CC BY
113
СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И МАШИННО-ДВИЖИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ
УДК: 656.6;656.61;656.62/.66
А. Н. Соболенко, Ю. А. Корнейчук, Д. К. Глазюк
ОБОБЩЕНИЕ ОПЫТА ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРЕНАЖЕРОВ МАШИННОГО ОТДЕЛЕНИЯ МОРСКОГО СУДНА
Объектом исследования является эффективность эксплуатации тренажеров машинного отделения компаний Kongsberg Maritime (Норвегия), Transas (Россия), Unitest Marine (Польша). В качестве показателей эффективности выбраны реалистичность, функциональность, надежность, качество обучения. Рассмотрены особенности модификации тренажеров различных компаний и их влияние на качество обучения согласно требованиям Международной морской организации ИМО (International Maritime Organization, IMO). Обобщается опыт тренажерной подготовки студентов морских учебных заведений по специальностям «Судовой механик», «Электромеханик» и «Рефрижераторный механик», выявлены преимущества и недостатки метода. Исследовано влияние тренажерной подготовки на эффективность несения вахты судовыми механиками. Учтен опыт подготовки судового экипажа перед аттестацией компетентности. Выявлена возможность оценки надежности системы взаимодействия оператора и судовой энергетической установки. Доказана эффективность применения многоцелевых тренажеров на персональном компьютере с двумерным или трехмерным изображением и важность их использования для оценки готовности специалистов к адекватным действиям в аварийной ситуации.
Ключевые слова: тренажер машинного отделения, функциональность, надежность, реалистичность, качество обучения.
Введение
Тренажеры машинного отделения (ТМО) в морских учебных заведениях Дальнего Востока появились в 1987 г. Это было время переоснащения флота судами с микропроцессорными системами управления (Selma, Damatik, Shipa). Для овладения адекватными навыками управления новыми судами понадобились соответствующие технологии обучения с привлечением ТМО.
Длительный опыт эксплуатации ТМО требует всестороннего обобщения. Эффективность группового обучения на ТМО не вызывает сомнения. К недостаткам этого способа можно отнести низкую пропускную способность (6-12 человек в группе). Задачи в группе решаются быстрее за счет суммирования знаний и навыков, особенно при наличии лидера, берущего на себя большую часть нагрузки, но обучение в группе снижает возможности индивидуального обучения и контроля знаний, поэтому закрепляется неравномерность знаний и навыков разных студентов. Появление ТМО на персональном компьютере позволяет повысить эффективность индивидуального обучения.
Опыт обучения судовых механиков с использованием компьютерного польского тренажера компании Unitest Marine показал ряд преимуществ: растет заинтересованность слушателей к процессу обучения и уверенность в своих силах, формируется позитивное восприятие современных микропроцессорных систем управления за счет снятия психологического барьера в освоении новых технологий контроля и управления СЭУ [1]. При индивидуальной подготовке на тренажере повышается роль инструктора и доступность «горячей линии» для оперативной консультативной помощи.
Показатели эффективности ТМО
Для оценки эффективности использования ТМО в ВУЗах и колледжах Российской Федерации рассмотрим ряд следующих показателей: качество обучения, реалистичность, надежность, функциональность.
В высших учебных заведениях Федерального агентства по рыболовству используются ТМО компаний Kongsberg Maritime (Норвегия), Transas (Россия), Unitest Marine (Польша). Эти фирмы разрабатывают и внедряют тренажеры нового поколения различного уровня сложности для решения учебно-методических задач тренажерной подготовки морских специалистов. Первоочередная задача каждого из производителей подобных тренажерных комплексов сводится к воплощению максимального реализма и точности всех процессов, имитируемых теми или иными тренажерными системами, к соответствию действующим требованиям международных и национальных стандартов и правил.
Все модели тренажеров Kongsberg Maritime разработаны на основе фактических характеристик судна, что является основным преимуществом компании над другими производителями. Конструкция и функции ее тренажеров соответствуют требованиям Международной конвенции о подготовке и дипломировании моряков и несении вахты (ПДНВ 78/95) [2].
На рис. 1 представлен один из первых тренажеров с буквенно-цифровым отображением информации на экране монитора и одновременно с более привычными для судомехаников аналоговыми стрелочными указателями. Имеется отдельная панель с мнемосхемами (рис. 2), позволяющая видеть, какой агрегат СЭУ включен в работу, и по схеме проследить, какой клапан открыт, а какой закрыт, уровень рабочих жидкостей в емкостях и их параметры - давление и температуру. Эта же информация выводится на центральный дисплей консоли управления в буквенно-цифровой форме. Механизмы машинного отделения (МО) имитируются местными постами управления главным двигателем, парогенератором, дизель-генератором, винтом регулируемого шага, главным распределительным щитом (ГРЩ).
