MaxGammer

Хочу поделится интересным опытом использования VR для задач обучения)

Лекция — устное систематическое и последовательное изложение материала по какой-либо проблеме, методу, теме вопроса и т.д. Семинар — форма учебных практических занятий, при которой учащиеся (студенты) обсуждают сообщения, доклады и рефераты, выполненные ими по результатам учебных исследований под руководством преподавателя. В советской школе семинары предназначались для углубленного изучения различных дисциплин.

Конечно, имитаторы/тренажеры являются только вспомогательным средством при проведении лекций или семинаров по техническим дисциплинам, там, где необходима наглядная демонстрация промышленных объектов, оборудования, принципа его работы, протекающие процессы и т. д. Такие имитаторы имеют достаточно много преимуществ перед традиционными технологиями, такими как презентация, видеофильм и т.д., главным образом в силу того, что тренажером можно управлять, т.е. лектор может производить демонстрацию «в реальном времени», т.е. управлять тем, что видят обучаемые. Если отдельно рассмотреть распределенные имитационные системы, то можно представить, например, следующую ситуацию...

Ведется «массовая» тренировка работы буровой установки, где участниками являются студенты различных кафедр. Присоединившись к этой системе, лектор может показать процесс в «реальном времени» или в необходимых временных промежутках, указать совершенные или совершаемые ошибки, работу оборудования, может сам совершать необходимые действия и т. д.

В целом использование имитаторов при проведении лекций и практик можно сравнить с возможностью «перемещать» лекционную аудиторию вместе со всеми слушателями на любые интересующие лектора производственные участки, комплексы, заводы, самолеты и т.д.

Математическая модель технологической схемы – система математических соотношений, описывающих с требуемой точностью имитируемый объект или процесс (реакцию системы на действия пользователя или инструктора).

Высокая адекватность и универсальность модели тренажера определяет соответствие поведения реальной системы и поведения модели в штатном и аварийном режимах.

Под адекватностью понимается способность модели отражать заданные свойства объекта с приемлемой точностью. Универсальность модели определяется количеством параметров, учитываемых в процессе имитации. Наша компания имеет собственную запатентованную технологию синтеза высокоточных математических моделей, работающих в режиме реального времени.

Мы используем математические модели для моделирования системы в тренажерах для подготовки персонала. Для тренажеров особенное значение имеет идентичность моделируемой среды. Идентичная реальной система – это система, обеспечивающая генерацию модели реальной в соответствии с математической моделью этой реальной системы при помощи программных или аппаратных средств. Идентичность имитируемой системы … это идентичность подачи на основные каналы восприятия пользователя программно- или аппаратно- управляемых воздействий и реалистичной реакции моделируемой среды на производимые пользователями действия.

Итак, что мы сделали....

Разработана технология автоматического синтеза математической модели объекта. Технология повышает качество и технико-экономический уровень создаваемых математических моделей. Поддержка однофазных и многофазных режимов течения жидкости и газа. Точный контроль фазовых состояний веществ во всех элементах модели технологической схемы.

Были созданы следующие модули следующие модули – техническое обеспечение, математическое обеспечение, программное обеспечение, информационное обеспечение, лингвистическое обеспечение, методическое обеспечение, организационное обеспечение, интеграция с другими системами:

математическое обеспечение — совокупность математических методов, моделей и алгоритмов для выполнения проектирования ЦОР (цифровые образовательные ресурсы);

• Моделирование и симуляция АСУиТП;

• Мультифизическое моделирование технологических схем;

• Моделирование и симуляция физических процессов по направлениям

• Гидродинамика и теплопередача (модифицированная сетчатая модель Больцмана)

• Электродинамика и оптика

• Механика (Классическая, Релятивистская, Механика сплошных сред (Гидродинамика, Пневматика, Гидростатика)

• Химия

• Механика твёрдого тела

• Термодинамика жидкостей и газов. Доступные термодинамические модели: Идеального газа; Пенга-Робинсона; Пенга-Робинсона (с модификацией Тву); Соаве-Редлиха-Квонга; Соаве-Редлиха-Квонга (с модификацией Граборски-Дауберта). Для смесей жидкостей доступны следующие термодинамические модели: Чао-Сидера (с модификацией Грейсона-Стрида); Уилсона; NRTL; UNIFAC VLE; UNIQUAC; Регулярного раствора; Расширенная модель регулярного раствора; Идеального раствора.

программное обеспечение — компьютерные программы, реализующие проектирование и предоставление ЦОР;

• встраиваемый мультипарадигменный язык LUA, интеграция / имплементация

• стандартов и спецификаций OPC, IEEE1516, XAPI

• интеграция с OpenModelica

информационное обеспечение — базы данных, содержащие информацию, необходимую для проектирования ЦОР; 

• База данных фазовых состояний веществ

• База данных плотности, теплоемкости, молекулярной массы веществ и т.д.

1. Создан графический редактор, позволяющий создавать точную модуль технологической схемы объекта.

2. Создан модуль экспорта из технологической схемы в математическую модель с последующим выполнением пошаговых или непрерывных расчетов

• Полностью автоматический расчет всех вариантов потоков жидкости и газа.

• Разработаны универсальные математические модели оборудования, в т.ч.

• Запорнорегулирующая арматура, гидро-пневмо- трубопровод

• Пласты-Скважины

• Печи

• Обратные клапаны

• Динамические насосы и компрессоры

• Объемные насосы и компрессоры

• Теплообменники

• Подогреватели

• СППК

• Измерительные приборы (манометры, термометры, расходомеры)

3. Создан и тестируется экспериментальный модуль на основе модифицированного метода решетчатых уравнений Больцмана (LBM)

4. Создан и используется последовательная схема расчетов- на базе решения линейных уравнений для нахождения начальных условий с последующим решением с использованием прямых численных итерационных методов на основе найденного приближенного решения и величины шага.

5. Создана точная модель > 10 полномасштабных установок для различных заказчиков (УПППНГ, УПН, УПХГК и т.д.) с точным соответствием данных по хайсису и юнисиму (отклонения не более 5-7%)

Создано значительное количество математических моделей:

• Колонны

• Ребойлеры

• Турбодетандеры

• Двухфазные и трехфазные сепараторы и т.д.

Создана расширяемая библиотека для предоставления компонентного состава. Высокая точность предоставления компонентного состава нефти и попутного газа:

• Фракционный состав нефти от C1 до С40+

• Метан  CH4 

• Этан  C2H6 

• Пропан  C3H8 

• И-Бутан  iC4H10 

• Бутан  C4H10 

• И-Пентаны  iC5H12 

• Пентан  C5H12 

• И-Гексаны 

• Гексан  C6H14 

• И-Гептаны 

• Бензол  C6H6 

• Гептан  C7H16

• И-Октаны  iC8H18 

• Толуол  C7H8 

• Октан  C8H18 

• И-Нонаны  iC9H20 

• Нонан  C9H20 

• И-Деканы  iC10H22 

• Декан  C10H22 

• Углекислый газ  CO2 

• Азот  N2 

• Сероводород  H2S

Разработаны средства высокоточной имитации автоматики (АСУ ТП нижний и верхний уровень)

• Имитация управляющих устройств

• Имитация датчиков

• Имитация алгоритмов контроллеров (ПИД-регуляторы и т.д.)

• Имитация системы верхнего уровня (SCADA)

Разработан модуль создания сценариев событий

• Линейная и нелинейная структура

• Развитые механизмы ветвления сценария

• Развитые механизмы задания последствий действий или условий

• Простой графический редактор

• Связь с математическим описанием объекта

Выполнена поддержка стандартов IEEE1516e, OPC UA, xAPI для взаимодействия с другими системами.

