WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

ДЕДОВ Денис Леонидович

СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ВИРТУАЛЬНОГО ТРЕНАЖЕРНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ПЕРСОНАЛА МНОГОАССОРТИМЕНТНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации (информационные технологии)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тамбов 2012

Работа выполнена на кафедре «Автоматизированное проектирование технологического оборудования» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «ТГТУ»)

Научный консультант: доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Автоматизированное проектирование технологического оборудо вания» ФГБОУ ВПО «ТГТУ» Краснянский Михаил Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Системы искусственного интеллекта» ФГБОУ ВПО «СГТУ им. Гагарина Ю.А.» Большаков Александр Афанасьевич доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Информационных и управляющих систем» ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» Авцинов Игорь Алексеевич

Ведущая организация: ОАО «Корпорация «Росхимзащита»

Защита состоится 22 ноября 2012 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.260.07 при Тамбовском государственном техническом университете по адресу: г. Тамбов, ул. Ленинградская, д. 1, ауд. 160.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, ФГБОУ ВПО «ТГТУ», ученому секретарю диссертационного совета Д 212.260.07.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «ТГТУ».

Автореферат диссертации размещен на официальных сайтах ФГБОУ ВПО «ТГТУ» http://www.tstu.ru и ВАК Минобрнауки РФ http://vak.ed.gov.ru.

Автореферат разослан « » октября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, доцент С.Я. Егоров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Современный уровень развития промышленности предъявляет высокие требования к квалификации обслуживающего персонала в связи с активным использованием новых продуктов, уникальных инновационных технологий, современного высокотехнологичного оборудования, а также компьютеризации производственных процессов.

Проблема подготовки профессиональных кадров и постоянного повышения их квалификации особенно актуальна для химической промышленности, в связи с возможными последствиями возникновения аварийных ситуаций. Аварии на химических и нефтехимических предприятиях не только уносят человеческие жизни, но и наносят непоправимый вред экологии целых регионов. Приобретение операторами технических систем требуемых навыков работы в штатных и аварийных режимах функционирования является приоритетным, так как решение данной проблемы приведет к значительному снижению аварий на промышленных объектах и минимизации их последствий. В сложившихся условиях проектирования и эксплуатации технических систем химико-технологического профиля перспективным направлением снижения негативного влияния человеческого фактора на надежность их функционирования является использование в процессе обучения виртуальных тренажерных комплексов (ВТК). Их разработка еще на этапе проектирования технической системы и включение в комплект проектно-конструкторской документации позволит организовать подготовку обслуживающего персонала на требуемом уровне и значительно повысить надежность технических систем.

В настоящее время ставится вопрос об интенсификации процесса обучения. Это связано с возрастающими объемами производства, частой сменой ассортимента выпускаемой продукции, а также с переходом к новым средствам контроля и управления технической системой (ТС). Поэтому внедрение новых информационных технологий в процесс подготовки персонала является актуальным.

Эффективность использования сети Интернет в учебном процессе является основным фактором, влияющим на скорость распространения данного вида обучения.

Многие ВУЗы уже освоили дистанционный процесс обучения с использованием современных информационно-коммуникационных технологий. Возможности, предоставляемые Интернет, позволили создать интерактивные лабораторные установки для удаленного проведения лабораторных практикумов, что особенно важно для инженерного образования. Не менее перспективным направлением проведения процесса обучения является создание Интернет-ориентированных виртуальных тренажерных комплексов. Данное направление является перспективным по причине отсутствия ограничения на количество одновременно работающих пользователей, а также благодаря возможности организации индивидуальной траектории обучения. Это повышает качество подготовки персонала и эффективность работы тренажерного комплекса.

Тренажерные комплексы могут применяться практически во всех отраслях деятельности человека. Прежде всего, их применение актуально там, где необходима отработка последовательности действий, а также формирование навыков реагирования на особенности функционирования ТС. Тренажерный комплекс является интерактивной системой, функционирующей на основе математической модели деятельности человека-оператора, которая представляет собой ядро процесса обучения и отвечает за адекватность тренажера – его полноту и точность имитации производственного процесса.

