（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，教授級高級工程師。畢業(yè)于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)無(wú)線(xiàn)電電子學(xué)系，一直在石油化工戰線(xiàn)工作。曾任大慶石油化工總廠(chǎng)自動(dòng)化處車(chē)間副主任、自動(dòng)化研究室主任、信息中心主任，后調中國石化總部，先后任中國石化總公司經(jīng)通信息公司、中國石化總公司信息中心、中國石化集團公司信息中心副主任兼總工程師、中國石化股份有限公司信息系統管理部副主任。被國務(wù)院授予享受?chē)艺蛸N的有突出貢獻的國家工程技術(shù)專(zhuān)家。

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

    一方面，為了增強企業(yè)的國際競爭能力，各企業(yè)均在不斷地進(jìn)行著(zhù)各種各樣的技術(shù)革新。當然，要想使這些技術(shù)革新成為可能，在很大程度上要依賴(lài)于數十年來(lái)驚人發(fā)展的計算機技術(shù)，通過(guò)過(guò)程控制向分散型系統(DCS)的轉換。由于計算機的大力推廣和自動(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，復雜的操作變得簡(jiǎn)化了，由于長(cháng)周期運行，頻繁調整操作和開(kāi)停車(chē)少見(jiàn)了。許多引起危險事故的因素被排除，事故的發(fā)生率在降低。這樣，操作人員親身體驗非正常狀態(tài)和事故的機會(huì )也在極度地減少。另外，工廠(chǎng)的編制盡量精簡(jiǎn)，甚至一人多崗，安全又要保障，對操作人員的素質(zhì)要求更高了。由于不正常操作或者誤操作而引起的停車(chē)次數也很多。由此造成的損失，表現為設備損壞或產(chǎn)品不合格，甚至人身傷亡也很可觀(guān)。另一方面，老廠(chǎng)由于不斷地進(jìn)行技術(shù)革新，新老操作人員都存在著(zhù)技術(shù)培訓問(wèn)題。新建廠(chǎng)的大部分關(guān)鍵設備都很先進(jìn)，自動(dòng)化程度很高。其各類(lèi)操作人員，尤其是一線(xiàn)操作人員比較缺乏經(jīng)驗，又面臨著(zhù)比其它老廠(chǎng)更加復雜的和全新的系統，因此必須對他們進(jìn)行很好的培訓。第三，全球進(jìn)入老齡化社會(huì )而導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，因此知識的繼承和傳遞，高級人才的獲得，在職人才的教育和培訓，則一直是企業(yè)家的關(guān)注焦點(diǎn)。

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

    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(lèi)認識自然、認識世界是通過(guò)各種實(shí)踐活動(dòng)來(lái)實(shí)現的。其中實(shí)驗方法和理論方法已經(jīng)流行了幾千年。實(shí)驗方法是在一定條件下，通過(guò)一定技術(shù)手段，觀(guān)測事物的變化結果，揭示內部的運動(dòng)規律，然后達到認識事物的目的；理論方法是選用一定的物理模型，假定相應的數學(xué)關(guān)聯(lián)和關(guān)系，直接描述事物變化的客觀(guān)規律。很長(cháng)時(shí)間以來(lái)，人類(lèi)則幻想得到第三種更簡(jiǎn)捷更快速的認識世界的新方法。神話(huà)故事則反映了這種奢望。到了信息時(shí)代，認識世界的計算機模擬方法終于出現了。

    利用一個(gè)方便、經(jīng)濟而性能相似的系統來(lái)研究模仿另一個(gè)系統，即不用系統自己而是用別的一個(gè)系統，來(lái)體驗和觀(guān)察相同的現象，這種方法則叫做“模擬（simulation）”。例如對物理的、生態(tài)的、社會(huì )的以及其他系統現象或行為，可以由幾乎相同法則支配的其他系統或計算機的現象或行為來(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？當進(jìn)行實(shí)際的體驗或觀(guān)測時(shí)，如果有危險，或者費用花費過(guò)多、時(shí)間花費過(guò)長(cháng)，或者由于各種制約而不能實(shí)現、過(guò)于小、過(guò)于遠或不能接近等等，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、防災訓練、風(fēng)洞試驗、動(dòng)物試驗等；還有間接模擬法：例如類(lèi)推模型、機電模擬等；還有數理模擬法：例如數理模型、統計模型、解析模型等。

