MaxGammer

Если совсем коротко и сразу про всё техническое образование (подготовка специалистов технических специальностей) - общие проблемы как были так и остались - быстрые технологические изменения, разрыв между теорией и практикой, кадровые, финансовые и временные ограничения:

1. Отставание учебных программ от современных требований производства.

2. Недостаток практических навыков у выпускников. Теоретическое обучение часто оторвано от реальных производственных задач, что увеличивает время адаптации молодых специалистов на работе. Работодатели отмечают неготовность выпускников к решению прикладных задач и работе в условиях современного оборудования.

3. Слабая интеграция образования и производства. Контакты между вузами и предприятиями часто фрагментарны, что ограничивает возможности для прохождения качественной практики и получения реального опыта. Это также снижает возможность преподавателей обновлять свои знания о новейших технологиях.

4. Недостаток материально-технической базы. Особенно это касается передовых и наукоёмких отраслей. Устаревшее оборудование в лабораториях не позволяет студентам работать с современными технологиями.

С лекциями проблем нет, информация по наиболее современным технологиям и оборудованию на реальном производстве достаточно доступна и проведение лекций с демонстрацией и видеоматериалов и красивых графиков проблем не вызывает, т.е. с теорией все в порядке. Были и есть проблемы с практикой: Практикум, Лабораторные работы, Курсовое проектирование.

Практикум - Выполнение заданий с использованием специализированного оборудования. - Практическое изучение устройства, принципа работы, наладки, регулировки оборудования, характерного для осваиваемой профессии.

Лабораторные работы - Получение знаний на основе процесса получения и обработки экспериментальных данных - количественных характеристик реальных физических величин, определяющих поведение исследуемого объекта, процесса или явления, подтверждающих или опровергающих сформулированные целевые функции проведения эксперимента. - Обучающий физический эксперимент, ставящий целью отработку основных приемов и технологий планирования и проведения эксперимента, включая его основные этапы: формулировка цели и задач исследований, определение способов и методов достижения цели, используемое оборудование и технологии.

Курсовое проектирование. - Обучение применению полученных знаний при решении комплексных задач, связанных со сферой деятельности будущих специалистов.

Проведение обучения на реальных объектах и оборудовании, сопряжено с существенными трудностями технического плана и значительными материальными затратами:

1.  Высокой стоимостью учебного оборудования и его эксплуатации.

2.  Морально-устаревшим оборудованием, малым спектром имеющегося оборудования по сравнению с условиями производства.

3.  Большой удаленностью обучаемого от места расположения учебного оборудования.

4.  Высокой опасностью выполняемых работ (например, невозможность развивать высокие давления, т.к. это просто опасно для студентов).

5.  Высокой сложностью изменения конфигурации оборудования и параметров среды.

6.  Большой длительностью проведения работ (оборудование одно, один делает, остальные смотрят и записывают, или ничего не делают).

7.  Невозможностью визуального наблюдения внутренней структуры изучаемого оборудования, микро- и макрообъектов и процессов, быстрых или медленных технологических и природных процессов или явлений.

8.  Невозможностью визуального наблюдения абстрактных понятий или концепций (например, визуализация накопления усталостных повреждений, кавитации) и т. д.

Вот тут я писал про это более подробно. Имитаторы для обучения персонала. Плюсы и минусы - https://habr.com/ru/articles/508478/.

Для решения указанных проблем в 2003-2007 году я даже сделал ряд имитаторов еще в 2D но с достаточно хорошей математикой. Используемая математическая модель позволяет проводить следующие работы: снятие внешних энергетических характеристик;  кавитационные испытания (В состав виртуальной лаборатории входят: Насос Д200-36б (с тахометром);  Насос ЦНС-180-950 (с тахометром);  Насос АТН-150 (с коробкой скоростей и предохранительным клапаном);  Насос УНБ-600 (с датчиком числа двойных ходов и предохранительным клапаном);  Винтовой забойный двигатель ДГ-105 и ленточный тормоз с нагрузочным устройством)

Также был запущен в учебный процесс и имитатор компрессора 4ВУ1-5/9 . Имитатор позволял в полном объеме проводить контрольные испытания компрессоров, а позволял изучить процедуру управления компрессором, режимы регулирования, проверку системы предохранительных клапанов и т.д. Особенностью системы является возможность проводить испытания при различных состояниях атмосферного воздуха (влажность, температура, давление), что позволяет оценивать влияние состояния атмосферного воздуха на производительность, потребляемую мощность и т.д.

