在煤化工安全培訓中可視化仿真技術的實踐思考

杜小峰

摘要：科技的進步與計算機技術的普及使化工生產(chǎn)的自動化程度越來越高，集中程度與生產(chǎn)效率也得到了增強。為了更好地落實國家關于《煤礦特種作業(yè)實操仿真培訓系統(tǒng)》的文件，有關部門應該積極學習可視化仿真技術，使操作人員熟悉煤礦生產(chǎn)的各種作業(yè)環(huán)境，掌握安全生產(chǎn)知識，提升實際操作能力。本文介紹了可視化仿真技術的引入及基本內(nèi)涵，論述了煤化工可視化仿真技術培訓的特點及優(yōu)勢，指明了未來煤化工產(chǎn)業(yè)安全培訓的有效措施。旨在提升操作者的安全意識與自我防護能力，保證煤化工生產(chǎn)安全有序的進行。

關鍵詞：煤化工;可視化仿真技術;安全培訓

中圖分類號：TQ437文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）06-0165-03

煤化工行業(yè)在我國的能源開發(fā)領域中占據(jù)著重要地位，在我國的能源結(jié)構中，煤炭所占比重高達70%。其不但是我們生產(chǎn)生活能源的主要來源，也是關系國家經(jīng)濟命脈的關鍵行業(yè)。然而，煤化工生產(chǎn)領域的技術性知識繁復且相對枯燥，主要包括煤的氣化、液化，煤中碳素制品的生產(chǎn)原理、加工方法、計算方法、操作環(huán)境及基本設備，以及與干餾、煉焦、回收、精制有關的各種工藝。同時，在煤化工的加工與生產(chǎn)過程中，由于生產(chǎn)條件十分復雜，伴隨著嚴重的安全隱患。我國1996年頒布的《煤炭法》中明確規(guī)定了煤化工行業(yè)的安全生產(chǎn)方針：安全第一，預防為主。因此，煤化工生產(chǎn)應始終堅持“以人為本”，結(jié)合《勞動法》《安全生產(chǎn)法》等法律法規(guī)將崗前培訓落到實處。應以《煤礦新工人崗前安全培訓教材》為基礎，積極采用當前領先于國內(nèi)、國際的虛擬現(xiàn)實和三維仿真技術開展業(yè)務培訓，使操作人員系統(tǒng)地掌握完整化、可視化的煤化工操作技能及可能遇到的各種問題。在人機交互的練習中，快速地提升自己的專業(yè)能力與認識，提高自身的安全防范意識。

1可視化仿真技術的引入及基本內(nèi)涵

煤化工的生產(chǎn)過程包含了大量的化學反應與液體及固體燃料，且生產(chǎn)的條件多是高溫高壓或負壓深冷、高流速等極端環(huán)境，參與反應的化學原料也具有易燃易爆、易腐蝕、有毒等物質(zhì)，生產(chǎn)的環(huán)境更是高粉塵、高污染、高風險，且由于化學反應的規(guī)模較大，反應程度十分劇烈難以控制，因此存在著很多不安全的因素。幾年來，煤化工行業(yè)的爆炸、污染事件不斷頻發(fā)，這使煤化工產(chǎn)業(yè)的安全與環(huán)保問題得到了公眾的注視，煤化工產(chǎn)業(yè)的安全防護工作勢在必行。

早在80年代初，西方國家就已經(jīng)開始利用計算機仿真系統(tǒng)在煤礦領域開展業(yè)務培訓，這種方法可以讓操作人員直觀、快速、準確地理解煤化工生產(chǎn)領域的關鍵要點、注意危險多發(fā)環(huán)節(jié)，且極大地降低了培訓和實踐的成本，使操作人員整體的素質(zhì)得到了提高。我國于1987年研制發(fā)了一套石油化工仿真培訓系統(tǒng)并投入應用，這標志著我國的化工生產(chǎn)走向了智能化、現(xiàn)代化。從前期來看，當時的化工培訓仿真系統(tǒng)應用的是以硬件為主的半實物仿真系統(tǒng)，造價高且維護起來難度較大，同時是由二維圖形構成，缺乏真實感。而現(xiàn)今的煤化工仿真培訓系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了三維可視化，還更接近于真實的場景，