    如果模擬系統與被模擬系統之間只存在物理規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(chēng)為相似模擬或物理模擬。如果模擬系統與被模擬系統之間的物理過(guò)程本質(zhì)不同，例如一個(gè)是化工過(guò)程，一個(gè)是計算機處理過(guò)程，而只是描述方式（數學(xué)方程）相同，則稱(chēng)為類(lèi)似模擬。在計算機上利用數學(xué)模型對真實(shí)系統進(jìn)行數學(xué)試驗的類(lèi)似模擬又稱(chēng)為數學(xué)模擬或計算機模擬。這也就是計算科學(xué)（Computational Science）的產(chǎn)生。在認識自然、利用自然、改造自然的過(guò)程中，計算機模擬方法既不是試驗方法，也不是理論方法。它是在試驗的基礎上，通過(guò)基本原理，構造成一套模型和算法，從而計算出需要的結果。模擬的分類(lèi)如圖1所示。
                   
                                   圖1  模擬與模型的分類(lèi)
    2 OTS的發(fā)展

    早期的培訓以實(shí)際裝置為主，后來(lái)演變成實(shí)際裝置加上計算機培訓系統。早期開(kāi)發(fā)的仿真系統，把已經(jīng)停止運轉的小規模的實(shí)際裝置作為模型，進(jìn)行仿真練習，這種方法受運轉特性的限定。另外，過(guò)分固定的模型對多種類(lèi)型的操作培訓是不適合的。
    為了提高培訓效果，后來(lái)則把實(shí)際裝置上運轉操作的主體部分(例如泵和汽輪機的運轉、閥門(mén)的開(kāi)關(guān)等)和過(guò)程控制部分（例如CRT操作）分開(kāi)進(jìn)行訓練。這也就成了后來(lái)發(fā)展的兩個(gè)主要環(huán)節和起碼要求。一是有精確反映和表達實(shí)際過(guò)程的模型，這被稱(chēng)作OTS的心臟。尤其是專(zhuān)為用戶(hù)定制的OTS場(chǎng)合，其模型精度幾乎是成敗的關(guān)鍵。也是建模和調試的主要工作量。對熟練度高的操作培訓更要求高精度模型。二是能保持真實(shí)感受實(shí)際運行操作的人機接口（Human Machine Interface，HMI）。只有與實(shí)際DCS具有相同的畫(huà)面和人機接口，才能有真實(shí)感?，F代操作員的培訓目的是適應生產(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；演習控制系統功能；擔當操作新裝置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，其系統構成如圖4、5、6所示。
   
                      
                          圖2 裝置運轉的各種類(lèi)型 

                        
                             
