Интегрированные обучающие системы для специалистов нефтегазовой отрасли – ООО НПП "АТП"

Интегрированные обучающие системы для специалистов нефтегазовой отрасли

      В настоящее время, несмотря на успехи автоматизации, на опасных объектах нефтегазовой отрасли не удается полностью исключить человека из процессов управления и обслуживания. Следовательно, не удается исключить и ошибки, приводящие к авариям.

      В практике работы с персоналом нефтегазовой отрасли до настоящего времени основным резервом уменьшения негативного влияния человеческого фактора на уровень промышленной безопасности являлась практика материального стимулирования и кадрового отбора. Фильтр кадрового отбора не только производит отсев профессионально непригодных кандидатов, но и сглаживает недостатки в общей образовательной подготовке. Однако данный резерв к настоящему времени практически исчерпан. Данная тенденция характерна практически для всех индустриально развитых стран. Например, согласно данным Межгосударственной Комиссии (IOGCC), в США среднестатистический возраст сотрудника, работающего в нефтегазовой отрасли и в сервисных компаниях, составляет 46 – 49 лет. Средний пенсионный возраст для промышленности – 55 лет. При этом сегодня приблизительно 1 700 человек изучают нефтяную разработку в 17 американских университетах, в сравнении с более чем 11 000 студентами в 34 университетах в 1993. Падение цен на нефть в 1998 стало причиной сокращения или приостановки профессиональной подготовки кадров, а также увольнений тысяч сотрудников, особенно “работников со стажем”, в которых больше не было необходимости. Теперь промышленность платит в большой степени за ту близорукость руководства, которое не считало нужным беречь и уважать человеческие ресурсы. Немаловажную роль в сокращении интереса молодежи к отрасли играет определенный негативный ореол «загрязнителей природы» вокруг объектов современной энергетики, усугубившийся в результате постоянного обсуждения проблемы «парниковых газов» и катастрофы в Мексиканском заливе. Именно поэтому проблема, с которой сталкивается промышленность, настолько серьезна. Существует угроза глобальной “утечки мозгов”, поскольку тысячи инженеров и сотрудников покинут свои рабочие места без восполнения. В условиях ограниченного выбора кандидатов неизбежно снижается качество персонала.

      Одним из возможных решений является интенсификация процесса обучения имеющихся и новых кандидатов с использованием всех возможностей современных технологий. Резервы тут огромные. Исследование современных методов обучения показывает, что традиционные подходы к проведению занятий на курсах подготовки и переподготовки малоэффективны по сравнению с практикой. Например, согласно исследованиям Национальной тренинговой лаборатории США, протестировавшей большие группы учащихся спустя 2 недели после занятий разных типов, в памяти фиксируется лишь часть из полученных знаний (см. Рисунок 1):

Рисунок 1. «Пирамида обучения» согласно исследованиям National Training Laboratories, Bethel, Maine

      Именно поэтому особую ценность приобретают более опытные специалисты, т.к. у них за плечами годы действительно эффективного обучения на рабочем месте.

      Однако у такого подхода к обучению, т.е. малоэффективная подготовка и эффективная практика на рабочем месте, имеется большой недостаток – невозможность эффективно готовить специалистов к работе в нестандартных, «нештатных» и аварийных ситуациях, т.к. никто не будет рисковать сложным технологическим оборудованием ради обучения. Новая техника становится все сложнее и просто опытом ее не освоить. Как показывает практика, данный недостаток можно исправить путем использования в обучении тренажеров, имитирующих технологические процессы, включая нештатные и аварийные.

      При этом тренажеры внедряются в практику обучения специалистов далеко не на каждом потенциально опасном объекте, присутствует определенное недоверие руководителей к подобной тренажерной практике. Причиной является отсутствие гарантий эффективности использования такого достаточно дорогостоящего оборудования, с точки зрения реального повышения уровня промышленной безопасности. Критиковать подобную точку зрения трудно, так как строгих методик априорной оценки эффективности на этапе проектирования тренажеров для подготовки специалистов опасных производств и целесообразности тех или иных функций тренинга в настоящее время нет. Обычно приводятся цифры, иллюстрирующие статистику аварий, при этом подразумевается, что любой специалист, прошедший обучение на любом тренажере, непременно эти аварии предотвратит. При этом нет оценок зависимости эффективности от функциональных характеристик тренажера, длительности обучения и индивидуальных способностей специалиста.