Выполнена интеграция с алгоритмом моделирования процессов, протекающих в электронных схемах SPICE. SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis). Благодаря полной поддержке данного алгоритма наши тренажеры позволяют выполнять высокоточную симуляцию электрических схем, в том числе:

• AC анализ (анализ по переменному току)

• DC анализ (анализ по постоянному току) для слабых сигналов

• анализ DC transfer curve

• анализ шумов

• анализ передаточной функции (входное и выходное усиление малых сигналов и вычисление импеданса)

• анализ переходных процессов

Выполнена интеграция со свободным открытым программным обеспечением для моделирования, симуляции, оптимизации и анализа сложных динамических систем – OpenModelica, основанным на языке Modelica. Modelica — объектно-ориентированный, декларативный, мультидоменный язык моделирования для компонентно-ориентированного моделирования сложных систем, в частности, систем, содержащих механические, электрические, электронные, гидравлические, тепловые, энергетические компоненты, а также компоненты управления и компоненты, ориентированные на отдельные процессы. По своим возможностям приближается к таким вычислительным средам как Matlab Simulink, Scilab xCos, имея при этом значительно более удобное представление системы уравнений исследуемого блока. Включает блоки:

• механики

• электрики

• электроники

• электродвигатели

• гидравлики

• термодинамики

• элементы управления и т. д.

Примеры использования САПР КИТ

Спасибо за внимание! Буду рад ответить на вопросы.

Современное производство характеризуется все увеличивающимися темпами внедрения передовых научных, технических, организационных и экономических разработок. Постоянное увеличение доли высокотехнологичного оборудования в нефтегазовом секторе производства, вместе с увеличением сложности оборудования и производственных процессов в целом, сопряжено с возможностью (вероятностью) появления опасных событий, последствиями которых могут являться экономический ущерб, гибель людей, угроза здоровью и безопасности персонала и населения, неблагоприятные воздействия на окружающую среду.

В силу высокой практической значимости, в последнее время и интенсивно ведется исследования, связанные с оценкой, контролем, предотвращением или сокращением рисков. Иными словами, с ростом опасности промышленных объектов закономерно возрастает необходимость в более точных, достоверных методах управления рисками. Наиболее ранние исследования, посвященные управлению рисками рассматривали исключительно надежность конструкции и оборудования, и не рассматривали человека, как элемента этой системы. Фактически, человек существенно влияет на вероятность возникновения опасных событий и ситуаций, что нашло отражение в более поздних исследованиях, где указывалось на необходимость учета влияния «человеческого фактора».

Расширенная информация по аварийности, причинам, последствиям и результатам
контрольно-надзорной работы Ростехнадзора, к сожалению, отсутствует в открытом доступе, но, мне все-таки удалось ознакомится с двумя очень интересными исследованиями по этому опросу. Рассмотрим анализ статистических данных по аварийности на объектах нефтегазодобычи РФ и полученные авторами закономерностей (https://ogbus.ru/article/view/12745, https://doi.org/10.17122/ntj-oil-2021-3-91-104)

За период с 2003 г. по 2019 г. на объектах нефтегазодобычи произошло 258 аварий, в rоторых погибли 287 человек. 2003 г. и 2004 г. – по 20 аварий, смертельного травматизма на 2004 г. – 29 случаев [2]. В целом, по оперативным данным Роструда, в 2023 году было зарегистрировано 5563 несчастных случая, 1565 смертельных случаев [1].

По анализу данных [2] за 2011-2019 г. ежегодный ущерб варьируется от нескольких десятков до нескольких миллиардов рублей. Так, наибольший общий ущерб от произошедших аварий зафиксирован в 2013 г. (2,951 млрд руб.). Средний ущерб от одной аварии - 54 млн руб.

"Но в целом, если отбросить некоторые формальности, получаются довольно интересные факты: в среднем 1 авария уносит жизнь 1 человека и наносит ущерб в размере 54 млн руб. Этой аварии предшествует в среднем 470 инцидентов; 1593 нарушений, выявленных Ростехнадзором; 364 проверок Ростехнадзора; 13 приостановок деятельности; 857 проверок служб ПК; 1607 мероприятий по итогам ПК." [2]

Особенно интересны выводы авторов [2] - В результате анализа установлено следующее:

1. На 1 тысячу проверок приходится 4,4 аварий. Коэффициент детерминации R2 = 0,05, что показывает отсутствие связи с аварийностью.

2. На 1 тысячу выявленных Ростехнадзором нарушений приходится 0,93 аварий. Коэффициент детерминации R2 = 0,05, отсутствует связь.

3. На 1 млн руб. штрафов, выданных Ростехнадзором, приходится 0,943 аварий. Коэффициент детерминации R2 = 0,20, слабая линейная связь.

4. На 1 приостановку деятельности ОПО приходится 0,79 аварий. Коэффициент детерминации R2 = 0,01, отсутствует связь.

5. На 1 тысячу проверок служб ПК предприятий приходится 1,25 аварий. Коэффициент детерминации R2 = 0,01, что показывает отсутствие связи с аварийностью.

6. На 1 тысячу мероприятий, разработанных службами ПК предприятий, приходится 0,67 аварий. Коэффициент детерминации R2 = 0,24, слабая линейная связь с аварийностью.

Но самое главное - авторы [1] смогли проанализировать основные группы нарушений, по результатам расследования аварий, проверок Ростехнадзора и служб ПК:

Этот вывод в точности совпадает с другими, более ранними источниками:

1. По имеющимся данным (Ростехнадзор, CSB, NTSB) доля человеческого фактора в инцидентах составляет от 35 до 70%

2. Ученые называют различные цифры, но большинство сходится на том, что из-за ошибок человека происходит 60-80% всех аварий и несчастных случаев. Причем 9 из 10 случаев возникают именно там, где предусмотрены технические средства защиты. Возникают они чаще всего по психологическим причинам. [g1][g2]

3. Например, любой член обслуживающего персонала, пользуясь неправильными инструкциями для настройки, теоретически может вывести из строя любую систему защиты предприятия. Анализ данных по оценкам частот ошибок операторов (таблица 1.6. [a1, С-275]) свидетельствует, что персонал (оператор) на 99,99% совершенен при выполнении рутинной работы, но оказывает полностью бесполезным при чрезвычайных обстоятельствах.

4. Несмотря на то, что ошибочные действия персонала являются очень распространенными и очень трудно предсказуемыми, существующие данные о частотах ошибок операторов и обслуживающего персонала (WASH 1400 - приложение III) также указывают на значительную потенциальную опасность данного фактора.

5. Человеческие ошибки оцениваются в 563 млн. долл. По основным инцидентам в химической промышленности до 1984 года. - Garrison (1989)

6. 80-90% всех инцидентов в химической индустрии связаны с ошибками человека. - Joshchek (1981)

7. Исследование 190 инцидентов в хим. пром. вызваны: недостаточными знаниями: 32% - ошибками проектирования: 30% ошибки процесса (методах): 23% ошибки персонала: 15%, - Rasmussen (1989)

8. Инциденты в нефтехимической промышленности: оборудование и неудачное проектирование: 41% персонал и неудачное обслуживание: 41% недостаточно точное выполнение процедур: 11% недостаточный контроль и проверка: 5% иное: 2% - Butikofer (1986)

9. Доля человеческого фактора в инцидентах, связанных с пожарами - 58% - Uehara and Hoosegow (1986)

10. На долю человеческого фактора приходилось от 73% и 67% от общего ущерба в инцидентах на котельных установках - Oil Insurance Association Report on Boiler Safety (1971) (Нефтяная страховая ассоциация)

11. В работе [a3] приводится следующее: «Скептику предлагается изучить статистику несчастных случаев. Она доказывает, что не технические недостатки, а человеческие факторы являются причиной абсолютного большинства воздушных катастроф и среди них в свою очередь психологические факторы стоят на первом месте.»

