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關鍵詞:城市;遺址公園;景觀設計
中圖分類號:S611 文獻標識碼:A 文章編號:
北京皇城根遺址公園建于明清北京城第二重城垣“東皇城根”遺址上,公園的設計主題為“綠色、人文”,其仿佛一道歷史長廊,傳承著古都北京的歷史文脈。并在改善城市生態環境、完善市政交通的基礎上提高了人民生活水平,為北京城市景觀增添了優美的一筆。
公園南起東長安街,北至平安大街,西鄰北河沿大街,東至東皇城根北街、南街,全長約2.8km,寬約29m,總面積7.5h㎡。
1背景分析
二十世紀末期,在皇城遺址處經考古研究發現了皇城墻的地基部分東皇城根(圖1-1)。自中華民國初年拆除后,皇城就逐漸遠離了人們的視線,僅僅成為了城市的一段歷史。迫于皇城墻遺址保護的需要和建設皇城根遺址公園的重大意義,皇城根遺址公園的建設工作隨之展開。
2遺址保護方式的選擇
皇城根遺址地處北京城市中心,周圍居民繁多、商業密集,緊鄰北京旅游核心目的地,因此對于皇城根遺址的保護方式而言不宜建立博物館或整體隔離區進行保護。這些保護方式都不能很好地將遺址與城市有機地結合起來,且會對城市整體建設造成一定的影響。
因此建設城市遺址公園就成為了皇城根遺址保護的絕佳選擇。其優點很多,一方面可以對皇城根遺址進行合理有效地保護,又不會對城市交通、整體規劃造成影響;還能成為北京城市園林綠地系統的組成部分,為市民的休閑娛樂活動提供適宜的場所,傳承歷史文化,展示歷史風貌,為周邊的王府井商業區提供園林休憩場所,讓人們能夠在體驗到商業發展所提供的生活便利時還能享受到城市公園的優美環境。
當人們走進公園時,可以在這樣美好的環境中交流、散步、運動、玩耍,調動全身的器官來感受并獲取周圍的環境信息,從而得到身心的解放與精神的寄托。讓皇城根遺址公園向人們講述北京城市滄桑厚重的歷史,喚醒人們對皇城的記憶,增進人們對古都文化的理解,讓遺址的保護獲得新的生機(圖2-1,圖2-2)。
總之,將皇城根進行遺址公園建設保護不僅能夠對遺址本身進行保護,還能在生態、環境、市政、交通、文化等方面起到諸多作用。
圖1-1 皇城根遺址
圖2-1 皇城根遺址露天博物館式保護圖2-2 時空對話雕塑小品
3皇城根遺址公園景觀分析
北京皇城根遺址公園的景觀是傳統與現代的融合。將自然引入城市,以植物營造綠色景觀,改善城市中心地區的生態環境。挖掘歷史文化內涵,延續皇城文脈,營造獨特的人文環境。把握時代精神,以人為本,親近自然,即可游賞,又可對遺址進行合理保護。
3.1總體布局
公園總體布局采用多節點,路徑連通的的結構。建設有三級節點,其中一級節點為地安門大街節點、五四大街節點、東安門大街節點和南入口節點。二級節點為中法大學節點、東黃城根四合院節點,保留下來的老房子為補充節點。除了主要節點,每隔大約150米即有一處小廣場,為市民的各項活動提供了充足的活動空間(圖3-1)。
每個節點體現了不同的主題與文化內涵并有著不同的主題,通過采取不同的方法再現歷史遺存、創建新的景觀特色,強調歷史特征、城市文脈與皇城特色。
例如,南入口節點中天然的巨石加透空的北京皇城地圖(圖3-2),是該公園點睛之筆;東安門大街節點建有兩處露天皇城墻遺址展示的下沉廣場;五四大街節點“翻開歷史新的一頁”雕塑建于廣場上成為標志景觀(圖3-3);地安門大街節點復建了一段約30m長的皇城墻,強調皇城根遺址公園的歷史文化內涵。
圖3-2 皇城根遺址公園中不同樣式的廣場節
圖3-2 北京皇城地圖巨石 圖3-3 “翻開歷史新的一頁”雕塑
3.2功能分區
皇城根遺址公園其作為城市的綠色廊道,既體現了較好的生態效益,又為居民提供了便捷、舒適的開放式休閑空間。
由于該園狹長呈帶狀,且地處北京文化核心區,故不能直接按照片狀公園功能分區經驗進行規劃。因此該公園主要以多節點的形式對公園進行功能分區。
節點作為公園的重要組成部分,承載了空間、文化與精神的內容。北京皇城根遺址公園在節點處做了大手筆,將景觀設計與功能使用很好結合,從而形成多功能空間,主要有以下幾種方式:
在林蔭較密集處放置較多板凳,供游人休息。
種植大量的喬灌木將公園與車行道路分割開,形成較為安靜、密閉、私密的空間,適合人們進行聊天、下棋等活動。
樹陣式種植下設坐凳、石桌、健身設施以及公用電話亭,不僅適合老年人活動,也適合兒童玩耍。
增加景觀小品與景觀雕塑,增強了公園的藝術水平。(圖3-4)
林蔭較處放置板凳 分隔林帶
圖水珠形雕塑貼近兒童玩耍文化性浮雕
圖3-4 皇城根遺址公園多功能空間形式
3.3景觀營造及設計手法
皇城根遺址公園是中西結合式園林景觀的典范,在景觀營造上不乏二者的結合,如在公園中既有皇城墻的遺址、傳統置石、四合院建筑,也有噴泉、跌水、樹陣廣場,并采用以自然式和規則式手法相結合的種植設計。其特定的地理位置也要求了其景觀營造和設計手法,應當是更強調幾百年的文脈優勢并借鑒現代城市設計手法,使其與城市協調。要種植大量的植物、體現自然,把自然引進城市,對城市遺址進行公園式保護,并對皇城根遺址起到遺址緩沖區域的作用,極大豐富城市景觀。
1.對遺址進行景觀式保護
明清北京城第二重城垣“東皇城根”遺址現已挖掘出明皇城地基,因此在公園南端依城基高度做下沉廣場,廣場處做“金石圖”雕塑配以疊水景觀,并在遺址周圍的緩沖區域中栽
植大量的植物,建設各種景觀小品和雕塑,從而有效地通過景觀式的保護將遺址保護起來,形成獨特的遺址保護景觀。
2.運用隱喻手法體現皇城特色
地處古都北京且建于昔日皇城城墻遺址處的皇城根遺址公園必然要展現皇城特色,這是由其雙重身份決定的。公園用紅墻、黃瓦、白欄桿、灰磚的色彩隱喻北京皇城,反復運用紅、黃、白、灰與園路鋪裝、植物色彩、景觀小品以及市政設施上。例如紅磚及灰磚鋪成的廣場,紅色與黃色的坐凳,甚至噴泉與植壇的邊緣都是采用紅色、黃色與白色。讓進入公園的游客直接感受到皇城的主題,并聯想到皇城的文脈。
并且公園中所種植的植物也以綠色、紅色、黃色與白色為主,將金葉女貞、紫葉小檗、檜柏等植物搭配種植形成彩色綠籬,以寓紅墻黃瓦(圖3-5)。
3.用象征手法體現文脈
象征手法是城市遺址公園設計中十分重要的部分,設計中所有的象征都必須符合遺址的歷史文化,而皇城原有的風貌以及“御河”為皇城根遺址公園提供了豐富的象征對象。
因此水就成為了皇城根遺址公園中的主要象征文脈,如利用斜坡做成循環式的噴泉、疊水,在帶狀綠地以點線結合的方式設計人工涌泉和水溪(圖3-6,圖3-7,圖3-8)。
總之,公園豐富、生動而且細致地用景觀的方式闡述歷史文化與人文特色,用景觀種植改善城市態環境,使其成為突出城市特色、傳承城市文脈、豐富公共活動的城市遺址公園。
3.4植物種植
皇城根遺址公園在景觀植物種植設計時,充分運用孤植、對植、列植、叢植、群植、林植、綠籬、花壇、花境等種植手法,綜合考慮到路兩邊的街景、建筑,從而使公園融入道路原有景觀,產生豐富、舒適的效果。
在全園的一條主線、三個段、四個結點中,一條主線為自然式種植為主,較多運用成叢、成群散植,減少規則行列式種植,避免形成規則感。但在節點及廣場上主要是進行疏林廣場式規則式綠化,可大大方便群眾的活動。
以北京鄉土樹種及皇家園林中的珍貴樹種作為主線的基調樹種,如國槐、銀杏、元寶楓、白皮松、油松、側柏、竹子等。配景中則有海棠、玉蘭、丁香、杏梅等。并種植新品種的花卉, 草坡則種植有綠色期較長的野牛草在廣場中。
公園植物種植中還營造了富有特色的植物景觀,即“梅蘭春雨”“御泉夏爽”“銀楓秋色”“松竹冬翠”四季景觀。
圖3-5 紅、黃、白、綠色隱喻在景觀植物中的運用
圖3-6 曲水流觴景觀 圖3-7 循環式噴泉景觀 圖3-8 水渠景觀
關鍵詞: 醫院工程;潔凈手術部;凈化空調系統;自動化設計
手術感染一直都是臨床治療中的難點,醫院潔凈手術部在凈化室內空氣方面的作用尤為顯著,可有效防止各類污染的發生且避免病菌的擴散。這不僅有助于醫院創造良好的手術條件,也為病人和醫務人員提供的健康的環境。高空氣潔凈度對于潔凈手術室而言是很重點的要求,空氣凈化處理有助于達到手術室潔凈標準的要求。因此,潔凈手術室對空調自動控制技術要求遠遠高于一般的舒適性空調。必須有完善的自動控制系統,才能保證空調系統的正常運行,使潔凈手術室可以達到技術指標要求。
1實例概況
某醫院病房大樓潔凈工程處在5層手術部及6層重癥監護室(ICU)。具體情況為,百級、千級潔凈手術室凈化空調系統選擇一拖一形式,一臺潔凈空調循環機組供應一間手術室。萬級潔凈手術室選擇一拖三形式,新風集中預處理。4臺潔凈空調循環機組運用于潔凈走廊、污物走廊、輔助用房等。在重癥監護室、輔助用房之間建立獨立的系統,選擇1臺潔凈空調循環機組,新風自取,空調系統選擇一次回風方式。大樓潔凈工程設計的中央空調系統為獨立運行,選擇4臺風冷熱泵式冷水機組,冷水機組(內置冷凍水泵)集中布置于6層裙房屋面。
