Имитационные тренажеры и автоматизированные системы обучения – ООО НПП "АТП"

Имитационные тренажеры и автоматизированные системы обучения

      Ежегодно на ликвидацию последствий различного рода аварий и катастроф расходуется в нашей стране от 1,5 до 3% ВВП, а мировой ежегодный ущерб составляет около 150 млрд. долларов. Причем, для предотвращения угроз, необходимо рассматривать не только технологический и информационный аспекты, но и человеческий фактор.
Роль человеческого фактора в промышленной безопасности гораздо выше, чем следует из предварительного анализа статистики аварий (рис.1).

Рис.1 Факторы промышленной безопасности

      Аварии на трубопроводах, обладающих достаточным запасом прочности по коррозии и усталостным напряжениям, провоцируются по причине вибрационных и гидравлических ударных нагрузок, вынужденных колебаний и резонансных явлений, возникающих, в том числе вследствие неграмотных действий персонала. Такие аварии, как правило, списывают на коррозию или дефекты оборудования. Внедрение передовых технологий и систем автоматизации приводит с одной стороны, к сокращению персонала и снижению вероятности неграмотных действий, с другой стороны требует повышенной квалификации и ответственности оставшихся специалистов в условиях дефицита квалифицированных кадров.

      Роль персонала в предотвращении аварийных ситуаций велика. Кроме того, очень велико значение профессиональной подготовки персонала при локализации последствий аварийных ситуаций. Для аварий в большинстве случаев существуют объективные предпосылки. Но станет ли происшествие незначительным инцидентом или серьезной аварией – часто зависит от опыта персонала.

      По ряду объективных причин наибольшее внимание проблемам подготовки персонала уделялось в атомной энергетике (и в энергетике в целом). Энергетики лидируют по объему инвестиций в обучение, методической базе и по накопленному опыту. Интерес-но проанализировать накопленную статистику [2]. Прежде всего, следует отметить, что интегральным показателем, характеризующим надежность работы персонала, является количество инцидентов в работе оборудования, происходящих по его вине. В целом по энергетическому сектору России процентное отношение нарушений по вине персонала от общего количества нарушений составляет 2%. В то же время, по электростанциям это количество составляет 18%. На объектах энергоснабжения Сибири относительное количество нарушений по вине персонала достигает 50%. Количество же обучаемых достаточно высокое. Исходя из этих фактов, руководство предприятий энергетики обратило внимание на повышение качества обучения. Современное эффективное управление развитием кадрового потенциала с целью увеличения безопасности производства работ не-возможно без широкомасштабного применения информационных технологий. Уже более 15 лет в данной отрасли промышленности происходит отход от устаревших методик обучения и внедрение современных тренажерных комплексов по тепловой и электрической частям электростанций. Благодаря применению полномасштабных тренажеров в АО Мосэнерго количество отказов по вине персонала, приходящихся на выработку 1 млрд.кВтч электрической и тепловой энергии за период 1989 – 2000 г.г. снизилось при-мерно в 20 раз и ниже в 2,7 раза, чем в целом по РАО “ЕЭС России”.

      Количество технологических нарушений по вине персонала в зависимости от численности неподготовленного персонала (т.е. не прошедшего обучение на курсах и тренажерах) по представительствам РАО “ЕЭС России” приведены на рис.2.

Рис.2 Количество технологических нарушений по вине персонала в зависимости от численности неподготовленного персонала.

      Анализ рис.2 позволяет сделать тривиальный, но, тем не менее, необходимый вывод: чем больше персонала не охвачено обучением (подготовкой, тренажем), тем больше аварийность по вине персонала.

Рис.3 Технологические нарушения по вине персонала в зависимости от численности подготовленного персонала.