Результаты были очень хорошие, студенты наконец-то смогли "включить" компрессор, поскольку тот который стоял в реальной аудитории включать было нельзя, нет отдельного фундамента и вибрация, в общем его можно было только посмотреть. Также студенты могли получать высокие давления свыше 20 МПа, который в реальных условиях никто-бы не разрешил. Списать результаты экспериментов тоже не получалось, все студенты выполняли работу индивидуально, со своими значениями температур воды, плотностью, параметрами электродвигателей и насосов, влажностью воздуха и т.д.

В итоге мне удалось получить на тот момент:

1.  снижение стоимости образовательных услуг (компьютерный класс уже был, ничего докупать особенно не пришлось);

2.  снижение потенциальных потерь (ни один студент не пострадал) );

3.  ускорение обучения (половина группы 12-15 человек за раз успевали индивидуально выполнить всю лабораторную работу, в т.ч. за счет "ускорения времени" в имитаторе) ;

4.  повышение качества обучения (студенты реально начинали понимать как это работает и как с этим работать, появилась практика. Когда они выполняли уже работу на настоящем оборудовании они точно понимали что делают и зачем).

Позже, имитаторы конечно улучшались, с 2D графики перешли на 3D, затем и на VR (Вот тут немного более подробно: VR и обучение персонала.

Был получен хороший опыт запуска имитаторов студентами из дома/библиотеки самостоятельно и я помню как выдавал "домашние задания" для самостоятельной работы вне аудитории. Это был большой плюс, поскольку выделенного аудиторного времени не хватало.

Ну и покажу что используется сейчас:

Комплекс виртуальных лабораторных работ «Гидромашины и компрессоры» представляет собой инновационное средство получения практических знаний посредством обработки экспериментальных данных и проведения обучающих физических экспериментов и нацелен на практическое освоение процессов, связанных с гидравлическими установками и компрессорными системами. В каждой лабораторной работе реализован обучающий физический эксперимент, позволяющий отработать основные приемы и технологии проведения эксперимента. Скачать и запустить можно отсюда - https://lcontent.ru/demo/

Решаемые задачи:

• Изучить методику снятия внешних характеристик насоса;

• Изучить процесс работы с центробежным насосом;

• Изучить процесс построения комплексной характеристики центробежного насоса;

• Научиться строить характеристику трубопровода насосной установки;

• Научиться определять параметры работы центробежной насосной установки теоретически (графоаналитическим способом) и по данным замеров приборов;

• Изучить процесс определения допустимой высоты всасывания центробежного насоса;

• Научиться переводить насосы на последовательную и параллельную работу;

• Научиться строить суммарные характеристики последовательно и параллельно соединенных насосов;

• Изучить устройство и принцип работы аксиально-поршневого гидравлического мотора;

• Изучить устройство и принцип работы гидромотора;

• Изучить устройство и принцип работы подпорных насосов;

• Ознакомиться с основными параметрами подпорных насосов: напором, подачей, мощностью и КПД;

• Изучить устройство и принцип работы компрессора;

• Ознакомиться с основными параметрами компрессора: производительностью, давлением, мощностью и КПД;

• Демонстрация гидравлического удара;

• Экспериментальное определение величины повышения давления при гидравлическом ударе в случае внезапного (мгновенного) закрытия крана;

