云计算技术在化工仿真教学中应用的展望
阿
伦
内蒙古化工职业学院
摘要：云计算是在分布式计算、并行计算、网格计算的基础上提出的一种新型计算模型，它提供了可靠安全的数据存储、强大的计算能力和方便快捷的互联网服务。云计算将给IT 行业带来重大的变革，同样将对教育领域产生重要而深远的影响。该文介绍了云计算的含义、基本原理和对未来化工仿真教学系统发展的影响，分析了云计算对化工仿真教学将产生的积极影响和意义。 关键词：云计算；教学；化工仿真
1 引言
互联网资源和计算能力的分布式共享，是近年来国内外互联网界具有重要意义的研究课题。在互联网上，计算资源的利用率和数据的处理能力一直处于一种不平衡的状态。如何实现资源和计算能力的分布式共享以及应对当前互联网数据量高速增长的势头，是目前互联网界亟待解决的问题。正是在这样一个发展背景下，云计算应运而生。当前对于使用云计算改变传统教育方式也是计算机研究的一个重点方向。
2 云计算的含义及发展现状
云计算的基本原理是用户所需的应用程序并不需要运行在用户的个人电脑、手机等终端设备上，而是运行在互联网的大规模服务器集群中。用户所处理的数据也并不存储在本地，而是保存在互联网的数据中心里面。这些数据中心正常运转的管理和维护则由提供云计算服务的企业负责，并由他们来保证足够强的计算能力和足够大的存储空间来供用户使用。在任何时间和任何地点，用户都可以任意连接至互联网的终端设备。因此，无论是企业还是个人，都能在云上实现随需随用。同时，用户终端的功能将会被大大简化，而诸多复杂的功能都将转移到终端背后的网络上去完成。
云计算已现在经得到包括亚马逊、谷歌、微软、IBM、SUN等国际厂商的重视，各个软件厂商都在积极推进云计算的研究和应用，分别提出了针对云计算的方案和实现。如亚马逊的“弹性计算云”、Google 的GAE 云计算平台、微软的“云-端”策略、IBM 的“蓝云”计划。其它公司推出的云计算方案还包括 Salesforce公司推出了“商业云”等概念。 3 现有化工仿真教学技术及其发展中的局限性 3.1 仿真培训器技术的局限性
用于培训的仿真模型的局限性, 即实时性和模型准确性的矛盾。仿真算法采用序贯模块法。一个复杂的化工流程(例如合成氨和乙烯) 通常用近万个模块来表示。
这种方法每个模块对应一个算法, 易于规范数学模型。但这种算法只能保证实时, 模型不能复杂。近万个模块来表示一个复杂的化工流程通常需要在1～2 秒内计算完, 才能保证操作工操作流程任一部分模型有及时的响应。如果一个复杂的模型在某一个模块较长时间(例如几秒) 计算, 因为数据处理量较大很超过仿真计算机的数据处理能力，使得容易造成其余模块代表的流程就不会有响应, 使计算机出现假死现象, 这就决定了仿真培训器的模型不能太复杂。只能进行DCS操作、开停车和处理事故等简单过程的模拟。当操作工已经熟悉过程后, 培训器也就失去了实用价值。
3.2 动态和稳态模型相结合, 扩大运用范围的局限性
动态和稳态模拟相结合, 是目前仿真技术发展的一个趋势。集成的动态和稳态模拟环境采用了稳态的物性库, 提高了模型的精度; 稳态结果自动地给动态提供初值。动态模型和稳态模型在建模方式和流程结构应该是一致的, 如:
动态模型
d x/ d t = f ( x) 稳态模型
d x/ d t = 0 集成的动态和稳态模型采用了稳态的物性库,可以直接从DCS 取得生产数据。用于下列领域时,没必要保证实时: ①实际生产过程的分析和诊断;②过程控制方案的设计和装置安全性分析。当采用较为简化的物性模型时, 仍可作为操作模拟培训器的平台。但当采用动态模型的时候对本地的模拟计算机的运算能力有较高的要求，造成在教学中建立动态化工仿真机房的高成本。 3.3 将培训器作为学生自主开发实际过程的决策工具的局限性
化工生产过程的专家决策系统在国外已得到广泛运用。由于培训器可模拟实际工厂, 在培训器上反复演练工厂的开停车、事故处理等操作, 并分析操作程序, 不仅安全可靠, 还可积累起许多处理各种生产情况的操作经验。这些经验就可形成生产操作的专家系统的知识库的信息来源。