      Зависимости однозначно отображает аварийность почти по всем округам РФ, отсюда очевидно следует, что аварии допускает, как правило, именно необученный персонал электрических станций и сетей.
      Недаром по этому поводу североамериканские энергетики и экономисты говорят, что “обучать персонал дорого, но не обучать еще дороже”. В среднем в США затрачивается около 700 долл. в год на обучение работника.
      Массовое применение тренажерной подготовки оперативного персонала может на порядок снизить аварийность по вине персонала без заметного увеличения затрат на обучение. Удорожание стоимости обучения (на доли процента от общей стоимости) определяется, прежде всего, затратами на технические средства (тренажеры, обучающие про-граммы, цифровую технику и т.п.).Таким образом, увеличение капитальных вложений в техническое перевооружение процесса обучения персонала дает колоссальный экономический эффект.
      Тренинги эксплуатационного и технического персонала являются объективной необходимостью. Для студента ВУЗа, будущее рабочее место которого так или иначе связано с кабинетами и офисами, лекционно-методические способы обучения являются естественными. Для операторов, диспетчеров и технического персонала рабочее место – техно-логическая площадка и от скорости и грамотности принимаемых решений часто зависит не только эффективность, но и безопасность технологических процессов. Опытный персонал отличается от неопытного как раз годами практики. Для опытного персонала тренинги имеют место всегда, только тренировки идут на реальных объектах. Такой подход может очень дорого обойтись, кроме того, реальные объекты не позволяют проводить тренировки по аварийным и нештатным ситуациям. Высокая стоимость имитационных тренажеров является серьезным препятствием для широкого внедрения тренинговых методик, и решение руководителя в пользу их внедрения является показателем профессионального уровня. Кроме того, существует опасность «сэкономить» и начать внедрение неких универсальных компьютерных систем, которые являются тренажерами только по названию. Основное назначение тренажера – давать реальные моторные навыки управления технологическим процессом в различных ситуациях, поэтому рабочее место на тренажере должно максимально соответствовать реальному рабочему месту. Динамическая модель при этом может функционировать на сервере, но само рабочее место обучаемого на тренажере не должно давать очень вредных посторонних моторных навыков. По-этому очень важно понимать, что внедрению тренажеров должна предшествовать серьезная подготовительная работа по сбору данных по особенностям технологии именно на Вашем предприятии, статистики реальных нештатных и аварийных ситуаций и способов их предотвращения. Эффективные имитационные тренажеры это не продукт – это работа.
      В нефтегазовом секторе огромное значение внедрению передовых технических средств обучения придается в АК «Транснефть». В результате реализации политики руководства компании в области промышленной безопасности удалось добиться снижения показателей аварийности с 0.2 (в 1996 году) до 0,04 аварии на тысячу километров, что является мировым уровнем. Причем такие показатели безопасности достигнуты в условиях, когда только 10% трубопроводов имеют возраст до 10 лет, а четверть имеет критический возраст 25-30 лет. Одним из важных направлений политики промышленной безопасности в АК «Транснефть» является широкое внедрение имитационных тренажеров в процесс подготовки и повышения квалификации кадров. Специалисты нашего предприятия принимали самое непосредственное участие в этой важной работе практически во всех учебных заведениях этой крупнейшей мировой компании по транспорту нефти. Сданы в эксплуатацию обучающие комплексы для операторов нефтеперекачивающих станций (НПС), диспетчеров районных диспетчерских пунктов (РДП) и ремонтно-технического персонала, являющиеся уникальными микропроцессорными тренажёрами нового поколения. На учебных АРМах реализована абсолютно реальная динамическая модель конкретного участка трубопровода, которая исключает любую неоднозначность, т.е. неграмотные действия обучающегося приведшие к остановке процесса перекачки на тренажёре, на реальном объекте будут иметь абсолютно аналогичные последствия. Данное по-строение тренажёра исключает излишнюю универсальность и в то же время значительно повышает качество обучения операторов, которые работают непосредственно на данном участке нефтепровода.
Эффективность процесса обучения с внедрением обучающих комплексов подтверждается отзывами преподавательского состава учебных центров.
      Коллективом нашего предприятия ведутся непрерывные работы по улучшению и модернизации существующих тренажеров. Обучающий комплекс уже дополнен дополни-тельными АРМами для обучения операторов узлов учета нефти и операторов резервуарных парков.
      Сложность и уникальность создаваемых лабораторий имеет дополнительное преимущество: уникальность наработанных методик по созданию сложных тренажерных комплексов «под заказчика». Не секрет, что излишне «универсальные» методики обучения неэффективны. Гораздо важнее, чтобы специалисты отрабатывали моторные навыки на тренажерах, максимально копирующих именно их рабочее место. Поэтому так важно для Заказчика в короткие сроки создать не один тренажер, а несколько вариантов. Например, в Тюменском центре ОАО «Сибнефтепровод» 6 вариантов АРМ оператора и 2 варианта АРМ диспетчера с возможностью радикального изменения интерфейса каждого АРМа.
      По предварительному согласованию, комплекс технических средств может быть изготовлен не в полном объёме, а отдельными компонентами для удовлетворения определённым функциональным возможностям, указанным в техническом задании, а также финансовым возможностям Заказчика. Мы рассмотрим предложения по изготовлению дополнительных, не упомянутых выше, компонентов для обучающих тренажёров, а также доработку имеющегося или разработку нового программного обеспечения. Имеющиеся наработки позволяют создать тренажёр «под Заказчика» практически для любой отрасли с использованием средств микропроцессорной автоматики.
      Типовая учебная лаборатория включает в себя, в зависимости от поставленных за-дач, модули различного функционального назначения, отвечающие за разные этапы под-готовки специалистов.

