СПОСОБ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОБУЧЕНИЯ ПЕРСОНАЛА МОРСКИХ НЕФТЕГАЗОДОБЫВАЮЩИХ ПЛАТФОРМ ДЕЙСТВИЯМ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ И АВАРИЙНЫХ УСЛОВИЯХ Российский патент 2012 года по МПК G09B19/00 

Изобретение относится к компьютерным средствам обучения операторов и эксплуатационного персонала технологических установок и контроля их знаний, навыков и действий эффективного и безопасного ведения технологических процессов (ТП) и предназначено для подготовки персонала морских нефтегазовых платформ действиям в экстремальных и аварийных условиях.

Сложившаяся система подготовки по безопасности производства во многом копирует классно-урочную систему, ориентированную на персонал со средними возможностями, осложняющую индивидуальный подход и ограничивающую работу с обучаемыми, имеющими высокие индивидуальные способности. Эта система подготовки использует средства обучения преимущественно информационно-справочного, контролирующего и демонстрационного характера. Компенсировать приведенные недостатки системы подготовки в методологическом плане позволяет использование технологии систем виртуальной реальности.

Применение технологии виртуального окружения в средствах обучения, особенно актуально для обучения персонала в случаях, когда обучение на реальных объектах или специализированных тренажерах слишком дорого или вообще невозможно по соображениям безопасности. Для таких задач, прежде всего, требуется имитация опасных ситуаций, в частности, подобная имитация необходима для обучения и подготовки персонала действиям в случае ликвидации причин и последствий тяжелой аварии или катастрофы. В этих тренажерах аварийная ситуация может создаваться гипотетически, как обобщение информации в реально произошедших авариях вместе с расчетно-теоретическими исследованиями. Возможно также воссоздание какой-либо конкретной аварии или катастрофы. В любом случае, это воссоздание преследует цель создать иллюзию типичной аварийной обстановки, чтобы полученные обучающимися навыки могли быть приспособлены к конкретной ситуации, если таковая возникнет в будущем.

Известен способ автоматизированной подготовки и аттестации по безопасности производства обучения, включающий автоматизированные процедуры обучения и контроля знаний работников, осуществляемые индивидуально в среде необходимых им знаний, накапливаемых с учетом особенностей конкретного производства, и с применением циклов, состоящих из текстовых и графических описаний производственных ситуаций, включая нештатные, позволяющих достичь соответствия усваиваемых навыков требованиям предстоящей работы с закреплением стереотипов, успешно переносимых на реальное производство и поддерживающих способность к самоадаптации и порождению новых знаний, самообучению на основе итогов общения с обучаемым и аттестуемым, накапливанию и учету различий между опытным специалистом и новичком, причем применяют форму и содержание ведомостей и протоколов, позволяющие вести точный учет состояния обученности и результатов контроля знаний по исчерпывающему числу параметров, включая обязательные и формируемые пользователем, сравнивать результаты подготовки и аттестации работников, разрешать любые спорные вопросы, производить эффективный машинный контроль полноты и периодичности проведения подготовки и аттестации в соответствии с действующими требованиями, применяют систему машинных логических рассуждений, гарантирующих целесообразность выбора определенных процедур подготовки и аттестации, реализуемую в вычислительной среде целевых экспертных систем, включающих методы и средства формирования интеллектуальных обучающих и контролирующих знания программ с моделями проблемной области, процессов обучения, обучаемых и аттестуемых в составе баз данных и знаний, организуемых в виде определенным образом систематизированных сведений и ситуаций и имеющих продукционный характер, обеспечивающий наибольшую наглядность для пользователя, и поддерживающих накопление знаний с применением текстово-графических процедур и примитивов непрограммирующим профессионалом, используют модульный принцип применением самостоятельно работающих блоков подготовки, условий аттестации, аттестации, ведомостей и протоколов, целевых баз данных и знаний, персонала, интеллектуального интерфейса, инструментальной среды, выделяемых по типам локализованных в них знаний, обладающих соответствующими знаниями, способностью рационально выполнять свои функции и позволяющих быстро изменять их набор в каркасе системы, не нарушая ее структуры в целом, с возможностью внесения изменений в отдельные блоки в процессе эксплуатации и с разделением работы с блоками на работу ответственного за подготовку и аттестацию по безопасности производства и аттестуемого или обучаемого для достижения необходимой простоты и доступности эксплуатации (патент РФ на изобретение №2166211, МКИ: G09B 19/00).