12. Основные причины аварий, приведенные в книге «Анализ аварий и несчастных случаев в нефтегазовом комплексе России» [a4], основанные на имеющихся данных на 1998-2000 гг. также указывают на «человеческий фактор»....

Вывод - более половины нарушений, и соответственно, аварий - связаны с персоналом, т.е. с «человеческим фактором»...

Сам «человеческий фактор» в значительной степени зависит от уровня или степени подготовки персонала, величиной владения персонала специальными знаниями, умениями и навыками. Совершенно очевидно, что процесс формирования указанных знаний, умений и навыков, в свою очередь, зависит от средств и методов обучения. Стремление к снижению «человеческого фактора» сопряжено с поиском и внедрением новых методов и средств обучения, таких как тренажеры, а также нового класса технических средств обучения, использующего вычислительные мощности компьютеров — имитаторов. (Используемые в педагогике классификации средств обучения, относят имитаторы к категории технических средств обучения (ТСО) - системы, комплексы, устройства и аппаратура, применяемые для предъявления и обработки информации в процессе обучения с целью повышения его эффективности.)

"Этим объясняется, на наш взгляд растущее внимание ученых и практиков к системе внутрифирменного образования персонала [3]. Основными противоречиями в системе внутрифирменного обучения персонала нефтяной отрасли являются следующие:

• между состоянием развития бурового и нефтедобывающего производства, с одной стороны, и имеющимся нау»1но-методическим уровнем разработки производственного обучения и педагогической практики в системе внутрифирменного образования - с другой;

• между потребностями в модернизации содержания, принципов его отбора и структурирования, форм, методов и средств производственного обучения, адекватных современным задачам переподготовки и повышения квалификации кадров, с одной стороны, и отсутствием научных разработок в области методики производственного обучения в системе внутрифирменного образования - с другой.

Предыдущая работа авторов [Имитаторы на базе программно-аппаратной платформы в техническом образовании. Гаммер М.Д., Сызранцев В.Н., Голофаст С.Л.] была направлена на исследование и решение вопросов классификации имитаторов, ключевых показателей эффективности и систематизации пользовательских требований. Полученные результаты исследования позволяют перейти к решению вопроса применения имитаторов в процессе управления рисками (в менеджменте рисков - https://habr.com/ru/articles/748310/, https://habr.com/ru/articles/511120/, ).

Предлагаемая в данной работе методика базируется на сопоставлении затрат на создание (или покупку) и использование имитаторов в процессе подготовки персонала и уменьшением ожидаемого риска (потерь) предприятия в процессе управления рисками. Уменьшение ожидаемого риска (потерь) предприятия связано с уменьшением величины вероятности человеческого фактора (за счет обучения персонала с использованием тренажеров). Другими словами, предлагается метод использования имитаторов в процессе управления рисками, а именно в процессе анализа величины риска и принятия решений, направленных на снижение риска до пределов, соответствующих приемлемому уровню. Основная идея метода представлена на рисунке -

Мы предлагаем новый подход, отличительной особенностью которого является рассмотрение компьютерных имитационных тренажеров (КИТ) не только как технических средств обучения, но и как инструмента управления рисками. При таком подходе эффективность имитатора может быть определена на основе прогнозируемого снижения рисков (потерь) предприятия от ошибочных действий персонала (нарушение режимов и правил эксплуатации оборудования, нарушение технологии и т.д.), уровень подготовки которого формируется на основе применения КИТ («эффект от применения имитаторов  - прогнозируемое снижение рисков в зависимости от затрат на подготовку персонала с использованием КИТ»). Количественная оценка эффективности при данном подходе определяется следующей зависимостью:

где 

А - ожидаемый риск (потери) с учетом текущего значения вероятности влияния человеческого фактора;

В - ожидаемый риск (потери) с учетом уменьшения вероятности влияния человеческого фактора за счет применения имитаторов при подготовке персонала);

С - затраты на разработку (приобретение) и применение (эксплуатацию) имитаторов в процессе подготовки персонала.

Данная зависимость учитывает временной фактор, т. к. вероятности рисков А и B содержат в себе время (за 1 год, 1000000 часов или другой период времени)

При использовании данного подхода эффектность КИТ может быть отнесена не только ко всему риску в целом, но и допускать частные «разрезы», а также иметь разные размерности. Иллюстрацией сказанного выше является пример, приведенный на рисунках 1 и 2. 

Здесь на диаграммах FTA и ETA цветом отмечены возможные исходы развития аварийной ситуации, связанные с влиянием человеческого фактора. Степень влияния данного фактора определяется (управляется) в процессе подготовки (тренинга) персонала с применением компьютерного имитатора.

В данном случае эффективность применения технологии может быть определена на основе следующих критериев:

1. ожидаемое снижение вероятности относительно всех возможных исходов на диаграмме;

2. ожидаемое снижение вероятности относительно исходов связанных только с человеческим фактором;

3. ожидаемое снижение итоговой (корневой) вероятности аварии (негативного исхода) (только частота);

4. ожидаемое снижение итоговой (корневой) вероятности аварии (негативного исхода)  (стоимость*частота) и т. д.

Мы протестировали данный подход, провели серию эксперимернтов и получили положительные результаты, доказывающие реальное снижение аварийности на производстве. Достоверность основных положений и обоснованность результатов этих исследования обусловлены выбором методологических позиций; взаимопроверкой используемых теоретических и эмпирических методов исследования, адекватных его целям, задачам и гипотезе; логической согласованностью научных построений.

Тренажеры, участвующие в эксперименте:

1.Средства индивидуальной защиты (СИЗ, LContent)

1. ТБиОТ при производстве работ на высоте (LContent)

1. ПроТБиОТ при производстве грузоподъемных работ (LContent)

1. ТБиОТ при производстве земляных работ (LContent)

1. ТБиОТ при работе с СРД и огневые работы (ЦДПО)

Основной эксперимент - формирование и совершенствование знаний и навыков в области промышленной безопасности. Выявление и устранение обнаруженных опасных ситуаций и опасных условий. Принимаемое соответствие нормативной документации:

• Типовой инструкции для стропальщиков по безопасному производству работ грузоподъемными машинами (ТИ РО-060-2003 и РД 10-107-96)

• Федеральным нормам и правилам в области промышленной безопасности “Правила безопасного ведения газоопасных, огневых и ремонтных работ” (ПРИКАЗ от 20 ноября 2017 года N 485)

• Правилам по охране труда при работе на высоте (приказ от 28 марта 2014 г. N 155н «об утверждении правил по охране труда при работе на высоте»)

• Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности “Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением”

• ТОИ Р-45-066-97 Типовая инструкция по охране труда при выполнении земляных работ

• Правилам по охране труда при эксплуатации промышленного транспорта, утверждённые Приказом Минтруда России от 18.11.2020 № 814н

1. Электробезопасность в установках до 1000 В (Межрегиональная ассоциация развития системы подготовки специалистов нефтегазовой отрасли "Нефтегазовая информационно-образовательная корпорация")

2. Промышленный транспорт (Межрегиональная ассоциация развития системы подготовки специалистов нефтегазовой отрасли "Нефтегазовая информационно-образовательная корпорация")

1. Пожарная безопасность (LContent)

10. Цифровой двойник кустовой площадки добывающих и нагнетательных скважин - https://habr.com/ru/articles/766972/

1. Цифровой двойник буровой установки https://habr.com/ru/articles/844810/

В результате тренажерной подготовки персонала - полученные значения риска были значительно снижены и соответствуют установленной законодательством и согласованной с заказчиком и заинтересованными сторонами величиной приемлемого риска.

