筆記本電腦即可。由于提供模型修改工具、邏輯修改工具來(lái)修改模型，因此修改和追加模型方便。面向操作員的培訓(xùn)功能有：裝置開(kāi)停工訓(xùn)練，裝置異常處理訓(xùn)練，裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)訓(xùn)練，控制系統(tǒng)調(diào)整訓(xùn)練，多等級(jí)裝置培訓(xùn)，典型運(yùn)行如鍋爐燃燒體驗(yàn)等。面向教員的功能有：運(yùn)行與終止，抓拍與特寫，設(shè)定初始狀態(tài)，返回，故障處理還原再現(xiàn)等。面向計(jì)劃管理和維修人員的功能有：控制邏輯訓(xùn)練，控制系統(tǒng)整定，裝置訓(xùn)練，裝置模型訓(xùn)練，裝置模型調(diào)整訓(xùn)練等。

    （2）共享服務(wù)中心式的培訓(xùn)系統(tǒng)

    為了提高系統(tǒng)利用率和使用效果，國(guó)外出現(xiàn)一種新的商務(wù)管理模式，即共享服務(wù)中心（Shared Services Center，SSC）。開(kāi)始用于人力資源、財(cái)務(wù)、采購(gòu)、后勤、行政類等管理的共享服務(wù)，現(xiàn)在開(kāi)始向技術(shù)服務(wù)方向擴(kuò)展。其中最看好的就是集中型仿真培訓(xùn)共享服務(wù)中心。可以收到集中投資、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、集中建設(shè)、集中管理、廣泛受益的效果。例如一個(gè)集團(tuán)公司只建一個(gè)共享培訓(xùn)仿真中心，可以循序漸進(jìn)地覆蓋所有培訓(xùn)的生產(chǎn)裝置類型，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)讓集團(tuán)的所有員工受益?？梢栽谥行募信嘤?xùn)，也可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分散培訓(xùn)。

    （3）多裝置并行仿真培訓(xùn)系統(tǒng)

    用服務(wù)器和微機(jī)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，采用通用的DCS仿真軟件平臺(tái)，開(kāi)發(fā)多套生產(chǎn)裝置動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，構(gòu)成進(jìn)行多套生產(chǎn)裝置同時(shí)仿真的培訓(xùn)系統(tǒng)?？捎糜诙嗵谉捰脱b置的動(dòng)態(tài)模擬和仿真培訓(xùn)，讓操作工或技術(shù)人員在仿真培訓(xùn)系統(tǒng)上反復(fù)進(jìn)行生產(chǎn)開(kāi)工方案、停工過(guò)程、正常操作及各種事故處理的訓(xùn)練，提高操作人員的技能和處理緊急事故的能力。系統(tǒng)具有專家智能評(píng)分功能，可承擔(dān)技術(shù)等級(jí)考核、技術(shù)比賽等任務(wù)。可以方便地在仿DCS平臺(tái)上進(jìn)行新煉油化工裝置仿真軟件的開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)多任務(wù)技術(shù)，開(kāi)發(fā)了計(jì)算機(jī)間的進(jìn)程通訊技術(shù)、多任務(wù)睡眠及喚醒技術(shù)。

    （4）三維虛擬現(xiàn)實(shí)模擬系統(tǒng)

    Simulation Solutions，Inc. 公司和SASICT公司合作，利用三維虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）技術(shù)與仿真培訓(xùn)系統(tǒng)集成為一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)，提供相應(yīng)的三維虛擬煉油廠現(xiàn)場(chǎng)操作模塊。操作人員可以通過(guò)PC機(jī)操作一個(gè)三維可視化的與實(shí)際逼真的虛擬工廠。對(duì)外操作培訓(xùn)更需要有這種親臨其境之感?？梢允謩?dòng)開(kāi)關(guān)閥門，啟停機(jī)泵，在“現(xiàn)場(chǎng)”讀數(shù)，查看和監(jiān)聽(tīng)設(shè)備的運(yùn)行狀況，并與控制室的內(nèi)操通信。
  
                     
                        圖13 運(yùn)轉(zhuǎn)操作訓(xùn)練和熟練度評(píng)價(jià)流程
  
                 
                               （5）操作熟練程度定量評(píng)價(jià)系統(tǒng)

    模擬器的評(píng)估工具提供一個(gè)完整的、綜合的、可以自動(dòng)測(cè)試和分析的訓(xùn)練課程。學(xué)生成績(jī)分析包（Student Performance Analysis，SPA)是一套完整的分析和評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)表現(xiàn)等級(jí)的工具和操作。它允許學(xué)員獲得評(píng)估過(guò)程中詳細(xì)的經(jīng)歷變化趨勢(shì)。
    通過(guò)一遍又一遍的練習(xí)組合和事件，最終達(dá)到如何快速、正確地解決實(shí)際操作問(wèn)題。SPA包含三個(gè)工具：趨勢(shì)分析（Tren Analysis），事件日志處理（Event Log Processing）、What-If 分析發(fā)生器（What-If Generator）。教師可以使用這些工具去檢查和評(píng)估學(xué)生操作培訓(xùn)的正確性和進(jìn)步幅度。

    圖13示意了一種定量的評(píng)價(jià)系統(tǒng)。它提出了兩個(gè)主要指標(biāo)，一是醫(yī)師學(xué)員的操作步驟及程序是否正確，二是學(xué)員操作引起的過(guò)程報(bào)警多少及恢復(fù)快慢。也有的系統(tǒng)采用生理儀器測(cè)量學(xué)員的心律和腦電波，但信息處理模型復(fù)雜，而且對(duì)學(xué)員心理也有壓力，在集中訓(xùn)練場(chǎng)合有使用的必要。但分散訓(xùn)練還是用簡(jiǎn)單的定量法較好。比如以發(fā)生100個(gè)報(bào)警總數(shù)為基準(zhǔn)，限定在一定時(shí)間內(nèi)，比較學(xué)員之間的報(bào)警殘余數(shù)和操作總數(shù)?？擅黠@地看出，熟練者操作次數(shù)少，報(bào)警殘留數(shù)少。圖14為熟練程度評(píng)價(jià)示意。

    6 展望
             
    工廠生產(chǎn)運(yùn)行在變革，很大程度是由于操作人員的培訓(xùn)手段和技術(shù)的進(jìn)步。操作員日常調(diào)整DCS和儀表盤的次數(shù)在逐年減少，而工廠自動(dòng)化、工廠和控制系統(tǒng)的可靠性水平在提高，通信需求在增加。20世紀(jì)這種變革還是和緩的，進(jìn)入21世紀(jì)后則呈加速勢(shì)態(tài)，能否抓住機(jī)遇就看企業(yè)能否跟上這種變革了。
                   
                             圖15  OTS 對(duì)企業(yè)變革的推動(dòng)力                     

    摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第五期