       
                               圖3 OTS的基本功能  

                           
                              圖4 OTS系統的基本結構  

                                      
                        圖5 現在模擬器與DCS的三種連接類(lèi)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，在微機上運行DCS仿真器和專(zhuān)業(yè)HMI。也有的不用專(zhuān)業(yè)的HMI，也由模擬器提供，構建最價(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據高速公路，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?？刂七壿嬍褂脤?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，只有少數單位有小型機可開(kāi)發(fā)仿真培訓系統。由于價(jià)格昂貴，功能低下，限制了應用和普及。20世紀80年代的微機技術(shù)發(fā)展，帶動(dòng)了仿真培訓技術(shù)的應用和推廣。例如德山煉油廠(chǎng)在20世紀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)際設備，使用實(shí)際介質(zhì)。但是由水代替油，用氮氣代替氫氣，用空氣代替蒸汽和瓦斯，系統為常溫低壓，既安全又實(shí)際。實(shí)際上沒(méi)有進(jìn)行的反應、蒸餾、熱交換等工藝過(guò)程則由計算機進(jìn)行模擬。由于現場(chǎng)設備的運轉結果可以反饋，因此也可以進(jìn)行工藝波動(dòng)變化的訓練?？梢匀藶榈赜捎嬎銠C或裝置設置成異常而訓練異常處理。在工人技術(shù)不熟練的場(chǎng)合，出現一次誤操作就可能造成重大事故和導致巨大經(jīng)濟損失。進(jìn)行培訓就是希望將風(fēng)險降到最低。而且，OTS可以允許反復訓練和體驗，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。早期的模擬系統的構成如圖7所示。
                       
                                    圖7  早期的操作員模擬培訓系統應用分類(lèi)
    經(jīng)過(guò)20來(lái)年的變遷，老設備開(kāi)始要更新，而且培訓功能也需提升。2003年，德山煉廠(chǎng)對原系統進(jìn)行了改造，2004年正式投入使用。軟件編寫(xiě)由FOTRAN語(yǔ)言改為VB，具備了軟硬件維護方便、培訓功能齊全、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系統。改造前的結構如圖8所示。改造前后對照如圖9所示。
                       
                             圖8  佛山煉廠(chǎng)第一代操作員模擬培訓系統構成
                      
                            圖9  佛山煉廠(chǎng)第一代操作員模擬培訓系統更新前后對照
    進(jìn)入21世紀，仿真培訓有了重大突破，主要是廣泛的、高精度的、標準的過(guò)程仿真模型，與現實(shí)的DCS系統聯(lián)網(wǎng)，完全自動(dòng)化的培訓系統，全面的在線(xiàn)幫助、自我分級評價(jià)，考試成績(jì)及結果的自動(dòng)生成和記錄等。

    國內的應用以電力系統為主，其次是冶金、石化、交通、煤礦、機械制造、制藥、造紙、污水處理等流程工業(yè)和醫療、教學(xué)、金融、服務(wù)、軍事等領(lǐng)域，多數始于20世紀90年代之后，產(chǎn)品選擇為國外國內并重。特別是新建工廠(chǎng)，OTS投資只占工程建設總投資的很小一部分，所以新建廠(chǎng)幾乎都同時(shí)引進(jìn)OTS系統。

    3 OTS的實(shí)施步驟

    （1）啟動(dòng)的前期工作

    包括初始項目計劃制定、工藝和工藝流程圖審核、工藝控制審核、初始模擬圖準備和初始資料準備。資料包括PFD圖、PI&D圖、物料平衡、熱量平衡、反應器數據、開(kāi)工流程、壓縮機性能曲線(xiàn)、壓縮機控制邏輯、設備參數表、設備及容器圖、泵性能曲線(xiàn)、管線(xiàn)圖和水力學(xué)計算、平面布置圖、DCS和ESD輸入輸出數據庫、DCS和ESD控制組態(tài)文件、DCS和ESD圖形文件等。

    （2）項目啟動(dòng)

    包括審核項目計劃、提交需求數據、審核數據、其他額外需求、用戶(hù)基礎培訓。

    （3）功能方案設計

    包括設計文件編制與發(fā)布、用戶(hù)參與審查、修改功能說(shuō)明、修改用戶(hù)驗收說(shuō)明、功能詳細說(shuō)明文件審定。

    （4）數據準備和審定。

    （5）硬件準備。

    （6）進(jìn)行穩態(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）模型確認測試。

    對關(guān)鍵變量的過(guò)程模型計算精度與實(shí)際裝置的偏差在1~2%以?xún)?，對短暫的過(guò)程狀態(tài)模擬精度可在10~20%以?xún)取?br />
    （10）DCS以及ESD等系統集成。

    （11）仿真器有效性檢驗。

    （12）投入試運行（上線(xiàn)）前的預驗收。

    （13）進(jìn)入穩定運行前的正式驗收。

    （14）文檔及其他交接

    文檔包括：項目計劃、質(zhì)量保證計劃、軟硬件使用手冊、系統維護手冊、教員手冊、模型手冊、詳細設計手冊、動(dòng)態(tài)模型驗收方案、FAT (Factory Acceptance Test，工廠(chǎng)驗收測試）方案、SAT （Site Acceptance Test，現場(chǎng)驗收測試）方案。

    （15）用戶(hù)培訓。

    對于新廠(chǎng)建設時(shí)同步導入OTS的場(chǎng)合，有其重點(diǎn)和特點(diǎn)。一是計劃安排。要在裝置投產(chǎn)前數個(gè)月就需完成OTS建設，安排操作工的培訓。進(jìn)度一定要統籌好。一般來(lái)講，DCS安裝驗收后，需要與OTS系統連接。由于工廠(chǎng)建設周期越發(fā)縮短，控制系統常常是建設周期的關(guān)鍵路徑。因此要滿(mǎn)足用戶(hù)的培訓，就必須做好OTS與其它工程的銜接和調度。再則，初期培訓用的模擬系統只能使用工廠(chǎng)檢查時(shí)的控制系統數據庫，而投產(chǎn)后往往結合過(guò)程狀態(tài)和特性，調整實(shí)際的過(guò)程控制系統。因此投產(chǎn)后OTS中的控制系統則與實(shí)際不一致，甚至于運轉狀態(tài)都有重大差異，那么再用來(lái)培訓操作工就不妥當了。只好再修改，而變動(dòng)量事前不好預計，因此修改工作量也不好預計，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)特性驗證。對新建廠(chǎng)，缺少動(dòng)態(tài)驗證方法，不得不依靠業(yè)主或合同規定派遣的檢查員憑經(jīng)驗和感覺(jué)對反應快慢等問(wèn)題進(jìn)行驗收。因此最好自始至終是由一個(gè)有經(jīng)驗的檢查員參加驗收。

    4 OTS的使用和評價(jià)

    在石化企業(yè)中，從操作工到車(chē)間主任全部是培訓的對象。培訓課程分為入門(mén)、初級、中級、高級四級。

    培訓的類(lèi)型和層次如表1所示。

            

    各個(gè)階段課程的受訓者應該為，入門(mén)階段是對儀表操作沒(méi)有經(jīng)驗的；初級階段是已有操作經(jīng)驗4~5年的；中級階段是五年以上的老的操作人員直到班長(cháng)；高級階段是班長(cháng)以上的人員。關(guān)于培訓系統里所使用的模型，各課程分別把聯(lián)合式設備體系和單一設備體系分開(kāi)，做成幾個(gè)模型。各個(gè)模型培訓計劃的制定是相同的，培訓天數為前期三天和后期三天，共六天。每天所要實(shí)現的目標如圖10所示。
                           
                   

    雖然培訓對象具有不同的層次，但在培訓之前都必須進(jìn)行基礎學(xué)習，從基礎理論教育(化學(xué)工程、物理化學(xué)等等)入手，基礎堅實(shí)后再進(jìn)行模擬培訓。由于操作人員的工種不同，所以在培訓時(shí)要對設備進(jìn)行選定，每天要達到的目標也需要決定，以及訓練的主要內容也需要確定。因此，在培訓時(shí)必須編制成詳細的計劃和課程。

    在仿真培訓前，首先要組建一個(gè)培訓班，通常由12個(gè)人構成。培訓班分成三個(gè)小組，四個(gè)人編成一個(gè)小組。實(shí)際操作培訓時(shí)的分工為：1名在輸入機，CRT操作2名，現場(chǎng)操作1名。一個(gè)組培訓時(shí)，其他兩個(gè)組應該在培訓室里，在2名指導員的指導下進(jìn)行培訓前的準備和培訓結果分析。在培訓前，首先要把培訓的內容通過(guò)標準模型反復、順序地向學(xué)員交代清楚，要讓學(xué)員能夠客觀(guān)地觀(guān)察各種現象，在理解過(guò)程、掌握操作后，再進(jìn)入程序訓練。

    訓練程序如圖11所示。
              
                  
                                            圖11 OTS訓練程序

    通過(guò)培訓，新工人的培養期由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)現技能達標。訓練可分初級、中級和高級階段。

    訓練的內容主要包括以下幾個(gè)方面：

    （1）正常的操作訓練（操作開(kāi)始、停止，操作條件變更）受訓練人員首先對教員提出的運轉目標進(jìn)行獨自研究，然后聽(tīng)教員的講解，通過(guò)化工計算等得出運轉操作上的各種數據。再根據這些數據對訓練設備進(jìn)行操作。學(xué)員把演算結果和模型運轉的結果進(jìn)行對比，要找出差異，進(jìn)行分析。當然，這是自己擬定的檢驗校正。在提高訓練興趣的同時(shí)，通過(guò)有效的各種訓練，提高訓練效果。

    （2）各種故障處理訓練

    故障處理訓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)行包括運轉開(kāi)始、條件變更、突然的故障發(fā)生等訓練。提高故障處理訓練的方法為：不管在什么條件下都要通過(guò)預先的班組研究，對于操作模型的實(shí)施過(guò)程的危險預知，繪制故障對策框圖。進(jìn)入模塊運轉后，還要調整基本條件以外的一些條件，要根據CRT畫(huà)面里報警信號，把握運行過(guò)程。當然也有把握不準的時(shí)候，為改變這種狀況，設置了具有與故障的發(fā)生和條件的變動(dòng)相結合的訓練指導功能。在調整操作條件的過(guò)程中，必須對故障發(fā)生情況的掌握、情況判斷、原因研究、對應操作、解決方法等進(jìn)行訓練。在故障處理上，班組要對危險預估展開(kāi)廣泛的討論，迅速地拿出解決辦法。

    （3）集體行動(dòng)訓練

    以上（1）~（3）的訓練均不能獨立實(shí)施。在一系列訓練中要互相結合，相關(guān)聯(lián)。另外，對新的操作人員進(jìn)行培訓時(shí)，還應該注意以下兩點(diǎn)：

    對標準作業(yè)程序(SOP)的重點(diǎn)要給出指示；

    故障訓練時(shí)，要預告故障發(fā)生的時(shí)間和現象。

    培訓效果的評價(jià)也是很重要的。但時(shí)間過(guò)短，則不能對培訓活動(dòng)的效果和受訓者個(gè)人的進(jìn)步程度進(jìn)行準確的評價(jià)。不過(guò)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間培訓后，我們必須對操作人員在以下幾個(gè)方面的培訓效果進(jìn)行評價(jià)。（1）安全管理；（2）生產(chǎn)管理；（3）過(guò)程運轉管理；（4）設備管理。要特別重視對非正常情況下的操作能力和處理異常故障的能力訓練。對訓練結果要及時(shí)地進(jìn)行評價(jià)。因為只有這樣，才能及時(shí)地發(fā)現問(wèn)題，才能對培訓計劃和課程的內容進(jìn)行必要的調整。

    5 OTS的新進(jìn)展

    新一代操作員培訓系統的特點(diǎn)是：

    （1）基于新一代的模擬仿真軟件平臺，支持多種模擬計算引擎，包括基于機理模型和嚴格的熱力學(xué)數據的動(dòng)態(tài)過(guò)程模擬系統。高精度地再現工廠(chǎng)操作過(guò)程的變化。提供各種DCS控制系統的標準控制算法，正確地再現控制系統的動(dòng)態(tài)響應過(guò)程。仿真實(shí)際操作過(guò)程中的操作員在開(kāi)車(chē)、停車(chē)、正常操作、異?；蚬收蠣顟B(tài)下的各種操作響應。模型容易更新、開(kāi)發(fā)及維護。

    模型的嚴格性是仿真系統成功的關(guān)鍵。有時(shí)為了提高系統的運行速度而有意識地將一部分或大部分模型簡(jiǎn)化，在計算機技術(shù)不發(fā)達時(shí)期很多都是這樣做的。Three Mill Island 核電站事故證明，簡(jiǎn)化模型使仿真培訓不可靠是導致事故的原因之一。后來(lái)提高了對使用嚴格模型必要性的認識。

    （2）支持多種分散控制系統和緊急故障停車(chē)系統，包括Foxboro、Bailey、ABB、Emerson、Honeywell、Yokogawa、Westinghouse等，將對在控制室內實(shí)際DCS系統的操作對象和室外實(shí)際的各種儀表的操作對象進(jìn)行仿真，還可以對非DCS系統的專(zhuān)用監控系統如壓縮機防喘振控制、透平控制系統以及ESD系統進(jìn)行仿真。

    （3）支持現場(chǎng)總線(xiàn)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(chǎng)的操作員站，操作界面與DCS和ESD系統相同。教員站的一系列培訓功能只需要簡(jiǎn)單的鼠標操作來(lái)激活。

    （5）不僅用于操作員培訓，還用于過(guò)程設計、控制系統檢驗、DCS組態(tài)整定、設備診斷、開(kāi)停車(chē)演練及操作優(yōu)化等，還可集成APC功能，進(jìn)行APC先進(jìn)控制器的測試與導出結果。也可反復從實(shí)際控制系統中的組態(tài)下載到模擬器中，方便設計和維護。如圖12所示。

    （6）允許多個(gè)學(xué)員、多臺工作站同時(shí)對一套裝置模型進(jìn)行多個(gè)工況研究模擬，多套運轉條件同時(shí)并行運算，而且同時(shí)影響各個(gè)工況研究結果。

    （7）可集成受訓人員成績(jì)檢測工具，進(jìn)行成績(jì)考評。

    （8）嚴格遵循ISO9001：2000標準，保證項目執行質(zhì)量。

    應用發(fā)展方向是：

    （1）經(jīng)濟型個(gè)人桌面培訓器

    例如三菱重工濃縮豐富的設計經(jīng)驗和電廠(chǎng)運行經(jīng)驗，開(kāi)發(fā)了適于個(gè)人自學(xué)習的桌面培訓仿真系統SimTRAC。操作簡(jiǎn)單、方便、自然，培訓內容全面、豐富、實(shí)用，控制邏輯和參數調整方便、明了，模型精度高，基礎數據齊全，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。面向操作員的培訓功能有：裝置開(kāi)停工訓練，裝置異常處理訓練，裝置正常運轉訓練，控制系統調整訓練，多等級裝置培訓，典型運行如鍋爐燃燒體驗等。面向教員的功能有：運行與終止，抓拍與特寫(xiě)，設定初始狀態(tài)，返回，故障處理還原再現等。面向計劃管理和維修人員的功能有：控制邏輯訓練，控制系統整定，裝置訓練，裝置模型訓練，裝置模型調整訓練等。

    （2）共享服務(wù)中心式的培訓系統

    為了提高系統利用率和使用效果，國外出現一種新的商務(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、財務(wù)、采購、后勤、行政類(lèi)等管理的共享服務(wù)，現在開(kāi)始向技術(shù)服務(wù)方向擴展。其中最看好的就是集中型仿真培訓共享服務(wù)中心?？梢允盏郊型顿Y、統一標準、集中建設、集中管理、廣泛受益的效果。例如一個(gè)集團公司只建一個(gè)共享培訓仿真中心，可以循序漸進(jìn)地覆蓋所有培訓的生產(chǎn)裝置類(lèi)型，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )讓集團的所有員工受益?？梢栽谥行募信嘤?，也可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )分散培訓。

    （3）多裝置并行仿真培訓系統

    用服務(wù)器和微機構成網(wǎng)絡(luò )，采用通用的DCS仿真軟件平臺，開(kāi)發(fā)多套生產(chǎn)裝置動(dòng)態(tài)數學(xué)模型，構成進(jìn)行多套生產(chǎn)裝置同時(shí)仿真的培訓系統?？捎糜诙嗵谉捰脱b置的動(dòng)態(tài)模擬和仿真培訓，讓操作工或技術(shù)人員在仿真培訓系統上反復進(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練，提高操作人員的技能和處理緊急事故的能力。系統具有專(zhuān)家智能評分功能，可承擔技術(shù)等級考核、技術(shù)比賽等任務(wù)?？梢苑奖愕卦诜翫CS平臺上進(jìn)行新煉油化工裝置仿真軟件的開(kāi)發(fā)。系統采用實(shí)時(shí)多任務(wù)技術(shù)，開(kāi)發(fā)了計算機間的進(jìn)程通訊技術(shù)、多任務(wù)睡眠及喚醒技術(shù)。

    （4）三維虛擬現實(shí)模擬系統

    Simulation Solutions，Inc. 公司和SASICT公司合作，利用三維虛擬現實(shí)（Virtual Reality）技術(shù)與仿真培訓系統集成為一個(gè)統一的平臺，提供相應的三維虛擬煉油廠(chǎng)現場(chǎng)操作模塊。操作人員可以通過(guò)PC機操作一個(gè)三維可視化的與實(shí)際逼真的虛擬工廠(chǎng)。對外操作培訓更需要有這種親臨其境之感?？梢允謩?dòng)開(kāi)關(guān)閥門(mén)，啟停機泵，在“現場(chǎng)”讀數，查看和監聽(tīng)設備的運行狀況，并與控制室的內操通信。
  
                     
                        圖13 運轉操作訓練和熟練度評價(jià)流程
  
                 
                               （5）操作熟練程度定量評價(jià)系統

    模擬器的評估工具提供一個(gè)完整的、綜合的、可以自動(dòng)測試和分析的訓練課程。學(xué)生成績(jì)分析包（Student Performance Analysis，SPA)是一套完整的分析和評價(jià)學(xué)生學(xué)習表現等級的工具和操作。它允許學(xué)員獲得評估過(guò)程中詳細的經(jīng)歷變化趨勢。
    通過(guò)一遍又一遍的練習組合和事件，最終達到如何快速、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估學(xué)生操作培訓的正確性和進(jìn)步幅度。

    圖13示意了一種定量的評價(jià)系統。它提出了兩個(gè)主要指標，一是醫師學(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)程報警多少及恢復快慢。也有的系統采用生理儀器測量學(xué)員的心律和腦電波，但信息處理模型復雜，而且對學(xué)員心理也有壓力，在集中訓練場(chǎng)合有使用的必要。但分散訓練還是用簡(jiǎn)單的定量法較好。比如以發(fā)生100個(gè)報警總數為基準，限定在一定時(shí)間內，比較學(xué)員之間的報警殘余數和操作總數?？擅黠@地看出，熟練者操作次數少，報警殘留數少。圖14為熟練程度評價(jià)示意。

    6 展望
             
    工廠(chǎng)生產(chǎn)運行在變革，很大程度是由于操作人員的培訓手段和技術(shù)的進(jìn)步。操作員日常調整DCS和儀表盤(pán)的次數在逐年減少，而工廠(chǎng)自動(dòng)化、工廠(chǎng)和控制系統的可靠性水平在提高，通信需求在增加。20世紀這種變革還是和緩的，進(jìn)入21世紀后則呈加速勢態(tài)，能否抓住機遇就看企業(yè)能否跟上這種變革了。
                   
                             圖15  OTS 對企業(yè)變革的推動(dòng)力                     

    摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第五期