CC BY
54
УДК 004.89:66.0
С. А. Никитин*, А. В. Дементиенко, Т. В. Савицкая, А. Ф. Егоров
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 , корп. 1 * e-mail: [email protected]
ДИСТАНЦИОННАЯ ИНФОРМАЦИОННО-ТРЕНАЖЕРНАЯ СИСТЕМА ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
Разработана типовая структура информационно-тренажерной системы с использованием интернет-технологий. Реализована информационно-моделирующая система для оценки надежности химико-технологических систем в виде программного модуля для системы дистанционного обучения Moodle.
Ключевые слова: надежность; компьютерный тренажер; интернет-технологии; анализ надежности; моделирование химико-технологических систем.
В современном образовании и подготовке специалистов широко используются комплексы программно-технических и информационно-тренажерных систем для приобретения знаний и закрепления навыков, в том числе по обеспечению безопасности и надежности химико-технологических систем.
Для повышения эффективности технических систем и систем управления химико-технологическими процессами на стадиях проектирования и эксплуатации необходимо определить показатели надежности,
количественно характеризующие степень надежности систем.
Для расчета показателей надежности технической системы в химической технологии разработана информационно-моделирующая система (ИМС) на основе интернет-технологий. Основные возможности ИМС включают:
• Моделирование структурной схемы технической системы с использованием информации из базы данных по химико-технологическому оборудованию;
• Построение схемы функциональной целостности (СФЦ) технической системы;
• Расчет единичных и комплексных показателей надежности на основе статистических и справочных данных, с использованием различных методов для простых и сложных технических систем согласно ГОСТ Р 51901 «Управление надежностью. Анализ риска технологических систем»;
• Анализ расчетных значений показателей надежности и генерация отчетов, содержащих рекомендации по повышению надежности.
Реализованные в ИМС методы и алгоритмы апробированы на структурных схемах типовых систем управления и фрагментах химико-технологических систем.
Для подготовки специалистов и повышения квалификации персонала с целью приобретения и закрепления навыков по анализу и оценке надежности технических систем, необходимо
расширить функционал ИМС до информационно-тренажерной системы (ИТС), которая должна обладать следующими функциональными возможностями:
• Отработка навыков проектирования технологических систем с заданной надежностью;
• Отработка навыков построения схем функциональной целостности на основе существующих структурных схем технических систем;
• Обучение навыкам проведения анализа и оценки надежности технических систем различной сложности на основе показателей надежности.
Традиционно компьютерные тренажерные системы разрабатывались для использования на локальном компьютере [1], но с внедрением новых информационных технологий в инженерное образование, развитием сети Интернет и интернет-технологий приоритетной стала разработка комплексных систем и сред дистанционного обучения.
Основными преимуществами компьютерных тренажерных систем на основе интернет-технологий являются: возможность
дистанционного обучения, возможность управления обучением (в том числе: контроль доступа к заданиям для единичных или групп пользователей, настройка уровня сложности задания, ограничения времени на его выполнение и т. п.), высокий уровень интерактивности (взаимодействие учитель-обучаемый и, при необходимости, обучаемый-обучаемый),
одновременный доступ к заданиям для большого количества пользователей, высокая устойчивость к ошибкам с возможностью возврата к предыдущей версии задания или всей системы и обновление контента и заданий на сервере без необходимости прерывать обучение на длительный срок для обновления информационно-тренажерной системы на каждом учебном компьютере.
Разработана типовая структурная схема использованием интернет-технологий (Рис.1). информационно-тренажерной системы с
Рис. 1. Типовая структура информационно-тренажерной системы на основе интернет-технологий
Полнофункциональная информационно-тренажерная система реализуется в качестве модуля наиболее развитой международной среды дистанционного обучения Moodle (от англ. modular object-oriented dynamic learning environment - модульная объектно-ориентированная динамическая учебная среда) [2, 3].
Помимо большого количества преимуществ (например, возможность полуавтоматического сопоставления данных о качестве выполнения работы, обеспечивающая повышенную эффективность обучения) у системы Moodle имеются и недостатки, главным из которых является существенная ограниченность отработки практических навыков с использованием современных мультимедиа-технологий, в том числе flash-анимации. Одним из решений этой проблемы является модуль SCORM (от англ. Sharable Content Object Reference Model, «стандартная модель контента с возможностью совместного редактирования») — сборник спецификаций и стандартов, разработанный для систем дистанционного обучения, позволяющий частично реализовывать материалы такого типа. Но и эта технология имеет существенные недостатки: реализация мультимедиа-контента становится очень трудоемкой; свойства гибкости и универсальности фактически отсутствуют при создании комплексных приложений имеющих широкие функциональные возможности.
Для реализации ИТС с интегрированными в Moodle flash-апплетами в работе используется собственный интерфейс программирования приложений или API (от англ. application programming interface) [4].
Ниже представлен основной интерфейс пользователей ИТС (обучаемых, ассистентов и преподавателей) интегрированный в систему дистанционного обучения Moodle версии 2.5. Ключевыми являются два flash-приложения в верхней части окна (Рис. 2.), в которых реализованы возможности редактирования структуры и схемы функциональной целостности химико-технологической системы.
В правой верхней четверти на рисунке 2 находится редактор СФЦ, где слева находятся четыре кнопки для задания дуг и узлов вручную: ^ - дизъюнктивные дуги, • - конъюнктивные дуги, О" - функциональный узел, о - фиктивная вершина (логическая единица).
Для преподавателей и ассистентов интерфейс обладает расширенными возможностями по работе с базами данных: аппаратов, эксплуатационных характеристик оборудования, нормативных документов, пользователей, а также базой данных со сценариями обучения (построенные СФЦ и структурные схемы и рассчитанные показатели надежности) и результатами проведенных расчетов.
