海洋平台生產工況虛擬仿真實驗是西南石油大學建設的虛擬仿真實驗課程。該實驗是海洋工程專業每個學生需要親手操作並完成的重要實驗，對掌握和理解海上平台基本情況，鑽完井工藝流程有重要的意義。
基本介紹
- 中文名：海洋平台生產工況虛擬仿真實驗
- 建設院校： 西南石油大學
- 課程負責人： 楊火海
- 授課教師：張旭東、王申申、郭艷梅、張桂力
課程性質,實驗簡介 ,教學目標,實驗原理,教學過程,
課程性質
課程背景
虛擬仿真實驗中,利用VR技術構造輕量化的3D可視化場景，藉助3D組態,以維動畫為主，信息展示為輔，模擬了海上安全作業的整個動態過程，便於學生真實直觀的了解海上作業流程及工作環境,逼真的體驗虛擬I程作業，掌握專業培養計畫所需要的知識和實踐技能。
實驗簡介
（1）實驗的必要性及實用性
海上平台是高出海面且具有水平台面的一種桁架構築物，是在海上工作時在海水中搭建的便於人行走的仿陸地區域，供進行生產作業或其他活動使用，如在海底採石油、海上施工作業等。近年來，隨著海上測繪工程的日益趨向大型化和在惡劣的自然環境下作業的必然性逐漸增加，海上作業平台已成為開發海洋的主要設備之一，在海上油氣開發中也扮演著極其重要的角色。但是海上平台空間有限，安全要求高，學生沒辦法到平台進行實踐學習，採用VR技術正好可以解決這個問題。
三維可視化作為搭建數位化工業領域的必備技術，為學生虛擬施工作業的全貌，便於教師和學生看到系統整體的同時，還能觀測局部細節。於是，本實驗介紹利用VR技術構造輕量化的3D可視化場景，藉助3D組態，以三維動畫為主，信息展示為輔，模擬了海上安全作業的整個動態過程，便於學生真實直觀的了解海上作業流程及工作環境，達到實驗教學的目的。
（2）教學的合理性
在傳統理論教學中，理論知識的傳授主要是單向的，學生學習情況難以有效反饋，學生學習主動性較差，在理論知識的實際套用方面的訓練不足。通過實驗教學，學生從海上鑽井平台構造，到鑽完井設備設施，能夠全過程掌握海洋鑽采作業工況、作業流程。但是，在實體實驗教學中存在實驗對象單一、實驗周期長、實驗步驟繁雜；學生無法在實際的平台進行學習等問題；且鑽完井過程都在地下，學生難以完成。傳統的理論課程和實踐課程難以將理論教學與實踐教學有機結合，無法在有限的課程學時中增強實踐能力的考核，實踐教學的效率低和可操作性差。而《海洋平台生產工況虛擬仿真實驗》項目建設能有效解決上述缺憾，和實體實驗形成良好互補，並且增強了理論課程教學中對實踐能力的鍛鍊和考核。通過該虛擬仿真可以在有限的時間和空間內，讓學生充分的進行實踐訓練。
（3）實驗的先進性
該實驗採用WEB VR技術，實現海上平台利用吊柱和吊鉤針對海中設施進行撈起、移動、放置等操作，直升機與輪船主要用於配合海上平台進行相關的施工操作，同時搭配作業環境參數信息的展示，呈現出海上作業平台施工時的三維可視化效果。為學生展現了一個沉浸式，高還原的VR環境，實現了對傳統實驗教學不足的最佳化，提高了教學的參與感。
教學目標
《海洋平台生產工況虛擬仿真實驗》是海洋工程專業每個學生必須親手操作並完成的重要實驗，對掌握和理解海上平台基本情況，鑽完井工藝流程有重要的意義。但與專業基礎實驗相比，本實驗涉及海上鑽井平台，學生無法到達平台進行實地學習。針對以上情況，本項目建立相應的虛擬實驗系統，以期達到如下目標:
（1）高階對比設計
讓學生客觀認識當前海上鑽井平台技術發展的瓶頸問題，啟發學生的愛國思想和使命擔當。特別是在當前，關鍵核心技術受制於人的局面還沒有得到根本性改變，基礎研究與國際先進水平的差距依然明顯，需要啟發學生勇於擔當，弘揚科學家精神，要進一步激發創新“動能”。強調青年學生學好基礎知識對解決未來電池技術問題，提高國家科技地位的重要作用。藉助虛擬仿真實驗系統，每一位學生都可以通過人機互動式操作模式，自主選擇平台相關功能,獲得多樣化的性能測試結果，通過調節參數，學生觀察不同工況，對平台性能的影響，夯實理論基礎，訓練基本實驗操作能力。
（2）激發創新意識
將利用現代信息技術與理論教學相結合，以虛補實，延申常規海洋平台實驗中的教學內容，彌補實體實驗表征與觀測的不足，激發抽象思維和創新意識。
（3）提升學習挑戰度
虛擬仿真實驗系統中設有不同的模組，涵蓋了海上鑽井平台的各種知識，達到創新型新能源人才培養能力的目標要求。同時學生通過反覆熟悉和模擬練習，掌握實驗數據讀取的方法及分析思路，可以減少實際操作中對指導教師的依賴。將常規課堂中的理論知識與實踐契合，培養學生自主學習能力，增強學生處理問題的自信心，最終提高其在實際工程操作中解訣問題的能力。
實驗原理
海上鑽井平台被稱為“流動的國土”，主要由上部平台、下浮體（沉墊浮箱）和中部立柱三部分組成，平台上安裝鑽井、動力、通訊、導航等設備，以及安全救生和人員生活等設施。工作原理是沉墊通過充水下入海中，只留部分立柱和上部平台在海面上，頂部驅動鑽井，在鑽探出石油之後，即可迅速轉入採油，鑽完井後將沉墊中的水排出，再移動到新井位。鑽井施工工序包括：鑽前工程、鑽進工程和完井作業三個階段。
鑽井施工工序
知識點共7 個： 1. 海洋油氣鑽井系統與設備知識； 2. 海洋風載荷、流載荷及波浪載荷等流體力學基礎知識； 3. 海洋結構物靜力學基本特徵分析； 4. 海洋結構物自由度系統動力學分析； 5. 海洋結構物連續系統動力方程及動力回響知識； 6. 海洋平台循環系統和旋轉系統的組成； 7. 直升機甲板結構及建造工藝
教學過程
由教師提出實驗任務和實驗準備後，學生結合自己掌握的理論知識和實驗技術方法，自行設計實驗方案，獨立完成操作程式及結果評價的實驗全部過程，教師針對實驗的關鍵步驟進行指導，根據實驗結果評定實驗成績。
以反洗井排量控制實驗為例，說明採用的教學方法的使用目的、實施過程與實施效果。
（1）為了使學生更好的完成實驗，掌握實驗的目的和內容。教師基本理論。
（2）學生根據所學過程控制的相關知識結合油氣集輸工藝，設計出自主完成的實驗方案。
（3）進入虛擬仿真實驗系統。
（4）教師提示學生，設定控制參數。教師檢查數學模型是否建立正確，控制參數是否合理。這樣有利於實驗的正確開展。
（5）進入虛擬仿真系統，教師指導學生進行控制參數的設定。
（6）學生直觀觀測控制效果同時記錄或者導出實時監測數據。
（7）學生處理實驗結果，得出結論。