Рис. 1. Центральный пост управления тренажера компании Kongsberg Maritime
Рис. 2. Мнемосхема тренажера
На рис. 3 представлен ГРЩ, на передней панели которого размещены ручки управления автоматами, измерительные приборы, переключатели, сигнальные глазки, мнемосхема. Кнопками осуществляется коммутация генераторов и потребителей, распределение электроэнергии.
Рис. 3. Главный распределительный щит тренажера компании Kongsberg Maritime
На рис. 4 представлен местный пульт управления вспомогательными дизель-генераторами, а на рис. 5 - пост, имитирующий управление вспомогательной паровой котельной установкой.
Рис. 4. Местный пульт управления вспомогательными дизель-генераторами
Рис. 5. Местный пульт управления вспомогательной паровой котельной установкой тренажера компании Kongsberg Maritime
Тренажеры компании Kongsberg Maritime быстро модифицируются, но основа разработок остается прежней, обеспечивая преемственность традиций [3]. Главным достоинством этих разработок является полное сходство переходных процессов в реальных механизмах и их моделях. К сожалению, отсутствует возможность модернизации ТМО этой компании, выпущенных ранее.
Тренажеры российской компании Transas, созданной в 90-х гг. прошлого века, ни в чем не уступают зарубежным аналогам. Основным преимуществом тренажеров, выпускаемых фирмой Transas, является более низкая цена при незначительном отставании качества моделируемых процессов. Кроме того, компания Transas на льготных условиях предлагает услуги по модернизации ранее выпущенных тренажеров. Компания постоянно обновляет выпускаемые ТМО новыми версиями [4] :
- ERS 4000 Full Mission имитирует центральный пост управления современного судна (рис. 6);
- ERS 4000 Network Class служит для группового обучения в компьютерной сети. Инструктор управляет классом, включающим до 12 рабочих мест обучаемых (рис. 7);
- ERS 4000 Solo специально разработана для индивидуального использования (для самостоятельной подготовки). Ее можно классифицировать как многоцелевой тренажер на персональном компьютере с двумерным или трехмерным изображением.
Рис. 6. Центральный пост управления тренажера компании Transas
Компания разработала также тренажеры холодильных установок различного назначения:
— автоматизированная холодильная установка провизионных камер;
— автоматизированная холодильная установка системы кондиционирования воздуха;
— холодильная установка морозильных комплексов (плиточного и конвейерного типа);
— рассольная холодильная установка и холодильная установка льдозавода;
— промышленная аммиачная холодильная установка.
Рис. 7. Тренажер компании Transas на базе компьютерной сети
Компания Unitest Marine (Польша) также разрабатывает ТМО различных модификаций. На рис. 8 показан ТМО для среднеоборотных дизелей, а на рис. 9 представлен фрагмент трехмерной анимации малооборотного дизеля.
Рис. 9. Трехмерная анимация малооборотного дизеля компании Unitest Marine
Все рассмотренные тренажеры соответствуют требованиям учебных курсов, имеют сертификаты на подготовку специалистов по требованиям Международной конвенции МАРПОЛ 73/78 и достаточно реалистично отображают ситуацию в машинном отделении реального судна.
Особенности обучения на ТМО разных фирм
В решении задач профессиональной подготовки оператора СЭУ с использованием технических средств (тренажеров, стендов, специализированных устройств) важную роль играет качество обучения.
Современные методы обучения с применением тренажерных комплексов на базе компьютерных технологий направлены на развитие умений самостоятельно мыслить и адекватно оце-
нивать ситуацию, безошибочно выстраивать цепочку причинно-следственных связей в событиях и их последствиях, быстро ориентироваться в новой ситуации (в том числе - в экстремальной), своевременно находить верные и эффективные пути решения проблем [5].
Использование ТМО - оптимальный путь для достижения этих целей. Одним из основных достоинств использования ТМО является не только возможность осваивать и закреплять навыки действий в задачах, соответствующих реальным ситуациям, без риска ущерба и аварий, но и оценивать успешность подготовки по прямым показателям эффективности и надежности имитируемой СЭУ деятельности. Современные ТМО позволяют готовить специалистов как к выполнению стандартных процедур, так и к действию в нештатных ситуациях.
Каждый оператор СЭУ, проявляя себя в различных рабочих ситуациях, остается в пределах, ограниченных своими возможностями (психическими, физическими, психофизиологическими, компетентностными). В ходе исследования деятельности судомехаников на тренажерном комплексе было установлено [6]:
— безотказность системы, состоящей из оператора СЭУ и комплекса всех судовых технических средств, находится в прямой зависимости от квалификации, а также от некоторых психологических качеств судовых механиков (произвольное внимание, мотивация, психологическая напряженность);
— каждый судомеханик обладает своеобразным набором индивидуальных качеств, оказывающих влияние на успешность его трудовой деятельности;
— уровень произвольного внимания и квалификации судовых механиков весьма значим для безаварийной эксплуатации СЭУ и ее элементов;
— в процессе обучения и накопления опыта по эксплуатации СЭУ имеют место этапы профессионализации судовых механиков, что в результате отражается на готовности операторов к верным действиям в различных ситуациях;
— уровень произвольного внимания и квалификации судовых механиков подвижен на стадии обучения, что положительно сказывается на надежности системы «СЭУ - оператор СЭУ ».