Наиболее близким прототипом является способ автоматизированного обучения базовым навыкам управления технологическими процессами, который включает в себя использование компьютерной системы для формирования гибкого информационного пространства, снабженной базой знаний, предусматривающей систематизацию причин и соответствующих им симптомов нарушений хода технологических процессов, устройством генерации причин, устройством генерации симптомов, устройством оценивания знаний и навыков обучаемого в режимах тренировки и экзамена, устройством настройки пользователем параметров оценивания знаний и навыков обучаемого, устройством протоколирования экзамена, интерфейсом обучаемого с устройством генерации причин, устройством генерации симптомов и устройством оценивания, интерфейсом инструктора с базой знаний, устройством оценивания и устройством протоколирования экзамена, причем гибкое информационное пространство формируют путем пополнения пользователем базы знаний за счет обобщения известных типовых нарушений хода ТП, анализа нарушений на реальных технологических установках конкретного предприятия, моделирования ситуаций на компьютерных тренажерах и привлечения экспертных оценок специалистов, последовательно генерируют и предъявляют обучаемому отдельные причины с набором симптомов, часть из которых соответствует предъявленным причинам, для выбора правильных симптомов, последовательно генерируют и предъявляют обучаемому отдельные наборы симптомов с несколькими причинами, одна из которых соответствует предъявленному набору симптомов, для выбора правильной причины, причем в режиме тренировки обучаемому представляют правильные ответы для каждого выбора, в режиме экзамена представляют обучаемому общую оценку за выполненное задание, состоящее из заранее определенного пользователем числа выборов, предоставляют пользователю возможность настраивать параметры оценивания правильности выбора решений обучаемым, предоставляют пользователю детальный протокол экзамена по каждому обучаемому для анализа и аттестации знаний и навыков обучаемого (патент РФ на изобретение №2229166, МКИ: G09B 19/18).

Однако у приведенных способов аналога и прототипа имеются существенные недостатки, каковыми являются:

- способы не позволяют реализовать и отрабатывать аварийные ситуации, связанные с риском для жизни обучаемого или порчи дорогостоящего тренажного оборудования;

- системы обучения, реализующие приведенные способы, носят разомкнутый характер, не позволяют организовать адаптивное управление процессом обучения; система никак не может повлиять на развитие исследуемых процессов и оптимизацию навыков обучаемого в динамике;

- в способах отсутствует возможность имитации аудио-визуальных симптомов аварийных ситуаций для самостоятельного распознавания их обучаемым.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание такой методологии обучения или способа, которые позволят приобретать практические навыки в действиях при ликвидации аварий на морских нефтегазодобывающих платформах (пожар, затопление, экстренное покидание платформы) в экстремальных и аварийных условиях.

Поставленная задача решается тем, что в способе автоматизированного обучения персонала морских нефтегазодобывающих платформ действиям в экстремальных и аварийных условиях, который включает в себя использование компьютерной системы для формирования гибкого информационного пространства, снабженной базой знаний, предусматривающей систематизацию аварийных ситуаций и соответствующих им симптомов нарушений хода технологических процессов, устройством генерации аварийных ситуаций, устройством генерации симптомов, устройством оценивания знаний и навыков обучаемого в режимах тренировки и экзамена, устройством настройки пользователем параметров оценивания знаний и навыков обучаемого; устройством протоколирования тренировки, интерфейсом обучаемого с устройством генерации аварийной ситуации, с устройством генерации симптомов и с устройством оценивания, интерфейсом пользователя с базой знаний, с устройством оценивания и с устройством протоколирования тренировки, гибкое информационное пространство формируют путем создания виртуальной среды, для которой синтезируют симптомы аварийной ситуации и предъявляют обучаемому, а затем, с целью обнаружения источника аварийной ситуации предоставляют обучаемому средства взаимодействия с виртуальной средой для перемещения, одновременно предоставляют обучаемому возможность виртуального применения средств индивидуальной защиты и средств спасения, учитывая воздействия поражающих факторов аварии на виртуальную модель обучаемого, фиксируют каждое выполненное действие обучаемого устройством протоколирования, моделируют процесс развития аварийной ситуации и осуществляют адаптивное управление процессом обучения, оценивают своевременность и правильность последовательности принятия решений, причем предоставляют пользователю возможность выбора из базы данных подготовленных сценариев аварий и генерации для виртуальной среды места и параметров аварийной ситуации в произвольный момент времени.