Общие выводы:

"Обосновано, что снижение аварийности на нефтегазовых месторождениях требует комплексного подхода, включающего как технические, так и организационные меры. Необходимо уделить внимание не только техническим аспектам безопасности, но и обучению персонала" [1]

Предложена современная методика использования компьютерных имитационных тренажеров для снижения аварийности на производстве. Достоверность основных положений и обоснованность результатов исследования обусловлены выбором методологических позиций; взаимопроверкой используемых теоретических и эмпирических методов исследования, адекватных его целям, задачам и гипотезе; логической согласованностью научных построений. Получен значительный экономический эффект в результате проведения серии экспериментов.

Источники:

[1] https://ogbus.ru/article/view/12745

[2] https://doi.org/10.17122/ntj-oil-2021-3-91-104

[3] Бродский Сергей Федорович «Методика внутрифирменного производственного обучения персонала с использованием компьютерного тренажера-имитатора :На примере нефтяной отрасли Республики Татарстан» диссертация на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Казань - 2004

4.  Гаммер М.Д. Сызранцев В.Н. Голофаст С.Н. Имитаторы на базе программно-аппаратной платформы в техническом образовании. – Новосибирск: Наука, 2011. – 275 с.

5.  Новиков Д.А. Закономерности итеративного научения. М.: Институт проблем управления РАН, 1998. – 77 с.

6.  Новиков А.М. Анализ количественных закономерностей процесса упражнения. Методические рекомендации. М.: Высшая школа, 1976. – 22 с.

7.  Гиниятов И. Г. Разработка тренажерного оборудования для повышения безопасности технологических процессов на нефтегазовых объектах: Дис. … канд. техн. наук. – Уфа, 2009. – 231с.

8.  Сызранцев В.Н., Гаммер М.Д. Виртуальный стенд для испытаний компрессора 4ВУ1-5/9 / В.Н. Сызранцев, М.Д. Гаммер // Региональная научно-практическая конференция “Информационные технологии в образовании”. –  Тюмень: ТюмГНГУ, 2004.

9.  Сызранцев В.Н., Гаммер М.Д. Компьютерные тренажеры для обучения студентов нефтегазового направления / М.Д. Гаммер, К.М. Черезов // Бурение и нефть, 2006. – №10. – С.34 – 36.

10.  Сызранцев В.Н., Гаммер М.Д. Разработка и внедрение компьютерных тренажеров на кафедре МОНиГП в ТюмГНГУ / В.Н. Сызранцев, М.Д. Гаммер // Сборник уч.-мет. мат./ сост. М.М. Афанасенкова, Н.А. Аксенова. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2005 – С.134–138.

11.Г. Салвенди. Человеческий фактор. В 6-ти тт. Т. 3. Моделирование деятельности, профессиональное обучение и отбор операторов: Пер. с англ./Эдвардс У., Кинг Сунь Фу, Гарг-Янардан Ч. и др. – (Часть I. Модели психической деятельности). – М.: Мир, 1991, –  487 е.: ил.

Итак, проблематика - Отдельные структурные компоненты образовательного процесса, такие как лекции, лабораторные работы, практические занятия, курсовое проектирование, тренинг и др. ,как правило, не связаны между собой в том смысле, что результаты выполнения , например, лабораторной работы никак не влияют на выполнение, например, практических работ.

Совершенно логично, задачи ВЛР и тренажеров, например, абсолютно разные. ВЛР - средство получения знаний на основе процесса обработки экспериментальных данных, реализован обучающий физический эксперимент, ставящий целью отработку основных приемов и технологий планирования и проведения эксперимента. Тренажер - Формирование и совершенствование у обучаемых профессиональных навыков и умений, необходимых им для управления материальным объектом.

Практический пример - выполнение обучаемым лабораторной работы "Выбор бурового раствора и определение его плотности" заканчивается результатом - отчетом (и оценкой) и данный результат никак не влияет на последующую практическую работу "Глушение скважины", выполнение которой также заканчивается отчетом (и оценкой) и не влияет на последующие учебные задачи. Таким образом обычно нет никакой связи между полученными результатами выполнения одной учебной задачи и условиями выполнения последующих.

Отчасти это объясняется высокой сложностью реализации таких связей и ,часто, высокими временными или материальными затратами.

А давайте посмотрим, что будет, если мы свяжем отдельные виртуальные лабораторные работы с полноценным имитационным тренажером при помощи хорошо нам известного стека Total Learning Architecture (TLA),а именно:

• IEEE P9274.1 Experience API (xAPI) 2.0

• IEEE 1484.12.1 Learner Object Metadata 2.0

• IEEE 1484.20.1 Reusable Competency Definitions

• IEEE 1484.2 Interoperable Learning Records

Для этого мы будем использовать xAPI не только для передачи оценки, а будем передавать в систему хранения учебных записей результаты, полученные в ходе экспериментов при выполнении лабораторных работ (рецептура растворов, точных компонентный состав), для последующего их использования в тренажере (тренинг, курсовое проектирование, практические работы) бурения или ТКРС.... и результаты работы тренажера - для последующего использования в качестве входных данных для лабораторных работ.

А именно, создаваемые и анализируемые в рамках лабораторных работ буровые и тампонажные растворы мы будем передавать а емкости тренажеров - для возможности их применения при бурении/ремонте скважин. И, наоборот, пробы раствора взятые в процессе бурения/ремонта скважин мы будем передавать на вход, в качестве исходных образцов лабораторных исследований (в ВЛР). Это дает сразу множество преимуществ - обучаемые могут проверить "в деле" (т.е. в условиях бурения/ремонта скважин) создаваемые ими буровые и тампонажные растворы (как непосредственно сами, так и другими обучаемыми). А это уже именно тот процесс, который реально происходит в реальных рабочих условиях в буровых и сервисных компаниях. Я думаю не стоит объяснять - какие преимущества мы получаем в рамках подготовки специалистов при использовании данного подхода? Можем обсудить в комментариях.

Итак, что у нас получилось.... мы взяли комплекс лабораторных работ “Буровые растворы”, содержащий следующие эксперименты:

• Определение показателя фильтрации на приборе ВМ-6

• Определение содержания кальция в буровом растворе

• Определение продольного набухания глинистых сланцев в динамическом режиме

• Определение стабильности и суточного отстоя промывочной жидкости

• Определение содержания песка в промывочной жидкости

• Определение удельного электрического сопротивления буровых растворов

• Определение условной вязкости вискозиметром ВБР-1

• Определение статического напряжения сдвига на приборе СНС-2

• Определение растекаемости тампонажного раствора

• Определение плотности цементного теста

• Определение водородного показателя

• Измерения консистенции и срока загустевания цементного раствора

• Измерение водоотдачи цементного раствора

• Определение сроков схватывания тампонажного раствора

• Определение седиментационной устойчивости тампонажного раствора

• Выбор бурового раствора и определение его плотности

При помощи statement (утверждения в рамках терминологии xAPI) "passed" мы передали в систему хранения учебных записей LRS следующую информацию:

1. Данные эксперимента, время, место, наги обучаемого (открыл, ответил, подошел, прочитал и т.д.) с уточнением места события в модели действий персонала (обнаружение/диагностика/принятие решений и т.д.)