2空調控制系統的監控設計
2.1空調循環機組
2.1.1配置構成:空調循環機組結構中要設計多個功能段,包括:風管、送風、表冷、電加熱、電極加濕等,選擇的是二管制。機組把冷熱盤管分布在正壓段,這對冷凝水的排出有促進作用,避免機內積水而造成滋生細菌,防止空調系統出現新的污染。考慮到實現空氣凈化的效果,對循環機組布置初效、中效2級過濾,同時對靜壓箱處布置高效過濾器。
2.1.2 DDC監控:采取空調循環機組監控的最終目的是為了創造良好的運行環境,如:溫度調節、濕度調節、壓差調節、空氣處理等。采取的監控方法包括:(1)狀態監視方面。主要是檢查初效、中效、高效過濾器等元器件的具體狀態,也包括風機變頻器、過濾器等方面的情況。(2)溫度濕度方面。主要是對溫度、濕度進行調節,包括:①送風溫度自動控制。冬季時對熱水閥開度自動調節,維持回風溫度的科學性;夏季對冷水閥開度自動調節,維持回風溫度的科學性。②回風濕度自動控制。按照濕度標準要求對加濕閥有效調整,確保濕度能達到潔凈手術部要求。除濕控制一般包括:自動調節冷水閥開度、冷凍除濕機等。另外,結合溫度的要求應該對電加熱給予調整,通過加熱處理保證濕度滿足設定值要求。(3)壓差調節。對空調循環機組的新風支管需添加相應的裝置,通常都要安裝電動雙位定風量器,以持續把新風傳送到各個循環系統中,確保了新風量及正壓的條件。(4)空氣潔凈度。對空氣潔凈度的控制主要是設計過濾網,通常是利用3級過濾,即:初效、中效、高效等,保證室內空氣滿足標準的潔凈度。(5)風機控制。風機控制箱需添加手動/自動選擇開關,日常運行期間要保持在自動狀態。護士站則根據自動控制系統中的遠程控制對風機起/停進行操作。(6)聯鎖控制。電磁調節閥新風風門、風機起動之間的聯鎖反應。送風機開啟之后,開冷水閥和新風風門,調節冷水閥。風機中斷之后,新回風風門、電動調節閥、電磁閥自動關閉。通過這樣的控制流程來實現空調機組的有效監控。
2.2新風系統
2.2.1配置組成:此次案例工程里提到的手術室新風選擇集中預處理方法,一共布置了2臺新風機組。新風機組的功能段較多,如:風機、均流、中效、亞高效過濾、表冷、抽濕再熱、出風等,也選擇二管制。機組把冷熱盤管布置在正壓段,這對冷凝水的有效排除有促進作用,可避免機內積水造成的滋生細菌,放置空調系統出現二次污染。考慮到這增強系統的凈化空氣效果,對新風處理機組同樣設計了3級過濾,包括:初效、中效、亞高效等級別。另外,機組內配置特定波長的紫外線燈,有助于過濾網及盤管的殺菌處理。
2.2.2DDC監控:新風機組監控涉及到溫度調節、濕度調節、空氣潔凈度處理。新風系統的各類模擬量輸入(AI)、輸出點(AO)與數字量輸入(DI)、輸出點(DO)等,具體分布情況為圖1。
采取新風機組監控能發揮出多方面的作用,但在控制時要嚴格按照標準操作,具體情況為:(1)狀態監視。對初效、中效、亞高效過濾器的具體狀況詳細檢查分析,同時觀察風機變頻器、故障報警、過濾器堵塞等方面的情況。(2)實現溫度、濕度的有效調控。①送風溫度。冬季對熱水閥開度自動調節,維持送風溫度處于標準范圍;夏季對冷水閥開度自動調節,維持送風溫度在標準范圍內。②送風濕度。考慮大醫院建筑內無蒸汽,且該區域冬季濕度偏大,手術室空調凈化系統冬季加濕選擇新風集中加濕后送入各循環機組的方式。要想達到Ⅰ級手術室、ICU的濕度標準,循環機組內要添加相應的電極式加濕器。 (3)空氣潔凈度控制。利用所分布的3級過濾網,保證空氣的潔凈度處于標準范圍。(4)風機控制。風機控制箱一般設計了手動/自動選擇開關,正常情況下都屬于自動狀態。由護士站利用自動控制系統遠程控制對風機起/停進行操控。(5)聯鎖控制。主要是電磁調節閥、新風風門與風機起動聯鎖。在送風機起動狀態下,開冷水閥和新風風門,調節冷水閥;當風機中斷運行后,新回風風門、電動調節閥、電磁閥則會自行關閉。通過新風機組與空調機組之間的相互連接,可以發揮出更好的調節作用,保證空調機組的正常運行。如果院內某一件手術室正在使用,則新風系統便會開啟運行;而當手術部關閉后,新風機組才會隨之中斷工作。
2.3風冷熱泵式冷水機組
此次研究的工程中,建立了一套風冷熱泵式冷水機組系統,由于該系統是獨立運行操控,可以給空調系統輸送必要的冷熱源。從現有的設計方案看,設計冷水機組的監控集中在以下兩種方式:(1)經過RS-232或RS-485/422串口通信,將其和冷水機組構成全部開放式的數據通信。通過凈化自控系統的協助運行下,中央站可隨意收集冷水機組內部數據,最后得到系統具體的參數指標,從而改善了冷凍系統內部的控制性能,減小了機組故障的發生率。(2)干接點的方式。這種方案是在冷水機組的控制箱內傳輸干接點信號,且與控制器的I/O點之間相互連接。
風冷熱泵、冷水機組的具體情況為:(1)冷負荷需求量。計算這一指標時要參照空調供水、回水溫度、供水流量等三方面的具體情況,對建筑空調需要的冷凍負荷量自動計算。(2)冷水機組臺數。控制臺數是要按照建筑所需冷負荷、差壓旁通閥開度等方面的情況自動調整,以保證系統運行后的能耗最小。(3)機組聯鎖控制。實現空調水蝶閥、起動循環水泵和開熱泵機組的開啟,以及停熱泵機組和關閉循環水泵及空調水蝶閥。(4)空調水壓差控制。根據空調供水與回水壓差,自動調節旁通調節閥,維持供水壓差恒定。(5)水泵保護。當開啟水泵之后,水流開關則會對水流的狀態進行檢測,在發生故障之后則會自行中斷系統。(6)機組定時起/停。按照之前安排的工作時間、休息時間,對機組的起/停定時操作。(7)機組參數。主要指的是系統的運行參數,監測系統會完成多個參數的檢測,如:溫度、壓差等,根據參數指標情況判斷系統是否存在故障。(8)水箱補水。對進水電磁閥的開起與關閉進行自動控制,讓膨脹水箱水位處于標準狀態,出現異常情況后可及時報警。
2.4排風機的控制
設計排風系統時都要對結構上添加手動風量調節閥、止回閥。而手術室排風口要添加F8中效過濾器,別的潔凈區排風口帶F5中效過濾器。排風系統具備的相關功能與操控方法:
(1)風機控制。通常控制風機可借助于兩種開關方式,即:手動開關、自動開關。正常工作中的開關位屬于自動狀態,經過護士站利用自動控制系統遠程控制風機的起停。(2)聯鎖保護。這種保護分布的地方較多,如:潔凈手術室、潔凈走廊、污物走廊、重癥監護室等,都屬于機械定風量排風系統。室內排風機中添加了相應的延遲設備,能發揮出瞬間開門、快速調控的效果。 (3)過濾器堵塞報警。通常報警系統動作都是在中效空氣過濾網兩端壓差偏大時,以告知醫院人員盡快清理。
3空調自動控制系統組成
根據現有的空調系統技術看,自動控制系統主要包括集散式控制、分布式現場總線控制等兩大方式,集散式控制系統則是運用最廣泛的。其主要包括:中央管理站、DDC控制器、傳感器、閥門等部分構成,從而實現了多個方面的控制管理效果。
中央控制系統主機分布在手術部的監控室里,DDC控制器則涉及在技術夾層,護士站設置了監控分站。與常規基本配置的空調機組相比,手術部的凈化空調機組工藝系統具有自己的特殊性,其在管理方面相對獨立寫,協調主要服務于手術部內醫護人員。因而必須在手術部單獨建立一個置監控室,這樣才能更好地服務于醫務人員對手術部的凈化空調自動控制系統,保證更加全面、可靠的凈化效果,在遇到異常情況時可對相關參數進行調整。
4結語
關鍵詞:工程認證;精細化工;教學改革;實踐能力;教學理念
一、我國工程教育認證的發展歷程
為了提高我國高等工程教育質量,構建我國高等工程教育質量保障體系,進一步深化高等工程教育改革,建立高校工程專業與社會企業所需人才培養的雙贏機制,規范與注冊工程師制度相銜接的高等工程教育專業認證體系,促進工程教育國際化,實現國際互認,提升我國高等工程教育國際競爭力,教育部于2006年正式啟動高等工程教育專業認證試點工作。10年來,我國工程教育專業認證工作逐漸在全國相關高校中得到了重視和積極開展。2013年6月,國際工程聯盟大會在韓國召開,大會表決通過中國為《華盛頓協議》預備會員,成為該協議組織第21個成員。《華盛頓協議》是世界上最具影響力的國際本科工程學位互認協議,1989年由美國、英國、加拿大、愛爾蘭、澳大利亞、新西蘭6個國家的工程專業團體發起成立,旨在建立共同認可的工程教育認證體系。該協議提出的工程專業教育標準和工程師職業能力標準,是國際工程界對工科畢業生和工程師職業能力公認的權威要求。截至2013年8月,中國工程教育專業認證協會已對我國高校的373個專業點開展了認證工作,之后經過3年的不懈努力,我國工程教育專業認證協會分別受理了137個專業的2014年認證申請(其中105個專業通過認證)、156個專業的2015年認證申請和200個專業的2016年認證申請,我國工程教育水平得到了長足而顯著的提高,其質量獲得國際社會的一致認可。可喜的是,2016年6月,《華盛頓協議》全票通過中國科協代表我國由《華盛頓協議》預備會員轉正,成為該協議第18個正式成員,表明我國工程教育專業認證與國際實質等效,標志著我國工程教育質量實現了國際化互認。