Диссертационное исследование проводилось в соответствии с планами работ по научным проектам:

– ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы», мероприятие №1.3.2, проект «Разработка методов предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций техногенного характера, возникающих по вине человеческого фактора, за счет применения виртуальных тренажерных комплексов»;

– ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы», мероприятие №1.1, проект «Методы, алгоритмы и программное обеспечение разработки виртуальных моделей технических объектов для обучения специалистов и создания прикладных информационных систем»;

– АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)», проект «Формирование распределенной информационной инфраструктуры сферы образования и университетской науки на основе развития моделей, методов и технологий создания информационных ресурсов с учетом международных стандартов и спецификаций»;

– программа "Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса" ("У.М.Н.И.К.") проект "Разработка виртуальных тренажеров для целевой подготовки студентов и операторов химико-технологических производств" Объект и предмет исследования.

Объектом исследования являются методы и алгоритмы структурнопараметрического синтеза виртуальных тренажерных комплексов для обучения операторов технических систем.

Предметом исследования являются: математическое моделирование деятельности человека-оператора; особенности подготовки персонала многоассортиментных химических производств (МХП) с применением виртуальных тренажерных комплексов; технология сетевого взаимодействия модулей ВТК; разработка программного обеспечения ВТК.

Цели и задачи исследования. Целью исследования является снижение негативного влияния человеческого фактора на надежность функционирования технических систем многоассортиментных химических производств за счет повышения качества подготовки персонала с использованием виртуальных тренажерных комплексов.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: анализ существующих решений по созданию тренажерных систем; постановка задачи структурно-параметрического синтеза виртуального тренажерного комплекса; формализация и построение математической модели деятельности человека-оператора; разработка алгоритма структурно-параметрического синтеза ВТК; разработка технологии сетевого взаимодействия для организации группового обучения операторов; разработка специального математического и программного обеспечения для анализа и обработки информации о действиях обучаемого.

Научная новизна исследования.

1. На основе методов системного анализа впервые поставлена и решена задача структурно-параметрического синтеза виртуального тренажерного комплекса, отличающаяся учетом специфики функционирования многоассортиментных химических производств и позволяющая формировать требуемый состав и уровень навыков управления системой в штатных и аварийных режимах функционирования на основе информационно-аналитического регламента ТС.

2. Разработаны математические модели деятельности человека-оператора, отличающиеся описанием последовательности его действий как в штатных, так и аварийных режимах функционирования, и позволяющие на их основе осуществлять разработку программного обеспечения модулей виртуального тренажерного комплекса, осуществляющих визуализацию процесса функционирования ТС, управление и обработку информации о действиях оператора.

3. Впервые разработан алгоритм структурно-параметрического синтеза ВТК, представленный в нотации IDEF0, учитывающий особенности проектирования и эксплуатации МХП, а также позволяющий сократить время и объем выполняемых работ при создании виртуального тренажерного комплекса за счет применения модульного принципа построения ВТК.

4. Разработана технология сетевого взаимодействия модулей ВТК, отличающаяся возможностью совместного тренинга группы операторов, участвующих в реализации технологического процесса, и позволяющая проводить их дистанционную подготовку по каналам сети Интернет.

5. Разработана структура автоматизированной информационной системы (АИС) тренинга операторов ТС, отличающаяся использованием базы знаний о моделях функционирования и отказов ТС, моделей деятельности операторов в штатных и аварийных режимах работы, позволяющая создавать ВТК на этапе проектирования многоассортиментных химических производств.

Теоретическая значимость исследования заключается в разработке математических моделей деятельности человека-оператора ТС МХП и алгоритмов структурно-параметрического синтеза виртуальных тренажерных комплексов.

Практическая значимость исследования заключается в повышении надежности функционирования МХП за счет применения разработанного программного обеспечения виртуального тренажерного комплекса для обучения операторов производства пигмента красного Ж (ОАО «Пигмент», г. Тамбов), позволяющего проводить тренинг группы операторов в штатном и аварийном режимах функционирования по каналам сети Интернет.