      Известно, что для корректного использования статистики необходимо достаточное количество цифр, причем для однотипных событий, а аварии с участием человеческого фактора, если разбирать их причины, характер и конкретную цепочку событий, редки и даже уникальны. Расчет эффективности внедрения тренажеров на основе статистики снижения аварийности неконструктивен, так как он не позволяет оценить качественное различие одного тренажера от другого и улучшать методику проведения тренингов. Такой подход призван скорее убедить руководителей «раскошелиться» на тренажеры, но не способствует реальному повышению уровня промышленной безопасности.

      Исследования показывают, что при отсутствии целевой направленности, отвечающей требованиям реального повышения уровня промышленной безопасности, разработка эффективного тренажера часто невозможна в силу ряда непреодолимых трудностей. Это, прежде всего, ограниченные ресурсы по времени обучения, по финансовым ресурсам, недостаточная готовность или профнепригодность отдельных обучаемых. А имитатор оперативных переключений, полученный в результате длительной и дорогостоящей разработки, для задач промышленной безопасности почти бесполезен. Практически отсутствует анализ задач инструктора в тренинге и механизмов их решения. Отсутствие реального снижения аварийности, в конечном счете, легко списывается на «недалеких и неквалифицированных» инструкторов и пользователей тренажеров.

      Таким образом, отсутствие конструктивного и научно обоснованного подхода к оценке эффективности тренингов, и, следовательно, к проектированию тренажеров для специалистов нефтегазовой отрасли, является препятствием к созданию технических средств обучения, реально повышающих уровень промышленной безопасности. При этом необоснованная декларация «эффективности» только маскирует серьезные проблемы на пути реализации таких средств.

      Для преодоления указанных трудностей в ряде крупных российских нефтегазовых компаний, в частности в ОАО «Газпром» и АК «Транснефть», разработка новых тренажеров для ряда специальностей, прежде всего операторов, производится в классе так называемых интегрированных обучающих систем. В таких системах к техническим средствам предъявляется ряд специфических требований, а весь комплекс реализует так называемое оптимальное множество тренингов. Все множество конструктивной деятельности специалиста (например, оператора или диспетчера) или граф деятельности, разрабатываемый параллельно с разработкой технических средств тренажера, разделяется на ряд эпизодов, действий, каждому из которых посвящается отдельный «тренинг». В таких «картах тренинга» совмещаются события, не зависящие от действий обучаемого, развивающиеся по своему сценарию, и события, зависящие от правильных или неправильных действий.

Рисунок 2. Построение карты и сценариев тренинга

      Оценка такого единичного тренинга может быть одна – решил задачу тренинга или не решил. Тренинги повторяются раз за разом, в комбинации с тренингами по другим темам. Количество ошибок со временем уменьшается, тем более действует система активных подсказок, позволяющая после прохождения тренинга произвести «разбор полетов». При практическом обучении такие тренинги повторяются раз за разом, в идеале до полного исчезновения ошибок. Время наступления такой безошибочности, или его прогноз по динамике снижения количества ошибок, является основной характеристикой эффективности тренинга. В идеале по всем видам тренингов необходимо затратить столько времени, сколько требуется для достижения безошибочности. Однако практические исследования показывают, что общее время необходимых для этого тренингов значительно превосходит возможности организованных курсов. Решение задач повышения уровня промышленной безопасности в рамках концепции интегрированных обучающих систем производится в трех направлениях:

      1) оценка уровня готовности и профотбор. Нет смысла обучать необучаемых на имеющихся технических средствах, причем оценкой служит не единичный тест, а результаты всех тренингов, которые по динамике снижения количества ошибок позволяют автоматически вычислить время достижения безошибочности. Суммарное время у одного обучаемого будет 40 часов, у другого год. Ограничение суммарного времени безошибочности и будет критерием отбора. Однако следует учитывать ограничения такого подхода, связанные с проблемами кадрового дефицита, указанными выше.