• Определение повышения давления при гидроударе по формуле Н. Е. Жуковского; сравнение теоретического и экспериментального значения повышения давления при гидравлическом ударе;

• Изучить ламинарное движение жидкости;

• Изучить турбулентное движение жидкости;

• Изучить оборудование, представленное в лабораторной работе;

• Экспериментально проверить гидравлические потери при ламинарном режиме течения жидкости;

• Экспериментально проверить гидравлические потери при турбулентном режиме течения жидкости;

• Выявить зависимость гидравлических потерь от шероховатости стенок трубопровода;

• Выявить зависимость гидравлических потерь от местных сопротивлений;

• Изучить разновидности аппаратуры по типу уплотнений;

• Изучить конструктивные варианты типов арматуры;

• Изучить разновидности предохранительной арматуры;

• Изучить разновидности разделительной арматуры;

• Изучить разновидности обратной и отключающей арматуры;

• Изучить разновидности арматуры по виду действия;

• Изучить основные узлы, элементы и детали арматуры;

• Изучить причины и виды неисправностей запорной арматуры;

• Рассчитать локальные скорости потока в сечении трубопровода;

• Изучить устройство и принцип работы поршневого насоса;

• Изучить классификацию динамических насосов и их основные типы (центробежные, осевые и вихревые);

• Ознакомиться с принципом работы динамических насосов и их ролью в гидравлических системах;

• Изучить классификацию объемных насосов и их основные типы (поршневые, шестерёнчатые, винтовые, пластинчатые);

• Ознакомиться с классификацией компрессоров и их конструктивными особенностями;

• Изучить принцип работы центробежного насоса с двусторонним входом;

• Изучить характеристики и маркировки центробежного насоса с двусторонним входом;

• Изучить основные параметры насосов.

Виртуальный тренажер позволяет студентам и специалистам не только изучить конструктивные особенности оборудования, но и освоить навыки проведения испытаний и анализа полученных данных без риска для реального производственного процесса. Практическая направленность лабораторных работ способствует глубокому пониманию технологических процессов и формированию у обучаемых компетенций, необходимых для работы с гидравлическими и компрессорными системами.

Реализованные сценарии:

• Снятие внешних энергетических характеристик центробежных насосов

• Определение параметров рабочей точки системы «центробежный насос – трубопровод»

• Определение допустимой и фактической высоты всасывания центробежного насоса

• Последовательное и параллельное соединение насосов

• Испытания аксиально-поршневого гидравлического мотора

• Гидроцилиндры

• Подпорные насосы

• Испытания компрессоров

• Гидравлический удар

• Гидродинамические режимы течения жидкости

• Гидравлическое сопротивление трубопровода

• Устройство гидравлической аппаратуры

• Профиль скоростей в сечении трубопровода

• Снятие внешних энергетических характеристик поршневого насоса

• Изучение конструкции динамических насосов

• Изучение конструкции объемных насосов

• Изучение конструкции компрессоров

• Снятие внешних энергетических характеристик центробежных насосов с двусторонним входом

Ну и примеры видео как студенты проходят обучение:

Последовательное и параллельное соединение насосов

rutube.ru

Определение допустимой и фактической высоты всасывания центробежного насоса

rutube.ru

Надеюсь мой опыт был интересен. Буду рад ответить на вопросы и обсудить данную тему.

Соответственно необходимы решения направленные на снижение ущерба. В данной статье я предлагаю рассмотреть одно из таких решений - Тренажеры для обучения и тренировки руководителей и сотрудников службы безопасности (СБ) и операторов технологических объектов в условиях, максимально приближенных к реальным. Такие тренажеры позволяют отрабатывать действия при различных угрозах, включая вооруженные нападения, террористические акты, диверсии. Акцент обучения в таких тренажерах смещен от подготовки персонала объектов по действиям в случае возникновения аварийных ситуаций (ПЛА, план ликвидации аварий) к подготовке по обучению принятия решения, постановке задач и управлению подразделением службы безопасности при различных атаках на объекты, с учетом действий моделируемых сил противника. Пример таких решений: https://lcontent.ru/product/kompleksnyj-takticheskij-trenazher-interaktivnoj-takticheskoj-podgotovki-i-oznakomleniya-s-poryadkom-dejstvij-rukovoditelej-i-lichnogo-sostava-sluzhby-bezopasnosti-pri-podgotovke-i-vypolnenii-zadach-p/