2. Параметры полученного бурового/тампонажного раствора

3. Параметры, заданные инструктором/преподавателем

4. Комментарии инструктора/преподавателя

Теперь данные о полученных буровых и тампонажных растворах хранятся на сервере системы хранения учебных записей (LRS) и доступны на всех тренажерах, используемых в учебном процессе:

Теперь мы можем использовать созданные нами буровые и тампонажные растворы в процессе глушения при текущем и капитальном ремонте скважин, а также при возникновении ГНВП (газоводонефтепроявления) , например:

Таким образом, у нас получилось, используя современные стандарты и современные технические средства обучения, полностью воспроизвести процесс, который реально происходит в реальных рабочих условиях в буровых и сервисных компаниях. Это, в свою очередь, резко поднимает качество и эффективность учебного процесса в колледжах (СПО), ВУЗ, учебных центрах и других учебных подразделениях, обучающих специалистов в области бурения и капитального ремонта скважин.

Вернемся к вопросу оценки эффективности систем формирования виртуальной реальности в контексте обучения персонала, т. е. при использовании VR в компьютерных имитационных тренажерах.

Тема данного поста является актуальной, поскольку в образовательном сообществе есть запрос на исследование эффективности VR.

Одним из направлений развития имитационного моделирования технологических процессов и оборудования современного производства является применение компьютерных имитационных тренажеров (КИТ) для обучения персонала. Система ввода-вывода таких имитаторов может быть выполнена:

1. с использованием стандартных средств (клавиатура/мышь);

2. с использованием точной копии органов управления;

3. с использованием VR;

4. VR + реальные копии систем управления;

5. AR и другие варианты.

Внедрение КИТ в образовательный процесс закономерно ставит вопрос об оценке эффективности тренажеров как технических средств обучения (ТСО). Отдельным вопросом является оценка эффективности указанных выше технологий в рамках различных тренажеров.

Отсутствие универсальных методик, позволяющих количественно оценивать эффективность применения тренажеров и применяемых технологий взаимодействия с обучаемыми, приводит к взаимонепониманию между разработчиками и заказчиками данных средств обучения и не дает возможности обоснованно внедрять КИТ в процесс подготовки персонала современных предприятий.

Поэтому, для оценки эффективности систем формирования виртуальной реальности (VR) в составе компьютерных имитационных тренажеров, для сравнения с другими применяемыми технологиями необходимо: определится с методиками оценки эффективности, применить эти методики для выборки наиболее показательных тренажеров, применяемых для обучения персонала.

Оценка эффективности построена на базе аналитики 79 учебных центров (использующих VR-тренажеры), с учетом данных об обучении 4423 специалистов и на основе более 2000 часов тренажерной подготовки за 2022 год. Сбор и обработка данных обучения осуществлены на основе стандарта xAPI вместе с опросом инструкторов учебных центров.

Методики оценки эффективности

На сегодняшний день существует четыре основных подхода к оценке эффективности компьютерных имитационных тренажеров.

1 подход

В основе данного подхода лежит оценка экономической эффективности процесса обучения, под которой понимается отношение стоимости обучения на КИТ к стоимости обучения на реальном оборудовании (объекте). Как правило, определяется соотношением

где:

A – стоимость покупки (разработки) и внедрения КИТ, руб;

B – стоимость эксплуатации и ремонта КИТ (за определенный период), руб;

C – стоимость реального оборудования или его покупки (изготовления) и внедрения для процесса обучения, руб ;

D – стоимость эксплуатации и ремонта оборудования (за определенный период), руб;

t1 – время необходимое для обучения персонала с использованием КИТ;

t2 – время, необходимое для обучения персонала с использованием реального оборудования.

Данный подход в большинстве случаев свидетельствует о достаточно высокой «эффективности» тренажеров , имеет наибольшее распространение и отличается простотой расчетов, однако не учитывает качество подготовки персонала.

2 подход

При данном подходе оценивается «педагогическая» эффективность, т.е. «уровень» знаний, умений и навыков (ЗУН), полученный обучаемым при обучении на

где:

А – «уровень ЗУН», достигнутый после обучения на КИТ;

В – начальный «уровень» ЗУН (до обучения);

С – достигнутый «уровень ЗУН» после обучения на реальном оборудовании;

Основным отличием данного подхода является учет следующего комплекса факторов, характеризующих КИТ как ТСО:

• возможность провести на компьютерном имитаторе большее, чем на реальном оборудовании количество циклов обучения (или тренинга) за одно и то же время;

• обеспечение индивидуальной и (или) самостоятельной работы обучаемых;

• возможность визуального наблюдения внутренней структуры изучаемого оборудования, микро- и макрообъектов, технологических и природных процессов или явлений;

• возможность «масштабирования по времени» изучаемых процессов или явлений;

• возможность визуального наблюдения абстрактных понятий или концепций (например, визуализация накопления усталостных повреждений) и т. д.;

• возможность быстрого изменения конфигурации оборудования и параметров среды.

• оценка возможных последствий в случае неверных действий или ошибочных решений обучаемого;

• интерес к имитаторам, отсутствие ответственности и опасности, наличие возможности «экспериментировать»;

• возможность применения имитаторов при самостоятельной работе обучаемых и т. д.

Однако учет данных факторов при количественной оценке эффективности
имитаторов с точки зрения повышения качества обучения, вызывает значительные трудности.

Основой разработанных на сегодняшний день методов определения «педагогической» эффективности при данном подходе является оценка восприятия и объема запоминаемой обучаемым информации, что можно легко измерить. Здесь следует отметить, что в вопросе эффективности восприятия и запоминания информации наблюдается большая схожесть взглядов исследователей. С целью повышения достоверности оценки эффективности обучения при реализации данных методов предложено учитывать следующие факторы:

• временные (время реакции, выполнения действия или операций, время, затрачиваемое на исправление ошибки и т.д.);

• скоростные (производительность труда, скорость реакции, движения и т.д. – величины, обратные времени);

• точностные (величина ошибки в мерах физических величин (миллиметрах, углах и т.п.), количество ошибок, вероятность ошибки, вероятность правильного действия и т.д.);

• информационные (объем заучиваемого материала, перерабатываемой информации, объем восприятия и т.д.).

Следует отметить и другие факторы, такие как развитие творческих способностей, профессиональной интуиции и т.д. Но единого мнения о необходимости учета данных факторов и, как следствие, соответствующих методик, не существует.

Основными недостатками методов, реализуемых при данном подходе, является:

• применение «педагогических шкал» и «матриц компетенций», которые сложно связать с каким либо экономическим эквивалентом;

• необходимость оценки эффективности как результата переноса навыков из учебных условий на условия реальной работы.

По данной причине подход, связанный с количественной оценкой «педагогической» эффективности требует дальнейшего развития. При увеличении популярности и дальнейшем развитии имитаторов как технических средств обучения можно ожидать появления новых результатов исследований в данной области.

3 подход

Основой данного подхода является оценка адекватности (степени схожести реального и имитируемого при помощи КИТ объекта или процесса) как меры эффективности КИТ. Данный подход сфокусирован на решении вопроса «насколько точно КИТ воспроизводит реальное оборудование и процессы». Его основным плюсом является то, что реализующие его методы учитывают следующие факторы, характеризующих КИТ как ТСО:

• уровень соответствия (подобия) синтезируемого изображения оригиналу;

• уровень соответствия синтезируемого звукового окружения оригиналу;

• уровень соответствия механизмов управления оригиналу;

• уровень соответствия условий окружающей среды (температура, давление, влажность, ветровая нагрузка и т.д.)