      2) организация дополнительных занятий во время между переподготовками (например, 1 час в неделю для одного специалиста) на том же тренажере, на котором проводится плановая переподготовка, или на упрощенной программной версии тренажера на базе персонального компьютера без выезда в учебный центр. Отметим, что система, реализующая оптимальное множество тренингов, мало чувствительна к квалификации инструктора, может в перспективе работать и без инструктора, т.к. последовательность заданий запрограммирована заранее, а результаты всего процесса обучения фиксируются автоматически.

      3) улучшение эргономических характеристик тренажера, совмещающего активную работу обучаемых с реальными интерфейсами рабочих мест (например, на экранах с сенсорным управлением), и элементов визуализации процессов, позволяющих достичь более глубокого понимания процессов и закрепить в памяти навыки. Практические исследования по результатам внедрения интегрированных обучающих систем показывают, что технологические процессы следует представлять более наглядно в виде 3D-реальности с оцифровкой графиков изменения параметров, SCADA-системами, объединенными с интерактивными макетами и голограммами, работающими в единой компьютерной сети. Такие эффекты «гиперреальности», наиболее наглядно представляющие пространственно-временные зависимости технологи, позволяют достичь более глубокого понимания происходящих процессов и, как результат, серьезно сократить суммарное время обучения по одной теме тренинга. Следовательно, в ограниченное время тренингов можно пройти больше и объективно достичь больших показателей эффективности в плане промышленной безопасности.

      Интегрированная обучающая система «Магистральный транспорт газа» одного из учебных центров ОАО «Газпром» предназначена для повышения уровня промышленной безопасности при эксплуатации оборудования газовых объектов в нормальных и нештатных режимах работы. При этом используется комплекс программно-технических средств, моделирующий газодинамические параметры работы оборудования участка газопровода, включающего одну или несколько КС с несколькими КЦ и линейный участок, системы автоматики и электроснабжения КЦ с использованием системы отображения микропроцессорной автоматики, аналогичной применяемой на рабочем месте.

Рисунок 3. Интегрированная обучающая система специалистов магистрального транспорта газа

      Целью создания таких систем является: проведение первичного обучения машинистов, сменных инженеров и диспетчеров ЛПУ, специалистов эксплуатационных служб, для формирования навыков управления, представления об общем характере и особенностях технологического процесса. Также формируются знания о возможных нештатных и аварийных ситуациях, характере их развития, проявлениях, последствиях; обучение правильному поведению при возникновении таких ситуаций; стратегии управления для снижения потерь и ликвидации аварийной ситуации. Производится тренинг обучаемых с целью доведения действий до автоматизма, это особенно важно при действиях в аварийных ситуациях, когда решения должны приниматься в ограниченное время в условиях стресса и неопределенности.

Рисунок 4. Экраны АРМ диспетчера линейного участка

      Газодинамическая модель в реальном времени рассчитывает все технологические параметры оборудования КЦ и линейного участка, каждого агрегата, включая давления, расходы, температуры, характеристики применяемого оборудования. Воздействия на модель производится через экранные формы и панели управления обучаемого.

Рисунок 5. Пример типовой карты тренинга

      Фрагменты интерактивных (действующих, с активной подсветкой элементов и оцифрованных, включенных в компьютерную сеть) макетов для специалистов магистрального трубопроводного транспорта газа, работающего под управлением реальной модели участка МГ и управляемый с реальных АРМ сменного инженера и диспетчера, показаны на рисунке 6. АРМ реализованы в виде консольных панелей (см.рис.4) с сенсорными экранами. Кроме того, что в одной аудитории наглядно представлены все основные технологические процессы, связанные с управлением и эксплуатацией объектов магистрального транспорта газа, с помощью консольных панелей (АРМ учеников) и интерактивной доски (АРМ преподавателя) можно управлять реальными процессами на ГКС с одновременным отображением происходящих процессов на экранах и на интерактивном макете. Внедренные элементы оптимального множества тренингов позволяют отрабатывать навыки управления в штатных и нештатных режимах.