Достоверность исследования. Результаты, полученные в диссертационной работе, подтверждаются обоснованным и корректным применением верифицированного математического аппарата, сопоставлением теоретических результатов с данными, полученными в ходе проведения подготовки персонала с применением ВТК. Программная реализация ВТК, созданная на основе предложенного алгоритма структурно-параметрического синтеза тренажерных комплексов, подтверждена свидетельством о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее результаты обсуждались и получили положительные отзывы на:

– Всероссийском смотре-конкурсе научно-технического творчества студентов высших учебных заведений «ЭВРИКА-2009», 2009 г., Новочеркасск;

– конкурсе стипендиальной программы ОАО «Пигмент» - «Сильная компания – твое будущее», 2010 г., Тамбов;

– Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Проведение научных исследований в области информационнотелекоммуникационных технологий», 2010 г., Москва;

– Всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в области информатики и информационных технологий в рамках Всероссийского фестиваля науки, 2011 г., Белгород.

– Международной молодежной конференции «Информационные системы и технологии», 2012 г., ВВЦ, Москва.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 105 наименований и одного приложения. Диссертация содержит 122 страниц текста, 40 рисунков и 9 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении формулируются цели и задачи исследования, обосновывается актуальность темы диссертации, научная новизна результатов, объясняется теоретическая и практическая значимость результатов исследования, обосновывается достоверность полученных результатов, приводится информация о публикациях соискателя по теме диссертации.

В первой главе «Состояние вопроса разработки и применения виртуальных тренажерных систем» проводится аналитический обзор научно-технической литературы, относящейся к теме исследования.

В результате установлено, что одной из наиболее актуальных областей повышения промышленной безопасности является создание автоматизированных обучающих систем и тренажерных комплексов для подготовки персонала по работе в штатных и аварийных ситуациях.

В первом разделе представлен обзор работ, посвященных влиянию человеческого фактора на надежность функционирования технических систем. В работах Глухова Д.В., Бояркина М.А., Rigby L.V., Embrey D.E., Miller R.B., Чистяковой Т.Б., Дозорцева В.М. рассматривалась проблема снижения негативного влияния человеческого фактора на надежность функционирования систем за счет применения современных образовательных технологий, тренажеров, обучающих систем.

В настоящее время в соответствии с «Общими правилами взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств (ПБ 09-540-03)» использование тренажеров для обучения является обязательным. Однако экономическая ситуация часто не позволяет руководителям многих предприятий использовать в процессе подготовки персонала тренажерные комплексы.

Анализ существующих тренажерных систем позволил осуществить классификацию систем подготовки персонала. В результате анализа выполняемых функций каждым видом тренажерных систем удалось определить, что для МХП эффективным является создание именно виртуальных тренажеров. Прежде всего, это связано с часто меняющимся ассортиментом выпускаемой продукции, а также с изменениями технологии производства продукции. Анализ зарубежного и отечественного опыта применения тренажеров позволил сформулировать постановку задачи структурнопараметрического синтеза виртуального тренажерного комплекса для подготовки персонала МХП.

Вторая глава «Постановка задачи структурно-параметрического синтеза виртуального тренажерного комплекса» посвящена описанию математических моделей деятельности человека-оператора и постановке задачи структурнопараметрического синтеза виртуального тренажерного комплекса.

В главе с позиций системного анализа рассмотрены особенности функционирования МХП, влияющие на эффективность процесса обучения. Часто меняющийся ассортимент выпускаемой продукции влечет необходимость постоянной переподготовки персонала. Если ассортимент выпускаемой продукции может меняться до 10 раз в год, то тратить более месяца на обучение не рентабельно, поэтому снижение времени обучения является одной из приоритетных задач исследования.

Для достижения требуемого уровня обучения необходимо создать тренажер, передняя панель которого имела бы минимальные отличия от пульта управления оператора. Для этого самым эффективным способом является проектирование виртуального тренажера в той же SCADA-системе, что и автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП). Но смена среды разработки для каждого тренажера является не эффективной. Поэтому для разработки тренажеров была выбрана среда графического программирования LabVIEW, как наиболее приспособленная для этого среда разработки, позволяющая добиться наиболее полного соответствия панели виртуального тренажера реальному пульту управления ТС МХП.