• адекватность и универсальность математических моделей, применяемых в иммитаторе;

• возможность работы в реальном времени и т.д.

Как правило, определяется соотношением:

где:

Amath–адекватность математической модели (включая область адекватности);

Auniversal– универсальность математической модели;

AGraphic– уровень соответствия синтезируемого изображения;

Asound– уровень соответствия синтезируемого звукового окружения;

Acontrol– уровень соответствия механизмов управления;

wi– соответствующие «веса» факторов.

В  качестве основного недостатка методов, реализующих данный подход, является необходимость применения экспертных оценок (при задании «весов» факторов и границ факторов на этапе разработки требований к имитатору). Рассматриваемый метод позволяет учитывать финансовые затраты при заданных уровнях адекватности, но не имеет прямого отношения к эффективности обучения (утверждение «чем более точно имитатор соответствует реальному оборудованию - тем лучше» не во всех случаях напрямую влияет на качество обучения).

Следует отметить достаточно интересную разновидность данного подхода - адекватность с точки зрения сенсорных процессов и восприятия. В этом случае уже решается вопрос не «как точно имитируется оборудование и различные технологические процессы?», а «насколько сильно различие в восприятии между обучением на КИТ и обучением на реальном оборудовании?». т. е. акцент смещается с оборудования на обучаемого. Для оценки адекватности (или схожести) восприятия необходимо проведение дорогостоящих и сложных исследований, т. к. таком подходе уже необходимо учитывать множество физиологических показателей:

• eye-трекинг (слежение за траекторией взгляда);

• биохимические изменения в крови обучаемого;

• регистрация электрической активности  головного мозга и т. д.

В целом данный подход представляет значительный интерес не только с точки зрения оценки эффективности имитаторов, но и оценки профессиональной пригодности персонала к определенному виду деятельности (например, выявление физиологических или умственных ограничений при допуске к некоторым видам оборудования или работ).

4 подход

Обобщенная эффективность - определяется на основе обобщений результатов 1, 2 и 3 подходов. При данном подходе количественно эффективность КИТ определяется следующей зависимостью:

где:

А - экономическая эффективность, применительно только к процессу обучения;

В - педагогическая эффективность, т. е. «уровень» знаний, умений и навыков  до и после обучения;

С -  адекватность КИТ;

wi - соответствующие «веса» факторов (видов эффективности КИТ).

Основным преимуществом данного подхода является комплексный  учет факторов, характеризующих КИТ как ТСО (учет всех особенностей КИТ). При этом необходимо отметить следующие недостатки:

• влияния каждого фактора определяется методом экспертных оценок, который по сути своей является субъективным и в значительной степени зависит от опыта и квалификации экспертов;

• размерность получаемой «эффективности» существенно затрудняет применение данного подхода при экономическом обосновании разработки, приобретения или применения компьютерного имитатора для подготовки персонала.

Несмотря на указанные выше недостатки данный подход достаточно часто применяется на этапах принятия решений о приобретении КИТ: «в работе под эффективностью тренажера понимается его соответствие целям и задачам обучения, а также способностью обеспечивать и поддерживать ЗУН при приемлемых затратах на приобретение и эксплуатацию».  

5. Предлагаемый метод

Основываясь на анализе приведенных выше подходов для оценки эффективности компьютерных имитаторов, авторами предложен новый подход, отличительной особенностью которого является рассмотрение КИТ не только как ТСО, но и как инструмента управления рисками. При таком подходе эффективность имитатора может быть определена на основе прогнозируемого снижения рисков (потерь) предприятия от ошибочных действий персонала (нарушение режимов и правил эксплуатации оборудования, нарушение технологии и т.д.), уровень подготовки которого формируется на основе применения КИТ («эффект от применения имитаторов  - прогнозируемое снижение рисков в зависимости от затрат на подготовку персонала с использованием КИТ»). Количественная оценка эффективности при данном подходе определяется следующей зависимостью:

JwtyА - ожидаемый риск (потери) с учетом текущего значения вероятности влияния человеческого фактора;

В - ожидаемый риск (потери) с учетом уменьшения вероятности влияния человеческого фактора за счет применения имитаторов при подготовке персонала);

С - затраты на разработку (приобретение) и применение (эксплуатацию) имитаторов в процессе подготовки персонала.

Данная зависимость учитывает временной фактор, т. к. вероятности рисков А и B содержат в себе время (за 1 год, 1000000 часов или другой период времени)

При использовании данного подхода эффектность КИТ может быть отнесена не только ко всему риску в целом, но и допускать частные «разрезы», а также иметь разные размерности.

В данном случае эффективность КИТ может быть определена на основе следующих критериев:

• ожидаемое снижение вероятности относительно всех возможных исходов на диаграмме;

• ожидаемое снижение вероятности относительно исходов связанных только с человеческим фактором;

• ожидаемое снижение итоговой (корневой) вероятности аварии (негативного исхода) (только частота);

ожидаемое снижение итоговой (корневой) вероятности аварии (негативного исхода)  (стоимость*частота) и т. д.

Рассматриваемые тренажеры

Были отобраны 15 тренажеров и виртуальных лабораторных работ для оценки эффективности применения системы формирования виртуальной реальности. Стоит отметить, что речь не идет о полной замене реального оборудования тренажерами, а их использование в качестве дополнения.

A. Тренажер буровой установки для геологоразведочного бурения методом ССК на твердые полезные ископаемые (Колонковое бурение) ZBO S15.

Тренажер представляет собой стенд – имитатор буровой установки с 3D анимацией на базе пульта гидравлической буровой установки. Комплекс предназначен для обучения и проверки навыков машинистов буровой установки в процессе бурения скважин, их умения реагировать на изменение параметров, возникновение предаварийных и аварийных ситуаций, в виртуальных условиях, позволяя иметь представление о работе оборудования на реальном объекте. Математическая модель, размещаемая на персональном компьютере, функционально соответствует буровому тренажеру – имитатору. На экране отображаются с одной стороны пульт буровой установки, с другой – 3D модель. Возможно подключение VR на базе HTC Vive Cosmos Elite / Pro2 с трекерами для отслеживания рук или перчатками Tau Tracker.

Эффективность по методике №1. Эффект = (1 000 000р + 1000р * 30 дней) против (14 000 000 р. + 40000р * 90 дней), т.е. экономическая эффективность обучения на тренажере выше в 17 раз.

Эффективность по методике №2. Эффект = (91%-20%) против (76-20%), т.е. эффективность обучения на тренажере примерно на 20-30% превышает обучение на реальном объекте. Это объясняется возможностью тренажера за меньшее время выполнить больше учебных заданий (ускорение времени и т.д.)

Эффективность по методике №3. Эффект = 80% от реального (100%), в т.ч. точность математической модели и качество реализации процессов графически было оценено экспертами-инструкторами.

Обобщенная эффективность по методике №4. Эффект = 347%, т.е. эксперты-инструкторы оценили эффективность использования тренажера в 3 раза выше, чем использование реального оборудования.

Эффективность по методике №5. Данные о допускаемых ошибках на тренажере и статистика реальных аварий и нарушений позволяет сделать вывод о эффективности тренажера = (8 000 000 р - 4 000 000 р) / 1000000 р , т.е. эффективность тренажеров в 8 раз выше эффективности обучения только на реальном оборудовании.