二、工程教育認證背景下我校精細化工工藝課程教學改革的必要性
華僑大學地處海峽西岸經濟區的心臟地帶,為了更好地服務于地方區域經濟的發展,為企業人才市場輸送合格的工程類專業人才,工程教育專業認證已列為我校提高辦學質量的主要舉措之一,校領導高度重視。與此同時,隨著福建省沿海四大石化基地和重大項目的加速推進,帶動了合成材料、有機化工和精細化工等配套開發,石化產業集群效應顯現,化工類專業人才需求增大[1]。為了培養合格的化工工程師,我校化工學院積極申請化學工程與工藝專業的工程教育專業認證。2016年2月,中國工程教育認證協會正式受理了我校化工學院化學工程與工藝專業工程教育認證的申請,這是我校第一個被受理的工科專業,得到了校、院兩級領導的高度重視和全系教師及其他相關院系的大力支持和配合。中國工程教育認證標準是基于產出的教育評價,滿足華盛頓協議互認要求。基于學習產出的教育模式(OBE)最早出現于美國和澳大利亞的基礎教育改革,是以預期學習產出為中心來組織、實施和評價教育的結構模式[2,3]。國內部分高校實施基于OBE教育理念的人才培養模式的綜合改革,規范教學活動,樹立教學標準意識,建立教學質量標準,最終取得了顯著的效果,并順利通過我國工程教育認證。眾所周知,《精細化工工藝》是化學工程與工藝(精細化工方向)專業的主干專業課之一,該課程具有工程性、應用性和綜合性等特點。在我校化學工程與工藝專業開展工程教育認證的背景下,基于“以學生為本,以學生學習產出為導向”的教育理念和思路開展精細化工工藝課程教學改革勢在必行。
三、工程教育認證背景下精細化工工藝課程教學改革的幾點思考
CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果,它以產品研發到產品運行的生命周期為載體,讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。CDIO培養大綱將工科專業畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、認識團隊能力和工程系統能力四個層面,大綱要求以綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定目標[4,5]。為了使學生在學習精細化工工藝課程過程中達成這個目標,必須同時從教學的兩個主體———學生和教師入手,轉變教育理念,改革教學方式方法,以符合我國工程教育認證標準。
(一)學生工程實踐能力的培養
精細化工工藝是一門實踐和理論并重的課程,在培養高素質的精細化工工程技術人才過程中,精細化學品開發、設計及合成的實驗與實踐起著重要作用。對于學生而言,借鑒CDIO成功的教育經驗,在工程教育認證背景下精細化工工藝課程教學改革過程,一定要特別注重和加強學生工程實踐能力的培養。
1.加強校企合作。根據《中國工程教育質量報告》的調查,工業界認為高校培養工程專業人才過程中存在通用能力評價高,工程能力培養不足;傳統優勢明顯,緊跟時代需求不足;工業界參與深度和規范化不足等問題。因此,在精細化工工藝課堂教學過程中積極邀請精細化工相關企業高級工程師走入課堂參與教學,有利于學生深入了解所學知識在將來所要從事的精細化工行業中的實踐應用。
2.搭建校內精細化工實踐平臺。實踐平臺是大學生進行實踐活動的陣地,校內可以通過設立實驗示范中心、學科重點實驗室、科研成果轉化平臺以及本科生課外科創活動平臺等舉措,不斷提高學生的精細化學工程實踐能力和創造力。
3.設立精細化學品制作工坊。根據精細化工工藝課程需求開設特色實驗室,對課程中所學主要精細化學品種類及其典型產品的制備工藝開展實驗,比如手工肥皂、洗滌劑和膠黏劑等常規精細化學品的制作。與此同時,增加綜合型、設計型實驗的比例和深度,充分調動學生對精細化工工藝的學習積極性。比如在手工肥皂制作過程中設計透明多彩的新型多功能肥皂,培養學生的創新意識、動手操作能力和團隊合作精神,提高學生的工程實踐能力和創造力,讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習精細化工工藝這門專業主干課程。另外,精細化工工藝特色實驗室在全校范圍內也可以共享實驗資源和設備,這不僅可以增加學校對實驗室的經費投入,而且可以顯著提高精細化工專業的知名度,大大增加學生對本專業的認可度和歸屬感。
4.建立多元化考核標準。傳統工科教學的突出問題是理論知識學習比重遠大于工程能力培養比重,這是單一筆試考核模式導致的必然結果。基于工程教育認證中所要求的學習產出的教育模式,將學生在精細化工工藝課程學習過程中參加課外精細化工實踐平臺和精細化學品制作工坊等活動的表現形成可量化的考核標準,與傳統考核標準進行有機結合,建立以加強學生工程實踐能力培養為目標的多元化課程考核標準。
(二)教師課程教學理念的轉變
基于OBE工程教育模式,工程教育認證將推動工科教學由“經驗型”轉向“科學型”、由“內容為本型”轉向“學生為本型”。這就要求高校教師徹底擯棄傳統的“教無定法”的教學理念,而是基于學習結果的教育模式,形成一種規范、團隊、持續改進的教學方式,實現教學行為及活動的標準化與規范化,從而達到工程教育認證標準,持續為工業界輸送合格的化工工程師人才。
1.建立課程目標與畢業要求的對應關系,規范和細化教學大綱及內容。《精細化工工藝》是一門介紹精細化工產品生產原理與工藝的專業課程,其課程知識體系非常零散且龐大,規范地組織教學內容和選擇教學方法對于有效實現預期學習結果至關重要。精細化工工藝課程的教學目標:一是讓學生能夠根據市場需求的不斷變化,設計新型精細化工產品;二是讓學生運用精細有機合成化學及工藝學理論,根據精細化學品的功能特點及研究目的,選擇適宜的研究路線,設計可行的有機合成單元反應實驗方案;三是讓學生熟悉與精細化工行業相關的產品技術標準、知識產權、法律法規、產業政策及發展現狀和趨勢,能識別、分析精細化工新產品、新技術、新工藝的開發和應用對社會、健康、安全、法律以及文化的潛在影響,深刻理解精細化工在國民經濟中的重要地位和作用。以上課程目標分別對應于我國工程教育認證標準中化學工程與工藝專業學生應達到的十二條畢業要求中“設計/開發解決方案”、“研究”和“工程與社會”等方面的能力要求。在對學生學習結果有了清晰的認識后,教師通過細化教學大綱來規范教學內容和控制教學進度,從而保證課程目標的達成。
2.整合教學資源,避免課程間教學內容的低水平重復。對于化學工程與工藝專業(精細化工方向)的學生而言,在開設《精細化工工藝》課程的同時,還開設了《精細化學品》和《高分子化工工藝》等相關課程。過去,這些課程在教學內容上存在部分重復,比如有機合成反應基礎知識的介紹,學生對此也提出了意見和看法。OBE工程教育模式客觀上要求整合各類教學資源,明確不同課程對達成畢業要求指標點(預期學習結果)的貢獻及程度。這就需要各專業教師之間進行有效地交流與合作,協調相關課程的教學大綱及內容,避免教學資源的浪費。
3.建立課程教學質量跟蹤調查及反饋機制,形成持續改進的教學理念。工程教育認證要求建立畢業生質量跟蹤調查機制,形成科學有效的畢業生評價體系,為學校更好地培養工程人才提供重要依據。顯而易見,畢業生質量與課程教學質量緊密相關,只有建立后者的跟蹤調查及反饋機制,才能保障前者的水平。除了校院兩級對精細化工工藝課程教學主要環節進行質量監控外,教師一方面于課程教學結束后在所授班級召開座談會,聽取學生對所學課程內容及授課方式、進度等方面的看法和意見,教師對所提問題與學生進行交流并提供合理化建議;另一方面,針對從事精細化工行業的畢業生進行跟蹤調查,靈活運用現代通訊及聯絡工具、調查問卷等多種形式,開展關于學生在校期間所學精細化工工藝課程對其職業發展的影響以及其對該門課程設置、教學內容及方法等方面的建議和意見的調查,另外還可以展開畢業生所在單位對所需精細化工工程人才知識架構要求的調研。授課教師對以上信息收集整理后進行歸納總結,形成反饋整改意見,并在下一次的課程教學過程中有效體現,形成良性互動循環,促進精細化工工藝課程教學質量的持續改進。
作者:甘林火 單位:華僑大學
參考文獻:
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[關鍵詞]精細化工;控制技術;分析
中圖分類號:TM211 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2017)12-0280-01
1 前言
精細化工制造環節大都以高新技術為基石,以市場需求種類、系列化為特征的化工加工環節。在之前的20多年時間內,化學工業出現了翻天覆地的改變。其趨勢大致展示為:由商品化學品加工向功能型化學品發展;由大規模環節向小規模化方向發展等。
