LZU Media Center: 新闻网 > 兰州大学报 > 正文

[兰州大学报]实验室里的虚拟世界
——访我校化学化工国家级虚拟仿真实验教学中心

日期: 2018-06-20 点击: ...
   

作者:校报记者团 孙小惠 本报记者 任 妍


反应过程仿真


生态场景仿真


医学三维建模的脑结构


化工实验仿真

手术过程仿真

甲醇工艺仿真

手术仿真

化学实验

医疗操作仿真

  从实体世界走向虚拟世界,是互联网时代的一股强劲潮流。2013年教育部就在全国启动国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作,到2016年1月经过三批次遴选,全国已有300个单位入选国家级虚拟仿真实验教学中心。甘肃省内目前仅有三个国家级虚拟仿真实验教学中心,分布于西北民族大学、兰州交通大学和兰州大学的化学化工学院。

  虚拟仿真实验教学到底仿的是什么?它与传统教学又有哪些不同?为探清虚拟仿真实验教学的 “庐山真面目”,近日本报记者采访了我校化学化工学院国家级虚拟仿真实验教学中心的沈永雯老师、徐向阳老师和冯庆华老师(以下简称师),快来听听他们是怎么说的吧。

  记:请问我校虚拟仿真实验教学具体仿的是哪一部分呢?

  师:模拟化工基础实验装置,化工单元操作及化工工艺的操作。

  记:虚拟仿真实验在实际教学中具体是怎么操作的呢?麻烦您举例说明。

  师:专业特征不同,实际操作场景也有不同。化工仿真就是利用仿真软件在计算机上模拟化工过程的操作。化工生产过程因为生产设备不会发生变化,操作主要就是操作开关、阀门和控制仪表,完成开、停车及生产过程的控制,操作影响主要表现在温度、压力、流量、组分等参数的指标变化上,而这些指标是通过仪表显示的,所以在虚拟仿真实验操作界面上会有工艺流程,还有阀门、仪表、开关等,在操作时鼠标指向一个阀门,就会激活这个阀门的操作,通过增大、减小进行阀门的开大、关小操作,在实际装置上开关阀门会引起流量、温度压力的变化,仿真软件通过内部数学模型算出参数,在相应的仪表上显示出来。按照操作步骤在界面上模拟生产操作,界面上的仪表显示相应参数的变化过程,就好像真实操作一个设备一样。比方说换热器,要按顺序启动泵,将冷热流体通入换热器,出口流体的温度就随之变化起来。

  不仅如此,仿真软件还设置了相应的评分系统,按操作步骤和参数的变化情况对操作评分,从而确定操作的正确、平稳程度,这样反复练习,就可以掌握一个单元或过程的操作,跟在现场做实验一样。另外仿真软件还可设置时标,相当于加减速键,调节操作响应的快慢,更加节省时间。

  还有故障及处理的仿真,软件可设置装置上某个设备或者仪表坏了,操作人员只看到现象,不知道原因,就得根据现象分析可能的原因,再做相应的处理操作,确定判断的正误,这样反复练习,培养分析故障及处理故障能力。

  记:目前所使用的虚拟软件主要来源于哪里?

  师:我们主要购买东方仿真的软件进行使用,除此之外我们也在尝试着自主研发一些虚拟软件,目前我们能做成的软件是可进入的3D场景和后台简单数值关系及评分,但复杂程度和画面感与专业软件相比还存在较大差距。

  记:虚拟仿真实验这一技术在实际教学中有什么特殊的作用?

  师:主要还是起到了补充的作用,补充一些传统教学做不到的地方。比如说分子模拟这块,它是比较微观的,肉眼看不到,需要借助虚拟仿真这项技术;还有些学校自己的条件不够,需要借助其他学校的资源来做实验仪器的仿真等。除了化学之外,虚拟仿真在其他学科也有广泛应用,比如说考古,学生难以直接去古墓考察,而通过虚拟仿真技术就可以很好的还原古墓形态,让学生有身临其境之感。在医学、核学、生态学等领域,更可以借助VR技术进行沉浸式的感受。

  记:化学化工学院为什么能够成为首批通过审核的国家级虚拟仿真实验教学中心?

  师:化工仿真由来已久,化工的计算机生产控制模式,使得在90年代仿真就已经是化工厂培训的一种方式。因为我们学科的特殊性,早在2000年我们就已经将虚拟仿真引入实践教学环节,后面又陆续购买了一些软件。2013年申报的时候也是将我们这些年取得的成果和经验做了整合,因为我们对这一概念是比较了解,这也是我们能顺利获批的一个优势。

  记:作为省内仅有的三家国家级虚拟仿真实验教学中心之一,自2013年获批以来,都取得了哪些成果呢?