Предлагаемый способ заключается в генерации виртуального окружения (среды) для рабочего места обучаемого средствами интерактивной трехмерной графики. Виртуальное окружение задается с высокой степенью адекватности реальному окружению. На рабочем месте отображаются оборудование и органы управления и индикации, предоставляющие реальное состояние моделируемого оборудования. Помимо приборов и систем виртуальное окружение включает в себя средства сигнализации аварийных ситуаций и средства борьбы с авариями. Виртуальная среда с высоким качеством моделирует акустическую обстановку и физическую окружающую среду, включающую в себя отображение атмосферных и иных явлений типа дым, пламя, вода и водная поверхность. Система также предоставляет обучаемому средства управления виртуальным оборудованием.

При отработке задач ликвидации аварийных ситуаций на рабочем месте руководителя обучения задается тип аварийной ситуации и некоторые начальные условия для ее развития (самостоятельный ввод или выбор из заранее подготовленных). После запуска тренировки осуществляется имитационное моделирование состояния аварийной ситуации. При достижении имитируемой аварией некоторых критичных условий обучаемому, наблюдающему за состоянием технологической установки с помощью виртуальной среды и перемещающемуся по виртуальным помещениям платформы, начинают предъявляться адекватные развивающейся аварийной ситуации аудиовизуальные образы: шум поступающей воды при затоплении, дым, распространяющийся в пространстве от пожара, и само пламя пожара. При обнаружении симптомов аварийной ситуации обучаемый предпринимает действия, предусмотренные нормативными инструкциями: применяет средства индивидуальной защиты; приступает к поиску источника аварийной ситуации и в случае его локализации приступает к мероприятиям по его ликвидации: заделывает пробоины, тушит пламя пожара средствами пожаротушения, предусмотренными для обнаруженного типа возгорания в заданном помещении, виртуально выполняет необходимые завершающие работу действия и покидает виртуальное рабочее место по заданному пути эвакуации.

Действия обучаемого фиксируются системой протоколирования действий. На основании данного протокола согласно выбранной методике будет осуществляться оценка действий обучаемого по борьбе с аварийной ситуацией.

Моделируемые опасные явления оказывают влияние на виртуальную сущность обучаемого и в случае несвоевременного или неправильного применения средств индивидуальной защиты, рассчитывают ущерб, наносимый человеку поражающими факторами (температурное поле, дым, вода) и демонстрируют его обучаемому в виде аудиовизуальных образов: головокружение, обморок, болевые ощущения с помощью потемнения в глазах и создания шума и биения в звуковом канале.

Моделирование процесса развития аварийной ситуации реализуется имитационными моделями, максимально адекватно отражающими характер развивающейся аварийной ситуации. Модель развития аварии функционирует с учетом действий обучаемого, то есть если его действия в виртуальной среде, направленные на предотвращение дальнейшего развития аварии, являются успешными, то развитие аварии претерпевает изменения: процесс замедляется вплоть до полного прекращения. В противном случае авария развивается дальше с темпами, определяемыми характеристиками изучаемой среды.

По результатам тренировки руководитель может оценить деятельность обучаемого в виртуальной среде по общему признаку завершения тренировки: авария ликвидирована, или нет, а также по детальному протоколу действий обучаемого, совершенных за время тренировки. Эта последовательность действий сохраняется в базе данных. Руководитель тренировки может выбрать одну из предложенных методик оценки деятельности обучаемого на основании статистической информации, либо на основании некоторой экспертной оценки для данного типа аварий.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет обучаемому получить практические навыки по ликвидации последствий аварий на рабочем месте, закрепить в сознании последовательность действий, необходимых для обеспечения собственной безопасности и технологических объектов, на которых он должен осуществлять свою деятельность. Способ позволяет заполнить существующий пробел между теоретическими основами обучения базовым знаниям (навыкам и действиям по обеспечению безопасности и эффективному управлению технологическими процессами) и современными информационными технологиями.

Предлагаемый способ обладает новизной и существенными отличительными признаками.

Способ и система, его реализующая, разработаны и апробированы в рамках выполнения технического проекта для ОАО «ЦКБ МТ «Рубин» по государственному контракту №9411.1007400.09.097.

Изобретение относится к компьютерным средствам обучения операторов и эксплуатационного персонала технологических установок и контроля их знаний и навыков эффективного и безопасного ведения технологических процессов (ТП). Способ заключается в генерации виртуального окружения (среды) для рабочего места обучаемого средствами интерактивной трехмерной графики, что повышает эффективность приобретения практических навыков в действиях при ликвидации аварий на морских нефтегазодобывающих платформах (пожар, затопление, экстренное покидание платформы) в экстремальных и аварийных условиях. Способ включает в себя использование компьютерной системы для формирования гибкого информационного пространства, снабженной базой знаний, предусматривающей систематизацию аварийных ситуаций и соответствующих им симптомов нарушений хода технологических процессов; устройством генерации аварийных ситуаций; устройством генерации симптомов, устройством оценивания знаний и навыков обучаемого в режимах тренировки и экзамена; устройством настройки пользователем параметров оценивания знаний и навыков обучаемого; устройством протоколирования тренировки; интерфейсом обучаемого с устройством генерации аварийной ситуации, с устройством генерации симптомов и с устройством оценивания, интерфейсом пользователя с базой знаний, с устройством оценивания и с устройством протоколирования тренировки, причем гибкое информационное пространство формируют путем создания виртуальной среды, для которой синтезируют симптомы аварийной ситуации и предъявляют обучаемому, а затем, с целью обнаружения источника аварийной ситуации предоставляют обучаемому средства взаимодействия с виртуальной средой для перемещения, одновременно предоставляют обучаемому возможность виртуального применения средств индивидуальной защиты и средств спасения, учитывая воздействия поражающих факторов аварии на виртуальную модель обучаемого, фиксируют каждое выполненное действие обучаемого устройством протоколирования, моделируют процесс развития аварийной ситуации и осуществляют адаптивное управление процессом обучения, оценивают своевременность и правильность последовательности принятия решений, причем предоставляют пользователю возможность выбора из базы данных подготовленных сценариев аварий и генерации для виртуальной среды места и параметров аварийной ситуации в произвольный момент времени.

Способ автоматизированного обучения персонала морских нефтегазодобывающих платформ действиям в экстремальных и аварийных условиях, включающий использование компьютерной системы для формирования гибкого информационного пространства, снабженной базой знаний, предусматривающей систематизацию аварийных ситуаций и соответствующих им симптомов нарушений хода технологических процессов, устройством генерации аварийных ситуаций, устройством генерации симптомов, устройством оценивания знаний и навыков обучаемого в режимах тренировки и экзамена, устройством настройки пользователем параметров оценивания знаний и навыков обучаемого; устройством протоколирования тренировки, интерфейсом обучаемого с устройством генерации аварийной ситуации, с устройством генерации симптомов и с устройством оценивания, интерфейсом пользователя с базой знаний, с устройством оценивания и с устройством протоколирования тренировки, отличающийся тем, что гибкое информационное пространство формируют путем создания виртуальной среды, для которой синтезируют симптомы аварийной ситуации и предъявляют обучаемому, а затем, с целью обнаружения источника аварийной ситуации предоставляют обучаемому средства взаимодействия с виртуальной средой для перемещения, одновременно предоставляют обучаемому возможность виртуального применения средств индивидуальной защиты и средств спасения, учитывая воздействия поражающих факторов аварии на виртуальную модель обучаемого, фиксируют каждое выполненное действие обучаемого устройством протоколирования, моделируют процесс развития аварийной ситуации и осуществляют адаптивное управление процессом обучения, оценивают своевременность и правильность последовательности принятия решений, причем предоставляют пользователю возможность выбора из базы данных подготовленных сценариев аварий и генерации для виртуальной среды места и параметров аварийной ситуации в произвольный момент времени.