2 精細化工概述
精細化工,是制造精細化學品行業的總稱。具備種類較多,更新速度較多;產量小,大都以間歇性的形式加工;具備功能性又或是最終運用性;大部分都是復配型的產品,配方等相關的技術明確了產品的性能;產品品質需求就高;較強的商品性,大部分以商品名進行銷售;技術密集程度較高,需要逐漸實施全新產品的技術研發與應用技術的開發,強調技術服務;設施費用低等其它特征。
3 精細化工過程的控制技術
3.1 集成技術
伴隨現代化自動化技術的日益發展,及當代社會對于精細化工自動化需求的逐漸增強,智能化的操作系統,依托本身的豐富資源、后經濟性以及運用便利等特點,在現代化的精細化工環節的數據采集與監控領域均獲得了大量的運用。伴隨數據通信手段的不斷發展,及編程控制技術與觸摸屏顯示操縱的趨于成熟,以此當作基礎控制器的智能操作體系被大量運用至精細化工環節的控制層面之中。計算機調控體系的逐漸進步以及本身性能的日益拓展,為了能夠達到精細化工環節的集成控制奠定了較好的技術基礎。集成控制所代表的是以綜合經濟技術標準當作最終的預期目標,對加工環節實施集成化的管理,同時涵蓋了批量加工、過程改善、加工管理、安全維護以及加工調度等其它拓展功能,從根本上達到真正意義層面的一體化加工、管理、監控。
3.2 自動批量生產控制
批量生產具備較為顯著的單向性與周期性特征,在完成一個批量生產過程之后,便代表了此次生產環節的完結,其次由材料購買過程始,邁入下一輪的加工,同時再次明確相應的制造規劃與流程指標等等,直至產品的形成,完成第二次的制造過程。在開始實施批量加工以前,往往需要完成好所有步驟的預備工作。因此,在傳統形式的精細化批量化加工控制體系里面,以流程具體指標設計為主要參考的順序控制體系以及以機械設施與產品相關工藝數據為借鑒的程序型控制體系,獲得了大力宣揚與大量運用。當前,批量小與種類繁多已經發展成現代化精細化工加工不斷發展的重要趨勢,其對于產品加工環節的柔性需求有著更加強的需求,其同樣更加深入的推動了全球間歇環節控制指標的引進,大都涵蓋了國際指標。從控制系統層面而言,需要充分融合產品的特征,明確科學的控制規劃,同時按照具體的加工進程與現實的進度來便利的調節控制規劃達到全面的自動批量加工控制,從根本層面實現滿足現代化精細化工發展對于柔性的需求。
3.3 優化控制
運用迭代學習實施優化控制,能夠處理精細化工環節工藝數據運轉軌跡的優化追蹤控制等相關問題,避免操作人員完全不一樣的操作步驟和過程特征改善所造成的影響,獲得最佳的控制律,和其它的反饋控制方式相互融合,達到精細化工環節的優化控制。其已經在苯乙烯間歇聚合反應終點品質調控、PVC樹脂間歇發酵環節的補料調控與間歇反應釜溫度調控等非常多精細化工環節的控制環節獲得驗證。迭代學習控制所具備的自學習優化特征,使得其在精細化工環節具有極為廣闊的發展趨勢。
3.4 綜合性統計過程控制
當前的精細化工加工環節的產品品質調控,大多存在與加工的開始、關鍵中間點以及終點等有限數量的點實施工藝材料的化驗研究,操作偏差又或是過程影響往往會使得工藝環節的運轉遠離準確的工況,此依托自身進行經驗操縱的形式往往無法對加工品質實施科學合理的控制。統計過程控制,又被叫做統計質量控制,其所指的是運用數理統計方式的加工環節的監管工具。其對于加工環節實施分析與評判,按照所反饋的信息即時發覺問題,同時運用有關措施將其排除,使其始終維持在受控的狀態。因為SPC技術的重要功能,在最近幾年時間內精細化工行業SPC方式的分析與運用范疇轉向以數據驅動為基礎的工況監管、繁瑣物性數據的軟測量、加工環節與終點評判、產品品質預估與控制等其它方向不斷發展。
4 精細化工過程控制技術的發展方向
(1)過程控制逐漸向著計算機化的方向擴展,增強過程控制的自動化程度。在傳統形式的過程控制環節,由于節約費用等因素的影響,其調控大都運用儀表的形式來完成,導致過程控制的自動化水平相對偏低。當前,伴隨自動化與計算機等相關技術的完善,再加上市場對過程控制需求的增強,過程控制的自動化是其發展的必然。
(2)控制的形式逐漸向批量的方向擴展。因為精細化工所具有的間歇性加工特征,所以在傳統形式的加工環節里面大都運用一次性投料的形式,運用批量的加工形式,在所有環節的制造完成之后才可以實施后續的加工,如此循環往復即可。
(3)智能化控制是當前精細化工在制造環節大多會采取事先設置的調控策略實施,其生產速度、加工溫度以及壓力等相關參數均是預先設定的,此調控方式能夠確保所有批次的制造環節均是一樣的。但是,在顯示的制造環節里面,因為遭受外部環境及內部因素的改變,精細化工會遭受完全不一樣程度的影響,然而傳統的形式是經過操作者針對其實施干預,顯示的效果完全是由操作者的技術水平所明確的,進而造成所有批次產品的品質并不完全一樣。
5 結語
精細化工的過程控制便是為了能夠更加好的滿足市場發展的要求,展示出了復雜化與間歇性的特征,進而使得整個加工環節變得非常繁瑣。為了能夠保證產品的品質,需要增強自動化水平,經過引入較為先進的技術來增強加工環節的調控能力,盡可能達到加工環節的問題控制,確保精細化工的加工品質。
參考文獻
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作者簡介
甄世鈺(1997―),男,漢族,籍貫:甘肅金昌,學歷學位:本科在讀,職稱:無,單位:大連理工大學,研究方向:化學工程;
關鍵詞 綠色化學教育 精細化工工藝學 教學實踐
綠色化學又稱環境友好化學,是一門從源頭上阻止污染的化學,核心是“原子經濟性”和“5R”(Reduciton、Reuse、Recycling、Regeneration、Rejection)原則[1],其與轉變經濟發展方式,建立環境友好與資源節約型社會,實現人類社會的可持續發展緊密相連。
“精細化工工藝學”是應用化學類專業的一門專業課,主要介紹精細化工產品的生產原理、工藝、設備等內容,使學生對精細化學品的生產工藝有較系統的了解和掌握[2]。精細化學品與人們的生活息息相關,其傳統工藝往往具有三高(高能耗、高污染、高排放)的特點,這與綠色化學背道而馳。為此,筆者將綠色化學教育滲透于“精細化工工藝學”教學,取得了良好的教學效果。
1 進行綠色化學教育滲透的意義
人類所共同面對的環境問題決定了開展綠色化學教育的必要性和緊迫性。綠色化學教育既是素質教育的重要內容,也是培養學生社會責任感的需要,更是培養創新能力的需要。
立足于專業課的綠色化學教育,有利于綠色化學知識和專業知識的有機融合,有利于培養學生的環保意識及科學人文素養,有利于培養學生的創新能力,更有利于培養未來“工程師”們的綠色化學能力,為從長遠和根本上防止污染、實現人類與環境的和諧發展奠定堅實的基礎。因此,21世紀綠色化學教育必將迎來新的機遇與挑戰,在專業教學中滲透綠色化學內容,加強學生的綠色化學意識,具有極其深刻的意義[3]。
2 進行綠色化學教育滲透的措施
2.1 培養學生的綠色化學意識
教師必須適時灌輸綠色化學思想,教導學生依據“5R”原則選擇綠色的工藝路線,在無法避免使用或產生有毒有害物質時,必須采取有效的保護和消害處理措施。同時引導學生觀察和認識生活、生產中的綠色化學現象,鞏固和加深綠色化學知識,如:觀察并理解在日常生活中使用帶有“無氯氟烴”標志的冰箱、空調產品有利于防止對臭氧層的破壞;使用無磷洗衣粉可以減輕水體富營養化等。
教師必須結合教學實際,采取積極有效的方法和途徑,切實提高學生的綠色化學意識,使學生在潛移默化中受到良好的綠色化學教育,使綠色化學教育在學生思想中達到由“要求”變成“需求”的境界。
2.2 以實驗“綠色化”促進綠色化學教育滲透
在“精細化工工藝學”和“精細化工實驗”教學內容“理實一體化”的基礎上,將理論課中的典型案例和實驗項目對應起來,并引入綠色化學方法來設計實驗教學。在改裝后的微波爐中進行了“食品添加劑苯甲酸合成”實驗教學[4],具體步驟是:(1)在圓底燒瓶中投入1 g無水碳酸鈉、0.015 mol高錳酸鉀、0.01 mol氯化芐、0.2 g四丁基溴化銨及50 mL水放入微波爐,接好微波截止管和冷凝管,設置微波功率為750 W,反應時間15 min,啟動微波爐。(2)反應完畢,冷至室溫,濾出二氧化錳回收。(3)濾液用6 mol/L鹽酸中和,可析出苯甲酸。(4)加熱趕出二氧化碳,冷卻,抽濾,干燥,得苯甲酸晶體,產率85%~87%。整個實驗試劑用量少,副產物回收,不污染環境,避免了常規合成用亞硫酸鈉或草酸溶解副產物二氧化錳的操作工序,實現了工藝綠色化。
將綠色化學理念引入到精細化工實驗教學中,通過采用微波技術、微型實驗等手段,讓學生在實踐中親身體驗綠色化學,促進了綠色化學教育在“精細化工工藝學”教學中的滲透。
2.3 以綠色化學案例進行綠色化學教育滲透
案例教學法具有生動具體,直觀易學的優點,能充分調動學生的學習積極性和主動性,達成良好的教學效果[5]。由于精細化工產品數量眾多,筆者對每一大類精細化學品都精選出3~5個典型案例(如:表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉合成、非離子表面活性劑OP-10的合成、增塑劑鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)的合成、食品添加劑乳酸的合成、食品添加劑苯甲酸的合成、聚醋酸乙烯乳液的制備及應用等)進行教學,然后根據綠色化學“5R”原則,分別從原料、催化劑、反應、溶劑、產品、綠色化等不同角度對案例進行綠色化學設計,以培養學生綠色化學能力。
2.3.1 以“原料綠色化”案例進行滲透
綠色化學致力于采用無毒、無害原料――碳酸二甲酯(DMC)、雙光氣、三光氣等替代傳統的對環境有害的物質如氫氰酸、光氣、苯、氯氟烴、硫酸來生產精細化學品。例1:在第4章“合成材料助劑”中,介紹了可廣泛應用于聚酯等工程塑料阻燃劑溴代聚碳酸酯[6](BPC)采用非光氣物質碳酸雙(三氯甲酯)代替劇毒光氣,實現了安全環保的綠色工藝技術。例2:在第7章“涂料”中,分析了涂料主要成膜物質之一的聚氨酯的主要原料氰酸酯單體HDI的合成工藝[7],傳統工藝采用劇毒光氣(COCl2)嚴重污染和危害環境,現以綠色原料DMC代替光氣來合成。原料綠色化,可從源頭上控制和減少污染,也是實現綠色化學的一個重要方面。
2.3.2 以“催化劑綠色化”案例進行滲透
催化劑是許多化學反應中必不可少的,而傳統精細化學品合成中催化劑主要是一些酸堿或重金屬做催化劑,排放到環境中會造成嚴重的環境污染。近年來,國內外都在大力開發高效、環境友好催化劑,如:分子篩、固體超強酸等。
例3:在第3章“表面活性劑”中,對表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉[2]合成案例進行了分析,其首先采用綠色催化劑分子篩合成十二烷基苯,同采用HF催化合成工藝相比較,易于自然分解和高洗滌特性的十二烷基苯異構體分別提高了37%、5%。例4:第4章“合成材料助劑”的通用增塑劑鄰苯二甲酸辛酯(DOP)合成時,用固體超強酸綠色催化,通過催化劑循環使用和省略了H2SO4中和工序,減少了三廢排放,提高了產品收率和品質。
2.3.3 以“化學反應綠色化”案例進行滲透
綠色化學注重最大限度地利用原料,最大限度地減少副產物,減少廢物的排放,或使此反應的副產物成為彼反應的原料。從原子的角度講,盡可能使原料中的原子百分之百參與目標產物的形成,從而達到提高原子經濟性。例5:在第3章“表面活性劑”中“非離子表面活性劑OP-10的合成”的案例中,剖析了涉及的主要原料環氧乙烷的綠色化學反應:
(1)傳統工藝:
原子利用率為:[44/(28+71+74)]×100%=25%
(2)綠色化學工藝:
原子利用率為:[88/(56+32)]×100%=100%
和工藝(1)相比,工藝(2)原子經濟性大大提高,是典型的綠色化學工藝。
2.3.4 以“溶劑綠色化”案例進行滲透
精細化工產品生產所出現的污染,不僅來源于原料和產品,往往還會源自于溶劑。大部分精細合成工藝均需要有機溶劑,傳統有機溶劑如苯、甲苯、甲醛等都存在有毒、易揮發、易燃燒等諸多不足,不符合綠色化學要求,因此在教學過程中有必要對綠色溶劑(如水、超臨界流體、離子液體等)加以介紹。例6:在第7章“涂料”中,介紹了在涂料的制備過程中,往往要用到大量的甲苯、二甲苯等對環境有害的溶劑,引導學生在滿足工藝的條件下用綠色溶劑――水取代有毒有機溶劑。例7:在第8章“香料”中,介紹了CO2在超臨界狀態下具有常規液體的溶解度,高的傳質速度,大的可壓縮性,且無毒、不可燃、廉價的諸多優點,從而可取代萃取法提取天然植物香料中的有毒、有害溶劑。此外,CO2還可以用來代替氟氯烴作苯乙烯泡沫塑料發泡劑,實現綠色化學生產。
2.3.5 以“產品綠色化”案例進行滲透
產品綠色化就會減少甚至杜絕對環境造成損害,實現綠色化學。例8:在第3章“食品添加劑”中,對“食品添加劑乳酸的合成”案例進行了綠色化學設計,介紹了綠色產品――聚乳酸,乳酸可由再生生物質資源通過發酵的方法得到,聚合后成為聚乳酸。聚乳酸因其優良的物理化學性能、生物相容性、生物可降解性、對環境及人體無毒害作用,可代替帶來“白色污染”問題的聚苯乙烯材料,是可再生并循環利用的綠色塑料[8]。
例9:在第7章“涂料”教學時,綠色化設計了“聚醋酸乙烯乳液的制備與應用”案例,向乳液樹脂添加中空陶瓷珠子后得到的乳膠涂料是良好的節能涂料[9],具有高反射比、高輻射率、低導熱系數、低蓄熱系數、保溫隔熱等優異性能,是綠色精細化工產品。
3 結束語
總之,教師要依據綠色化學5R原則,從原料、催化劑、反應、溶劑、產品的綠色化等角度出發充分挖掘和加工教材內容,并始終堅持把綠色化學教育滲透于專業課程教學之中,從而讓學生認同綠色化學,從事綠色化學工作與研究的能力得到培養,成為未來“綠色化學”的堅決踐行者。
參考文獻
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關鍵詞:工作過程;精細化工生產技術;課程建設
中圖分類號:G712 文獻標識碼:A 文章編號:1672-5727(2013)12-0089-02
高等職業教育以培養高端技能型人才為目標,更應注重學生社會適應能力和創新能力的培養。我院應用化工技術專業自2003年招生以來,根據人才培養的需要適時開設了《精細化工生產技術》這門課程。通過近十年的建設,該課程在培養學生的動手能力、創造能力及綜合實踐能力方面起到了非常重要的作用,特別是兩輪項目化教學改革的實施大大提高了學生學習的積極性和主動性,培養和鍛煉了學生的實踐能力、分析能力、合作能力和解決問題的能力。
課程定位
《精細化工生產技術》是應用化工技術等相關專業重要的職業核心課程之一。通過對典型精細化工產品工藝路線的分析與選擇、催化劑的選擇與使用、生產設備的選擇、生產工藝流程的組織、生產操作及控制,生產異常現象及故障排除的形式來組織教學,培養學生的職業核心能力、專業能力和社會能力,使其逐步成為具備較強實際工作能力的化工類可持續發展的高端技能型人才。
課程目標
能力目標 能檢索各種文獻資料并加以處理;能根據現有的資料制定出產品的小試方案;能運用各種單元反應的原理分析產品生產中的影響因素,優化小試工藝條件;能選擇合適的藥品、輔助材料等原材料,并能對各種原材料是否合格進行判斷;能正確進行投料和卸料;能合理選用實驗室的儀器設備,并安裝、調試;能根據小試方案組織實驗室制備,并能及時發現和分析生產過程中的問題,提出具體的解決方案;能選擇合適設備對制備的中間產品、粗產品進行分離提純等;能使用常規分析方法和實驗室常用分析儀器對中間產品、粗產品、產品進行檢測,實現對小試過程的質量監控;能對實驗過程中產生的“三廢”進行無害化處理;能正確收集和整理實驗數據,并能根據數據處理結果對小試實驗進行正確的判斷;能根據小試過程擬定出合理的產品工業化生產方案,并能對所設計出的方案進行綜合評價;能利用所學知識改進現有工藝和優化配方等。
知識目標 熟悉檢索相關文獻資料的方法和途徑;掌握磺化、鹵化、還原、酰基化、烷基化、氧化、縮合等單元反應的反應機理,掌握其反應規律及特點;理解“7S(整理、整頓、清潔、清掃、素養、節約、安全)管理”的內涵,并能在實驗過程中自覺遵守;熟悉實驗室常見事故和應急處理辦法等;掌握精細化工實驗(實訓)室常用的設備如電動攪拌器、加熱裝置、離心分離機、真空泵等的使用方法;熟悉過(抽)濾、蒸餾、萃取、重結晶、分餾等單元操作的原理;掌握旋轉粘度計、旋光分析儀、阿貝折光儀、分光光度計、熔點測定儀等常規分析儀器的使用方法;了解實驗數據的記錄、收集與處理的方法;熟知實驗室及企業生產車間防火防爆防毒害等防范方法及措施;熟悉常用精細化工過程放大的方法和原理;理解配方原則和生產工藝條件確定的方法;熟悉生產原材料的選用原則和檢測方法;熟知物料的處理方法和加料方法等。
素質拓展目標 通過任務驅動、項目引領、工作過程系統化的教學模式,學生具備較強的職業素養,為將來在企業從事的化工操作、化學檢驗、生產控制與管理等工作崗位打下堅實的基礎。具體包括以下內容:培養學生信息獲取和處理能力;在項目實施過程中形成培養學生的自學能力及與人合作精神;培養學生節約、環保、低碳、成本意識;培養學生具備安全第一、預防為主的安全意識;通過“7S現場管理”使學生養成規范管理的意識;在實驗數據、現象記錄及報告書寫時,體現出誠信、規范意識和實事求是、科學嚴謹的工作作風;在實訓操作過程中培養學生膽大心細、愛崗敬業的工作態度;小組分工合作培養學生的團隊精神和合作意識;通過項目匯報答辯培養學生的語言表達能力、與人溝通的能力和應變能力;讓學生學會認真傾聽別人談話,不隨意打斷別人說話,體現出尊重他人、文明禮貌的素質;培養實事求是、客觀公正地評價自己的能力,學會批評與自我批評,具有一定的承受能力和迎接挑戰的意識;培養和提高學生的綜合能力和綜合素質,使之能理論聯系實際,具有創新意識等。