Инструменты Справка
Структурная схема:
Добавить аппарат
Добавить связь
F-52
Ф-54
Р-52
Ж
Создать/удалить блок
Удалить выделенное
Схема функциональной целостности:
\ )
Рф-1*
( )
üö— Рф-ЬА
Показать все
Параметры выделенного аппарата:
Аппарат Друк-фипьтр
Параметр: Частота отказов * значение
0,6
* Структурный
D Марковский
Метод расчета CRBD
Результаты расчета показателей надежности схемы:
1. Показатели безотказности
1.1. Вероятность безотказной работы Р(год): 78.94 %
1.2. Средняя наработка до отказа Тер: 37037 час
1.3. Средняя наработка на отказ То: _д_
1 4. Интенсивность отказов ЛЩ: 2.7Е-05 1/час 1.5. Параметр потока отказов ш(1): _-_
2. Показатели ремонтопригодности
2 1 Вероятность восстановления:_^_
_ Расчет
аппарата
2.2. Среднее время восстановления : _
2.3. Интенсивность восстановления : _-
3. Комплексные показатели надежности
3.1. Коэффициент готовности Кг: 0.8611
□ FTA - Дерево неисправностей
Общий логико-вероятностный метод ^
Параметры схемы:
Восстанавливаемая
3.2. Коэффициент оперативной готовности Ког: 0.6798
3.3. Коэффициент технического использования Кти: -
• Расчет схемы
'Для отображения единиц измерения наведите указатель мыши на показатель надежности
РАСЧЕТ
I iyz Сохранить в файл 1 Microsoft Word
Новый расчет Рассчет аппарата Термины и
Сохранить расчет Расчет блока определения
Печать результата Расчет схемы
надежности
Выход А дминистрирование О программе
Рис. 2. Основной интерфейс системы (общий для обучаемых, ассистентов и преподавателей)
В настоящее время ведется разработка и реализация алгоритма автоматического построения схемы функциональной целостности на основе структурной схемы технической системы для автоматизации расчетов согласно общему логико-вероятностному методу анализа систем [5]. Поскольку среди отечественных программных средств оценки надежности можно выделить лишь специализированные
коммерческие программные комплексы АСОНИКА-К и АРБИТР [6, 7], то необходимость разработки конкурентоспособных аналогов зарубежных программных комплексов для химико-технологической промышленности
очевидна.
Использование информационно-тренажерной системы для обучения и повышения квалификации инженеров позволит существенно повысить уровень знаний специалистов по надежности технических систем, а также предоставит возможность отработать и закрепить навыки проектирования структур и оценки показателей надежности химико-технологических систем, что в свою очередь существенно сократит количество аварий и финансовых потерь связанных с ошибками при оценке надежности и планировании профилактических и ремонтных работ.
Никитин Сергей Александрович, аспирант кафедры компьютерно-интегрированных систем в химической технологии, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Дементиенко Андрей Владимирович, аспирант кафедры компьютерно-интегрированных систем в химической технологии, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Савицкая Татьяна Вадимовна, д.т.н., профессор кафедры компьютерно-интегрированных систем в химической технологии, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Егоров Александр Федорович, д.т.н., профессор, зав. кафедрой компьютерно-интегрированных систем в химической технологии, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
4. Вагин Р.Н. Разработка компьютерных тренажеров-симуляторов. 2013. [Электронный ресурс] Системные требования: Adobe Reader. URL: http://conf.sfu-kras.ru/sites/mn2013/thesis/s111/s111-002.pdf (дата обращения: 08.04.2014)
5. Егоров А.Ф., Савицкая Т.В., Запасная Л.А. Междисциплинарная автоматизированная система обучения на основе сетевых технологий для многоуровневой подготовки химиков-технологов //«Открытое образование» N6 , 2012, C. 20-33.
6. Автоматизированный лабораторный комплекс URL: http://cisserver.muctr.edu.ru/alkmoodle/ (дата обращения 28.03.2014).
7. Горанский А.В., Никитин С.А., Савицкая Т.В., Егоров А.Ф. Разработка информационно-образовательных ресурсов путем интеграции системы управления обучением Moodle и flash-технологий. // Труды Международной научно-методической конференции «Информатизация инженерного образования» - ИНФ0РИН0-2014 (Москва, 15-16 апреля 2014 г.). - М.: Издательский дом МЭИ, 2014. - С. 415-418.
8. Можаев А.С. Общий логико-вероятностный метод анализа надежности структурно-сложных систем, Учебное пособие. Л.: Изд. ВМА им. Н.Г. Кузнецова, 1988. 68 с.
9. Подсистема обеспечения надежности РЭС АСОНИКА-К [Электронный ресурс] URL: http://asonika-k.ru (дата обращения: 07.05.2014).
10. Программный комплекс автоматизированного структурно-логического моделирования и расчета надежности и безопасности систем АРБИТР (ПК АСМ СЗМА), базовая версия 1.0 [Электронный ресурс] URL: http://www.szma.com/pkasm.shtml (дата обращения: 13.05.2014).
Nikitin Sergey Alexandrovich*, Dementienko Andrey Vladimirovich, Savitskaya Tatiana Vadimovna, Egorov Alexander Fedorovich
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: [email protected]
REMOTE INFORMATION-TRAINING SYSTEM TO IMPROVE RELIABILITY OF CHEMICAL PRODUCTION
Abstract
Developed the typical structure of information and training systems using Internet technologies. Implemented intelligent modeling system for assessment of the reliability of chemical processes in a software module for distance learning system Moodle.
Key words: reliability, simulator system, internet-technology, reliability analysis, modeling of chemical-technology systems