Стоит отдельно отметить эффективность использования VR вместо экрана. Эффективность VR оценена нами в процессе эксплуатации данного тренажера в учебном центре ЦДПО г. Тюмень в течении 2х лет - с VR эффективность возрастает примерно в 2 раза, за счет интереса обучаемых и их более полного погружения.

Программно-аппаратный комплекс по “Электросварка”

Рассмотрим сразу в варианте AR и VR реализации. . Видео на YouTube: Программно‑аппаратный комплекс по «Электросварка» и Тренажер сварки HTC VIVE + trackers.

Тренажер обеспечивает обучение четырем видам ручной сварки: полуавтоматической в защитных газах, ручной неплавящимся электродом в инертных газах, ручной дуговой и механизированной сварки порошковой проволокой, во всех рабочих положениях. Выполнена имитация переноса металла при полуавтоматической сварке: струйный, крупнокапельный, короткой дугой. Имитация дефектов сварки — прожоги, наплывы, брызги и т. д.

Комплекс позволяет производить обучение как при помощи VR средств (Cosmos Vive Elite/Pro2). Назначение компьютерного имитационного тренажера “Электросварка” – формирование и совершенствование знаний и навыков электрической сварки.

Решение на AR вместо использования системы HTC LightHouse (трекеры HTC Vive) имеет значительно более низкую эффективность. Точность и скорость AR-трекинга в сравнении с трекерами HTC Vive намного ниже. Кроме того, вместо сварочного производства (VR) мы видим реальное окружение (AR), что также снижает эффективность.

Эффективность по методике №1. Эффект = (1 000 000р + 1000р * 90 дней) против (100 000 р. + 10000р * 90 дней), т.е. экономическая эффективность обучения на тренажере примерно одинакова, но, стоит понимать, что для реального сварочного аппарата нужно соответствующее помещение, если учесть этот факт, то экономическая эффективность тренажера будет выше.

Эффективность по методике №2. Эффект = (70%-0%) против (60-0%), т.е. эффективность обучения на тренажере примерно на 10-20% ваше чем обучение на реальном сварочном аппарате. Это объясняется следующими преимуществами тренажера:

• Полная имитация различных типов сварочных аппаратов, свариваемых изделий, СИЗ, дополнительно: поворотные сварочных столы, монтажные столы, спец.устройства, используемые при сварке.

• Показ последствий некачественного шва через время.

• Показ дефектов шва в разрезе, снижение свойств шва со временем, т.е. наблюдение внутренней структуры шва и ускорение времени с показом последствий.

• Возможность сварки любых изделий любыми электродами и в любых средах.

• Не нужен профессиональный индивидуальный инструктор который следит за процессом обучения, т.к. в тренажере уже имеется виртуальный инструктор.

• Дополнительные модули – нарушения при проведении сварочных работ, промышленная безопасность, такелажные и стропальные работы, работы на высоте и т.д. – расширяют функционал тренажера.

• Возможность использования в системах управления обучением (LMS) с передачей аналитики обучения в систему хранения учебных записей.

• Совместимость с открытой платформой полигон – возможность бесшовной стыковки с другими тренажерами, в т.ч. для совместной работы.

• Полная имитация различных типов сварочных аппаратов, свариваемых изделий, СИЗ, дополнительно: поворотные сварочных столы, монтажные столы, спец.устройства, используемые при сварке.

• Показ последствий некачественного шва через время.

• Показ дефектов шва в разрезе, снижение свойств шва со временем, т.е. наблюдение внутренней структуры шва и ускорение времени с показом последствий.

• Возможность сварки любых изделий любыми электродами и в любых средах.

• Не нужен профессиональный индивидуальный инструктор который следит за процессом обучения, т.к. в тренажере уже имеется виртуальный инструктор.

• Дополнительные модули – нарушения при проведении сварочных работ, промышленная безопасность, такелажные и стропальные работы, работы на высоте и т.д. – расширяют функционал тренажера.

• Возможность использования в системах управления обучением (LMS) с передачей аналитики обучения в систему хранения учебных записей.

• Совместимость с открытой платформой полигон – возможность бесшовной стыковки с другими тренажерами, в т.ч. для совместной работы.

• Полная имитация различных типов сварочных аппаратов, свариваемых изделий, СИЗ, дополнительно: поворотные сварочных столы, монтажные столы, спец.устройства, используемые при сварке.

• Показ последствий некачественного шва через время.

• Показ дефектов шва в разрезе, снижение свойств шва со временем, т.е. наблюдение внутренней структуры шва и ускорение времени с показом последствий.

• Возможность сварки любых изделий любыми электродами и в любых средах.

• Не нужен профессиональный индивидуальный инструктор который следит за процессом обучения, т.к. в тренажере уже имеется виртуальный инструктор.

• Дополнительные модули – нарушения при проведении сварочных работ, промышленная безопасность, такелажные и стропальные работы, работы на высоте и т.д. – расширяют функционал тренажера.

• Возможность использования в системах управления обучением (LMS) с передачей аналитики обучения в систему хранения учебных записей.

• Совместимость с открытой платформой полигон – возможность бесшовной стыковки с другими тренажерами, в т.ч. для совместной работы.

Эффективность по методике №3. Эффект = 75% от реального (100%), в т.ч. точность математической модели и качество реализации процессов графически было оценено экспертами-инструкторами.

Обобщенная эффективность по методике №4. Эффект = 150%, т.е. эксперты-инструкторы оценили эффективность использования тренажера на 50% выше, чем использование реального оборудования.

Эффективность по методике №5. Данные о допускаемых ошибках на тренажере и статистика реальных аварий и нарушений позволяет сделать вывод о эффективности тренажера = (2 600 000 р - 600 000 р) / 1000000 р , т.е. эффективность тренажеров в 2 раза выше эффективности обучения только на реальном оборудовании.

Стоит отдельно отметить эффективность использования VR вместо AR. Эффективность VR оценена нами в процессе эксплуатации данного тренажера в учебном центре ЦДПО г. Тюмень в течении 1х года- с VR эффективность возрастает примерно в 2 раза, по сравнению с AR.

Эксплуатация промышленного транспорта - погрузчики

Назначение компьютерного имитационного тренажера – формирование и совершенствование знаний и навыков в области охраны труда при эксплуатации промышленного транспорта. Решаемые задачи: выявление и устранение обнаруженных опасных ситуаций и опасных условий; формирование и контроль знаний по правилам охраны труда при эксплуатации промышленного транспорта; работа на дизельных и электро- погрузчиках с различными грузами. Поддерживается как работа на PC так и на VR. Видео.

Эффективность по методике №1. Эффект = (1 000 000р + 1000р * 30 дней) против (3 000 000 р. + 10000р * 90 дней), т.е. экономическая эффективность обучения на тренажере выше почти в 4 раз.

Эффективность по методике №2. Эффект = (87%-0%) против (72-0%), т.е. эффективность обучения на тренажере примерно на 10-15% превышает обучение на реальном объекте. Это объясняется возможностью тренажера за меньшее время выполнить больше учебных заданий в различных площадках и с различными грузами, а также позволяет отработку аварийных и опасных ситуаций.

Эффективность по методике №3. Эффект = 90% от реального (100%), в т.ч. точность математической модели и качество реализации процессов графически было оценено экспертами-инструкторами.

Обобщенная эффективность по методике №4. Эффект = 214%, т.е. эксперты-инструкторы оценили эффективность использования тренажера в 2 раза выше, чем использование реального оборудования.

Эффективность по методике №5. Данные о допускаемых ошибках на тренажере и статистика реальных аварий и нарушений позволяет сделать вывод о эффективности тренажера = (2 000 000 р - 1 000 000 р) / 1000000 р , т.е. эффективность тренажеров в 2 раза выше эффективности обучения только на реальном оборудовании.

Стоит отдельно отметить эффективность использования VR вместо экрана. Эффективность VR оценена нами в процессе эксплуатации данного тренажера в учебном центре ЦДПО г. Тюмень в течении 2х лет - с VR эффективность возрастает примерно в 1.5-2 раза, за счет интереса обучаемых и их более полного погружения.

Аналогичные результаты получены для тренажеров специального и промышленного транспорта, причем с ростом стоимости реального оборудования кратно увеличиваются преимущества тренажеров.

Тренажерный комплекс снегоболотохода

Тренажер снегоболотохода – это техническое средство обучения персонала, которое имитирует работу снегоболотохода. Это устройство представляет собой специальный тренажер, который позволяет симулировать различные условия для вождения снегоболотохода, такие как глубокий снег, ледяные поверхности, кочки и другие препятствия. Тренажер снегоболотохода позволяет обучаемому научиться правильно управлять транспортным средством в различных условиях, а также развивает навыки реакции и координации движений. Он оснащен специальными датчиками и программным обеспечением, которые позволяют точно воспроизводить движения снегоболотохода и создавать реалистичные условия для тренировки. Использование тренажера снегоболотохода позволяет снизить риски для обучаемого и повысить эффективность обучения, так как он позволяет тренироваться в безопасных условиях, не выезжая на открытую местность. Кроме того, этот тренажер может быть использован как для начинающих, так и для опытных водителей, которые хотят улучшить свои навыки вождения снегоболотохода.

Используются три телевизора для передачи картинки в режиме ПК и шлем Pico4 в режиме трансляции при использовании в VR.

Эффективность по методике №1. Эффект = (1 500 000р + 2000р * 30 дней) против (14 000 000 р. + 50000р * 90 дней), т.е. экономическая эффективность обучения на тренажере более чем в 10 раз превосходит реальное оборудование.

Эффективность по методике №2. Эффект = (70%-0%) против (60-0%), т.е. эффективность обучения на тренажере примерно на 10% превышает обучение на реальном объекте. Это объясняется возможностью тренажера за меньшее время выполнить больше учебных заданий (разные условия, погодные, климатические и т.д.)

Эффективность по методике №3. Эффект = 70% от реального (100%), в т.ч. точность математической модели и качество реализации процессов графически было оценено экспертами-инструкторами.

Обобщенная эффективность по методике №4. Эффект = 200%, т.е. эксперты-инструкторы оценили эффективность использования тренажера в 2 раза выше, чем использование реального оборудования.

Эффективность по методике №5. Данные о допускаемых ошибках на тренажере и статистика реальных аварий и нарушений позволяет сделать вывод о эффективности тренажера = (14 000 000 р - 2 000 000 р) / 1000000 р , т.е. эффективность тренажеров более чем в 10 раз выше эффективности обучения только на реальном оборудовании.

Стоит отдельно отметить эффективность использования VR вместо экрана. Эффективность VR оценена нами в процессе эксплуатации данного тренажера в учебном центре ЦДПО г. Тюмень в течении 3х месяцев - с VR эффективность незначительно выше.

Электромонтажные работы

Видео

Назначение компьютерного имитационного тренажера “Электромонтажные работы” – формирование и совершенствование знаний и навыков по электромонтажным работам. Точность математической модели электросхем обеспечивается за счет использования библиотеки SPICE.

Учебно-тренировочные задачи:

• Применение измерительных приборов.

• Установка и подключение розетки, выключателя.

• Параллельные и последовательные электрические цепи.

• Монтаж автоматов защиты.

• Монтаж щитков.

• Подключение различных типов двигателей, насосов.

• Подключение УЗО и диф. автоматов.

• Технические требования и технология прокладки электропроводки типа ПРД, ПРВД, АППВ, ППВ и др.

• Правила монтажа и маркировки кабеля в общей сети.

• Установка и подключение электрооборудования.

• Монтаж ячеек ГРЩ, ВРУ, ШУ; Установка и подключение приборов учета электроэнергии.

• Монтаж заземления.

Реализованные сценарии

• Ознакомление с применяемым оборудованием инструментами

• Изучение видов, назначения и принципа действия модульных элементов

• Сборка схемы электроснабжения коттеджа

Тренажер может быть использован в двух режимах: с использованием стандартных средств ввода-вывода и с использованием системы формирования виртуальной реальности (VR).

Эффективность по методике №1. Эффект = (100 000р + 2000р * 30 дней) против (1 200 000 р. + 2000р * 30 дней), т.е. экономическая эффективность обучения на тренажере более чем в 10 раз превосходит реальное оборудование.

Эффективность по методике №2. Эффект = (90%-0%) против (70-0%), т.е. эффективность обучения на тренажере выше на 20%.

Эффективность по методике №3. Эффект = 90% от реального (100%), в т.ч. точность математической модели и качество реализации процессов графически было оценено экспертами-инструкторами.

Обобщенная эффективность по методике №4. Эффект = 400%, т.е. эксперты-инструкторы оценили эффективность использования тренажера в 3 раза выше, чем использование реального оборудования.

Эффективность по методике №5. Данные о допускаемых ошибках на тренажере и статистика реальных аварий и нарушений позволяет сделать вывод о эффективности тренажера = (1 000 000 р - 100 000 р) / 100 000 р , т.е. эффективность тренажеров более чем в 8-9 раз выше эффективности обучения только на реальном оборудовании.

Стоит отдельно отметить эффективность использования VR вместо экрана. Эффективность VR оценена нами в процессе эксплуатации данного тренажера в учебном центре ЦДПО г. Тюмень в течении 2х лет- с VR эффективность обучения значительно выше, увеличение составляет около 80-90%.

Заключение

На этом первая часть закончена. Благодарю за внимание. Если тема вызовет интерес, могу подробно рассмотреть эффективность тренажеров (VR\PC) из других областей, например:

• Тренажер водогрейного котла КВ-ГМ-58.2-150 с газомазутными горелками.

• Тренажер процесса приготовления препарата из бактерий и метод окраски

• Доврачебная помощь на борту самолета

• Тренажер цеха кузовного ремонта и покраски

• Кустовая площадка нефтегазодобывающих скважин

Литература

1. Гаммер М.Д. Сызранцев В.Н. Голофаст С.Н. Имитаторы на базе программно-аппаратной платформы в техническом образовании. – Новосибирск: Наука, 2011. – 275 с.

2. Новиков Д.А. Закономерности итеративного научения. М.: Институт проблем управления РАН, 1998. – 77 с.

3. Новиков А.М. Анализ количественных закономерностей процесса упражнения. Методические рекомендации. М.: Высшая школа, 1976. – 22 с.

4. Гиниятов И. Г. Разработка тренажерного оборудования для повышения безопасности технологических процессов на нефтегазовых объектах: Дис. … канд. техн. наук. – Уфа, 2009. – 231с.

5. Г. Салвенди. Человеческий фактор. В 6-ти тт. Т. 3. Моделирование деятельности, профессиональное обучение и отбор операторов: Пер. с англ./Эдвардс У., Кинг Сунь Фу, Гарг-Янардан Ч. и др. – (Часть I. Модели психической деятельности). – М.: Мир, 1991, –  487 е.: ил.