課程內容的整合
根據能力和知識目標的要求,我們把課程內容進行了知識結構的整合與重構,將原來理論知識體系下的章節內容整合為四個項目,選擇了四大典型精細化學品的生產過程作為載體實施教學。
項目一:表面活性劑——十二烷基苯磺酸鈉的生產。通過項目實施,學生掌握表面活性劑的特點及分類,化學結構與性能,學會認識與選擇原料,掌握磺化工藝特點及常用磺化工藝,能夠根據工藝選擇合適的生產設備及條件控制,制備出產品并進行必要的質量檢測。項目二:增塑劑——鄰苯二甲酸二丁酯的生產。通過項目學習,學生了解合成材料助劑的分類、常用助劑品種及典型產品(鄰苯二甲酸酯類增塑劑)的合成原理,學會認識與選擇原料,確定合成路線,掌握酯化反應基本原理,選擇合適的酯化工藝并根據工藝正確選擇生產設備及設備條件控制,制備出產品并進行必要的質量檢測。項目三:食品抗氧劑——丁基羥基茴香醚的生產。通過項目實施,學生掌握食品添加劑的特點及分類,常用食品添加劑的作用原理及合成工藝,學會認識與選擇原料,確定綠色合成路線,掌握工藝特點并能夠根據工藝選擇合適的生產設備及條件控制,制備出產品并進行必要的質量檢測。項目四:乳膠涂料的生產。通過項目學習,學生了解涂料的定義、組成及分類,熟悉常見涂料的品種及乳膠涂料的配制方法,掌握乳液聚合的基本原理及工藝方法,學會認識配方各種原料的性質與作用,合理選擇生產設備及設備條件控制,制備出產品并進行必要的質量檢測等。
教學組織實施
本課程是基于工作過程系統化的課程設計,教學組織與實施也應區別于傳統的教學模式。在教學過程中我們以“研究性學習”的教育理念來指導和組織本課程的教學,以學生為教學主體,調動學生的學習積極性,給出生產任務,以典型精細化學品的生產引導學生課堂理論學習,課程的系統性與講課的發散性兼顧,讓學生充分領略到精細化工領域的生機與活力。
必要的理論知識講解 基于工作過程的項目化課程教學實施注重學生職業能力的培養和技能水平的提升,但并不能因此忽略理論知識的學習,因為項目的實施需要必要的理論知識支撐。但理論知識講什么內容、怎么講、講多長時間等問題需要教師認真思考。項目實施過程中所涉及的最主要內容、核心工藝及學生自己難以自學的內容等需要教師在課堂上認真講解。筆者在《精細化工生產技術》項目化教學實施過程中,將每一個項目實施過程中所需要的知識點一一列舉出來,篩選出最核心內容、學生不易掌握的內容及典型工藝在課堂上講解,以利于學生順利完成整個項目。例如,項目一“十二烷基苯磺酸鈉的生產”,我們將表面活性劑的結構、磺化工藝原理及常用的磺化工藝及特點介紹給學生,其余內容要求學生自學,在“必需、夠用”原則的指導下進行集中理論講解,為項目的完成奠定了基礎。
重視學生實踐動手能力的培養 傳統的教學方式是以實驗教材為中心的套管式教學,不能給學生更多動手機會和動腦時間。采用項目化教學,學生不再拘泥于實驗教材,通過廣泛查閱資料,優選工藝制定小試方案,并以小試方案為依據,組織實驗室產品制備,根據實驗室制備過程優化工藝條件,選擇合適的工藝、合理的設備給出產品的工業化生產方案。
凸顯教學中學生的主體地位 學生參與度高是項目化教學改革的一大特色。在項目實施的每個階段須要學生向教師及其他人分別展示自己的作業、產品、方案等。我們在教學過程中安排學生將項目小試方案、制備出的產品、工業化生產方案等進行介紹和展示。匯報過程也是學習過程,學生在匯報時允許其他人評論并提出不同意見,通過思想的碰觸,經常能夠迸發出很多新觀念、新方法,更有一些書本上不曾涉及的內容,需要教師和學生共同學習解決。
建立科學合理的考核評價體系 科學的考核評價體系有利于學生學習積極性的提高,有利于提高教學效果、提升教學質量。本課程主要考核學生的工作態度和團隊協作精神及完成任務的質量、數量,采用產品評價制,以平時項目考核為主,期末理論考試為輔的考核方法。將考核評價設計為兩部分:過程性評價+終結性評價,期中過程性評價分為教師評價(課堂匯報+實訓操作+項目完成報告)、小組評價及自我評價;終結性評價包含自主項目評價及知識考核(考試)兩部分,與傳統的一張試卷定成績的考核方式相比更加合理。
《精細化工生產技術》以典型精細化工產品為載體,呈現真實的生產過程。教學中強化學生理論聯系實際的能力和自學能力。學生的學習目的性更強,積極性更高,通過小組內的分工與合作加強了學生的團隊精神。學生的文獻檢索能力、辦公軟件應用能力、工程技術能力、語言表達能力、應變能力、自我探究能力和實驗技術能力均得到了很大程度的提高。通過畢業生反饋發現,學生到企業后上手快,能適應生產技術發展的需要,并為學生將來的可持續發展打下良好的基礎。總之,項目化教學改革中需要進行不斷創新與總結,善于發現、思考、解決問題并將研究成果應用到教學過程中,從而全面提升教育教學質量。
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關鍵詞 高職 精細化學品生產技術 課程設置
中圖分類號:G712 文獻標識碼:A
精細化學品生產技術課程是高職院校精細化工類專業開設的一門專業課程。主要內容包括常用精細化學品(表明活性劑、化工助劑、農藥等)的性能、品種、原料生產、生產工藝等,是科學性、實用性、綜合性的化工專業課程。學生在學習該課程過程中能豐富其相關的有機化學生產知識,掌握從簡單化學品或天然化學品(利用苯、脂肪酸、乙醇等)通過化工生產合成出具備一定功能作用(例如去污、抗氧化)的產品的能力,可初步具備化工生產過程設計和工藝控制的能力,綜合素質和工程能力也能顯著提高。目前很多高職院校的精細化學品生產技術教學多從反應類型出發,過多專注于反應原理等理論知識,而學生的生產小試及生產過程設計及工藝控制未被重視,從而降低了教學效果,達不到應有的目標——“高技能型專門人才”。我們結合學院和學生的實際情況,選取學生感興趣的教學內容,采用多種教學方法和評價手段,與學生、學院、企業“四位一體”,共同努力,取得了較好的教學效果。
1 合理組織教學內容
高職高專院校教育的目標是培養生產、建設、管理、服務第一線實用型、技術型、應用型、復合型人才。因此在教學過程中應從培養目標出發,立足于學生的自身情況,選取實用性較強、學生易理解的生產過程知識,因此在教學內容選取時并沒有集中學習精細化學品生產的主要反應,例如磺化、硝化等復雜的反應機理,而是從不同類別的精細化學品出發,主要有表面活性劑、化工助劑、膠黏劑、農藥、醫藥中間體等,內容包括其作用、目前國內外生產情況分析、生產小試、工藝設計及流程控制,能提高學生學習興趣,并且學習內容選取有一定的相關性,因此學習過程中,學生可以通過類比來加強理解和記憶,并能鍛煉學生的自學能力,讓學生從“跟著學”轉變到“自主學”,從而高質量地完成教學任務。
2 結合多種教學方法
2.1 啟發式教學
在教學活動中,教學主體已漸從教師轉變為學生,因此如何調動學生學習主動性成為教學活動中的主要內容,因此在教學過程中多采用啟發式教學方法,遵循循序漸進,由淺入深,通過豐富多彩的精細化學品產品(例如洗衣粉、化妝品等)展示及學生的產品調研報告等多種形式讓學生了解精細化學品在實際生活中的重要作用,學生有迫切掌握其生產的工藝的愿望,因此提高學生參與教學活動的主動性;在學習過程中通過提問、討論等多種形式啟發學生思考力和創新力;引導學生從反應的實質來理解每類反應,加強學生分析問題和解決問題的能力,讓學生由理解到記憶,而不是死記硬背;有效融合理論知識和實際生產知識,讓學生更好地掌握精細化學品生產工藝。
2.2 課堂教學與生產小試相結合
精細化學品生產技術的課堂教學主要集中在精細化學品的理論知識,這些并不能滿足這門課程的教學要求的,也無法保證教學效果。因此在教學過程中,在對每種教學過程中均有設計生產小試,例如在表面活性劑單元中,將理論教學與十二烷基本磺酸鈉的制備實驗結合,這樣既保證了教學活動的完整性(理論+操作),又豐富了教學形式,提高了學生的學習興趣。
2.3 校外參觀與流程設計結合
精細化學品生產技術教學大綱要求學生需要具有掌握初步的合成和工藝流程設計控制能力,因此我們充分利用校外實訓基地“江蘇潔麗萊日化有限公司”,學生在實習過程中將理論與實際相結合,了解產品肥皂的生產工藝,并在教學最后環節設置了同類產品的生產流程設計。在這一教學環節中,首先培養了學生對基本精細化工生產的流程和工藝控制參數的準確把握,鍛煉學生能熟練查閱相關精細化學品生產的工藝參數,使得學生能夠合理地設計工藝流程;其次,流程設計過程中提倡學生利用AutoCAD等繪圖軟件繪出流程圖,這樣可提高學生的計算機繪圖能力,符合現代工業化生產的要求;最后要求學生將流程設計與企業實習報告結合,提出自己觀點。整個教學環節緊密結合,培養學生精細化學品反應理論、生產工藝、參數控制、計算機繪圖等多方面能力。
3 綜合多種考核方式
針對我院學生情況,精細化學品生產技術總課時為80 學時,其中理論課60 學時,生產小試10學時,實習報告及流程設計10 學時。在教學考核中,綜合考慮三個方面:(1)學生的理論知識掌握情況,主要通過學生的期末考試體現;(2)學生平時課程投入,主要考核學生的出勤率、作業、課堂提問回答情況等;(3)學生的操作水平,主要考核學生小試實驗中基本儀器操作能力、實驗報告冊、實習報告冊及課程設計圖。所占的比例為6:2:2。多種考核方式結合基本上能反映學生的知識和能力的掌握,更好地讓學生和教師掌握教學效果,能及時通過教改進一步提高教學質量。
4 結語
在精細化學品合成工藝課程教學中我們立足于人才培養方案和學生需求,合理組織教學內容,采用啟發式、理論知識與生產小試相結合、校外實習與流程設計相結合,綜合多種形式考核方法,取得了較好的教學效果。但面對課程教學改革這項長期而系統的工程,我們將更好地開發“學院、教師、學生、企業”各方面資源和潛力,為我國精細化學品生產培養出更多的技能型專門人才。
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關鍵詞:產教融合;精細化工;實訓基地建設
作者簡介:劉宏(1966-),男,湖南隆回人,湖南化工職業技術學院教授,研究方向為精細化工產品教學與研發。
基金項目:湖南省教育科學“十二五”劃課題“綠色化工視域下精細化學品生產技術專業實訓基地建設探索”(編號:XJK013BZY010),主持人:劉宏。
中圖分類號:G710 文獻標識碼:A 文章編號:1001-7518(2016)33-0084-03
國務院頒發的《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》中明確提出“以服務為宗旨,以就業為導向,推進教育教學改革實行工學結合、校企合作、頂崗實習的人才培養模式”[1],各職業院校一系列的專業建設改革關鍵在于校企合作、工學結合的實施,而生產性實訓基地建設是實現這一目標的重要平臺。職教集團是職業院校與行業企業共同組建的教育團體聯盟組合,是一個典型的利益相關者組織[2],通過外部保障、內部凝聚、互惠服務、自身協調等途徑[3],拓寬集團化與集約化辦學思路,創新職教集團的體制[4],發揮各自的優勢,學校與企業互利共贏、資源互補,近年來已成我國職業教育辦學機制改革的重要舉措。陳友年等[5]闡述了產教融合的內涵與實現途徑,方春龍[6]介紹了產教融合物流專業校外實訓基地建設情況,但職教集團框架下產教融合型精細化學品生產實訓基地建設研究較少。探討如何加強產教融合型精細化學品生產實訓基地建設,是精細化學品生產技術專業推行“工學結合”人才培養模式改革的重要環節,也是精細化工專業內涵建設的重要內容,具有重要意義。
一、產教融合型生產實訓基地特征
對于產教融合的定義,學術界目前尚未形成統一標準,如Michael D. Santoro[7]提出industry-university collaborative ventures(產業-大學合作)、Kaufmann, A.& T?idtling, F[8]提出的Science-industry interaction(科學-產業互動)、Annamária Inzelt[9]提出university-industry-government relationships(大學-企業-政府關系)等,作者直觀理解產教融合就是產品(企業)與教學(院校)的融合,也就是職業教育與產業深度合作。產教融合型的生產實訓基地建設依托職教集團產學研協同創新平臺,是通過專業建設共建共管生產實訓基地,企業融入學校人才培養過程,使專業在人才培養目標、課程標準、實訓基地、教學團隊、人才質量評價、專業文化六個方面建設實現與企業的有效對接,構建與精細化工企業一線操作與管理崗位“零距離”的人才培養平臺。為此,產教融合型生產實訓基地必須具備以下特點:
(一)實習環境真實化
精細化學品生產技術專業特征要求學生通過專業訓練場所生產出典型精細化工產品,因此,產教融合型生產實訓項目的選取必須來自于企業的生產項目,設備與生產廠家設備完全一致,按照企業真實的生產車間進行設計與建造,實訓過程嚴格根據企業生產的操作規程來進行,控制工藝生產操作參數并能生產合格的精細化工產品,產生經濟效益,實訓過程就是產品的企業生產實際過程,生產環境真實化。
(二)基地功能多元化
校企雙方籌資共建的產教融合型生產實訓基地,必須具備多功能性。選擇區域內典型化工產品的生產工藝建設實訓基地,營造真實的職業環境與職業氛圍,學生可真實操作、真實生產。讓產教融合型生產實訓基地成為實踐教學和生產的主要場所,成為企業培訓、技術交流與服務的平臺,成為全國技能大賽項目訓練場所,成為學生進行創業創新的基地,真正實現學校與企業互利互惠。
(三)生產工藝綠色化
化工產品是典型的“易燃、易爆、有毒”產品,精細化工產品也不例外,隨著生產技術水平的提高和人們對環保認識重要性,加深對現代化工的了解,建設產教融合型生產實訓基地的生產項目工藝必須綠色化。如湖南化工職業技術學院精細化學品技術專業生產性實訓基地項目之一苯―丙乳膠涂料生產,是典型的綠色化生產工藝。它是根據涂料行業的發展趨勢及國家涂料產品環保的要求,以水代替有機溶劑,降低VOC(揮發性有機化合物)排放,真正做到了涂料產品綠色化。
二、產教融合型生產實訓基地建設問題
湖南化工職業教育集團由省內80多家化工、醫藥等企業及院校組成,近年來我院精細化學品生產技術專業在人才培養模式、特色課程開發模式、專任教師企業實踐制度、實訓基地建設、產學研結合以及畢業生就業等方面成效凸顯。目前該專業依托職教集團開展校企合作,建立了產教融合型生產實訓基地,如與湖南湘江涂料有限公司共建的綠色環保的水性苯-丙乳膠涂料生產車間,為學院師生提供各種階段的教學實踐平臺,提高了學生動手能力,同時也為湖南湘江關西涂料有限公司等企業培養了具有一定操作技能的后備公司員工隊伍,實現雙方互贏互利。
但是目前高職教育中真正做到的產教融合生產實訓基地建設的較少,企業參與基地建設的程度不高,主要表現在四個不協調:
(一)國家政策與企業發展需求不協調
政府的引導、政策支持力度較弱,尤其是稅收減免、專項資金補貼等方面,與職教發達的國家如德國相較相差甚遠,而企業是以生產產能與效益求生存的,具有一定的功利性。因此,不論基地是建在校還是建在廠,在既無法律規定,又無利益驅動的情況下,容易導致企業不愿深入進行產教融合生產實訓基地的建設工作。
(二)商業機密與學生求知需求不協調
一方面企業生產需要不斷補充優秀人才,通過“訂單培養”“生產實習”等校企合作教育模式就能較好地培養所需人才,企業希望學生掌握新知識新技能;另一方面,如精細化工生產企業大量采用配方技術,具有較強的專業性與保密性,不希望學生進廠實習實訓,即使進入企業生產實習操作通常只能集中在一些勞動密集型的生產崗位(如包裝),與所學的專業知識關聯度不大。
(三)資金投入與基地建設需求不協調
盡管國家提倡大力發展職業教育,但相對普通高等本科院校而言,國家財政對職業院校教育經費支持力度要小得多。馬寬斌[10]發現普通高等教育經費中本科占80%以上而高職教育不到20%的投入,而發達國家高等職業教育的辦學成本是普通高等教育的2.64倍。經費投入的不足,使職業院校在實際辦學過程中很難具有真實企業環境與氛圍的實訓場所,現有的實訓O備簡陋陳舊,落后近被淘汰的生產工藝不能及時更新,在一定程度上制約了基地建設中產教的實質融合。
(四)高職教育與產業轉型需求不協調
目前高職院校整體師資力量較弱,大多年輕教師從高校畢業就來到學校,沒有企業的一線生產經驗,不能較好把握產業轉型升級對人才的需求,不能把握行業動態與生產技術前沿,高職院校專業教師不能對“產”進行實時掌握,當然難以建好產教融合型生產實訓基地。
三、產教融合型生產實訓基地建設對策
針對當前產教融合型生產實訓基地建設中存在的問題,根據我院精細化學品生產技術專業基地建設實際,總結并提出了生產性實訓基地產教一體、課程體系產教融合、基地協同運行產教互惠、師資隊伍產教兼容等四個方面的對策。
(一)建立產教一體的生產實訓基地
以精細化學品生產技術專業人才培養目標需求和專業建設發展要求為依據,根據“專業+F(Field,指具有職業情境的技能訓練場所)+F(Fruit,指學生作品)”的專業建設模式,營造企業真實氛圍,選擇典型化工產品的生產工藝建設實訓基地,學生可真實操作、真實生產。同時,充分利用職教集團的優勢,選擇技術先進、區域影響大、人才供需關系穩定的企業建立緊密的校企合作關系,積極探索校企共建生產性實訓基地。保證每位學生在校學習期間單元操作、生產實習、頂崗實習等多種實踐教學環節,能在濃厚的職業氛圍中得到鍛煉,及時掌握先進的設備和工藝,提高人才培養質量和適應社會生產的能力,為學生就業和發展奠定基礎。