在教学实践中因为其系统的自由度较高，可激发学生的学习兴趣，提高学生的动手能力和创新能力，在毕业设计的过程中可以使学生自己的想法方便的应用于实践，并对其思想的正确行进检测，提高学生毕业设计的质量，使得毕业设计最终可以真实检测学生对知识的综合应用能力。但是因为系统的开放程度高，学生使用过程中所产生的无效信息多，使得系统在使用的过程中数据库的开销和维护的成本较高，增加学校的经济负担。 3.4 利用Internet 的功能远距离培训的局限性
培训的教室在用户端, 模型运算的主机在开发商处, 用户没必要投资硬件和维护费用, 但这种功能通常只限于通用型的标准模型。 3.5 用户的二次开发的局限性
学校在使用化工仿真系统进行教学的过程中，没有必要针对一套装置就买一个培训器。现在仿真公司开发的化工仿真系统有灵活的建模界面，开放式的接口院校在使用的过程中可以根据自己的需要采用基本化工原理建模，使得模拟器可以模拟更多的化工设备。但在实际的使用过程中因为各个学校的人员匹配，和技术能力的参差不齐，鲜有院校能够进行独立的二次开发。这样在对系统二次开发的过程中不得不进行外包，这样使得二次研发经费的支出有时无异于再购买一套仿真系统，给院校造成较大的经济负担。 4 云计算对化工仿真教学发展的影响
云计算模式为学校提供了合适的借鉴方案，仿真教学系统中计算中心的相关任务将可以选用云计算服务来完成。同时，云计算也将有效地消除仿真教学系统中的“孤岛”现象，将实现网络虚拟环境上的最大化资源共享和协同工作，同时降低仿真机房建设成本等问题。云计算对化工仿真教学系统发展的影响主要表现在以下几个方面：
首先、可以为学校节约计算机、网络交换等硬件设备的购买和维护成本目前，使用云计算服务，绝大部分计算任务交给云端来完成，学校只需让性能较低价格便宜的终端接入互联网即可。云计算能把分布在大量的分布式计算机上的内存、存储和计算能力集中起来成为一个虚拟的资源池，并通过网络为用户提供实用计算服务。这样可以为学校节约大量的计算机、网络交换等硬件设备的购买和维护成本，同时提供了强大的计算能力，弥补了动态仿真中系统计算性能不足的弱点。
其次、云计算可以为学校提供经济的化工仿真系统软件定制服务，它将软件作为一种在线服务来提供，学校接入这类云计算服务后，无需再花费大量资金购买商业化工仿真软件授权，一些常用的应用软件如办公软件、电子邮件系统等，云服务已经提供，收费低廉，有的甚至是免费。作为客户端的本地电脑只需运行图形界面的Linux 操作系统和Firefox 浏览器即可享受云服务，不用担心应用软件是否是最新版本，这也极大地减少了学校为维护和升级化工仿真操作系统和应用软件而投入的费用。
第三、云计算可以为学校提供可靠和安全的数据存储中心，化工仿真实验的过程较长，实验中要产生大量的数据，那么数据的安全性就非常重要。在实验过程中形成生产操作的专家系统的知识库也有大量的数据需要存储。云计算可以为化工仿真系统提供可靠和安全的数据存储中心。
第四、云计算使教育信息资源的共建、共享更为便捷。目前各类化工院校已经建立了大量的化工仿真系统的教学资源，由于可以将化工仿真资源存储在云上，这样使教育信息资源的共享将更为方便与快捷。各个教育机构或信息资源建设人员也可以利用云计算对化工仿真系统进行二次开发和功能扩展。避免了一些技术实力较弱的院校无法对其使用的化工仿真系统进行二次开发和功能扩展的问题，并且为这类学校节约大量的研发经费。 参考文献：
[1] 徐化祥.云计算对教育的影响初探[J].电脑知识与技术,2009.4.[2] 王春雁.2004-2005 校园卡建设与应用现状分析(上)[J].教育信息化，2005.4.[3] 许正宇.我国化工仿真培训器的发展历史和展望.化工进展, 2001.10 [4] 刘雁.新版化工仿真实习教学探索[J ] .贵州科技工程职业学院学报,2007.2 [5] 毛磊.化学工程专业仿真实践教学的探讨[J ] .高等理科教育,2006.4
