Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Компьютерные обучающие системы оперативного и диспетчерского персонала как один из основных компонентов комплексной безопасности предприятия 11
1.1. Предпосылки создания компьютерных обучающих систем 11
1.2. Обзор видов компьютерных обучающих систем 20
1.2.1. Существующие классификации 20
1.3. Обзор прототипов компьютерных тренажеров 24
1.3.1 Тренажеры для обучения операторов и диспетчеров объектов транспорта нефти производства ООО «Энергоавтоматика» (г.Москва) 25
1.3.2 Тренажер для обучения операторов объектов транспорта нефти производства ООО «УралГазРемСтрой» (г.Уфа) 26
1.4. Постановка задачи на разработку методического и программного обеспечения тренажерного комплекса 28
Выводы по первой главе 32
Глава 2. Концепция внутрифирменного производственного обучения оперативного и диспетчерского персонала объектов транспорта нефти в учебных центрах ОАО «АК «Транснефть» 33
2.1. Концептуальный подход к подготовке оперативного и диспетчерского персонала объектов транспорта нефти в учебных центрах ОАО «АК «Транснефть» с использованием тренажеров 33
2.2 Разработка методики построения тренажеров 36
2.2.1 Требования к разработке 36
2.2.2 Общее описание моделируемого технологического участка 44
2.2.3 Реализация требований к тренажеру 49
2.3. Методика подготовки оперативного и диспетчерского персонала объектов транспорта нефти в учебных центрах ОАО «АК «Транснефть» с использованием тренажеров 51
Выводы по второй главе 62
Глава 3. Реализация тренажерной системы подготовки оперативно и диспетчерского персонала объектов транспорта нефти в учебных центрах ОАО «АК «Транснефть» 63
3.1 Общее описание тренажерной системы 63
3.2 Математическая модель технологического процесса 65
3.2.1 Основные технологические параметры 65
3.2.2 Вспомогательные технологические параметры 65
3.2.3 Расчет основных технологических параметров 66
3.2.4 Основные требования к математической модели ТП 69
3.2.5 Адекватность расчетных параметров реальному объекту в стационарных состояниях 70
3.2.6 Адекватность расчетных параметров реальному объекту в нестационарных состояниях 75
3.2.7 Устойчивость моделирования ТП 84
3.2.8 Расчет вспомогательных технологических параметров 86
3.3 Математическая модель системы управления ТП и вспомогательных систем 90
3.4 Система отображения 98
3.5 Драйвер обмена 99
3.6 Генератор аварийных ситуаций 99
3.7 База данных 101
Выводы по третьей главе 103
Глава 4. Исследование эффективности применения тренажерных обучающих комплексов оперативного и диспетчерского персонала в интересах повышения промышленной безопасности при управлении объектами транспорта нефти и нефтепродуктов 104
4.1 Теоретические основы оценки качества обучения 104
4.2 Методика проверки эффективности применения тренажерного комплекса 110
4.2.1 Общее описание методики 110
4.2.2 Анализ результатов эксперимента 113
4.2.3 Статистическая оценка результатов времени выполнения 119
4.2.4 Статистическая оценка долей 122
Выводы и результаты по четвертой главе 125
Заключение 126
Список литературы 128
- Обзор видов компьютерных обучающих систем
- Разработка методики построения тренажеров
- Вспомогательные технологические параметры
- Статистическая оценка результатов времени выполнения
Введение к работе
Актуальность темы
В настоящее время нефтегазовый комплекс представляет собой наиболее динамично развивающуюся отрасль не только в России, но и во всем мире. Разрабатываются новые месторождения нефти и. газа, строятся новые и реконструируются существующие трубопроводные системы, перерабатывающие заводы, внедряется новое оборудование. При этом все более жесткими становятся требования к пожарной и промышленной безопасности всех технологических процессов (ТП). В существующих условиях велико значение так называемого «человеческою фактора» и соответственно качества профессиональной подготовки оперативного и диспетчерского персонала. Именно операторы и диспетчеры в случае возникновения аварийной ситуации должны в максимально короткое время уметь найти правильное решение. От профессионализма операторов и диспетчеров зависит не только пожарная и промышленная безопасность, сохранность дорогостоящего технологического оборудования, но и жизни людей.
В процессе обучения оперативного и диспетчерского персонала применяются различные компьютерные обучающие системы. Для получения навыков безопасного управления технологическим процессом, эффективными средствами обучения являются компьютерные задачники, лабораторные практикумы и, в большей степени, компьютерные тренажеры. Именно тренажеры дают операторам и диспетчерам «процедуральные знания», т.е. знания о том, как организована практическая деятельность, в отличие от «декларированного знания» об объекте, содержащегося в компьютерных справочниках, учебниках, системах контроля знаний и т.д.
Работам в области повышения уровня промышленной безопасности нефтегазовых объектов с использованием информационно-аналитических и компьютерных систем посвящены научные труды авторов: СМ. Вайнштока, В.В. Грачева, Л.И. Григорьева, М.А. Гусейнзаде, В.М. Дозорцева, ОМ. Иван-цова, С.Е.Кутукова, М.В. Лурье, И.И. Мазура, Р.Т. Файзуллина и др. Эффективность использования тренажеров для профессиональной подготовки персо-
нала рассматривались в работах В.В. Вершинина, Ю.З. Гильбуха, Ф.Д.Лыскова, Б.Л. Омельяненко и др.
Усложнение технологий производства и систем управления технологическими процессами (далее ТП), статистика аварийности, огромный промышленный и экологический риск при управлении объектами нефтегазового комплекса, значительный вес ошибок операторского управления ТП в общем числе причин аварий определяют актуальность разработки и внедрения компьютерных тренажеров для обучения операторов и диспетчеров ТП.
Современные информационные технологии создают качественно новую ситуацию в компьютерной поддержке системы промышленной безопасности. Новым перспективным направлением развития информационных технологий обеспечения промышленной безопасности является соединение в одном программно-техническом комплексе возможностей тренажеров для операторов технологических процессов и программ анализа потенциальных опасностей. Такое соединение позволит поднять всю систему промышленной безопасности на качественно новый научно-технический уровень и даст возможность при создании паспорта риска предприятия решать вопрос о базисном типе возможной аварии (место возникновения, причины, ожидаемые последствия, возможность ликвидации своими силами), используя весьма точные модели технологических процессов и систем управления.
В связи с этим тематика исследований, затрагивающих вопросы разработки тренажеров для наиболее эффективного обучения оперативного персонала и повышения уровня промышленной безопасности предприятий нефтегазового сектора, является актуальной.
Цель работы
Целью работы является разработка общих принципов построения программно-технических тренажерных комплексов, а также методического и программного обеспечения для обучения оперативного и диспетчерского персонала объектов транспорта нефти и нефтепродуктов.
Задачи исследования
В диссертационной работе решаются следующие задачи:
Анализ существующих тренажерных систем, тенденций их развития и общих составляющих программно-технических тренажерных комплексов.
Разработка концептуальной модели процесса обучения оперативного и диспетчерского персонала объектов транспорта нефти и нефтепродуктов на основе программно-технических тренажерных комплексов.
Разработка метода обучения оперативного и диспетчерского персонала объектов транспорта нефти и нефтепродуктов на основе программно-технических тренажерных комплексов.
Разработка программно-технического тренажерного комплекса для обучения деятельности по обеспечению промышленной безопасности при управлении объектами транспорта нефти и нефтепродуктов в штатных и нештатных ситуациях.
Экспериментальное подтверждение эффективности предложенных методов.
Методы решения поставленных задач
В основе проводимых в диссертационной работе исследований используются методы системного анализа, математического моделирования, ситуационного и автоматизированного компьютерного обучения, теория баз данных и методы объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна
Научная новизна и теоретическая значимость результатов исследования состоит в следующем:
1 Выполнена полукачественная идентификация технологических процессов возникающих при транспортировании нефти и нефтепродуктов по трубопроводам путем построения имитационных феноменологических математических моделей и их аналитического исследования. Построение указанных моделей основано на декомпозиции объекта на составляющие (подсистемы): технологического процесса, системы управления, системы
отображения, имитатора аварийных ситуаций и базы данных настроечных параметров. На основании полученных решений установлены и определены аналитические зависимости изменения технологических параметров моделируемого участка трубопроводов, что позволило создать тренажерные комплексы максимально соответствующие реальным технологическим объектам.
Выполнено численное решение научной задачи связанное с построением и исследованием устойчивости и адекватности математических моделей трубопроводов для тренажерных комплексов. Разработаны имитационные математические модели технологического процесса транспорта нефти и нефтепродуктов по трубопроводам с использованием двух различных методов расчета. Для вывода систем уравнений моделируемых участков трубопроводов в первом варианте использованы теорема количества движения, закон сохранения массы и уравнения состояния, во втором варианте использованы гидравлические аналоги 1-го и 2-го законов Кирхгофа. На основании исследования этих вариантов моделей определено, что установленным критериям устойчивости и адекватности моделирования соответствует первый вариант математической модели.
Предложена и экспериментально доказана концепция снижения риска аварийности и травматизма в нефтегазовой отрасли на основе обучения операторов и диспетчеров деятельности по обеспечению промышленной безопасности при управлении в штатных и нештатных ситуациях. Сущность концепции сострит в том, что при обучении оперативного и диспетчерского персонала с применением разработанного тренажерного комплекса обучаемым прививаются умения по распознаванию ситуаций и моторные навыки управления технологическими процессами, что приводит к повышению надежности операторской деятельности, снижению риска аварийности и травматизма. Применение методов обучения, основанных на данной концепции, позволяет сократить время выполнения действий обучаемых в аварийных ситуациях в среднем в 2 раза, вероятность выполнения ошибочных действий сокращается в 3-8 раз.
Практическая ценность
Практическая ценность исследования состоит в том, что существенно сокращаются сроки подготовки операторов; позволяют им выработать приёмы упреждения ситуаций, уменьшение времени ликвидации и парирования ситуаций; удобство обучения и непрерывность подготовки.
Разработанный тренажерный комплекс и метод обучения оперативного и диспетчерского персонала объектов транспорта нефти и нефтепродуктов внедрены и успешно используются в системе внутрифирменного профессионального образования ОЛО «ЛК «Транснефть». Разработанный тренажерный комплекс так же используется при проведении ежегодных конкурсов «Лучший по профессии» среди операторов НПС в ОАО «ЛК «Транснефть» в период с 2004 г. по настоящее время. Практическое использование разработанных тренажерных комплексов и методик обучения подтверждено актами внедрения.
Основные защищаемые положения
На защиту выносится:
Метод проектирования и разработки тренажерных комплексов для обучения оперативного и диспетчерского персонала.
Феноменологическая математическая модель технологического процесса транспорта нефти и нефтепродуктов по трубопроводам, реализующая моделирование основных и вспомогательных параметров работы технологического участка.
Метод обучения оперативного и диспетчерского персонала с применением разработанного тренажерного комплекса действиям в штатных и нештатных ситуациях
Апробация работы
Результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы, докладывались и обсуждались в рамках V Конгресса нефтегазопромышленни-ков России на конференции «Метрология, автоматизация, связь в нефтегазовом комплексе» (г. Уфа, Большой зал Федерации профсоюзов Республики Башкор-
тостан, 19 мая 2004 г.), и в рамках V] Конгресса нефтегазопромышленников России на конференции «Автоматизация и метрология в нефтегазовом комплексе» (г. Уфа, Большой зал Федерации профсоюзов Республики Башкортостан, 25 мая 2005 г.).
Публикации
По результатам выполненных исследований опубликовано 9 печатных работ, отражающих основные результаты работы, три из которых опубликованы в ведущих рецензируемых научных изданиях в соответствии с перечнем ВАК Минобразования и науки Российской Федерации, получено два свидетельства о регистрации программ для ЭВМ.
Объем и структура диссертации
Обзор видов компьютерных обучающих систем
Роль персонала в предотвращении аварийных ситуаций велика. Кроме того, очень велико значение профессиональной подготовки персонала при локализации последствий аварийных ситуаций. Для- аварий в большинстве случаев1; существуют объективные предпосылки. Но станет ли происшествие незначительным инцидентом или серьезной аварией — часто зависит от опыта персонала, от степени его подготовленности.
Традиционной формой получения образования является обучение с преподавателем. Но в процессе обучения издавна применялись различные вспомогательные средства. Например, в Китае еще несколько тысячелетий назад использовался тренажер для обучения искусству иглоукалывания -муляж человека с множеством скрытых отверстий, в которые безошибочно должен был попасть иглой обучаемый. Позже появились другие тренажеры, потом — механические и электронные системы тестирования. Далее, с появлением вычислительной техники, начал развиваться такой вид программного обеспечения, как системы машинного обучения1 или автоматизированные обучающие системы (АОС) [3].
Конечно, эффективность традиционного вида обучения с преподавателем в форме лекционных, практических и лабораторных занятий доказана всей историей развития человечества. Но с другой стороны, о сложностях, возникших в системе высшего среднего специального образования в связи с техническим и информационным прогрессом, говорят уже давно, и не без основания [92, 93].
В 1988 г. Министерство нефтяной и газовой промышленности РФ разработало и направило предприятиям и организациям отрасли «Положение о непрерывном профессиональном и экономическом обучении кадров нефтяной промышленности» [86], в котором определило задачи, формы, продолжительность и периодичность обучения для различных категорий работников, а также порядок управления обучением кадров в отрасли. Согласно этому Положению, обучение осуществляется в учебных заведениях (подразделениях) повышения квалификации, подготовки и переподготовки кадров, а также непосредственно на предприятиях, в учреждениях и в организациях с учетом специфики производства и особенностей состава обучающихся.
Позднее, в начале 90-х годов, в период перестройки и приватизации промышленных предприятий, для которого было характерно падение объемов производства, потребность в обучении рабочих и специалистов среднего звена резко сократилась. Работа по подготовке рабочих и специалистов, а также развитию служб технического обучения на базе вышеназванного Положения проводилась в основном по специальностям, подведомственным Госгортехнадзору России.
Одной из задач разработанных позднее комплексных целевых программ Минтопэнерго Российской Федерации явилось создание системы внутрифирменного обучения персонала с широкой сетью отраслевых учебных заведений, институтов повышения квалификации, региональных центров подготовки кадров и учебно-курсовых комбинатов, для целевой подготовки и повышения квалификации кадров по новым направлениям техники и технологии.
Создание системы внутрифирменного обучения было обусловлено тем обстоятельством, что в конце 80-х годов при подготовке, переподготовке и повышении квалификации кадров непосредственно на производстве содержание обучения было не систематизировано, не представляло собой строго продуманной системы знаний, последовательно раскрывающей основные научные принципы современного производства, отсутствовала система постепенно усложняющихся профессиональных навыков и умений. Отбор знаний и умений проводился без достаточного анализа трудовой деятельности, без учета перспективы, значимости и широты-распространения даннойпрофессии в различных отраслях производства.
Каждый отдел технического обучения предприятия имел свою систему подготовки специалистов, разрабатывал своими силами необходимую учебно-программную документацию и- методики обучения. Для этого привлекались ведущие специалисты предприятия, часто в ущерб их основнойработе. Все это требовало значительных финансовых затрат. Но коэффициент полезного действия этих затрат часто был низкий, поскольку и программы, и методики обучения, как правило, не соответствовали педагогическим- требованиям. В учебные планы по одним и тем же профессиям включались различные предметы, а по одноименным предметам давалась разная, дозировка времени. При этом обучающиеся получали отдельные сведения, имеющие прикладное значение. Неясной представлялась роль отдельных тем при формировании профессионального мастерства рабочих. Мало» внимания обращалось, на систематическое изучение основ.специальных наук по избранной профессии [6, 45, 50, 69, 103, 113 и др.].
Таким образом, задача обучения рабочих и специалистов на многих предприятиях ограничивалась и, как показывают наши наблюдения, ограничивается до- сих пор «подучиванием» рабочих для текущих нужд производства. Обучение организуется на основе различных квалификационных требований, при отсутствии единой системы обучения рабочего от начальной квалификации до овладения профессиональным мастерством и получения диплома по своей профессии, поэтому и уровень квалификации одних и тех же профессиональных групп рабочих на предприятиях различен. Таким образом, существуют различные, не согласованные между собой, подходы к обучению рабочих по одним и тем же профессиям. Логично предположить, что данная система профессионального обучения не создает для рабочего условий к получению высокой квалификации [10; 70, 108, 113 и др.].
Разработка методики построения тренажеров
Контроль пропуск средств очистки и диагностики в соответствии с утвержденными Инструкциями. Все отклонения от требований Инструкций по пропуску СОД или дополнения к ним указываются в запросе УМН, визируются начальником ТТО и являются обязательными для исполнения оперативным персоналом МДП;
Контроль поступления в систему нефтепроводов УМН ОАО «МН» нефти с показателями качества превышающими нормы ГОСТ Р 51858-2002:
Представление каждые 2 часа в ТДП оперативной информации по движению нефти и фактические параметры работы нефтепроводов и оборудования НПС по телефону или селектору не позднее нечетного часа. В случаях отсутствия связи между РНУ и ОАО «МН» по локальной сети, данные по движению нефти дублируются телефаксограммой по установленной форме.
Формирование информации обо всех точках отпуска нефти в емкости котельных и сторонним организациям. Письменное согласование заполнения нефтью насосов после ремонта, фильтров-грязеуловителей после чистки, технологических трубопроводов после опорожнения, камер приема-пуска скребков, емкостей котельных, заправочных емкостей для автоцистерн; Соблюдение законов, правил и требований нормативных правовых актов Российской Федерации в области: - защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций (ЧС) - природного, техногенного характера и от опасностей, связанных с военными действиями; - экологической и промышленной безопасности, которые могут привести к возникновению чрезвычайных ситуаций. Отработка навыков на тренажерах действиям, обеспечивающим выполнение заданных суточных режимов, полученных от отдела главного технолога ОАО «МН»: Подготовка технологического участка нефтепровода в соответствии с суточным план-графиком, вывод технологического участка нефтепровода на заданный режим, контроль мощности, потребляемой в часы максимума, нагрузки и недопущение ее превышения, смена режима в соответствии с инструкцией, разработанной для конкретного участка, прием оперативных мер по устранению причин невыполнения установленных заданий, проведение корректировки суточного планового режима с письменного разрешения старшего диспетчера ТДП, распоряжения зам генерального директора ОАО «МН», начальника или заместителя начальника ТТО ОАО «МН».
Отработка навыков по подготовке и управлению на тренажерах технологическим участком магистрального нефтепровода, пуска, изменения режима, остановки, действия диспетчера при срабатывании сигнализации. Изучение эпюр давления на нефтепроводах при пусках и остановках магистральных агрегатов.
В настоящее время обучение, переподготовка и повышение квалификации специалистов трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов с использованием разработанных тренажерных комплексов ведется в НОУ НПО «Тюменский нефтепроводный профессиональный лицей» и в ГОУ СПО «Томский государственный промышленно-гуманитарный колледж». Обучение ведется согласно утвержденным В ОАО «АК «Транснефть» учебным планам и программам подготовки специалистов основных нефтепроводных профессий. Выводы по второй главе
Разработан концептуальный подход к подготовке оперативного и диспетчерского персонала объектов транспорта нефти в учебных центрах ОАО «АК «Транснефть» с использованием тренажеров. В рамках данного подхода подготовка к деятельности предусматривает работу как для штатных ситуациях, так и в аварийных ситуациях агрегатного и станционного характера.
Предложена новая методика построения тренажерного комплекса для подготовки диспетчеров и операторов трубопроводного транспорта на базе единого подхода, новых моделей и метода типизации. Она заключается в построении математической модели типового участка нефтепровода, модели типовой СУ, проектировании типовой системы отображения диспетчерской информации, базы данных и типового имитатора аварийных ситуаций. Типовой имитатор СУ спроектирован на основе РД, регламентирующих тип, место и время возникновения ситуации.
Разработана методика обучения на базе разработанного тренажерного комплекса. Она включает комплексы учебных заданий, направленных на подготовку к работе по приемке смены, работе в штатном режиме и действиям в нештатных аварийных ситуациях. Данная методика позволяет существенно сократить время выполнения учебных заданий, то есть повысить скорость реакции на аварийные ситуации, а также повысить долю правильно выполняемых действий.
В соответствии с разработанной методикой построения тренажеров, описание которой представлено во второй главе был разработан тренажерный комплекс для обучения оперативного и диспетчерского персонала объектов транспорта нефти и нефтепродуктов обобщенная схема которого представлена на рисунке 3.1.
Исходные: данные загужаются в математическую модель основных ТЩ модель.СУ; и модель вспомогательных;ТИ: Все параметры (основные и вспомогательные) моделируемого:, технологического процесса отслеживаются; моделью"; СУ, которая? ш случае достижения; когого» либо параметра предельного или- аварийного; значёнияпроизводит управляющие: воздействия, (изменяет состояния» задвижек,, заслонок, агрегатов и т.д.)? в соотвестсвии-с алгаритмамиїуправленнияїнафеальноміобьекте. Данные о технологическом процессе передаются в базу данных (хранение исторических трендов, настроечные параметры и т.д.); и, через систему отображения (SCADArnaKeT)- на; АРМтЫ учеников и АРМ; преподавателя: С АРМ учеников возможно; управление .технологическим; оборудованием так, как это производится; на реальных технологических объектах. В: зависимости от поставленной преподавателем-задачи- ученики следят за\ технологическим-процессом ил и осуществляют технологические переключения. Преподаватель через; генератор аварийных ситуаций может воздействовать на: модель основных ТП, модель вспомогательных ТП и модель СУ. К таким воздействиям относятся:
Вспомогательные технологические параметры
Известны реальные параметры давлений на входе и выходе НПС А1, НПС В1 и НПС С1 моделируемой технологической схемы (см. рисунок 2.3) для трех различных переходных процессов: Исходное состояние №1 — «Минимальный режим перекачки по нефтепроводу 1». В работе на НПС А1: 1 ПНА, 1 МНА; на НПС В1: нет работающих агрегатов; на НПС С1: нет работающих агрегатов. Переходный процесс - отключение 1 МНА на НПС А1; Исходное состояние №2. Рабочий режим перекачки. В работе НПС А1: 2 ПНА, 1 МНА; НПС В1: 1 МНА; НПС С1: 1 МНА. Переходный і процесс - отключение 1 МНА на НПС В1; - Исходное состояние №3. Максимальный режим перекачки. В работе НПС А1: 2 ПНА, 2 МНА; НПС В1: 1 МНА; НПС С1: 2 МНА. Переходный процесс - отключение Ь МНА на НПС С1.
Исходное состояние №1 загружается на тренажере в режим моделирования, запускается переходный процесс (отключение МНА на НПС А1) и со скважностью времени 10 сек. в течении 1 мин. сравниваются реальные данные с результатами расчета математических моделей №1 и №2. Далее на тренажере производятся технологические переключения и загружается исходное состояние №2, по истечении 10 минут (время установления стационарного состояния работы нефтепровода) запускается переходный процесс (отключение МНА на НПС В1) и вновь сравниваются реальные данные с результатами расчета математических моделей со скважностью времени 10 сек. в течении 1 мин. Далее аналогично сравниваются данные для исходного состояния №3. Для основных параметров в режиме моделирования нестационарных состояний устанавливается допустимое отклонение 10,0 % от величины реального значения параметра.
Согласно результатам проверки адекватности моделирования нестационарных состояний значение максимального отклонения контролируемых параметров для математической модели №1 составило 4,39%, для математической модели №2 16,81%. Таким образом, установленному критерию адекватности моделирования нестационарных состояний соответствует математическая модель №1.
Согласно требованиям регламента ОАО «АК «Транснефть» «Общие требования автоматизированным обучающим системам и к тренажерным комплексам» [97] устойчивость моделирования проверяли следующим образом: исходное состояние на тренажере включается в режим моделирования на 60 минут, при этом значения основных параметров, не должны отклоняться за это время от значений соответствующих параметров реального объекта более чем на 1,0 %. При проведении эксперимента рассматривались тренды давлений на входе в выходе МНС каждой НПС моделируемой технологической схемы (см. рисунок 2.3). Результаты эксперимента представлены в таблице 3.6. и 3.6.
Согласно результатам проверки устойчивости моделирования значение максимального отклонения контролируемых параметров для модели №1 составило 0,4%, для модели №2 - 0,5%. Диаграмма моделирования вспомогательных параметров
Для различных видов моделируемых вспомогательных технологических параметров начальные, рабочие, предельные и аварийные значения определяются в соответствии со значениями установленными в регламенте РД-06.02-72.60.00.КТН-059-1-05 «Автоматизация и телемеханизация магистральных нефтепроводов. Основные положения» [98] и из реальных данных технологического процесса и значений уставок срабатывания СУ.
Время выхода на рабочий режим и вид функции Тр = f(t) для каждого моделируемого технологического параметра так же определятся исходя из реальных данных технологического процесса.
Описание принятых алгоритмов изменения различньгх моделируемых вспомогательных параметров представлено в таблице 3.7.
Модель системы управления ТП моделирует работу СА (работу первичных датчиков, линии связи, среднего уровня СА, верхнего уровня СА) в соответствии с требованиями регламента по автоматизации и телемеханизации МН [98]. Предложенная модель СА разработана на основе стандартных типовых решений, применяемых в ОАО «АК «Транснефть» при автоматизации НПС, и позволяет производить настройку параметров в соответствии с существующими СА технологических участков нефтепроводов (изменение алгоритмов работы СА, изменение временных и аналоговых уставок).
Модель СА включает в себя так же блок имитации работы вспомогательных систем. Алгоритмический модуль контроля состояния и управления агрегатом вспомогательных систем и системы пожаротушения (любого типа) реализованный на тренажере представлен в приложении 5.
К вспомогательным системам НПС имитируемым на тренажере относятся: маслосистема, система вентиляции, система оборотного водоснабжения, система откачки утечек, система энергоснабжения, система канализации и система автоматического пожаротушения.
Статистическая оценка результатов времени выполнения
Проведенный анализ показал, что наиболее адекватными характеристиками оценки эффективности результатов обучения с использованием разработанной тренажерной системы являются показатели времени выполнения определенных действий, доля правильных действий, а также такие сравнительные показатели, как коэффициент усвоения и коэффициент сокращения времени выполнения.
Проведенные исследования эффективности разработанной тренажерной системы показали, что при решении типовых задач приемки смены среднее время приемки сокращается с 18 до 15 минут, что при уровне значимости а=0,01 является статистически значимым различием. Доля правильных действий увеличивается с 76% до 97%. Соответственно в восемь раза уменьшается количество ошибок.
При решении проблем аварийной ситуации на одной из подсистем среднее время правильной реакции сокращается почти в два раза, стандартное отклонение (разброс) времени - в 2,5 раза. Доля правильных действий увеличивается с 64% до 89%, то есть более чем в три раза сокращается доля ошибочных действий.
При решении проблем аварийной ситуации станционного характера среднее время реакции сокращается с 19,1 минуты до 10,5 минут, стандартное отклонение (разброс) времени - в 2,7 раза. Доля правильных действий увеличивается с 57% до 84%, то есть в два с лишним раза уменьшается доля ошибочных действий.
Анализ данных по обучению персонала сложных технических систем с использованием современных тренажерных комплексов показал, что аварийность на объектах ОАО «АК «Транснефть» по вине оперативного и диспетчерского персонала составляет 9,1%, что главным образом обусловлено отсутствием готовности к работе в сложных штатных и нештатных ситуациях. Это положение требует применение для подготовки оперативного и диспетчерского персонала имитационных тренажеров нового поколения. Установлено, что в структуре тренажеров необходимым является наличие подсистемы генерации и анализа аварийных ситуаций, которая в большинстве известных систем либо не реализована, либо реализована не в полном объеме.
Предложена новая методика построения тренажерного комплекса для подготовки диспетчеров и операторов трубопроводного транспорта на базе единого подхода, новых моделей и метода типизации. Она заключается в построении математической модели типового участка нефтепровода, модели типовой СУ, проектировании типовой системы отображения диспетчерской информации, базы данных и типового имитатора аварийных ситуаций. Типовой имитатор СУ спроектирован на основе РД, регламентирующих тип, место и время возникновения ситуации.
Разработано новое программное обеспечение тренажерного комплекса для обучения деятельности по обеспечению промышленной безопасности при управлении объектами транспорта нефти и нефтепродуктов в штатных и нештатных ситуациях на основе концептуальных моделей деятельности человека-оператора. В составе тренажерного комплекса впервые разработан имитатор аварийных ситуаций, позволяющий реализовать режим обучения, максимально соответствующий реальному рабочему месту и методика его применения, отличающийся возможностью задания набора
Разработана методика обучения на базе разработанного тренажерного комплекса. Данная методика позволяет существенно сократить время выполнения учебных заданий, то есть повысить скорость реакции на аварийные ситуации, а также повысить долю правильно выполняемых действий.
Экспериментальное исследование разработанных методик, моделей и алгоритмов показало с достоверностью у=0,95, что в штатных режимах в три раза уменьшается количество ошибок. С тем же уровнем достоверности установлено, что при решении проблем аварийной ситуации на одной из подсистем среднее время правильной реакции сокращается в два раза, а доля правильных действий увеличивается с 64% до 89%, то есть более чем в три раза сокращается доля ошибочных действий. НА том же уровне достоверности установлено, что при решении проблем аварийной ситуации станционного характера среднее время реакции сокращается в два раза (с 19,1 минуты до 10,5 минут), а доля правильных действий увеличивается с 57% до 84%, то есть в два с лишним раза уменьшается доля ошибочных действий.