(二)建構產教融合的專業課程體系
為了有效對接湖南省“十二五”規劃中的石化產業結構調整與優化升級,在職教集團框架下,深入企業調研,及時了解行業及企業發展的動向,較好把握產業轉型升級對人才的需求狀況,形成具有典型行業背景的化工職業教育特色。構建了“以典型精細化工產品為載體、以生產過程為導向”的課程體系,其主要特色有:(1)課程內容與企業實踐緊密結合,形成工學結合的高職特色。(2)以真實工作任務為載體開發課程教學內容,將知識點、技能要求與具體工作任務聯系起來,突出知識與技能要求的崗位針對性。(3)強調實踐性,制定工學結合特色的高職化學品生產項目化課程的教學標準。
(三)建設產教互惠的協同運行機制
校企共建產教融合型生產實訓基地,學院充分利用其師資、技術、實驗研發條件等優質資源,企業以其資金、設備、生產技術指導等優勢,不但為學院的師生提供了“工學結合”的實踐操作平臺,而且產教融合型生產實訓基地也為企業高技能人才培養、職工培訓、技術研發服務、職業技能鑒定等提供了強有力的保證。此外,產教融合型生產實訓基地是以企業典型的生產產品為項目設計開發組織生產,工藝成熟、安全,在實現提高學生專業知識與操作技能的同時,其生產產品還能創造經濟效益,保證校企合作的產教融合型生產實訓基地能長效良性運轉。
(四)建造產教兼容的校企師資隊伍
師資力量是產教融合型生產實訓基地建設的關鍵因素之一,因此必須打造一支“專任教師精技術、兼職教師懂教育”的產教兼容的教師隊伍。首先培養1~2名造詣深厚、有突出技術特長的專業帶頭人;然后落實“雙師工程”和“碩士化工程”,完善其知識、能力標準評價體系,促進教師及時掌握化工技術的發展前沿,使教師既能解決教學實際問題,又能解決生產實際問題;最后加強專兼職教師之間的交流與溝通,互相取長補短,提高雙方業務水平,以形成整體師資“合力”,根據各專業教師的專業特長,合理配置師資資源,實現整體優化,提升專業(群)的整體師資水平。
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關鍵詞:精細化工;生產過程;安全系統;技術
0引言
在整個化工領域中,精細化工是一項危險性較高的生產活動,所涉及的原料普遍具備易燃易爆以及且毒性較大等特點,一旦出現失誤或者其他不規范的操作,則會嚴重威脅生產過程的安全性,因此,在精細化工產品生產與研究的過程中,利用危險與可操作性分析(HAZOP)對生產工藝操作過程進行全面分析有著一定的重要性與必要性,以及時掌握偏差的具體情況、引起偏差的因素以及偏差問題帶來的后果,并在此基礎上制定科學合理的操作模式。
1安全系統工程技術的重要性
在精細化工生產過程中,借助HAZOP系統可以實現對生產操作與工藝參數的有效控制,明確所產生的偏差及其原因,并通過深入分析與研究獲取有效的解決措施。該操作系統適用于石化與化工等領域,但是并不參與其中的工藝生產部分,而是應用于工程的設計審查階段。此外,該系統還有助于排查安全與操作方面存在的隱患,在強化生產安全控制方面發揮著至關重要的作用,以下做進一步分析:①提升資料信息與數據的準確性與可靠度,借助自動分析與推理技術以全面掌握各個危險因素及其帶來的后果;②具備較強的綜合模擬能力,在三維模建的基礎上進行分析與預測,從而尋求有效的解決措施,提升生產操作的安全性。在此情況下,即使出現突況,也能確保鏈條保護的聯系性,切實保障安全系統的質量與水平。
2生產工藝過程自動危險與可操作性分析
2.1深層次危險與可操作系統分析
符號有向圖是由節點有效連接得到的一種形式的網格圖,可以準確合理的表示各事件之間的因果關系,蘊含著充足可靠的潛在信息。在危險性與可操作性分析的過程中,需要做好以下方面:首先需要按照一定的標準,將操作程序以及工藝流程劃分成特定節點,然后對控制與運行參數進行全面分析,對生產過程中產生的偏差做出判斷總結以明確易產生偏差的原因及其造成的不良影響,現階段,國內外相關研究表明,基于已知的危險性與可操作性分析,借助歷史數據與相關操作經驗,即可完成對相關內容的初步分析。
2.2基于動態符號有向圖建模的間歇過程HAZOP
首先需要建立恰當的狀態順序圖與完整的符號有向圖模型,將全部的相關變量進行集合,包含了間歇過程中全部狀態中存在的變量,并為上述變量設置相應的關聯條件;其次需要對上述信息進行批處理與定義,并分為十個連續的步驟,以對整個有向圖進行合理分割;最后,建立間歇過程的狀態順序列表。在推理過程中主要完成步驟狀態與原設計狀態的對比,若二者不存在差異,則順利進行下一個步驟,但若存在差異,則不能進入下一個步驟,而是需要進行校對,下文會再做出具體分析。
3生產工藝過程的自動HAZOP分析
3.1基于符號有向圖進行工藝過程深層次HAZOP分析
淺層知識HAZOP分析方法是基于歷史數據與經驗建立的分析方式,雖然順應了傳統模式的應用需求,也得到了較為廣泛的應用,但是在過程機理深度的制約下,HAZOP分析的深度受到了很大程度的影響。SDG又稱為支路組成的網絡圖,是節點連接形成的矢量連線,該方式實現了對所展示因果關系復雜程度的大幅提升,且涵蓋了大量的潛在信息,在HAZOP分析方面以及智能化推理方面發揮著重要的輔助作用。以下對應用SDF分析法進行深層次HAZOP分析展開敘述:利用關鍵變量及其相互關系建立基本框架,添加異常原因與不利后果節點,在經驗知識以及積累數據等信息的指導下,建立科學的SDG深層知識模型;并依據該模型合理選擇偏差,分別以反向推理與正向推理的方式得到異常原因與不利后果。
3.2間歇生產工藝過程HAZOP自動分析
對于間歇過程而言,如果應用連續過程HAZOP分析法進行生產指導,則會大幅度增加分析過程的繁瑣性與復雜性,且難以實現對相鄰工序HAZOP分析的有效銜接。但實際上,間歇生產在精細化工生產工藝中占據了很大的比例,同時,該生產方式屬于混雜工藝過程,具備了離散事件系統的顯著特征,因此需要使用特定的自動HAZOP分析。
3.2.1基于Petri網的間歇過程HAZOP
Petri網是一種特殊形式的DES描述工具,具備結構化的顯著特征,用于表達并行與同步等多種邏輯關系,是對離散事件系統進行展示的重要工具,主要針對于系統的靜態結構與動態變化這兩個方面,在過程建模以及間歇生產等方面發揮著不可替代的作用。同時,SDG模型是進行HAZOP分析的主要工具,從中可以得到明確的變量因果關系,且經過自動推理與判斷后,即可掌握變量及其非正常原因與不利后果等信息。將上述兩種工具有效結合并在此基礎上建立新的模型,即可得到三層知識表達模型,該模型即可實現對間歇生產工藝過程的有效指導與HAZOP自動分析,具體而言,在上兩層方面,需要借助Petri網實現對間歇生產與離散裝配工藝的準確表示,對于最頂層而言,需要借助配方Petri網實現對工藝操作的科學合理的表示,在下一層方面,需要借助任務Petri網實現對工藝操作任務的全面表示,最后,對于最底層而言,則需要借助SDG模型展示出各工藝變量間的因果關系。在實時智能專家系統G2、三層知識表達模型與SDG模型HAZOP分析方法共同參與建設的情況下,即可得到HAZOP自動分析專家系統。
3.2.2基于動態SDG建模的間歇過程HAZOP
對于間歇過程而言,對于SDG的水平與品質有著嚴格要求,間歇過程的實際操作水平關乎著后續的相關步驟,同時,各步驟對應的SDG圖存在差異,在SDG建模的情況下,如何描述與切實保障各步驟的連續性至關重要,主要的設計思路列舉如下:(1)建立整體SDG模型,需要將不同狀態下間歇過程中具備聯系性的變量進行有效連接,其中,變量之間的聯系性包括了所有的相互影響關系,然后還需要為所有的關系設置使能條件。在此情況下,在一定的狀態下,通過對使能條件進行調整,就可以獲得現狀態下實際需要的且相對獨立的SDG模型。(2)建立狀態順序圖。對間歇過程進行合理劃分以得到數個獨立的連續過程,并將其抽象得到多個步驟,建立分別的狀態順序圖,對間歇過程狀態的改變進行了較為直觀的描述,此外,其結構建立在整體SDG的上層,發揮著對全部有向支路使能條件進行指導的作用。(3)建立狀態順序列表。在關聯鏈表中,整體SDG中的各節點對應了閥門信息、設備失效等信息,統計各步驟涉及的標準狀態并以表格的形式記錄,在進行推理時,會將系統的實際狀態與既定的標準狀態進行對照,如果二者不存在差別,系統會自動進入并完成后續的步驟;反之,則會根據鏈表信息做出調整,包括拉偏節點與SDG推理,在進行全面充分的推理分析后需要選擇出關鍵節點,該節點的狀態便與整個系統的狀態建立了聯系,且在多數情況下,系統狀態取決于關鍵節點的狀態。