煤礦安全可視化培訓系統(tǒng)是建立在人工智能、多媒體技術、計算機系統(tǒng)及人機接口技術等多種現(xiàn)代技術之上的，它通過虛擬化的場景還原了煤化工生產(chǎn)的真實環(huán)境，給受訓者提供了一個相似度極高的操作平臺，不但能夠提高安全職業(yè)技術培訓的效率，還能取得很好的效果，縮短教學時間。它涉及了諸多專業(yè)技術工種，針對甲醇操作工、凈化操作工、氣化操作工、尿素操作工等煤化工企業(yè)的特種作業(yè)，并采用了各種練習方式加以輔助，大大提升了培訓實效。教學系統(tǒng)中配有相關的圖像、視頻、動漫等有趣的教學材料，還建立了網(wǎng)絡資源共享平臺幫助學習者擴充知識面、進行經(jīng)驗交流。

2 煤礦安全可視化培訓系統(tǒng)的特點及優(yōu)勢

2.1真實準確，親切可感

傳統(tǒng)的煤礦安全培訓系統(tǒng)多是以師傅帶徒弟進行現(xiàn)場理論知識的講授為主，教學手法單一、可操作性差。這使得課堂氛圍死氣沉沉，學員的學習性不高，聽得很模糊，等到自己親自上機操作的時候就顯得手忙腳亂，這樣很容易引發(fā)安全事故。煤礦安全可視化培訓系統(tǒng)以國家統(tǒng)一的煤礦培訓教材《煤礦新工人崗前安全培訓教材》為參照，采用3D可視化教學及數(shù)字化全景圖像展示，能使學習者觀看到真實場景中的每個環(huán)節(jié)，仿佛身臨其境，模擬現(xiàn)實的效果極佳。例如，采煤機是如何在地下作業(yè)的，即具體的開機啟動、切割方法、熄火注意事項等。

同時，三維交互操作更能增強學員的三維立體感，全方位感受火災、崩塌、滑坡、爆炸等煤化工行業(yè)的安全事故，從而提升安全意識。在這一過程中還配有位置追蹤器、保護頭盔等專業(yè)設備，這種仿真化的模擬節(jié)約了教學成本，節(jié)省了時間，且沒有任何危險性，十分值得推廣。

2.2圖文并茂.寓教于樂

傳統(tǒng)的煤礦安全培訓課程枯燥乏味、形式死板，僅以背誦記億為主，考核的方式也是傳統(tǒng)的試題模式，極大地妨礙了學員積極主動性的發(fā)揮。在這種模式下，教學成本高，學員理解不到位，對于真實場景無法進行有效的演示，只能依靠文字資料和模型來比手畫腳、煤礦安全可視化培訓系統(tǒng)做到了視聽結(jié)合，依靠三維動畫、情景演示、虛擬互動等方式來進行場景再現(xiàn)、分解設備、模擬操作，提高了學員學習的主動性，將復雜的知識變得簡單易懂，寓教于樂，大大激發(fā)了學員的學習熱情。尤其是教學軟件中游戲元素的加入，再加上巧妙的設計，使實操者能立刻進行實際操作，在模擬案例中展露身手，為真正的臨場發(fā)揮積累經(jīng)驗。

2.3操作靈活.人機交互

傳統(tǒng)的煤礦安全培訓課程采取從頭到尾逐一講授的方式，這樣僅適合初學者，無法靈活地滿足所有學員的學習需求，無法有重點地進行實操輔導。且以單一的知識灌輸為主，學員在此過程中始終處于被動地位，更得不到真實的練習機會，對于所講的知識還是認識不足。煤礦安全可視化培訓系統(tǒng)可以讓已熟悉整個操作流程的學員自行選擇要學習的內(nèi)容，并對重點環(huán)節(jié)進行專項訓練。同時，還依靠強大的人機交互功能及在線多人協(xié)同作業(yè)，使學員真正扮演采煤工、井下爆破工、采煤機司機、打眼工、礦井通風工、輸送機操作工、瓦斯工、煤礦安全檢查工等各工種的操作人員，讓其在虛擬環(huán)境中進行練習。有了實際的操作經(jīng)驗，學員的專業(yè)度與操作熟練度都將大大提高。在課程結(jié)束后，系統(tǒng)會自動推送相關的上機考試系統(tǒng)，方便學員隨學隨測，及時地鞏固自己掌握額知識。除此之外，系統(tǒng)還能記錄學員的具體學習情況及各種考試數(shù)據(jù)，有助于為其提供更符合其需求的教學內(nèi)容。

2.4知識涵蓋面廣，具有啟發(fā)性

煤礦安全可視化培訓系統(tǒng)不僅針對相關的專業(yè)技術知識及操作規(guī)范、法律知識有詳細的講練體系，還對各種除塵設備、采掘設備、機電傳輸設備、精密小儀器等的結(jié)構、工作原理以及火災、煤塵、冒頂、水災、瓦斯泄漏等各大安全事故都有注意事項與逃生方法的講解，并普及了一些醫(yī)學常識與自救方法，極大地拓寬了學員的知識面，為他們深刻認識煤化工行業(yè)的工作性質(zhì)提供了良好的條件。

2.5系統(tǒng)性與單元化相結(jié)合

煤礦安全可視化培訓系統(tǒng)運用了系統(tǒng)化的講解方式，對虛擬狀態(tài)下的煤化工生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的操作流程、操作設備與關鍵要素進行了系統(tǒng)化、完整化的梳理，建立起了整個工藝的連續(xù)作業(yè)體系。此外，模塊化的指導方式也使該系統(tǒng)的局部特點得以被操作者認識，為其今后診斷相應的故障奠定了良好的基礎。

將可視化培訓系統(tǒng)應用于煤化工安全生產(chǎn)中可以將煤化工領域的先進技術與實際案例形象化地展示給學員，降低學員的理解難度，擴充知識的廣度和深度。同時，通過對各種虛擬場景的模擬及安全事故的介紹，能提高學員的自我保護意識和逃生技能，縮短了培訓時間，降低了成本。而人機互動式的教學方式使學員獲得了難得的實際操練機會，讓復雜的知識變得簡單、靈活，提高了教學效率和學員掌握的牢靠度。個性化的學習工具也使不同層次的操作者都能根據(jù)自身的情況集中解決自己面臨的困難，并能與更多的學員一同探討經(jīng)驗，互相幫助，共同取得進步。

3 未來煤化工產(chǎn)業(yè)安全培訓的有效措施

3.1煤化工產(chǎn)業(yè)應建立企業(yè)的安全生產(chǎn)文化

企業(yè)的安全生產(chǎn)意識在很大程度上決定著事故的發(fā)生頻率，因此，有關企業(yè)應積極制作相關的警示語及橫幅，并在醒目的生產(chǎn)場地進行懸掛，時刻提醒作業(yè)者堅持“安全第一”的觀念。同時，政府還可以以公益廣告、廣播等方式加強煤化工產(chǎn)業(yè)的安全施工意識。在作業(yè)前，企業(yè)應定期排查各種安全隱患，進一步完善自身的監(jiān)督與管理機制，結(jié)合國家的《安全生產(chǎn)法》查漏補缺，樹立企業(yè)安全生產(chǎn)的良好形象。另外要完善企業(yè)內(nèi)的各種操作設備，定期進行檢修，為操作人員配備應有的防護服、手套及頭盔，保障操作人員的人身安全。

3.2操作人員應提高自身的安全防護意識

企業(yè)應多組織開展有關安全生產(chǎn)的各種活動，如宣講、知識競賽、專家指導、先進評比等形式，使從業(yè)人員充分重視起生產(chǎn)中的安全問題，反思自己的違章違規(guī)行為。企業(yè)應建立完善的獎懲機制，一旦發(fā)現(xiàn)問題要及時地進行安全生產(chǎn)教育，落實責任制，同時保障勞動者的合法權益。

3.3積極改進可視化仿真技術

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，煤化工領域的安全培訓已經(jīng)充分引入了可視化仿真技術，這使企業(yè)的安全生產(chǎn)多了一層保障。未來的可視化仿真技術更應該實現(xiàn)自身的智能化，不但能夠進行情景模擬，還要研發(fā)出預警功能及場景還原功能，對各種災害事故進行三維甚至四維、五維真實再現(xiàn)，這有助于我們及時地避開事故，掌握事故的第一手資料，為今后解決類似問題提供借鑒。

4 結(jié)語

綜上所述，煤化工安全培訓中的可視化仿真技術如今已得到了有效的應用，其不但有效地避免了各種安全事故的發(fā)生，還大大提高了從業(yè)的安全意識，使他們積累了更多有關安全生產(chǎn)的各種操作技能，在時間、金錢上節(jié)省了一大部分開支。未來，可視化仿真技術還將實現(xiàn)更大的改良，希望相關工作者積極研發(fā)，注重實踐，讓我們早日享受現(xiàn)代科技成果。