1. Подготовительный модуль

Рис.4. Состав подготовительного модуля.

      Модуль включает в себя:

  • автоматизированную обучающую программу;
  • тестирующую программу на АРМ персонала;
  • экспертную систему на АРМ преподавателя, проводящую оценку ответов персонала и выдающую на основе ее результирующую информацию об уровне подготовки.

      Работает подготовительный модуль в двух режимах: ОБУЧЕНИЕ и ЭКЗАМЕН.

      В режиме ОБУЧЕНИЕ работает несколько различных тем обучения функционирующих независимо друг от друга. Каждая тема включает в себя цветные наглядные схемы, текстовый теоретический материал, контрольные вопросы и учебно-тренировочные задачи по функционированию и управлению оборудованием НПС в целом и его отдельными системами.

      Режим ЭКЗАМЕН включает в себя контрольные вопросы по НПС и её системам. После ответа на предлагаемые контрольные вопросы печатается ПРОТОКОЛ ЭКЗАМЕНА с указанием даты, имени экзаменуемого, количества вопросов и неправильных ответов.

 

Рис.5. Пример использования подготовительного модуля.

2. Тренажерный модуль для диспетчеров и операторов

 

Рис.6. Состав тренажёрного модуля.

      Модуль предназначен для проведения тренинга персонала операторов и диспетчеров в условиях максимально приближенных к реальным.
Программное обеспечение комплекса реализует модель трубопровода, модели всего основного оборудования НПС (агрегаты, задвижки, насосы, вентиляторы, аналоговые и дискретные датчики), генератор аварийных ситуаций, АРМы операторов НПС, АРМы диспетчеров РДП.
      Для моделирования поведения реальных объектов трубопровода предназначен сервер моделей технологических процессов, имитирующий в комплексе поведение реальных объектов автоматики, алгоритмов управления станцией и «генератора аварийных ситуаций». Уникальность комплексов заключается в полной достоверности моделей (которые созданы по характеристикам реальных объектов с учетом физ.параметров среды, турбулентных возмущений, газовых пузырей, рельефа и т.д), гибкости (накоплена база данных моделей, типов и параметров оборудования с возможностью выбора), сохранении показателей достоверности (отклонение тех.параметров в среднем не отличаются от реальных не более, чем на 3%) при колоссальной сложности массивов обрабатываемой информации (более 100 тыс. динамических параметров).

