RU2697957C1 - Automated learning method - Google Patents

Automated learning method Download PDF

Info

Publication number
RU2697957C1
RU2697957C1 RU2018122947A RU2018122947A RU2697957C1 RU 2697957 C1 RU2697957 C1 RU 2697957C1 RU 2018122947 A RU2018122947 A RU 2018122947A RU 2018122947 A RU2018122947 A RU 2018122947A RU 2697957 C1 RU2697957 C1 RU 2697957C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
technological
technological process
automated
training
generator
Prior art date
Application number
RU2018122947A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Александрович Аксененко
Роман Валерьевич Балько
Андрей Александрович Касьяненко
Денис Львович Симко
Денис Александрович Шрамко
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Севернефтегазпром"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Севернефтегазпром" filed Critical Открытое акционерное общество "Севернефтегазпром"
Priority to RU2018122947A priority Critical patent/RU2697957C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2697957C1 publication Critical patent/RU2697957C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B19/00—Teaching not covered by other main groups of this subclass
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B9/00—Simulators for teaching or training purposes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Educational Technology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
  • Electrically Operated Instructional Devices (AREA)

Abstract

FIELD: education.
SUBSTANCE: invention relates to computer means of employees training. Method of automated training, which includes computer server for systematization of technological processes, equipped with knowledge bases, virtual simulation of process, analysis unit, characterized in that technological processes are created or adjusted using an instructor interface, a process designer and a library of process units, training process is started in a virtual environment and using a process disturbance generator to select causes and symptoms of violations from the knowledge base through an instructor interface, after which trainees control the process using an interface and a system for automated control of actuators in a virtual environment of the process, using a unit for analyzing the progress of the technological process, completing the knowledge base, wherein the knowledge is assessed and the actions of the trainees are recorded, after which a report on the effectiveness of their actions is formed.
EFFECT: broader functional capabilities.
4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к компьютерным средствам обучения работников, эксплуатирующих сложное высокотехнологичное оборудование, в частности агрегаты компрессорных станций и предназначено для проверки их знаний и навыков эффективного, безаварийного ведения технологических процессов.The invention relates to computer aids for training workers operating complex high-tech equipment, in particular compressor station units, and is intended to test their knowledge and skills of efficient, trouble-free process management.

Одной из основных причин возникновения аварий и инцидентов на взрывопожароопасных объектах газовой промышленности являются неверные действия персонала по причине отсутствия навыков прогнозирования путей развития аварийных ситуаций, опыта принятия ответственных решений в короткий промежуток времени в стрессовых и экстремальных ситуациях, а также отсутствие возможности тренироваться и развивать указанные навыки.One of the main causes of accidents and incidents at explosive and fire hazardous facilities in the gas industry is personnel misconduct due to the lack of skills in predicting the development of emergency situations, the experience of making critical decisions in a short period of time in stressful and extreme situations, and the inability to train and develop these skills .

Из уровня техники известен способ автоматизированного обучения персонала морских нефтегазодобывающих платформ действиям в экстремальных и аварийных условиях (RU 2455699 C1, МПК G09B 19/00, опубл. 10.07.2012). Способ заключается в генерации виртуального окружения (среды) для автоматизируемого рабочего места (АРМ) 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. Способ отличает от аналогов то, 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. К недостаткам аналога способа относятся следующие аспекты.The prior art method for the automated training of personnel of offshore oil and gas platforms in extreme and emergency conditions (RU 2455699 C1, IPC G09B 19/00, publ. 10.07.2012). The method consists in generating a virtual environment (environment) for an automated workplace (AWS) trained by means of interactive three-dimensional graphics, which increases the efficiency of acquiring practical skills in actions during the liquidation of accidents on offshore oil and gas platforms (fire, flooding, emergency leaving the platform) in extreme and emergency conditions. The method includes the use of a computer system to form a flexible information space, equipped with a knowledge base that provides for the systematization of emergencies and the corresponding symptoms of process disturbances; emergency generation device; a device for generating symptoms, a device for assessing the learner's knowledge and skills in training and exam modes; a device for the user to configure the parameters for assessing the knowledge and skills of the learner; training logging device; the student’s interface with the emergency generation device, with the symptom generation device and with the evaluation device, the user interface with the knowledge base, with the evaluation device and with the training logging device. The method differs from analogues in that a flexible information space is formed by creating a virtual environment for which the symptoms of an emergency are synthesized and presented to the learner, and then, in order to detect the source of the emergency, they provide the learner with means of interaction with the virtual environment for moving, at the same time provide the learner with a virtual the use of personal protective equipment and rescue equipment, taking into account the impact of the damaging factors of the accident on the virtual model learn, record each completed action of the learner by the logging device, simulate the emergency development process and carry out adaptive management of the learning process, evaluate the timeliness and correctness of the decision-making sequence, and provide the user with the opportunity to select prepared emergency scenarios and generate emergency emergency location and parameters from the database situations at any point in time. The disadvantages of the analogue of the method include the following aspects.

1. Отсутствие возможности одновременного группового обучения работников для отработки навыков совместных действий, как при ведении нормального технологического процесса, так и с целью предотвращения, предупреждения и ликвидации аварийных ситуаций (в предлагаемом способе автоматизированного обучения (далее - способ) групповое обучение реализуется за счет применения двух АРМ обучаемых работников и возможностей программного обеспечения, моделирующего общее виртуальное пространство).1. The lack of the possibility of simultaneous group training of workers to develop skills of joint actions, both in the conduct of a normal technological process and with the aim of preventing, preventing and eliminating emergency situations (in the proposed method of automated training (hereinafter - the method), group training is implemented through the use of two AWP of trained workers and capabilities of software modeling a common virtual space).

2. Отсутствие возможности моделирования случайных аварийных ситуаций (в предлагаемом способе обучение может происходить с использованием случайного выбора предопределенных аварийных ситуаций, которые обучаемым неизвестны в данный момент).2. The inability to simulate random emergencies (in the proposed method, training can occur using a random selection of predefined emergencies that the trainees are not currently aware of).

3. В процессе обучения не предусматривается осмысление обучаемыми хода технологического процесса и последствий к которым могут привести их действия.3. The learning process does not provide for students to make sense of the technological process and the consequences that their actions may lead to.

4. Не предусмотрена возможность расширения базы данных сконструированных/предопределенных аварийных ситуаций, добавления новых аварийных ситуаций для моделирования новых причин и условий возникновения аварийных ситуаций (в предлагаемом способе обучения предусмотрена база знаний 10 которая пополняется, как методом самообучения программно-аппаратного комплекса, так и методом ручного редактирования элементов).4. It is not possible to expand the database of designed / predefined emergencies, add new emergencies to model new causes and conditions for emergencies (in the proposed training method, a knowledge base 10 is provided which is replenished both by the self-learning method of the hardware-software complex and by the method manual editing of elements).

5. Не предусмотрена возможность влияния Инструктора (наблюдает за процессом обучения) на развитие учебной ситуации. Инструктор не имеет возможности произвольно, в реальном режиме времени, вносить возмущающие действия в процесс обучения, с целью усложнения задачи обучаемому (в предлагаемом способе обучения инструктор имеет возможность корректировки описания причин и симптомов нарушения хода технологического процесса 6 путем внесения изменений и дополнений в базу знаний 10, управляет работой генератора 13 нарушений хода технологического процесса).5. The possibility of the Instructor's influence (oversees the learning process) on the development of the educational situation is not provided. The instructor does not have the ability to arbitrarily, in real time, introduce disturbing actions into the learning process in order to complicate the task for the learner (in the proposed training method, the instructor has the ability to adjust the description of the causes and symptoms of the technological process violation 6 by making changes and additions to the knowledge base 10 controls the operation of the generator 13 violations of the process).

Наиболее близким к заявленному изобретению техническим решением и выбранным в качестве прототипа является способ автоматизированного обучения базовым навыкам управления технологическими процессами (RU 2229166 C1, МПК G09B 19/18, G09B 7/00, G06F 17/60, опубл. 20.05.2004). Способ 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. Способ отличает от аналогов то, что гибкое информационное пространство формируют путем пополнения пользователем базы знаний за счет обобщения известных типовых нарушений хода технологического процесса, 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.Closest to the claimed invention, the technical solution and selected as a prototype is a method of automated learning the basic skills of process control (RU 2229166 C1, IPC G09B 19/18, G09B 7/00, G06F 17/60, publ. 05.20.2004). The method includes the use of a computer system for the formation of a flexible information space equipped with a knowledge base that provides for the systematization of causes and corresponding symptoms of technological process disturbances, a device for generating causes, a device for generating symptoms, a device for evaluating a student’s knowledge and skills in training and exam modes, and a device user settings for assessing the student’s knowledge and skills, exam recording device, interface Som trainee with generating device causes the device generating the symptoms and evaluation device interface instructor with the knowledge base, and device evaluation device logging exam. The method differs from analogs in that a flexible information space is formed by replenishing a knowledge base by a user by summarizing known typical violations of the technological process, analyzing violations in real technological installations of a particular enterprise, simulating situations on computer simulators and attracting expert evaluations of specialists, they sequentially generate and present the learner has individual causes with a set of symptoms, some of which correspond to the presented reasons, for you ora of the right symptoms, the individual learner of symptoms will be consistently generated and presented to the learner with several reasons, one of which corresponds to the presented set of symptoms, to select the right cause, and in the training mode the learner will be given the correct answers for each choice, in the exam mode they will provide the learner with an overall grade for the task, consisting of a pre-determined number of choices by the user, provides the user with the ability to configure rights assessment parameters lnosti selection decisions trainees, provide the user with a detailed report on each exam the student to analyze and certification of knowledge and teaching skills.

К недостаткам прототипа способа относятся следующие аспекты.The disadvantages of the prototype method include the following aspects.

1. Необходимость выбора обучаемым правильных ответов из предоставленных без возможности использования личного или нестандартного варианта принятия решения.1. The need for students to choose the correct answers from those provided without the possibility of using a personal or non-standard decision-making option.

2. Отсутствие возможности одновременного группового обучения работников для отработки навыков совместных действий, как при ведении нормального технологического процесса, так и с целью предупреждения и предотвращения аварийных ситуаций.2. The lack of the possibility of simultaneous group training of employees to develop joint action skills, both in the conduct of a normal technological process, and with the aim of preventing and preventing emergency situations.

3. Отсутствие возможности моделирования случайных аварийных ситуаций.3. Lack of ability to simulate accidental emergencies.

4. В процессе обучения не предусматривается осмысление обучаемыми хода технологического процесса и последствий, к которым могут привести их действия.4. The learning process does not provide for students to make sense of the technological process and the consequences that their actions may lead to.

5. Не предусмотрена возможность расширения базы данных сконструированных/предопределенных аварийных ситуаций; добавления новых аварийных ситуаций для моделирования новых причин и условий их возникновения.5. It is not possible to expand the database of designed / predefined emergency situations; adding new emergencies to simulate new causes and conditions for their occurrence.

6. Не предусмотрена возможность влияния инструктора, наблюдающего за процессом обучения, на развитие учебной ситуации. Инструктор не имеет возможности произвольно, в реальном режиме времени, вносить возмущающие действия в процесс обучения, с целью усложнить задачу обучаемому.6. The possibility of the influence of an instructor who monitors the learning process on the development of the educational situation is not provided. The instructor does not have the ability to arbitrarily, in real time, introduce disturbing actions into the learning process in order to complicate the task of the learner.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является расширение функциональных возможностей способа автоматизированного обучения работников, эксплуатирующих сложное технологическое оборудование.The technical problem, the solution of which the claimed invention is directed, is to expand the functionality of the method of automated training for workers operating complex technological equipment.

Положительный технический результат заключается в повышении квалификации работников любого уровня, включая руководителей, инженерно-технических специалистов, а также сотрудников, непосредственно задействованных при управлении технологическими процессами. Обучение предусматривает отработку навыков принятия решений и действий работников при нормальном ходе технологического процесса, а также при возникновении нештатных и аварийных ситуаций, с целью их предупреждения или минимизации последствий аварийных ситуаций в случае их возникновения.A positive technical result consists in improving the qualifications of employees at any level, including managers, engineering and technical specialists, as well as employees directly involved in the management of technological processes. The training provides for the development of decision-making skills and actions of employees during the normal course of the technological process, as well as in the event of emergency and emergency situations, with the aim of preventing them or minimizing the consequences of emergency situations in case of their occurrence.

Указанный технический результат достигается тем, что способ автоматизированного обучения включает в себя использование автоматизированных рабочих мест обучаемых и инструктора и вычислительного сервера с программным обеспечением, обеспечивающим систематизацию технологических процессов, снабженного базами знаний, генератором причин и симптомов нарушений хода технологического процесса, средствами виртуального моделирования технологического процесса, базой анализа хода технологического процесса. Отличает способ от аналогов то, что с помощью модуля автоматизированного обучения предварительно выполняют конструирование и настройку технологического процесса, применяя для этого программно-аппаратный интерфейс пользователя, конструктор технологических процессов и библиотеку технологических единиц, после чего включают разработанные сценарии обучения и технологические процессы, инициируют начало обучения путем включения в работу генератора нарушений хода технологического процесса, запускают процесс моделирования развития ситуации на виртуальном технологическом процессе, при этом обучаемые управляют технологическим процессом путем воздействия на исполнительные механизмы в виртуальной среде при помощи системы автоматизированного управления технологическим процессом.The specified technical result is achieved by the fact that the method of automated training includes the use of automated workstations of trainees and instructors and a computing server with software that provides a systematization of technological processes, equipped with knowledge bases, a generator of the causes and symptoms of violations of the technological process, and virtual modeling of the technological process , the basis of the analysis of the process. The method differs from analogues by the fact that, using the automated learning module, the design and configuration of the technological process are preliminarily performed using the hardware and software user interface, the technological process designer and the library of technological units, after which they include the developed training scenarios and technological processes, initiate the start of training by incorporating the generator of violations of the process, the process of modeling the development of sieves is launched ation on the virtual process, the trainees manage the process by acting on the actuators in a virtual environment with the help of computer-aided process control.

Сущность способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана структурная схема программно-аппаратного комплекса; на фиг. 2 - интерфейс конструктора технологических процессов; на фиг. 3 - процесс управления обучаемым технологическим процессом.The essence of the method is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a structural diagram of a hardware-software complex; in FIG. 2 - interface of the designer of technological processes; in FIG. 3 - the process of managing the learning process.

Программно-аппаратный комплекс, с помощью которого осуществляют способ, устроен следующим образом.The hardware-software complex with which the method is carried out is arranged as follows.

Для создания технологических процессов предназначен программно-аппаратный интерфейс пользователя 1, который, взаимодействуя с конструктором 2 технологических процессов (фиг. 1), позволяет создавать или модифицировать технологические процессы различной сложности, описывать характеристики конкретного технологического процесса, а также подготавливать технологические единицы оборудования, задействованные в нем. Конструктор 2 технологических процессов работает с библиотекой технологических единиц 3, предусматривающей создание новых и редактирование уже существующих элементов библиотеки. Содержащаяся в библиотеке 3 информация исчерпывающе описывает параметры и характеристики технологической единицы и поведение ее в физическом мире, а также содержит в себе информацию о визуализации объекта в различных состояниях. Библиотека 3 технологических единиц содержит описание следующих элементов: локальные установки, исполнительные механизмы, линейные участки трубопроводов и другие.To create technological processes, a hardware-software user interface 1 is intended, which, interacting with the designer of technological processes 2 (Fig. 1), allows you to create or modify technological processes of varying complexity, describe the characteristics of a particular technological process, and also prepare technological units of equipment involved in him. Constructor 2 of technological processes works with a library of technological units 3, which provides for the creation of new and editing of existing library elements. The information contained in the library 3 comprehensively describes the parameters and characteristics of the technological unit and its behavior in the physical world, and also contains information on the visualization of the object in various states. The library of 3 technological units contains a description of the following elements: local units, actuators, linear sections of pipelines and others.

Средства виртуального моделирования технологического процесса 4 обеспечивают функционирование виртуальной модели технологического процесса, как в реальном времени, так и с заданным временным масштабированием, а также обеспечивают визуализацию технологического процесса средствами интерактивной трехмерной графики. Средства виртуального моделирования технологического процесса 4 взаимодействуют с конструктором 2 технологических процессов и библиотекой 3 технологических единиц (фиг. 2). Далее блок 5 программных средств осуществляет визуализацию сконструированного технологического процесса 4 средствами интерактивной трехмерной графики (фиг. 3). В результате работы блока 5 формируется виртуальный технологический процесс 6. Для работы с 3D-моделью сконструированного технологического процесса предназначен интерфейс пользователя 7, пример которого приведен на фиг. 3. Виртуальный технологический процесс 6 обеспечивает модельное представление технологического процесса с заданными параметрами, при этом он не является статическим, а динамически изменяется в зависимости от действий обучаемого, инструктора и собственно развития самих моделируемых физических процессов. Виртуальный технологический процесс 6 - основной элемент, с которым взаимодействуют обучающие модули, модули визуализации и система автоматизированного управления технологическим процессом 8 во время обучения.Virtual process modeling tools 4 ensure the functioning of the virtual process model, both in real time and with a given time scale, and also provide visualization of the process using interactive three-dimensional graphics. Means of virtual modeling of technological process 4 interact with the designer 2 of technological processes and a library of 3 technological units (Fig. 2). Next, the block 5 software implements the visualization of the constructed technological process 4 by means of interactive three-dimensional graphics (Fig. 3). As a result of the operation of block 5, a virtual technological process is formed 6. A user interface 7 is designed to work with a 3D model of the constructed technological process, an example of which is shown in FIG. 3. The virtual technological process 6 provides a model representation of the technological process with the given parameters, while it is not static, but dynamically changes depending on the actions of the trainee, instructor, and the actual development of the simulated physical processes themselves. Virtual technological process 6 is the main element with which the training modules, visualization modules and the automated process control system 8 interact during training.

Для управления ходом технологического процесса в программно-аппаратном комплексе применяется система автоматизированного управления технологическим процессом (АСУ ТП) 8, выполненная на основе промышленного контроллера, повторяющая интерфейс систем и алгоритмы управления аналогичных устройств, установленных на реальных технологических объектах со стопроцентной достоверностью. При этом АСУ ТП 8 подключена к средствам виртуального технологического процесса 6 и интерфейсу пользователя, дублирующего пульт оператора автоматизированной системы управления 9, что обеспечивает возможность как считывать информацию о ходе технологического процесса, так и воздействовать на технологический процесс путем ручного или автоматического управления.To control the progress of the technological process in the hardware-software complex, an automated process control system (ACS TP) 8 is used, made on the basis of an industrial controller, repeating the system interface and control algorithms for similar devices installed on real technological objects with absolute certainty. In this case, the automatic process control system 8 is connected to the means of the virtual technological process 6 and the user interface duplicating the operator console of the automated control system 9, which provides the ability to both read information about the process and to influence the technological process by manual or automatic control.

Для систематизации причин и соответствующих им симптомов нарушений хода технологического процесса предусмотрена база знаний 10, которая пополняется, как методом самообучения программно-аппаратного комплекса, так и методом ручного редактирования элементов базы знаний за счет обобщения известных типовых нарушений хода технологических процессов, блока анализа нарушений хода технологического процесса 11, произошедших на реальных технологических установках, и анализа ситуаций, смоделированных настоящим способом с привлечением экспертных оценок специалистов модельных ситуаций.To systematize the causes and the corresponding symptoms of violations of the technological process, a knowledge base 10 is provided, which is replenished both by the method of self-training of a hardware-software complex and by manually editing the elements of the knowledge base by summarizing the known typical violations of the technological processes, block analysis of technological process violations process 11, which occurred on real technological installations, and analysis of situations modeled in this way with the involvement of experts s estimates of experts model situations.

Для работы с базой знаний 10 предусмотрен интерфейс пользователя 12, позволяющий осуществить заполнение базы знаний 10 описанием причин и симптомов нарушений хода технологического процесса 6. Для случайного выбора причин нарушения хода технологического процесса 6 из ранее определенной базы предназначен генератор причин и симптомов нарушений хода технологического процесса 13, который может быть выполнен на основе аппаратного генератора случайных чисел, известного, например, по патенту US 6324558 B1.A user interface 12 is provided for working with knowledge base 10, which allows filling out the knowledge base 10 with a description of the causes and symptoms of technological process disturbances 6. For a random selection of causes of technological process disturbances 6 from a previously defined base, a generator of causes and symptoms of technological disturbances is designed 13 , which can be performed on the basis of a hardware random number generator, known, for example, from patent US 6324558 B1.

Для подготовки пользователя к обучению, выбору задания и определения режима обучения предназначен соответствующий интерфейс пользователя 14.To prepare the user for training, selecting tasks and determining the training mode, the corresponding user interface 14 is intended.

Последним элементом в цепочке обучения является устройство протоколирования и оценивания знаний 15, которое может быть выполнено, например, в виде видеокамеры, которая фиксирует действия пользователя для их дальнейшего анализа, в том числе правильности применения индивидуальных средств защиты, своевременности последовательности принятия решений и достигнутый результат. Устройство 15 выполняет функции проверяющего органа и исключает субъективность при оценке знаний обучаемого.The last element in the learning chain is a device for recording and evaluating knowledge 15, which can be performed, for example, in the form of a video camera that captures the user's actions for further analysis, including the correct use of personal protective equipment, the timeliness of the decision-making sequence, and the result achieved. The device 15 performs the functions of a checking body and eliminates subjectivity in assessing the knowledge of the student.

Программно-аппаратный комплекс реализован с помощью следующих программных и аппаратных средств.The hardware-software complex is implemented using the following software and hardware.

1. В качестве основы комплекса, на котором разворачивается программное обеспечение, использован высокопроизводительный сервер, обеспечивающий необходимые вычисления и хранение данных.1. As the basis of the complex on which the software is deployed, a high-performance server is used that provides the necessary calculations and data storage.

2. Автоматизированные рабочие места инструктора и обучаемого представляют собой персональные компьютеры, с установленным на них специализированным программным обеспечением. При этом блоки 1, 2, 3 и 4 реализованы с помощью специализированного программного обеспечения, обеспечивающего возможность построения достоверных моделей реальных физических процессов на основе расширяемого специализированного математического аппарата и библиотек технологических единиц, описывающих физические и технологические свойства технологических установок. Блок 5 реализован на основе инструмента виртуальной реальности, позволяющего генерировать трехмерное представление объектов. Блок 6 представляет собой структурированную динамически изменяющуюся совокупность информации, характеризующую виртуальный технологический процесс и хранящуюся на материальных носителях, представляющих собой оперативную память сервера и его жесткие диски. Блоки 7, 9, 14, 15 реализованы с помощью программного обеспечения для создания человеко-машинного интерфейса (SCADA системы) и обеспечивают функционирование автоматизированного рабочего места обучаемого. Блоки 10, 11, 12 и 13 реализованы с помощью специализированного программного обеспечения, обеспечивающего возможность построения достоверных моделей реальных физических процессов на основе расширяемого специализированного математического аппарата, при этом, как было указано выше, блок 13 может быть выполнен на основе аппаратного генератора случайных чисел.2. The automated workstations of the instructor and student are personal computers with specialized software installed on them. Moreover, blocks 1, 2, 3, and 4 are implemented using specialized software that provides the ability to build reliable models of real physical processes based on an expandable specialized mathematical apparatus and libraries of technological units that describe the physical and technological properties of technological plants. Block 5 is implemented on the basis of a virtual reality tool that allows you to generate a three-dimensional representation of objects. Block 6 is a structured dynamically changing set of information characterizing a virtual technological process and stored on tangible media representing the server’s RAM and its hard drives. Blocks 7, 9, 14, 15 are implemented using software to create a human-machine interface (SCADA system) and provide the functioning of an automated workplace of a student. Blocks 10, 11, 12 and 13 are implemented using specialized software that provides the ability to build reliable models of real physical processes on the basis of an expandable specialized mathematical apparatus, and, as mentioned above, block 13 can be performed on the basis of a hardware random number generator.

3. Система автоматизированного управления технологическим процессом 8 реализована на базе промышленных программируемых логических контроллеров, являющихся частью распределенной системы управления технологическими процессами производства. Распределенная система управления представляет собой однородную, функционально-полную универсальную программно-аппаратную платформу для решения задач комплексной автоматизации предприятий различных отраслей промышленного производства.3. The automated process control system 8 is implemented on the basis of industrial programmable logic controllers, which are part of a distributed production process control system. The distributed control system is a homogeneous, functionally complete universal software and hardware platform for solving the tasks of complex automation of enterprises in various industries.

4. Для связи элементов 4, 5, 6 и 8 программно-аппаратного комплекса применяется коммуникационный аппаратный модуль.4. To communicate elements 4, 5, 6 and 8 of the hardware-software complex, a communication hardware module is used.

5. Средства виртуального моделирования 4, реализованы в виде системы виртуализации, позволяющей объединить аппаратные средства двух или нескольких серверов в единый вычислительный комплекс с возможностью запуска необходимого количества виртуальных серверов и автоматизированных рабочих мест обучаемых и инструктора.5. Virtual simulation tools 4, implemented as a virtualization system that allows you to combine the hardware of two or more servers into a single computing complex with the ability to run the required number of virtual servers and workstations for trainees and instructors.

6. Прикладное программное обеспечение, обеспечивающее симуляцию технологических процессов, создание и хранение библиотеки технологического оборудования, создание взаимосвязей технологического оборудования реализовано на основе специализированного программного обеспечения, обеспечивающего возможность построения достоверных моделей реальных физических процессов на основе расширяемого специализированного математического аппарата. Для симуляции гидродинамических сетей с гомогенной средой (вода/газы), включая давление, температуру и расход применена соответствующая библиотека.6. Application software that provides the simulation of technological processes, the creation and storage of a library of technological equipment, the creation of technological equipment interconnections is implemented on the basis of specialized software that provides the ability to build reliable models of real physical processes based on an expandable specialized mathematical apparatus. To simulate hydrodynamic networks with a homogeneous medium (water / gases), including pressure, temperature and flow rate, the corresponding library is used.

Осуществление способа рассмотрим на примере.The implementation of the method will consider an example.

На этапе конфигурирования программно-аппаратного комплекса перед началом его эксплуатации выполняют создание и настройку эмулируемого технологического процесса, используя при этом программно-аппаратный интерфейс пользователя 1, конструктор технологических процессов 2 и библиотеку технологических единиц 3. При необходимости инструктор корректирует описания причин и симптомов нарушения хода виртуального технологического процесса 6 путем внесения изменений и дополнений в базу знаний 10 с использованием интерфейса пользователя 12. После того как комплекс готов к работе, включают разработанные сценарии обучения и технологические процессы, а обучаемые и инструктор занимают соответствующие автоматизированные рабочие места.At the stage of configuring the hardware-software complex, before the start of its operation, the emulated technological process is created and tuned using the hardware-software user interface 1, technological process designer 2 and the library of technological units 3. If necessary, the instructor corrects the descriptions of the causes and symptoms of the virtual process 6 by making changes and additions to the knowledge base 10 using the user interface 12. After Before the complex is ready for work, they include developed training scenarios and technological processes, while trainees and instructors occupy the corresponding automated workstations.

Инструктор выбирает тему занятия и запускает процесс обучения при помощи интерфейса пользователя 14, инициирует начало обучения, включая в работу генератор причин и симптомов нарушений хода технологического процесса 13. В зависимости от выбранных параметров в процессе обучения генерируются различные штатные или аварийные ситуации при помощи генератора 13, после чего запускается процесс моделирования развития конкретной ситуации на виртуальном технологическом процессе 6. При этом сфера к которой относится конкретный технологический процесс может варьироваться в широких пределах: от моделирования работы газоперекачивающего агрегата до имитации работы установки комплексной подготовки газа, линейных участков транспортировки газа, включая отдельные процессы, характерные для предприятий химической промышленности.The instructor selects the topic of the lesson and starts the learning process using the user interface 14, initiates the beginning of the training, including the generator of causes and symptoms of technological process violations 13. Depending on the selected parameters, various regular or emergency situations are generated using the generator 13, after which the process of modeling the development of a specific situation on the virtual technological process 6 is launched. At the same time, the sphere to which a specific technological pr process of can vary within wide limits: from simulation of pumping unit to simulate the operation of complex gas, the gas linear transport sections, including separate processes that are typical for the chemical industry.

Средства виртуального моделирования технологического процесса 4 обеспечивают функционирование виртуальной модели технологического процесса, как в реальном времени, так и с заданным временным масштабированием, а также обеспечивают визуализацию технологического процесса средствами интерактивной трехмерной графики. Средства виртуального моделирования технологического процесса 4 взаимодействуют с конструктором технологических процессов 2 и библиотекой технологических единиц 3, а блок программных средств 5 осуществляет визуализацию сконструированного технологического процесса средствами интерактивной трехмерной графики (фиг. 3).Virtual process modeling tools 4 ensure the functioning of the virtual process model, both in real time and with a given time scale, and also provide visualization of the process using interactive three-dimensional graphics. Virtual modeling tools for technological process 4 interact with the designer of technological processes 2 and the library of technological units 3, and the block of software 5 implements visualization of the constructed technological process using interactive three-dimensional graphics (Fig. 3).

Обучаемый имеет в своем распоряжении средства для взаимодействия с технологическим процессом, включающие в себя систему автоматизированного управления технологическим процессом 8, интерфейс пользователя 9, дублирующего пульт оператора автоматизированной системы управления технологическим процессом и видеокарту, синтезирующую кадры работы реальной системы автоматизированного управления и имитирующей перемещение обучающегося в виртуальном пространстве, включая его взаимодействие с различными исполнительными механизмами и приборами внутри виртуальной среды при помощи блока программных средств 5.The learner has at his disposal means for interacting with the technological process, including an automated process control system 8, a user interface 9 that duplicates the operator’s console of an automated process control system and a video card that synthesizes the frames of a real automated control system and simulates the student’s movement in a virtual space, including its interaction with various actuators and device inside the virtual environment using software block 5.

Осуществляя воздействие на исполнительные механизмы в виртуальной среде при помощи интерфейса пользователя 7 и управляя при помощи системы автоматизированного управления технологическим процессом 8, обучаемые оказывают воздействие на ход технологического процесса, предотвращают или минимизируют последствия нештатной ситуации или аварии, обеспечивая тем самым нормальный ход технологического процесса, либо наоборот дестабилизируют его, совершая неверные действия.By acting on actuators in a virtual environment using the user interface 7 and controlling using the automated process control system 8, students have an impact on the process flow, prevent or minimize the consequences of an emergency or accident, thereby ensuring a normal process flow, or on the contrary, they destabilize him by committing wrong actions.

Технологический процесс 6, благодаря применению специализированного программного обеспечения, обеспечивающего возможность построения достоверных моделей реальных физических процессов на основе расширяемого специализированного математического аппарата, моделируется с высокой степенью достоверности, что позволяет обучаемым в полной мере прочувствовать влияние, которое они оказывают своими действиями на ход технологического процесса, например, увидеть изменение давления, температуры в элементах системы, скоростей потоков жидкостей и газов, ход процессов гидратообразования на дросселируемых участках, а также оценить реакцию системы автоматизированного управления технологическим процессом 8 на изменение величин измеряемых параметров, проанализировать логику срабатывания предупредительной и аварийной сигнализации, блокировок и защит технологического оборудования, освоить навыки противоаварийного управления.Technological process 6, through the use of specialized software that provides the ability to build reliable models of real physical processes on the basis of an expandable specialized mathematical apparatus, is modeled with a high degree of reliability, which allows students to fully experience the effect that they exert on the course of the technological process, for example, see the change in pressure, temperature in the elements of the system, fluid flow rates gas and gas, the course of hydrate formation processes in throttled areas, as well as evaluate the reaction of the automated process control system 8 to changes in the measured parameters, analyze the logic for triggering warning and emergency alarms, locks and protections of technological equipment, and master emergency control skills.

Все время процесса обучения функционирует блок анализа хода технологического процесса 11, систематизируются причины и соответствующие им симптомы нарушения хода технологического процесса, информация поступает в базу знаний 10, которая таким образом пополняется, что обеспечивает самообучение комплекса.All the time of the learning process, a unit for analyzing the progress of the technological process 11 functions, the causes and the corresponding symptoms of disturbances in the progress of the process are systematized, the information enters the knowledge base 10, which is thus replenished, which ensures self-learning of the complex.

Устройство протоколирования и оценивания знаний 15 фиксирует действия обучаемых, в том числе и такие, как применение индивидуальных средств защиты, что позволяет оценить своевременность оказываемых воздействий на технологические единицы, работу в группе, последовательность принятия решений и достигнутый результат. По окончанию обучения программно-аппаратным комплексом автоматически формируется отчет о результативности действий обучаемого персонала.A device for recording and evaluating knowledge 15 captures the actions of trainees, including such as the use of personal protective equipment, which allows us to assess the timeliness of the impact on technological units, work in a group, the sequence of decision-making and the result achieved. At the end of training, a hardware-software complex automatically generates a report on the effectiveness of the actions of the trained personnel.

Claims (4)

1. Способ автоматизированного обучения, включающий использование автоматизированных рабочих мест обучаемых и инструктора соответственно и вычислительного сервера для систематизации технологических процессов, снабженного базами знаний, генератором причин и симптомов нарушений хода технологического процесса, средствами виртуального моделирования технологического процесса, блоком анализа хода технологического процесса, отличающийся тем, что создают или настраивают технологические процессы с помощью интерфейса инструктора, конструктора технологических процессов и библиотеки технологических единиц для моделирования технологического процесса, запускают процесс обучения управлением соответствующим технологическим процессом в виртуальной среде и используют генератор нарушений хода технологического процесса для выбора причин и симптомов нарушений из базы знаний посредством интерфейса инструктора, после чего обучаемые управляют указанным технологическим процессом при помощи интерфейса и системы автоматизированного управления исполнительными механизмами в виртуальной среде технологического процесса, с помощью блока анализа хода технологического процесса систематизируют причины и симптомы нарушения хода технологического процесса и управляющего воздействия обучаемого, тем самым пополняя базу знаний, при этом оценивают знания и фиксируют действия обучаемых, после чего формируют отчет о результативности их действий.1. A method of automated learning, including the use of automated workstations for trainees and instructors, respectively, and a computing server for systematizing technological processes, equipped with knowledge bases, a generator of the causes and symptoms of violations of the technological process, virtual modeling of the technological process, an analysis unit for the technological process, characterized in that create or configure technological processes using the instructor interface, one of technological processes and libraries of technological units for modeling the technological process, start the learning process by controlling the corresponding technological process in a virtual environment and use the technological process disturbance generator to select the causes and symptoms of violations from the knowledge base through the instructor’s interface, after which the students control the specified technological process when the help of the interface and the system of automated control of actuators in the virtual environment of the technological process, using the unit for analyzing the course of the technological process, systematize the causes and symptoms of violations of the technological process and the control action of the student, thereby replenishing the knowledge base, assessing knowledge and recording the actions of students, and then generate a report on the effectiveness of their actions. 2. Способ автоматизированного обучения по п. 1, отличающийся тем, что в качестве генератора нарушений хода технологического процесса используют аппаратный генератор случайных чисел.2. The method of automated learning according to claim 1, characterized in that a hardware random number generator is used as a generator of process disturbances. 3. Способ автоматизированного обучения по п. 1, отличающийся тем, что при помощи генератора нарушений хода технологического процесса генерируют штатные ситуации.3. The method of automated learning according to claim 1, characterized in that regular situations are generated using the generator of violations of the technological process. 4. Способ автоматизированного обучения по п. 1, отличающийся тем, что при помощи генератора нарушений хода технологического процесса генерируют аварийные ситуации.4. The method of automated learning according to claim 1, characterized in that emergency situations are generated using a generator of process disturbances.
RU2018122947A 2018-06-25 2018-06-25 Automated learning method RU2697957C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018122947A RU2697957C1 (en) 2018-06-25 2018-06-25 Automated learning method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018122947A RU2697957C1 (en) 2018-06-25 2018-06-25 Automated learning method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2697957C1 true RU2697957C1 (en) 2019-08-21

Family

ID=67733829

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018122947A RU2697957C1 (en) 2018-06-25 2018-06-25 Automated learning method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2697957C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2723365C1 (en) * 2019-09-24 2020-06-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Interactive web-training simulator
WO2021118416A1 (en) * 2019-12-13 2021-06-17 Евгений Валентинович ТЯН Drilling rig training simulator
RU2751978C1 (en) * 2021-01-29 2021-07-21 Общество с ограниченной ответственностью "Научные развлечения" Automated installation for carrying out chemical research

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4754410A (en) * 1986-02-06 1988-06-28 Westinghouse Electric Corp. Automated rule based process control method with feedback and apparatus therefor
RU2166211C2 (en) * 1999-04-15 2001-04-27 Халин Евгений Васильевич Computer-aided technique for training and certifying personnel of manufacturing enterprises in safety precautions
US20030129575A1 (en) * 2000-11-02 2003-07-10 L'allier James J. Automated individualized learning program creation system and associated methods
RU2229166C1 (en) * 2003-08-11 2004-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "Совместное предприятие ПЕТРОКОМ" Method for automated basic skills education, said skills needed for controlling technological processes
RU2455699C1 (en) * 2010-11-11 2012-07-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ Method for automated teaching personnel of offshore gas and oil platforms how to act in extreme and emergency conditions
RU2639932C2 (en) * 2015-11-23 2017-12-25 Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") Individual controller simulator for training of operative-controller staff of main oil pipelines

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4754410A (en) * 1986-02-06 1988-06-28 Westinghouse Electric Corp. Automated rule based process control method with feedback and apparatus therefor
RU2166211C2 (en) * 1999-04-15 2001-04-27 Халин Евгений Васильевич Computer-aided technique for training and certifying personnel of manufacturing enterprises in safety precautions
US20030129575A1 (en) * 2000-11-02 2003-07-10 L'allier James J. Automated individualized learning program creation system and associated methods
RU2229166C1 (en) * 2003-08-11 2004-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "Совместное предприятие ПЕТРОКОМ" Method for automated basic skills education, said skills needed for controlling technological processes
RU2455699C1 (en) * 2010-11-11 2012-07-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ Method for automated teaching personnel of offshore gas and oil platforms how to act in extreme and emergency conditions
RU2639932C2 (en) * 2015-11-23 2017-12-25 Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") Individual controller simulator for training of operative-controller staff of main oil pipelines

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2723365C1 (en) * 2019-09-24 2020-06-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Interactive web-training simulator
WO2021118416A1 (en) * 2019-12-13 2021-06-17 Евгений Валентинович ТЯН Drilling rig training simulator
RU2751978C1 (en) * 2021-01-29 2021-07-21 Общество с ограниченной ответственностью "Научные развлечения" Automated installation for carrying out chemical research

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2697957C1 (en) Automated learning method
Barot et al. V3S: A virtual environment for risk-management training based on human-activity models
Nazir et al. Towards effective training for process and maritime industries
Montague Promoting cognitive processing and learning by designing the learning environment
Bergamo et al. Simulation-based training and learning: A review on technology-enhanced education for the minerals industry
Hasan et al. Virtual reality as an industrial training tool: A review
Blümel et al. Virtual reality platforms for education and training in industry
Figueiredo et al. Teaching and learning strategies for introductory programming in university courses
RU2455699C1 (en) Method for automated teaching personnel of offshore gas and oil platforms how to act in extreme and emergency conditions
CN212256622U (en) Well control simulation system based on immersive virtual reality
Ayuningtyas et al. A web-based aircraft maintenance learning media to support learning process in aerospace engineering education during the COVID-19 pandemic
Dozortsev Methods for computer-based operator training as a key element of training systems (present-day trends)
Susarev et al. Training simulators development technique for oil and gas industry automation control systems
RU106422U1 (en) INTEGRATED EDUCATIONAL ENVIRONMENT
RU2699688C1 (en) Training complex for training of operating personnel of automated process control systems
Segura et al. Towards the education 4.0: integration of the concepts of Industry 4.0 within the degrees of naval architect and marine engineering
Viacheslavovich et al. Methods of training simulators development in aspect of increasing efficiency and safety production
Aziz et al. Using virtual reality for equipment maintenance in oil and gas industry
Canadas et al. A simulation platform for automation teaching
De Kleermaeker et al. Training for crisis response with serious games based on early warning systems.
Tavira-Mondragón et al. Power plants simulators with an expert system to train and evaluate operators
Higgins How advanced digital twins narrow the industrial skills gap: Digital twins and immersive field simulators (IFS) can narrow the skills gap by offering a replica training environment with virtual and mixed reality tools.
Machado et al. A virtual workbench applied to automation: Student’s response analysis
Kontogiannis et al. Effective virtual reality training for safety critical activities in the process industry
RU2273889C1 (en) Weight-ballast and technological operations trainer for tankers and coastal terminals