Ключевые функции и возможности тренажера включают интерактивные сценарии с реалистичными тактическими ситуациями, которые динамически развиваются в зависимости от действий обучающихся. Вариативность решений позволяет отрабатывать как правильные, так и ошибочные действия, что влияет на исход тренировки и помогает лучше усвоить алгоритмы реагирования. Важной частью тренажера является отработка взаимодействия между группами безопасности, включая охрану, группу быстрого реагирования и эвакуационные команды.

После завершения сценария система обеспечивает запись и воспроизведение учений для детального разбора ошибок и анализа действий персонала. Система оценки фиксирует ключевые показатели, включая эффективность принятых решений и слаженность работы команды, а также автоматически генерирует отчеты для контроля уровня подготовки сотрудников с учетом природы ошибок и их места в процессе развития ситуации...

Моделируемые действия противника:

1. Несанкционированный доступ;

2. Атака БПЛА мульти роторного типа;

3. Атака БПЛА типа крыло;

4. Проникновение с целью взрыва;

5. Вооруженный захват;

6. Эвакуация персонала;

7. Взаимодействие со спецподразделениями (МЧС, Росгвардия) и др.

Моделируемые объекты с учетом местности

1. Добыча (кусты);

2. Транспорт (трубопроводы, КНС, ГПА, магистральные насосные и компрессорные станции);

3. Подготовка нефти и газа (УПН, УПГ, ЦПС);

4. Система ППД (БКНС, УПСВ);

5. Переработка (НПЗ);

6. Энергетика;

7. Бурение / ТКРС;

8. АЗС;

9. АБК, дорожно-транспортные объекты, системы связи, логистика и т.д.

Эффективным оказался подход, моделирующий камеры видеонаблюдения, датчики движения и другие датчики, установленные на объектах в пределах его периметра безопасности.

Мы считаем, что основные преимущества таких средств противодействия – безопасность обучения, так как персонал отрабатывает действия в виртуальной среде без реальных рисков. Реалистичность сценариев достигается за счет детального моделирования возможных угроз и адаптации их под конкретные объекты защиты. Гибкость системы позволяет настраивать тренировки под специфику охраняемого объекта. Кроме того, тренажер обеспечивает возможность многократной отработки сложных ситуаций, что повышает уровень готовности сотрудников к реальным угрозам.

Данный тренажер значительно повышает эффективность подготовки службы безопасности за счет интерактивных и технологичных методов обучения, позволяя персоналу отрабатывать навыки в условиях, максимально приближенных к реальным, без риска для жизни и здоровья.

Дополнительно эффективность подготовки может быть увеличена при использовании тренажеров тушения возгораний и оказания первой помощи одновременно по нескольким методикам - Бубнова, МЧС, красного креста, т.к. различные службы используют разные подходы в этом вопросе. Опыт симуляции разрушений при указанных атаках показал, что в первую очередь необходимы знания, умения и навыки оказания следующих типов первой помощи:

• Сердечно-легочная реанимация

• Неотложная помощь при обмороке

• Неотложная помощь при закрытой травме конечности

• Неотложная помощь при электротравме

• Неотложная помощь при артериальном кровотечении

• Неотложная помощь при венозном кровотечении

• Неотложная помощь при ожогах

• Неотложная помощь при обморожении

• Неотложная помощь при проникающей травме грудной клетки

• Неотложная помощь при травме головы

• Неотложная помощь при открытых переломах

Как всегда, буду раз обсудить данную актуальную (на мой взгляд) тему....

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.