Рис.7. Примеры тренажёрного модуля

      У преподавателя имеется возможность имитировать нештатные ситуации, отказы оборудования НПС и запорной арматуры, аварийные ситуации, прорывы и утечки на линейном участке трубопровода. «Генератор аварийных ситуаций» позволяет гибко настроить последовательную цепочку аварийных ситуаций, происходящих в заданное время, что позволяет наиболее реалистично имитировать реальные отказы и аварии.
      На каждом из АРМов можно рассмотреть эпюры давления в трубопроводе с учетом рельефа местности, при этом можно проанализировать влияние режимов работы оборудования на распределение давления в трубопроводе, прохождение прямых и обратных волн давления.

3. Модуль для подготовки технического персонала

      Модуль предназначен для обучения ремонтного персонала и оперативно-ремонтного персонала по техническому обслуживанию и ремонту систем автоматики, телемеханики и контрольно-измерительных приборов НПС. Модуль служит для изучения современных микропроцессорных систем автоматики (МПСА), построенных на базе программируемых логических контроллеров, средств программирования верхнего и нижнего уровня МПСА. Модуль позволяет проводить обучение ремонтного персонала НПС, про-изводить поиск неисправного оборудования нижнего и среднего уровней, проводить диагностику контроллера и модулей ввода – вывода, строить и конфигурировать промышленные сети, поверку, настройку и диагностику датчиков и сигнализаторов температуры, давления, уровня и пр.

 

Рис.8. Пример структурной схемы тренажера подготовки технического персонала.

      Модуль включает в свой состав типовое оборудование различных производителей, применяемое на объектах управления (ABB, Schneider Electric, Emerson, Siemens, Motorola и многих других фирм)

Рис.9. Примеры тренажера подготовки технического персонала.

      Также в состав тренажера входят АРМы ремонтного персонала и преподавателя, позволяющие проводить обучение принципам конфигурирования SCADA систем и программирования контроллеров, обучение среде разработки, применяемым в настоящее время при внедрении комплексов технических средств (iFix, Genesis, WinCC и т.д.).
      Такая структура тренажера позволяет производить обучение технического персонала особенностям оборудования различных производителей в одном месте. При этом достигается значительная экономия средств. Зачастую на крупных технологических объектах для управления различными процессами применяется оборудование различных производителей, используются различные программные продукты SCADA систем. Для того чтобы обучить обслуживающий персонал крупному предприятию требуется направлять технических специалистов на специализированные курсы обучения в центры подготовки различных производителей. Затраты на обучение в этом случае можно рассчитать по формуле:

З = (S1*N1+ S2*N2 +S3*N3 +…+Si*Ni),

      где, N – количество обучаемого персонала;
       S – стоимость обучения;
       i – количество оборудования различных производителей на технологическом объекте.
      Формула не учитывает очень больших затрат времени на обучение, связанных с отрывом от производственного процесса, транспортных и командировочных расходов.
      Недостатками авторизованных курсов подготовки специалистов кроме достаточно высокой цены и затраченного времени является так же то, что производители не акцентируют недостатки и недоработки своего оборудования, большое количество времени обучения уделяется темам которые могут быть не актуальны для конкретных технических специалистов, не в полной мере затрагиваются вопросы подготовки специалистов имен-но для вашего предприятия в связи с тем, что преподаватели могут быть не знакомы с особенностями этого производства.
В случае создания или модернизации собственного центра подготовки специалистов появится возможность более качественно обучать технический персонал обслуживанию оборудования различных производителей в одном месте и регулярно проводить курсы повышения квалификации. Затраты на обучение в этом случае можно рассчитать по формуле:

З’ = S’*N’,

      где, N’ – количество обучаемого персонала;
       S’ – стоимость обучения;
      Очевидно, что стоимость обучения в этом случае будет значительно ниже, чем стоимость авторизованных курсов и будет определяться в основном затратами на содержание преподавательского состава. Таким образом предприятие может добиться значительной экономии средств на обучение технического персонала, при значительном повышении качества обучения.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Top

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: