В данной статье постараюсь внести ясность и разобрать, почему так происходит. Начнем пожалуй с постановки вопросов:

1. Аварии и инциденты зависят от ошибок персонала?

2. «Человеческий фактор» зависит от уровня подготовки персонала?

3. Вероятности ошибок на тренажере равна вероятности ошибок в реальных условиях?

4. Как получить положительный и отрицательный перенос навыков при обучении на тренажерах на условия реальной работы?

Да, еще нужно договорится о терминах:

Тренажер в данной статье определяется как техническое средство профессиональной подготовки обучаемого, предназначенное для формирования и совершенствования у обучаемых профессиональных навыков и умений, необходимых им для управления материальным объектом путем многократного выполнения обучаемыми действий, свойственных управлению реальным объектом.

Под ошибкой персонала предлагается один из нескольких взаимодополняющих вариантов трактовок:

«Ошибка — это результат действия, совершенного неточно или неправильно, вопреки плану. В случае ошибки результат, который уже получен, не соответствует намеченному или заданному, требуемому. Ошибка — это факт практики.».

«Ошибка человека определяется как невыполнение поставленной задачи (или выполнение запрещенного действия), которое может явится причиной повреждения оборудования или имущества либо нарушения нормального хода запланированных операция»

«Надежность работы человека определяется как вероятность успешного выполнения им работы или поставленной задачи на заданном этапе функционирования системы в течении заданного интервала времени при определенных требованиях к качеству выполнения работы»

С первым вопросом (Аварии и инциденты зависят от ошибок персонала?) все достаточно очевидно - множество исследований доказывают прямую зависимость, например по данным Ростехнадзора и U.S. Chemical and Hazard Investigation Board (CSB) доля человеческого фактора в убытках составляет от 35% до 70%. Вопрос закрыт.

Ответ на второй («Человеческий фактор» зависит от уровня подготовки персонала?) также можно увидеть в, например, отчетах комиссий Ростехнадзора относительно причин аварий и инцидентов:

• Слабые знания персонала относительно требований безопасности ведения работ,

• Недостаточная подготовленность (психологическая и квалификационная) персонала;

• Недостаточная эффективность обучения и инструктажа персонала по вопросам безопасности;

• Несогласованные и ошибочные действия персонала в условиях чрезвычайной ситуации;

• Неправильные действия обслуживающего персонала по ведению технологического процесса.;

• Ошибки персонала при проведении необходимых измерений.

• Несвоевременное обнаружение предаварийной ситуации при наличии характерных признаков.

• Несвоевременное принятие мер по устранению аварии.

• Нарушение технологии и регламента выполнения работ.

• Не предусмотрены мероприятия для ликвидации возможных аварий.

• Низкая технологическая дисциплина;

• Неосторожные или несанкционированные действия при выполнении работ;

• Ненадлежащее проведение инструктажа и т. д.

А вот с вопросом № 3 (Вероятности ошибок на тренажере равна вероятности ошибок в реальных условиях?) все немного сложнее. Простой ответ есть - да, если тренажер идентичен реальной системе и нет, если тренажер не имеет с реальной работой ничего общего. Но что такое - "Идентичность"?

Давайте немного поговорим про 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.

Обратите внимание на "генерацию модели реальной в соответствии с математической моделью этой реальной системы при помощи программных или аппаратных средств".

В случае отличия имитатора от реальной системы изменяется эффективность не только обучения, но и главным образом эффективность переноса (обучаемый может «научиться» работе на имитаторе, но не на реальном объекте), существует вероятность отрицательного переноса навыков на условия реальной работы, т. е. человек будет делать ошибки, будучи точно уверенным что так как раз и правильно (Справедливо для операционного и для предметного обучения).

Вот наша первая «зацепка» — адекватная и универсальная математическая модель, как основа тренажера. А ведь как раз тренажеры, где нет этой самой модели (или одна формула из школьного учебника физика за 7й класс, остальное сплошные условные переходы типа «повернул рычаг» — «обороты 1000» — «повернул еще раз» — «Обороты ноль») и вызывали разочарование и печальный опыт специалистов в области обучения персонала.

Теперь давайте перейдем сразу к вопросу о том, как получить отрицательный перенос навыков при обучении на тренажерах на условия реальной работы, т.е. о том как сделать неэффективный или даже опасный тренажер, а потом ответим на вопрос получить положительный перенос и таким образом сделать эффективный и полезный тренажер.

Тут недавно задали мне супер вопрос - а как сделать тренажер с отрицательной эффективностью, максимально отрицательной...... аж задумался. По факту я знаю как сделать неэффективный тренажер, более того сделал таких немало (по молодости думал что эффективные, мудрость появилась позже)), знаю как сделать эффективный, и также делал таких немало... и даже эксплуатируем и те и эти тренажеры в своем учебном центре..... но вот чтобы максимально вредный, тут я задумался, прям сильно....

Дал следующий ответ.... Главное - это не быть специалистом в предметной области, желательно быть ортодоксальным методологом или экономистом или поэтом, т.е. вообще ничего не знать из предметной области тренажера..... ни одного спеца из предметной области в команде... это для начала. Затем нужно убрать математическую модель (или заменить примитивной логикой, дабы все-таки типа модель "была") и многопользовательский режим, это сделает эффективность уже точно нулевой, но еще не отрицательной..... затем нужно взять VR и криво отрисовать модели (например под видом снижения количества полигонов и ненужных деталей), желательно криво ими еще и управлять (лучше всего использовать стандартные компоненты, там все идеально криво) + использовать закрытую архитектуру и шкалу оценки от 1 до 5, желательно максимально оторванный от реальности сценарий (лучше всего прям повторять регламент без вникания и осознания) и главное не смотреть успешные практики и рекомендации, а по максимуму делать велосипеды.... вот так я ответил). На рисунке изобразил вот так:

Ну вот как-то так. Теперь по порядку. Начнем с того, что очень часто разработчики «тренажеров» не имеют своего специалиста в предметной области. Это плохо, очень плохо. Мнение что «Преподаватель не обязан знать предмет, он обязан учить», попытка использования в тренажерах для хард‑навыков опыт и подходы из «софтов» конечно убивают любую эффективность тренажеров создаваемых такими командами на корню.

Специалисты из «игровой» сферы, также не являющиеся специалистами в предметной области тренажера, естественно, рисуют красиво, но не точно, не правильно. Когда таких спрашиваешь, например, про «расположение объектов к геокоординатам, рельефу, розу ветров, климату», получаешь как правило ответ «да зачем это все»?

Ответим так:

И так:

И так:

И так:

И так

Отдельно еще стоит обратить внимание на то, что в большинстве плохих "тренажеров" обучаемый - супер герой без усталости с суперсилой и скоростью. В реальности же конечно человек устает, очки запотевают, задвижку открыть не так легко и не так быстро и т.д.

Еще отмечу что очень не любят делать у нас копии щитов управления и подобные вещи, ну очень не любят. Вопрос почему тоже понятен, посмотреть на YouTube как сделать VR приложение за 15 минут и начать делать "настоящие тренажеры" и сделать реально качественный продукт - две большие разницы)

Использование перчаток в "VR-тренажерах" тоже редкость, почему-то создателям проще крутить задвижки и нажимать кнопки в VR-пространстве зажимая в руках джойстики, что абсолютно не естественно. Хотя с перчатками проблем нет никаких, мы делали и делаем...

Ну и самое главное - конечно математические модели. Они должны быть в тренажерах, естественно, как и интерфейсы оператора, как и вся АСУиТП.

Но в тренажерах (которые вызывали разочарование и отрицательный опыт у учебных центров) их нет. От слова "совсем". Надо признать, что у уважаемых нами коллег, давно работающих в сфере энергетики, ВПК, навигации и многих других областях конечно все хорошо и с математическими моделями и с АСУТП.... но вот у "современных и супер эффективных" с этим все совсем плохо.

Как правило современные математические модели должны не просто быть в тренажерах, но и должны иметь (для нефти и газа например) точный контроль фазовых состояний веществ во всех элементах модели технологической схемы, универсальные математические модели оборудования ( Запорно-регулирующая арматура, Пласты-Скважины, Печи, Обратные , клапаны, Динамические насосы и компрессоры, Объемные насосы и компрессоры
Теплообменники, электродегидраторы, Подогреватели, сепараторы, СППК, факельная система, РВС, Измерительные приборы (манометры, термометры, расходомеры…), иметь высокую 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 т. д.)
…

Современные редакторы математической модели, применяемые в тренажерах, должны, на наш взгляд, иметь и более продвинутые технологии расчета, такие как LBM и комбинированные итерационные численные методы, а не ограничиваться системами линейных и диф. уравнений.

И конечно полная имитация АСУТП - без нее никак)

Закрытая архитектура - плохо для заказчика, он не может совместно использовать тренажеры разных разработчиков и т.д.

Ну и в заключение про аналитику. Я писал на HABR про то «почему оценка это плохо», да, плохо. Термин «человеческий фактор» обычно связывают с ошибками человека, а также с его психофизиологическими и психологическими ограничениями. Несмотря на кажущуюся простоту, во многих случаях достаточно трудно определить причину ошибки – человек или обстоятельства, например, в условиях стресса или действия сторонних раздражителей, при снижении ресурса организма (усталости), при ошибочных показаниях приборов (неисправности). В приведенной ситуации, переход от правильных решений или действий к ошибочным перестает иметь четко выраженные границы, т.е. во многих случаях, вопрос «кто виноват?», сам человек и обстоятельства может не иметь простого ответа.

Вот такие мысли к вопросу о тренажерной подготовке у меня появились. Спасибо за внимание.

Тестировать резину я решил в упражнении, которое имитирует жим штанги стоя. Для начала с помощью напольных весов я замерил реальную нагрузку, которую даёт натяжение резинки в стартовом положении, получилось 146 кг минус мои 97 кг, итого: 49 кг. Нагрузку после выжимания грифа над головой замерить не удалось, т.к. весы имеют ограничение в 150 кг., но думаю там было что то в районе 55-60 кг.

Видео одного из подходов:

По итогу данного эксперимента есть несколько мыслей:

1. Резина даёт нелинейную нагрузку в отличии от железа. На практике это может мешать, т.к. В начальной фазе движения может быть недостаточно нагрузки или в конечной фазе перебор с нагрузкой. Так же это накладывает условие, что резина должна иметь преднатяг в начальной фазе движения для создания нагрузки на всем диапазоне, но в некоторых упражнениях (например приседания) достичь этого может быть проблематично, т.к. резина провисает в самом низу, решить это можно если приседать стоя на тумбочке, а резину пропускать под ней.

2. Железо обладает инертностью в отличии от резины. На практике это означает, что технические движения, которые подразумевают быстрый старт с последующим разгоном снаряда (рывки, толчки и.т.д.) имитировать с помощью резины не получится. Резина будет давить на протяжении всей фазы движения, не важно как быстро вы вложились со старта.

3. Тяжелая штанга над головой создаёт высокий центр тяжести в системе спортсмен+снаряд, это добавляет ощущения нестабильности и заставляет мышцы стабилизаторы удерживать данную конструкцию, с другой стороны резина не даёт такого эффекта, но зато при смещении углов резина постоянно меняет вектор с которым давит на спортсмена, т.к. точка закрепления резины всегда в одном месте, что тоже добавляет нестабильности. При этом по ощущениям от первого подхода тренироваться с резиной тяжелее чем со штангой сопоставимого веса, возможно к резине просто нужно привыкнуть. Но при таких вводных создать эффективную нагрузку на большие мышечные группы будет проблематично.

4. Занять стартовое положение с тяжелой резиной может быть проблематично, т.к. для этого из неудобных углов ее надо растягивать, что опять же может увеличить риск травм. Для штанги в этом случае есть стойки.

5. Те кто говорят, что резина безопаснее тренировок с железом видимо берут слишком легкие ленточки и тренируются с ними в холостую, того же "эффекта" можно достичь взяв в руки килограммовые гантельки.

6. Вопрос безопасности, штангу при необходимости и наличии скилла можно скинуть, но вот у меня опасения если моя конструкция с резинками выпадет из рук, то этот гриф полетит как из рогатки прямиком в мои ноги...

В пользу резины хочу сказать, что это пожалуй уникальный компактный снаряд, который при правильном подходе может таки дать приличную нагрузку. Конечно подготовиться к соревнованиям по пауэрлифтингу или тяжелой атлетике вряд ли получится, но потренироваться в условиях отсутствия зала можно и даже поиметь какой то эффект.

Всем анаболизма, удачи и сил)

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.