Выделены основные этапы обучения, на основании которых, была разработана структура автоматизированной информационной системы тренинга операторов ТС (рисунок 1). Основная идея создания АИС тренинга операторов ТС состоит в организации комплексного обучения и тренинга персонала МХП. Подготовка должна включать, как теоретический курс обучения, так и практический. По каждому курсу обучения должны быть отдельные точки контроля получаемых знаний и навыков. Для этого необходимо создание отдельных модулей, объединенных единой базой данных (БД) и системой управления процессом обучения. Исходя из того, что проводить обучение полностью в автоматическом режиме невозможно, необходимо предусмотреть возможность контроля процесса обучения со стороны инструктора. Данная задача может решаться только путем создания распределенного тренажерного комплекса.

При этом наибольшая эффективность обучения достигается при разделении тренажера на несколько рабочих станций. Это позволяет с высокой степенью достоверности имитировать работу группы оператора за реальным пультом управления.

Рисунок 1. Структура автоматизированной информационной системы тренинга операторов ТС.

На основании проведенных исследований была сформулирована постановка задачи структурно-параметрического синтеза виртуального тренажерного комплекса для обучения персонала МХП.

Необходимо разработать виртуальный тренажерный комплекс для обучения операторов ТС, включающий:

– кластер информационно-справочных материалов [], [] = [ [Tj ],Gj, [M ], DB ], j – кластер функциональных блоков панелей виртуального тренажера [], S1 W1 Z1 C1 [Э1] ...............

[] =, ...............

n n n n S W Z C [Эn] – способы и каналы сетевого взаимодействия обучаемых и инструктора ;

[Net] [Net] = [O, L, P ] l l l – методику обучения и тренинга операторов [МТ ] M M [MT ] = [ШP, AP, MИ ], j j j и формирующий требуемый состав и уровень навыков управления технической сис* темой в штатных и аварийных ситуациях, в соответствии с входящими в состав U j информационно-аналитического регламента ТС R моделями функционирования и отказов системы, моделями деятельности операторов ТС * ], [ [МТ ] R :U [], [ U.

Net], j j Используемая в постановке задачи матрица элементов функционального блока [Эi] описывается следующим образом:

r1 x1 y1 c ............ [Эi]=.

............

r xK yK cK K [Tj ] Кластер, определяющий состав текстовых информационно-справочных материалов, включает:

T T [T ] = [TП, AO, ШP, AP, PO, PИ, PП, BП ].

j j j j j j j j j Кластер [M ], определяющий состав мультимедийных информационноj справочных материалов:

[M ] = [3D, OP].

j В постановке задачи использованы следующие обозначения:

G – вектор, определяющий состав графических информационно-справочных матеj риалов; j –порядковый номер продукта, выпускаемого на ТС; DB – база данных для хранения информационно-справочных материалов; S – вектор, определяющий соi став функционального блока; W – вектор размеров функционального блока; Z – i i вектор координат функционального блока; C – вектор, определяющий цветовое исi полнение функционального блока; n – число функциональных блоков; O – вектор l объектов взаимодействия; L – вектор связей объектов; P – вектор технологий сетеl l M вого взаимодействия; l – порядковый номер объекта ВТК; ШP – методика обучения j M в штатном режиме функционирования; AP – методика обучения в аварийном реj жиме функционирования; MИ – методика работы инструктора; ri – размер элеменj та, xi, yi – координаты элемента в функциональном блоке; ci – цветовое исполнение TП элементов; K – число элементов функционального блока. - материалы по техj T нологии производства; AO - материалы по аппаратурному оформлению; ШP - j j T описание штатного режима функционирования ТС; AP – описание аварийного реj PИ жима функционирования ТС; PO - руководство оператора; - руководство инj j структора; PП - руководство программиста; BП - набор всплывающих подсказок;

j j 3D – интерактивная 3D-модель производственного объекта; OP - обучающие ролики.

Необходимо отметить, что при формировании виртуальных панелей управления тренажерного комплекса необходимо добиваться полного соответствия реальным пультам управления ТС. Любые отклонения могут вызвать появление у оператора навыков, которые не соответствуют реальным производствам и носят негативный характер.

Важную роль при структурно-параметрическом синтезе тренажерного комплекса играют модели функционирования и отказов ТС, а также модель деятельности человека-оператора, которые необходимо создавать еще на этапе проектирования технической системы.

В ходе проведения системного анализа деучастия оператора в производственном процессе предлагаются следующие математические модели деятельности человека-оператора. Для моделирования деятельности используется граф G(C, D) (рисунок 2), который позволяет наглядно иллюстрировать последовательность действий оператора. Каждой вершине графа С ставится в соответствие определенное состояние ТС, а каждой дуге D – набор действий, необходимых для перехода из одного состояния в другое.

Рисунок 2. Граф G(C, D) При разработке математической модели деятельности человека-оператора были приняты следующие обозначения. Множество элементов передней панели разделяетXstn ся на средства отображения информации (СОИ) – и органы управления (ОУ) – Ystn, где s – номер стадии, t – тип элемента пульта, n – номер элемента пульта на стадии.

Для удобства обозначения в математической модели деятельности человекаоператора СОИ и ОУ разделяем по следующим признакам:

– средства отображения информации: 1 – световые индикаторы; 2 – датчики температуры; 3 – датчики расхода; 4 – датчики давления; 5 – датчики уровня; 6 – заполнение трубопровода; 7 – таймер;

– органы управления: 1 – тумблеры; 2 – регуляторы; 3 – кнопки.

В главе представлена разработанная математическая модель деятельности оператора производства пигмента красного Ж (ОАО «Пигмент», г. Тамбов). Фрагменты таблиц продукционных правил и совокупности действий, соответствующих вершинам и дугам графа выглядят следующим образом:

G(C, D) Таблица 1 –Фрагмент таблицы продукционных правил, соответствующих вершинам графа G(C, D) CЕСЛИ X121 < 9 ТО DCЕСЛИ X153 > 140 ТО DCЕСЛИ X121 < 9 И X151> 3140 ТО DТаблица 2 – Фрагмент таблицы совокупностей действий, соответствующих дугам графа G(C, D) Y138 = 1; X153 = (140; 150); Y138 = D Y134 = 1; X153 = 0; КТ3 = 1; Y134 = D Y112 = 1; X111 = 1; X172 = (60; 65); X111 = 0;

D КТ4 = 1; Y112 = Таким образом, граф G(C, D) описывает последовательность действий, которые необходимо совершить оператору для производства партии продукта.

Третья глава «Алгоритм структурно-параметрического синтеза виртуального тренажерного комплекса» посвящена разработке алгоритма структурнопараметрического синтеза ВТК, представленного в виде функциональных диаграмм (нотация IDEF0).

Алгоритм структурно-параметрического синтеза ВТК включает следующие процессы:

A1. Разработка структуры виртуального тренажерного комплекса. Это первоначальный этап, на котором определяются задачи создаваемого ВТК, его особенности и функциональные возможности.

А2. Анализ нормативной документации. Производится анализ нормативной документации, выделяются основные особенности технологического процесса, производится выборка данных для всех этапов обучения. Формируются методические материалы, входящие в состав ВТК.

А3. Разработка передней панели тренажера. Производится анализ пульта управления технологическим процессом и его моделирование.

А4. Разработка математической модели деятельности человека-оператора. На основе материалов, полученных в ходе анализа нормативной документации, создается математическая модель деятельности человека-оператора для данного технологического процесса.

А5. Разработка основных модулей тренажерного комплекса. Основной этап структурно-параметрического синтеза ВТК. Создаются основные модули, а также распределенная среда ВТК.

А51. Информационно-справочный модуль. Модуль, отвечающий за информационно-справочные материалы. Модуль взаимодействует со всеми модулями тренажерного комплекса. Данные, как правило, хранятся в БД, для доступа к данным используется язык структурированных запросов SQL.

А52. Модуль предварительных настроек. Модуль отвечает за первоначально вводимую информацию. Осуществляет навигационные функции. Разрабатывается в виде Интернет-страниц на основе HTML и PHP. Отвечает за идентификацию пользователя, выбор тренажера и этапа обучения и т.д.

А53. Модуль тестирования. Модуль осуществляющий проверку теоретических знаний. На основании результатов тестирования принимается решение о возможности проведения обучения на тренажере. Разрабатывается с использованием flash-технологий. Интегрируется в тренажерный комплекс и вызывается из модуля предварительных настроек.

А54. Модуль сетевого взаимодействия. Модуль, отвечающий за навигацию и удаленную работу пользователей. Разрабатывается с применением технологии Remote Panel. Позволяет проводить групповое обучение операторов и осуществлять удаленный контроль со стороны инструктора.

А55. Модуль преподавателя. Выводит информацию о ходе технологического процесса и дает возможность вносить необходимые изменения в технологический процесс или моделировать внештатные ситуации.

А56. Модули обучаемых. Позволяют вести технологический процесс, формируют различные информационные сообщения об ошибках в действиях, позволяют вести групповое обучение.

А57. Модуль анализа результатов. Проводит обработку результатов обучения и формирует предписания о необходимости прохождения дополнительной подготовки с указанием «узких» мест в знаниях и навыках обучаемых.

А58. Обеспечение совместной работы модулей ВТК. Осуществляется настройка совместной работы основных модулей, настройка протоколов, портов и структуры передачи данных.

А6. Разработка методики обучения, включает разработку методики обучения персонала с применением ВТК и методических рекомендации инструктора.

А7. Апробация тренажерного комплекса. Проведение испытаний на производстве, внесение необходимых корректив в работу ВТК.

Рисунок 3. Алгоритм структурно-параметрического синтеза ВТК Разработанный алгоритм структурно-параметрического синтеза ВТК был использован при создании тренажерного комплекса для обучения операторов химико-технологических производств на базе ОАО «Пигмент», г.

Тамбов. ВТК позволяет осваивать производственный процесс и систему управления; получать практические навыки при работе с технической системой в штатных условиях функционирования; приобретать практические навыки выполнения работ по предупреждению, локализации и ликвидации аварийных ситуаций; снижать негативное влияние человеческого фактора на надежность технической системы.

В четвертой главе «Применение виртуальных тренажерных комплексов для обучения персонала многоассортиментных химических производств» описывается программная реализация ВТК, приводится характеристика структуры базы данных виртуального тренажерного комплекса.

Представленный ВТК разработан для производства пигмента красного Ж ОАО «Пигмент», г. Тамбов. Программное обеспечение тренажера разработано с применением среды графического программирования LabVIEW.

Входными параметрами для приложения, являются показания приборов тренажерного комплекса. Исходя из данных показаний система генерирует «эталонное действие оператора» – действие, которое должен выполнить оператор. В процессе работы на тренажере действия оператора сравниваются с «эталонными» и выдается решение о правильности работы оператора.

Передняя панель тренажера представляет собой имитацию рабочего места оператора (рисунок 4). Справа на передней панели расположен пульт управления оператора, а слева на схеме отображается ход технологического процесса. Оператор может следить за работой других операторов, что позволяет отработать совместные действия группы операторов. Для отработки взаимодействия при возникновении внештатной ситуации в тренажере предусмотрен комплекс готовых сценариев развития аварийных ситуаций, сформированный на основе плана локализации аварийных ситуаций (ПЛАС) и моделей отказов технологического оборудования.

Для более полного контроля и точной оценки действий оператора в тренажере предусмотрено рабочее место инструктора. Инструктор находится за удаленной рабочей станцией, имеет высший приоритет и полный доступ к органам управления системой. Это позволяет инструктору не только вносить коррективы в действия операторов, но и создавать возмущающие воздействия, не предусмотренные базовыми сценариями.

Для ведения статистики ошибок обучаемых предусмотрен модуль журнала прохождения тренинга. Он позволяет сделать процесс обучения более интенсивным за счет обработки полученных данных и выявления «узких» мест в навыках оператора. При следующем тренинге система моделирует необходимую ситуацию, в которой оператор допустил наибольшее количество ошибок, и тем самым позволяет наработать требуемый уровень навыков.

Рисунок 4. Передняя панель тренажера Рисунок 5. Технология сетевого взаимодействия модулей ВТК Для реализации возможности отработки совместных действий группы операторов была разработана технология сетевого взаимодействия модулей ВТК (рисунок 5). Программная реализация математической модели находится на удаленном сервере, а передняя панель тренажера передается обучаемым по каналам сети Интернет с применением технологии Remote Panel.

Использование разработанной АИС тренинга операторов ТС химикотехнологического профиля позволяет достичь более глубокого понимания протекания производственного процесса, принципов работы технологического оборудования, а также получить требуемый уровень практических навыков работы на ТС МХП. Наиболее важной областью применения данной системы является подготовка и переподготовка кадров на промышленных предприятиях, выявление степени их подготовленности к различным ситуациям, в том числе аварийным, что направлено на повышение надежности функционирования технической системы.

В заключении подводятся итоги исследования:

1. На основе методов системного анализа сформулирована постановка задачи структурно-параметрического синтеза виртуального тренажерного комплекса, позволяющая формировать требуемый состав и уровень навыков управления технической системой в штатных и аварийных режимах функционирования на основе информационно-аналитического регламента ТС.

2. Разработаны математические модели деятельности человека-оператора, осуществляющего управление технической системой многоассортиментного химического производства в штатных и аварийных режимах функционирования.

Разработанные совокупности продукционных правил и последовательностей действий легли в основу создания программного обеспечения модулей виртуального тренажерного комплекса, осуществляющих визуализацию процесса функционирования технической системой, управление и обработку информации о действиях оператора.

3. Разработан алгоритм структурно-параметрического синтеза ВТК, функциональные диаграммы которого описывают основные этапы сознания тренажерного комплекса. Применение модульного принципа построения ВТК позволило повысить функциональные возможности создаваемого тренажерного комплекса и сократить время разработки его программного обеспечения на 35-60% с последующим тиражированием для производств, имеющих незначительные отличия в технологии выпуска продукции.

4. Разработана технология сетевого взаимодействия модулей виртуального тренажерного комплекса, позволившая проводить совместную подготовку группы операторов технической системы, осуществляющих реализацию технологического процесса выпуска продукции. Разработанная технология позволяет осуществлять процесс тренинга также в дистанционном режиме по каналам сети Интернет.

5. Разработана автоматизированная информационная система тренинга операторов многоассортиментных химических производств для ОАО "Пигмент", г.

Тамбов. Применение виртуальных тренажеров и современных информационных технологий в процессе подготовки и повышения квалификации персонала МХП позволило повысить надежность функционирования ТС МХП за сет снижения количества ошибок операторов на 50-60%, а также сократить время тренинга в 3-раза, что является важным при частой смене ассортимента выпускаемой продукции. Впервые решена проблема подготовки операторов МХП в рамках совместной отработки действий по предотвращению и ликвидации аварийных ситуаций.

Экономический эффект от применения ВТК по данным ОАО «Пигмент», г. Тамбов оценивается в 550 тыс. рублей.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Монография:

1. Краснянский, М.Н. Интернет технологии в инженерном образовании.

Автоматизированные лабораторные практикумы и виртуальные тренажеры. / М.Н. Краснянский, С.В. Карпушкин, Д.Л. Дедов. - Germany.: Lambert Academic Publishing, 2010. – 125с.

Статьи в журналахиз перечня ВАК:

2. Краснянский, М.Н. Интеграция виртуальных тренажеров в процесс обучения операторов технических систем с использованием Интернеттехнологий. / М.Н. Краснянский, С.В. Карпушкин, Д.Л. Дедов, А.В. Остроух // Дистанционное и виртуальное обучение. – Москва, 2010. - №7. – С. 38-49.

3. Краснянский, М.Н. Обучение операторов химических производств с применением тренажерных систем / М.Н. Краснянский, С.В. Карпушкин, Д.Л. Дедов // Химическая промышленность сегодня. – Москва, 2011.- № 4. - С. 44-49.

4. Краснянский М.Н. Информационная система обучения и тренинга операторов технологических систем. / М.Н. Краснянский, М.В. Почечуева, Н.И.

Балашова, Д.Л. Дедов // В мире научных открытий. – Красноярск, 2011. - №9. – С.

158 – 15. Краснянский, М.Н. Технологии интерактивного 3D-моделирования для разработки виртуальных тренажерных комплексов / М.Н. Краснянский, С.В.

Карпушкин, А.В. Остроух, А.А. Руднев, Д.Л. Дедов // Дистанционное и виртуальное обучение. – Москва, 2011. - №10. – С. 4 – 12.

6. Дедов Д.Л. Постановка задачи проектирования виртуальных тренажерных комплексов для обучения операторов технических систем / Д.Л. Дедов, М.Н. Краснянский, С.В. Карпушкин, А.В. Остроух // Информационные технологии в проектировании и производстве. – Москва, 2012. - №2. – С. 46-Статьи в сборниках научных трудов:

7. Краснянский М.Н. Структура автоматизированной информационной системы и алгоритм проектирования виртуальных тренажерных комплексов для обучения операторов нефтехимических производств / М.Н. Краснянский, С.В.

Карпушкин, Д.Л. Дедов, А.В. Остроух, А.Б. Николаев // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. – Харьков, 2011. - №54. – С. 170-179.

8. Краснянский, М.Н. Тренажерный комплекс как средство подготовки операторов и студентов для химических производств. / М.Н. Краснянский, С.В.

Карпушкин, Д.Л. Дедов, М.В. Почечуева, Н.И. Балашова // Труды Тамбовского государственного технического университета: сборник статей. - Тамбов, 2010. – С. 100 – 1Материалы научных конференций:

9. Краснянский, М.Н. Применение Интернет-технологий при разработке виртуальных тренажерных комплексов / М.Н. Краснянский, Д.Л. Дедов // Международная научно-практическая заочная конференция "Интернет в образовании", - Москва, - 2010. – С. 412 – 418.

10. Краснянский, М.Н., Тренажерный комплекс для обучения операторов химических производств. / М.Н. Краснянский, Д.Л. Дедов // Сборник трудов XIII научной конференции актуальные проблемы информатики и информационных технологий, - Тамбов, 2010. - С. 112-114.

11. Краснянский, М.Н. Алгоритм проектирования виртуальных тренажерных комплексов для обучения операторов технических систем / М.Н. Краснянский, Д.Л. Дедов, А.А. Руднев, М.В. Почечуева, Н.И. Балашова // Материалы Всероссийской конференции "Проведение научных исследований в области информационно-телекоммуникационных технологий". - Москва, 2010. - С. 54-56.

12. Краснянский М.Н. Интеграция виртуальных тренажеров в процесс обучения операторов химико-технологических производств / М.Н. Краснянский, Д.Л. Дедов // Сборник научных трудов XIII Международной научно-практической конференции-выставки «Актуальные проблемы информатики и информационных технологий». - Тамбов, 2009. – С. 97 – 99.

13. Дедов, Д.Л. Разработка виртуальных тренажеров для целевой подготовки студентов и операторов химико-технологических производств / Д.Л. Дедов // Материалы I-ой Международной научно-практической конференции «Аспекты ноосферной безопасности в приоритетных направлениях деятельности человека».

– Тамбов, 2010. – С. 95-14. Краснянский, М.Н. Постановка задачи проектирования виртуальных тренажерных комплексов для обучения операторов химических и пищевых производств / М.Н. Краснянский, Д.Л. Дедов // Сборник научных работ всероссийского конкурса научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в области информатики и информационных технологий в рамках всероссийского фестиваля науки. – Белгород, 2011. – С. 176-184.

15. Дедов Д.Л. Структурно-параметрический синтез виртуальных тренажерных комплексов для обучения операторов химических производств / Д.Л. Дедов, М.Н. Краснянский // Сборник тезисов международной молодежной конференции «Информационные системы и технологии». – Москва, 2012. – С. 106-1Авторские свидетельства Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам:

16. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2010610037 от 11 января 2010г. Виртуальный тренажер для обучения операторов химико–технологических производств «ТренХТС»




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.