Рисунок 6. Фрагменты интегрированной обучающей системы

      Тренажеры микропроцессорной автоматики и приборные стенды для обучения специалистов ремонтных служб предназначены для обучения оперативно-ремонтного персонала правилам и методам технического обслуживания и ремонта систем автоматики (СА), телемеханики и контрольно-измерительных приборов (КИПиА). Типовой тренажер ремонтного персонала включает в свой состав реальное оборудование САУ ГПА и КИПиА, применяемое на объектах. Также в состав тренажера входят АРМы ремонтного персонала и преподавателя, позволяющие проводить обучение принципам конфигурирования и программирования контроллеров, обучение в среде разработки управляющих алгоритмов для контроллеров и в среде SCADA-систем.

Рисунок 7. Тренажер системы автоматики газораспределительной станции

      Тренажерный комплекс для специалистов по электроснабжению предназначен для: обучения оперативного электротехнического персонала оперативным переключениям в нормальном и аварийном режимах работы в высоковольтной части схем электроснабжения; обучения ремонтного и оперативно-ремонтного персонала приемам и методам обслуживания и ремонта оборудования. Отличительной чертой тренажера является эмулятор реальной производственной сети с возможностью для инструктора физически выставлять реальные токи, напряжения, фазы и частоту при различных нагрузках, потребителях, авариях, необходимые для срабатывания защит в реальных управляющих контроллерах ячеек (АВВ SPAC, SE SEPAM и др.) и последующего анализа учащимися причин срабатывания защиты. Возможности тренажера: работа с контроллерами, уставки и защиты, просмотр осциллограмм, работа с реальными ячейками ЗРУ, исследование групповой работы ячеек, работа межсекционных переключателей и т.д., работа смежного оборудования , устройства дуговой защиты, работа измерительного оборудования, преобразователи, «АРМ энергетика» с основами функционирования систем АСКУЭ и АСТУЭ.

Рисунок 8. Тренажерный комплекс ЗРУ 6 (10) кВ

      Интегрированная обучающая система «Магистральный трубопроводный транспорт нефти», установленная по инициативе руководства АК «Транснефть» в Самарском государственном техническом университете, предназначена как для обучения студентов, так и для стартовых тренингов на курсах переподготовки специалистов (рис.9). Ее отличием от традиционных компьютерных тренажеров и 3D-моделей является представление динамики технологического процесса трубопроводного транспорта нефти во всей полноте – внешний вид, взаиморасположение и текущее состояние оборудования совмещаются с мнемосхемами диспетчерских АРМ и мультимедийными справочниками АОС, созданными с использованием средств 3D-моделирования:

Рисунок 9. Общий вид комплекса

      В основе всего комплекса заложена подробная математическая модель всего технологического процесса, развернута пространственная картина всего процесса. Состояние оборудование на действующем макете постоянно изменяется, что подчеркивается цветом подсветки.

      В прозрачных трубах течет вода, имитируя реальное движение нефти. Контуры, в которых в данный момент есть движение жидкости, подсвечиваются, в буквальном смысле показывая процесс перекачки нефти. Технологическая схема реализует движение нефти по участку магистрального нефтепровода от резервуаров к резервуарам с одной головной и двумя промежуточными нефтеперекачивающими станциями (НПС).

      На таком комплексе учащийся с самого начала вовлечен в производственный процесс, знакомится с разнообразным оборудованием и имеет возможность вмешаться в процесс с совершенно реального рабочего места оператора, для полноты представления вынесенного непосредственно к макету для того, чтобы обучаемый непосредственно наблюдал результат своего вмешательства.

Рисунок 10. Пропуск скребка

      Кроме визуальных эффектов ученик получает важнейшую образную информацию – как осуществляется процесс, как пространственно расположено оборудование и как все это связано с динамикой процессов. Ненаблюдаемые визуально параметры отображаются на разнообразных графиках и диаграммах, отображаемых как на внешних экранах, так и на рабочем месте ученика.