  师:这些年我们坚持“虚实结合,相互补充,能实不虚”的建设原则,在软、硬件方面均投入建设。2014年以来,整体改造实验室面积334.2平方米,新增实验仪器台套数39台套,自制化工装置13套,建成化工基础仿真实验室、化工综合仿真实验室;共有虚拟仿真软件13套,可开出虚拟仿真实验152学时,我们院的老师还做了一些虚拟仿真软件开发尝试。我们面向化学化工学院、物理科学与技术学院、核科学与技术学院7个专业的学生开设基础仿真实验,面向化工专业学生开设综合仿真实验,尽可能的让学生多去感受这一项技术带来的便利。

  除了自身建设外,我们还充分发挥国家级实验教学示范中心的示范辐射作用。近年来,先后举办了四届“西部高校化学实验教学骨干教师培训班”,为金川集团有限公司、中石油兰州石化公司、中核四〇四有限公司、酒泉卫星发射基地、中国石油大庆石油化工总厂等企业举办各类培训班数十个,培训人员近千人,培训甘肃省化工高级技工学校教师200人次等。

  记:在建设过程中有没有遇到一些困难?

  师:有,目前存在的问题和困难主要有:1.虚拟仿真软件价格高;2.自主开发缺乏兼备化学专业知识及计算机专业知识的人员;3.实现远程共享受软件商家的限制,除购买软件还要购买运行平台,且各厂家之间平台相互不兼容;4.缺乏充足的经费支持,很难做成局域化的相互贯通的网络平台。

  记:作为我校虚拟仿真实验教学工作的“领头羊”,有没有什么心得与体会和我们分享?

  师:当前安全环保等方面要求越来越严格,学生越来越难直接进入到化工企业进行现场实习,更加有必要发展虚拟仿真实验教学。遵循“能实不虚”的原则,尤其是现在的技术发展很快,形式也多,能够很好的解决现实教学中的一些不能够解决的问题,比如说高危、极端、不可逆操作、化工工艺、培训新手等。除了化工这一块,医学这一块也在大力发展虚拟仿真实验,比如说通过还原一台手术,让学生能够体验的更真切。

  记:咱们学院下一步的工作计划是什么?

  师:我们现在正在准备开发虚拟仿真实验项目,教育部在2017年至2020年间要建设1000项虚拟仿真实验项目,希望各高校集中人力物力建设本校的优势项目,建成后可达到资源共享。在项目的选择上我们会从基础出发,让其有广泛的适用性,同时还要体现出兰大特色,通过项目建设加强学习交流,积累建设经验。

  经过老师们的一番解释,这个国家级虚拟仿真实验教学中心的神秘面纱终于被揭开了。但是它在实际教学中的效果究竟如何?学生们对这项技术又有什么看法呢?记者为此采访了化学化工学院的黄云海同学(以下简称生),听取了他作为学生的感受。

  记:你对于虚拟仿真实验教学的感受是什么?

  生:我觉得它对于我们理解化学化工的原理是有帮助的,我们院的虚拟仿真在本部和榆中校区都有,基本上各个年级在教学中都会有涉及,但是大四的相对来说会更复杂一些。

  记:一学期大概能体验几次这种教学?

  生:我们大三的时候体验了两次,大四的时候体验了三次,一次大概需要一上午的时间。

  记:你们平时虚拟仿真实验是怎么开展和进行的呢?具体流程是怎样的?

  生:我印象中有一场实验是通过仿真软件给我们模拟一个工厂具体的生产过程来进行操作。这其中包括整个化工过程的原料预处理、反应、分离纯化的开始、生产、停工等,中间会出现各种突发情况和问题,让我们进行处理。

  记:你感觉与传统教学相比它有什么不同之处?

  生:相比起传统的教学,它能够让我们有更为直观的感受。传统的教学有时候会因为缺少相关仪器达不到需要的效果,虚拟仿真就能解决这一问题。而且现在工厂也基本在用虚拟仿真进行操作,让我们早点接触这项技术,也是为以后进入工厂实习打下了基础。

  记:虚拟仿真实验教学对你的学习状态有没有产生什么改变?

  生:因为它更接近实际,所以对以后的工作肯定是有帮助的,同时,它对化工原理的理解也有一定的帮助,提高了我们的学习效率和动手能力。

  记:你认为它能够取代传统教学吗?

  生:对于基础的理论知识它是无法取代传统教学的,因为它是实践操作的过程,一些现象的变化只能通过基础和理论知识来解释,所以还是要先掌握相关的理论知识才能够知其然知其所以然。传统教学就相当于在打地基,只有地基打好了才能更好的使用这项技术。

  记:你对咱们化学化工学院在虚拟仿真实验教学方面的工作还有没有什么建议?

  生:首先我觉得咱们学院在这方面的努力还是值得肯定的,至少让我们学生都接触到了这门技术,但是受诸多条件所限,咱们相比发达城市还是稍稍落后了一些,因为我去外地参加比赛的时候,人家的仿真技术还是会更先进,我们也可以适当的引入一些先进技术;同时,有机会的话,也希望学院能够尽量让我们能多接触几次虚拟仿真实验教学。

  (《兰州大学报》第920期 2018年5月15日 第一版)

文:
图:
编辑:晁芊桦
来源:
标签:
通知公告
    栏目分类
    图片新闻
      推荐内容
        最近更新
          联系我们
          Email: news@lzu.edu.cn
          版权声明:兰州大学新闻网的原创内容,欢迎转载或报道,但请注明出处。违者必究!