化工仿真技术的发展现状

　　随着科技的进步，化工生产逐步向集中化、复杂化、连续化发展，化工生产过程中的自动化程度越来越高，随之对化工生产过程中的操作人员素质的要求也越来越高，特别是对于那些高危化工生产过程的企业来讲，高素质的操作人员对于安全生产显得尤为重要。以往对操作人员的培训主要通过师傅带徒弟或是现场讲解，这种培训方式不可避免的存在许多缺点：

　　① 学员的培训时间得不到充分的保证，培训效果有限；

　　② 培训过程中无法主动制造事故，使学员缺乏排除故障的练习机会，处理紧急情况的能力有限；

　　③ 往往采取统一的方式来进行培训，不能根据不同学员的不同情况来培训，针对性较差；

　　④ 无法对学员的学习效果进行合理的评价。

　　而随着计算机和仿真技术的飞速发展，化工仿真培训方式在化工企业里得到了极大应用。80 年代初，西方国家如美国、英国、德国、法国、加拿大、日本等国的大型石油化工企业相继采用计算机仿真培训系统训练操作工人，效果十分突出。大量统计结果表明，仿真培训可以使工人在数周之内取得现场 2-5 年的经验。这种仿真培训装置能逼真地模拟工厂开车、停车、正常运行各种事故状态的现象。无需投资，没有危险性，能节省培训费用，大大缩短培训时间。美国称这种仿真培训系统是提高工人技术素质，确保其在世界取得生产技术领先地位的“秘密武器”和“尖端武器”，并且有许多企业已将仿真培训列为考核操作工人取得上岗资格的必要手段。

　　我国于 1985 年开始引进了美国Audy和Sim Con公司的培训系统，在此基础上，1987年北京化工大学与燕山石化公司合作研制成功我国第一套通用型石油化工仿真培训系统并应用成功，这套系统的推广应用为我国化工领域的培训方式带来了革命性的变化。自此，我国的化工仿真技术开始了较多的应用和发展，从单元设备的仿真到工段级的仿真，发展到全流程的仿真，现在的化工仿真开始向人工智能化的方向发展，对工艺过程中由于操作和其他原因导致的异常现象进行提示报警，以更好的帮助学员进行培训。这种智能化的仿真器应该是今后新型培训系统的一种发展发向。

　　仿真技术在我国化工领域的应用相对来说还是比较早的，但以往的化工仿真训练系统往往是以硬件为主的仿真模拟器和半实物仿真系统，其成本较高且不易维护，缺乏可重用性和可扩展性。以往的操作界面也都是二维图形界面，使用起来缺乏现场的逼真度和真实感，另外，针对化学反应过程中产生的现象也无法逼真的表现。因此，近几年来化工仿真开始向三维可视化方向发展并取得一定的成果。

　　从技术上来说，近些年来人们一直在致力于研究面向对象的仿真建模技术，它在理论上突破了传统的仿真方法的概念，根据组成系统的对象及其相互作用关系构造仿真模型，且仿真模型的对象表示实际系统中相应的实体，从而拉近了模型与实际系统之间的距离，使建模仿真的思想与人们认识客观世界的自然思维方式一致。因而增强了仿真模型的直观性，并且有内在的可扩充性和可重复性，为仿真大型系统提供了极为方便的手段。但是，面向对象仿真的研究尚处于发展阶段，目前的研究大多集中在利用面向对象的程序设计语言实现系统的仿真等应用方面，而面向对象仿真的实现机理和仿真逻辑等理论还需进一步研究。

　　而将虚拟现实技术和面向对象的仿真方法相结合的仿真系统结合了两者的优势，既提供了逼真的现场感，又使系统更接近于真实的系统，可以说这样的仿真系统在化工仿真中有很大的发展空间，而目前在国内还未见有此类仿真系统在大型化工生产中的应用，所以本文以某大型高危化学品生产工艺为基础建立了一套基于 C/S 的三维视景仿真系统，为该项技术在化工领域的进一步推广进行了有力的探索，具有一定的参考价值。