中心简介

西南石油大学是新中国创建的第二所石油本科院校,是一所中央与地方共建、以四川省人民政府管理为主的高等学校。经过60多年的建设,学校现已发展成为一所以工为主、多学科协调发展、石油天然气优势突出和特色鲜明的大学,石油主干学科专业在全国处于领先水平。

油气自动化及信息技术虚拟仿真实验教学中心隶属于西南石油大学电工与电气信息实验教学中心。电工与电气信息实验教学中心使用面积约4800㎡,有面向本科教学的各类实验设备3000多台套,价值约3000万元。目前,中心主要承担学校23个非电类工科专业电工电子技术系列实验课程教学任务和电气工程及其自动化、自动化、电子信息工程、通信工程、机器人工程等5个电类专业的实验课程教学任务以及控制科学与工程一级学科硕士点、电子信息(控制工程)、电子信息(电子与通信工程)、能源动力(电气工程)三个专业学位授权点所招硕士学生的实验教学任务。实验教学工作,涵盖全校9个学院、28个专业,每年要为全校6700余名本科生开设400多项实验。

2014年学校围绕我国油气自动化及信息技术领域发展需要,根据《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《四川省工业“7+3”产业发展规划》等,结合学校相关特色专业、学科、课程、队伍建设的实际情况,根据“科学规划、共享资源、突出重点、提高效益、持续发展”的指导思想,建立了油气自动化及信息技术虚拟仿真实验教学中心(以下简称“中心”)

中心依托“电工与电气信息实验教学示范中心”、“油气藏地质及开发工程国家重点实验室”、“测控技术与自动化四川省高校重点实验室”、“西南石油大学信息与控制工程研究中心”以及电气工程及其自动化专业(四川省一流本科专业、四川省特色专业),自动化(四川省一流本科专业、西南石油大学品牌专业)等优质学科资源而开展虚拟仿真实验教学及建设工作。经过多年的发展,形成了虚实互促互补、教研深度融合、辐射能力强的现代化油气自动化及信息技术虚拟仿真实验平台,使学生在开放、自主、交互的虚拟环境中开展高效、经济、安全的实验,解决了长期困扰油气自动化及信息技术相关实验的高成本、高消耗、高危险性的实验难题,改善了中心专业课程实验“看不见、摸不着、弄不懂、学不透”的状态,促进了创新人才培养计划的实施。

一、发展历程

(1)基础建设期(2014年-2015年)

为了弥补真实实验平台的不足,学校投入100万元,在中心建设高性能工作站集群、网络服务系统及Multisim、PSIM、MATLAB、dSPACE、ANSYS、LabVIEW等一批虚拟仿真软件,构建了高度仿真的虚拟实验环境,虚拟仿真实验教学资源不断丰富,首先在《高电压技术》课中基于ANSYS平台自行开发了了虚拟仿真实验项目“利用有限元方法仿真高压电缆静电场分布”。通过采用有限元分析方法对电缆附件局部放电模型进行仿真,可以对电缆附件的电位(电势)分布、电场强度矢量和分布、以及电位移矢量和分布进行有效的仿真,可加强对电缆及其附件结构的深刻理解,通过对局部放电模型的建立,可以使学生学会ANSYS简单建模过程,并对局部放电,高电压下静电场分布有更直观的认识。在《电气工程新技术》课中基于VC++平台自主开发了电力系统多目标进化算法(Electrical Multi-objective Evolution Algorithm, EMOEA)仿真实验平台,包括NSGAII,SPEA2,eMOEA, IBEA等在国际上受到广泛应用的MOEA算法,以及AeMOEA,INSGAII,超体积因子算法等;基于MATLAB及JADE(Java Agent Development Framework)平台开发的永磁风力发电仿真系统和多代理控制框架,上述平台都可通过.NET中间件技术实现与EMOEA仿真平台的接口。此外,基于Matlab/Simulink软件平台开发了的电机学虚拟仿真实验平台和交直流调速系统虚拟仿真实验平台,基于LabVIEW开发了信号与分析虚拟实验、自动准同期实验装置的开发与研究,以及电能质量检测和分析系统设计等虚拟仿真实验项目。

(2)发展成熟期(2016年以来)

中心在前期虚拟仿真实验项目建设的基础上进一步扩展虚拟仿真实验教学资源与平台,增加虚拟仿真实验项目,覆盖并服务更多专业的实验实践教学。中心以专业基础能力培养、综合应用能力提高、创新实践能力锻炼为建设层次,以自动化及信息技术在油气行业的应用为大背景,融合自动化、电气工程、机器人工程、通信工程、电子信息工程等专业知识和人才培养目标,整合各方资源,自主开发或与企业联合开发,建成“油气田智能变配电技术虚拟仿真实验平台”、“智慧装备系统设计及自动化虚拟仿真实验平台”、“机器人技术及应用虚拟仿真实验平台”、“网络与通信虚拟仿真实验平台”、“工程认知及创新能力培养虚拟仿真实验平台”等5个虚拟仿真实验平台。

中心还与北京润尼尔等企业联合开发了“油气自动化及信息技术虚拟仿真实验管理系统”。该系统不仅具有支持动态更新实验项目库和教师按需自主创建课程的特点,而且实现了实验过程和实验报告等文档管理的电子化,突破了传统实验在时空上的限制,形成了教师“按需开课”的实验开课机制和“学生随时随地实验”的实验课程学习机制,实现了课程教学资源的共享。同时,借助先进的数字化网络技术、3D虚拟仿真技术等加强了虚拟仿真实验的应用效果,全面提升虚拟仿真教学实验水平。 

“油气自动化及信息技术虚拟仿真实验中心”经过多年的建设,现有虚拟仿真软硬件环境和教学资源涵盖从专业基础知识学习、专业综合能力训练、专业创新系统设计等各个环节。仿真资源平台层次分明,各有侧重,相互渗透、互相促进。实现了人才培养过程中高危、不可及等极端环境操作过程中的虚拟环境与真实场景的有机结合。

二、实验中心构成

“油气自动化及信息技术虚拟仿真实验教学中心”由油气田智能变配电技术虚拟仿真实验平台、智慧装备系统设计及自动化虚拟仿真实验平台、机器人技术及应用虚拟仿真实验平台”、网络与通信虚拟仿真实验平台、工程认知及创新能力培养虚拟仿真实验平台等5个虚拟仿真实验平台组成,如图1所示。

 

图1 油气自动化及信息技术虚拟仿真实验教学中心结构框架

目前,中心有满足虚拟仿真实验所需各类软硬件资源414台(套),总值约960万元,实验室使用面积约1100平方米。