      Таким образом, обучение осуществляется от простого к сложному, от общего знакомства с особенностями технологии и оборудования, к принципам управления и работы автоматики, вплоть до возможности участвовать в сложных операциях по парированию нештатной ситуации.

Рисунок 11. Отображение технологических процессов

      В то же время, на таком интегрированном комплексе реализуется принцип отсутствия «узких» мест в уровне подготовки разных специалистов, поэтому физические параметры можно непосредственно измерить реальными датчиками и конкретное оборудование можно непосредственно исследовать на стенде (см. рисунок 10) вплоть до реализации реальных алгоритмов автоматики на реальных контроллерах. Такое «физическое» вмешательство также отображается в общей модели системы. Например, на стенде (рис.12) можно показать, как неправильная настройка датчика или неправильная маскировка защиты в автоматике могут привести к остановке процесса перекачки нефти.

Рисунок 12. Стенд приборного оборудования и автоматики, связанный с комплексом по телеметрии

      Таким образом, в одной аудитории можно проводить общие обзорные лекции для всех специальностей, связанных с транспортом энергоресурсов, пользуясь макетом и экраном для иллюстрации той или иной информации, причем те или иные элементы можно выделять на макете с помощью лазерной указки, запуская на панели вспомогательную страничку с 3D-роликом или страничкой обучающей системы. Тем самым, комплекс приобретает достоинство 3D-моделей – масштабируемость, т.к. устройство и функциональное назначение сложного оборудования, например система сглаживания волн давления (ССВД), с помощью действующего макета может быть рассмотрено только до определенной глубины из-за того, что эта система на макете сама по себе с расстояния 1.5-2м невелика. 3D-ролик на плазменной панели, вызываемый «кликом» указкой по фотодиоду рядом с макетом ССВД, поможет подробно углубиться в устройство системы и подробнее рассмотреть эффекты ее использования.

      Здесь же можно проводить углубленные практические занятия для специалистов, обслуживающих сложные технические средства измерений и средства автоматики. Можно программировать контроллеры и экспериментировать с различными алгоритмами работы автоматики и сразу видеть результаты работы на действующем макете, ведь он работает в том же информационном пространстве под управлением единой математической модели.

      Можно обучать будущих инженеров и диспетчеров управлять сложными технологическими процессами в реальном масштабе времени как в типовых, штатных ситуациях, так и в условиях искусственного стресса в нештатных ситуациях вплоть до исследования разных алгоритмов работы систем и эргономического влияния того или иного интерфейса на восприятие и быстроту принятия решений.

      Сами учащиеся могут принимать участие в проектировании прикладного программного обеспечения, менять алгоритмы и интерфейсы, а также расширять технологическую схему, менять рельеф трассы, или даже исследовать совершенно другую систему за пределами системы на макете, так как конструктор математических моделей открыт для пользователей. Для реализации «карт тренинга» специально разработан динамический генератор штатных и аварийных ситуаций, компилирующий единичные отказы в динамические цепочки «дерева событий» с разворачиваем всей сложной нештатной ситуации в пространстве и во времени.

      Имеется возможность исследовать те или иные ситуации, «прокручивая» данные из архива по тем или иным ситуациям. Возможно осуществлять тестирование обучаемых, для этого существуют и постоянно совершенствуются средства и программы тестирования, модули записи последовательности действий обучаемого при работе на комплексе, как на тренажере, с последующей автоматической оценкой этих действий.

      Указанный комплекс эффективно используется в обучении благодаря тому, что сам процесс обучения является более естественным для человека, задействованы визуальные, аудиальные, пространственные и знако-символьные способы восприятия с возможностью для обучаемого самому выбрать способ, как достичь наибольшего восприятия информации, увидеть, услышать или представить, а также, и это главное, самому поучаствовать в таких ситуациях и решать такие задачи, для осознания которых без такого обучения потребовались бы годы реальной работы. При этом имеется возможность совершать ошибки, которые недопустимы на реальном объекте. Предотвращение подобных ошибок в будущей работе и является основным предназначением интегрированных обучающих систем.

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: