仿真模拟在石油工程教学及培训中的应用探讨.doc
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1、仿真模拟在石油工程教学及培训中的应用探讨 仿真模拟可以利用油气开采过程模型来模仿油气生产过程中各种装置、设备、工具的原理及其在油气水流动条件下的工艺状态,仿真模拟技术自身具备直观性、逼真性、灵活性、全面型、经济性等特点,利用该技术可以在教室这种有限空间和有限教学设备的条件下,完整展示大型工艺流程,一方面可以取代传统的简化模型教具,取得直观易于理解的教学效果,另一方面可以通过交互多方位的展示各知识点,传达的信息量较大,具有其他教学方式所不具有的独特优势,不但能够取得较好的教学效果,而且节约空间,节约教学成本,在石油工程教学以及培训中具有良好的应用前景。 仿真模拟石油工程教学 一、引言 油气开采主
2、要利用众多大型设备如钻机、压裂车组、海上平台、抽油机、电潜泵、螺杆泵等,或者包含一系列复杂的工艺过程如油气渗流、钻进、垂直管流、压裂、酸化等,整个石油工程的教学的主线是各种设备、方法或者材料的使用改变油气水的流动状态,使其能经济高效的流动到地表。近年来随着多媒体教学的广泛应用,在实际理论教学及培训中,通常采用两大类石油工程教学方法第一类方法以文字描述并辅助图片、曲线分部分讲解设备原理或者工艺原理,这种方法相对较抽象,不易于理解;达不到预期教学效果;第二类方法以实物或者实物模型辅助教学,这种方法比较直观更易于讲解和理解,但是教学中使用的实物模型较简单,部分模型只是对实物的简化,与实际有偏差,且在
3、油气开采过程中都伴随油气水流动过程,这些课堂模型教具很难做到将油气水与模型结合一起讲解工艺过程,教学内容和效果受到制约。在当前多媒体教学手段广泛使用以及计算机技术快速发展的背景下,为了能够取得较好的石油工程教学效果,有必要在传统教学方法的基础上探索一种直观易于理解且工艺完整性较强的一种课堂教学手段,而模拟仿真便是一种能够满足上述要求的技术,可以广泛应用于石油工程教学培训中。 二、模拟仿真技术及其特点 仿真模拟教学就是在计算机上建立油气开采过程仿真教学模型,设置各节点特征参数,缩短教学时间、节省教学费用,具有重要意义。 1.2D仿真模拟 2D仿真模拟适用于一般的流程模拟。应用较多的主要有flas
4、h动画。这种仿真模拟能实现二维的油气开采工艺原理或者工艺过程展示,flash动画是一种能够交互式的矢量动画,可以实现画面的缩放、旋转、淡入淡出等动画效果,最主要的是具备很强的交互性,在教学过程中可以暂停或者选择动画进程以及动画效果,辅助教学灵活性较强。 2.3D仿真模拟 3D仿真模拟适用于多维度的设备原理或者工艺流程的展示,相对于2D仿真模拟而言,其直观性和交互性更强,flash的模拟只能实现动画的暂停和播放,不能通过交互实现视角的变化,表达的信息量有限,3D仿真模拟可以在虚拟环境下设置光源,可由教师在讲解过程中任意改变视角,从不同的角度讲解各方面的结构、原理、流程。3D仿真模拟主要需要进行3
5、D建模和虚拟现实两方面工作。3D建模可以选用3D MAX实现。虚拟现实在工业仿真模拟方面可以通过3D互动技术还原现实中的油气生产场景,可以让学生身临其境的查看拟真的设备或者流程中的信息,在教室内就可以轻松的了解油气生产过程的全过程。 3.仿真模拟在石油工程教学中应用的优势 直观性 不管2D还是3D仿真模拟,都可以在教室这种有限的空间内,通过计算机技术、自动化技术还原油气开采现场的设备原理、工艺原理、工艺流程,可视化及直观性较强,结合相应的语言讲解,使学生更易于理解、掌握相应的知识。 逼真性 利用实时材质编辑功能,可以对材质的各项属性进行调整,如颜色、高光 、贴图、UV等手段,利用三维场景的光影
6、和场景组织营造真实感,利用各种全局光渲染器的渲染能力,使得场景具有非常逼真的光影效果,可以制作与实时场景效果媲美的模拟环境。 全面性 仿真模拟可以还原油气开采工艺原理全过程、油气开采设备的全部结构以及在开采过程中设备各个部件如何实现流体增压或者增温等过程,使学生易于定位当前知识点的位置,教学效果整体性较强,改变了以往教学所产生的知识点各自相对独立的效果。 安全性 油气开采过程中存在很多的高压、高温危险节点,对于教学或者培训过程中,如果学生对原理掌握不清楚就实训容易发生危险,通过仿真模拟技术可以在员工实训前进行模拟培训,可以进一步降低操作风险。 经济性 仿真模拟可以节省各种实物模型的制作费用,且
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