Таким образом, применение ТМО целесообразно для подготовки и аттестации судовых механиков в целях повышения надежности их решений в штатных и аварийных ситуациях.
На рис. 10 представлены результаты анализа качества обучения на ТМО курсантов и студентов по мере их продвижения по службе: обучение в ВУЗе, вахтенный механик судна (уровень эксплуатации), второй/старший механик (уровень управления). Из данных рис. 10 следует, что молодым специалистам ТМО поможет преодолеть недостаток компетенции перед окончательной аттестацией, а судовым механикам - устранить пробелы в знаниях по конкретным дисциплинам.
ЦПГ Остов Наддув Охлаждение Топливо-
подача
□ Учеба в ВУЗе
Эксплуатация
I | Управление
Рис. 10. Доля верных оценок состояния подсистем дизеля: ЦПГ - детали цилиндропоршневой группы
В процентах указана доля устраненных неисправностей в системах СЭУ соответствующей группой операторов.
Анализ качества обучения способствует своевременному выявлению и устранению у конкретных операторов пробелов в знаниях узлов и механизмов в системе СЭУ и ее элементах. С целью устранения причин этих пробелов необходима разработка мер по их предупреждению.
Еще один важный аспект использования тренажера, выявленный в процессе проведенных исследований, - возможность оценки надежности системы «СЭУ - оператор СЭУ», находящейся в зависимости от профессиональных и психологических качеств оператора. Разработанная методика тренажерного обучения и психоанализа [6] позволяет, используя тренажерные комплексы в качестве имитации реальных условий эксплуатации, анализировать действия человека и техники при эксплуатации реального оборудования. Поэтому тренажерные комплексы незаменимы при оценке готовности специалистов к адекватным действиям в аварийной ситуации.
Одним из важнейших требований является реалистичность работы тренажера. В реальных условиях все системы контроля и управления современной энергетической установкой компьютеризированы. Поэтому компьютерный тренажер должен соответствовать имитируемому судну и перенастраиваться под требования заказчика. При имитации ручного управления дизелем желательно использовать особенности тактильной памяти. Поэтому рукоятки рабочих органов пультов управления тренажера должны соответствовать аналогам реальных объектов машинного отделения.
Следует отметить, что при техническом обучении излишнее усложнение затрудняет восприятие. Поэтому тренажерную подготовку следует сочетать с простыми схемами, графиками и научно-популярной анимацией. (В качестве примера можно привести одноцелевые компьютерные тренажеры фирмы Unitest Marine).
Функциональность тренажера ERS 4000 (Transas) и различные комбинации режимов контроля и управления обеспечивают три основных уровня обучения и тренинга согласно требованиям Международной конвенции ПДМНВ-95:
— ознакомление и изучение;
— несение вахты в условиях штатных режимов работы систем и оборудования;
— несение вахты в условиях нештатных режимов работы, поиск и локализация неисправностей.
Под функциональностью понимаем возможности ТМО соответствовать всему перечню
требований заказчика. Современный ТМО должен отвечать всем требованиям Международной морской организации ИМО (International Maritime Organization, IMO). В части рекомендаций Международной конвенции ПДНВ 78/95 большинство расхождений устранено. Однако в свете требований Международного кодекса по управлению безопасной эксплуатацией судов (МКУБ) для механической службы судна следует разработать методы и средства контроля надежности судовых технических средств (СТС). Так, в военной отрасли ведутся разработки компьютерного универсального советника, помогающего оператору восстанавливать работоспособность сложной техники в аварийной ситуации. Предполагается встроить в очки оператора видеоинструкции по сборке/разборке, техническому обслуживанию и ремонту объекта. Для современных ТМО уже готовы фирменные видеоролики и анимация по судоремонту и техническому обслуживанию СТС, например, учебные материалы фирмы MAN.
На рис. 11 показано главное окно тренажера Turbo Diesel 3, в котором введена функция оценивания финансовых затрат на ремонт и техническое обслуживание оборудования.
Немаловажной характеристикой любого тренажера является его надежность. Международный кодекс по управлению безопасной эксплуатацией судов предписывает судовладельцу и экипажу судна контролировать надежность СТС [7, 8]. На судах используются системы управления и автоматизированного технического обслуживания, что получило развитие в практике создания тренажеров. В [6] представлен опыт использования диагностического тренажера Turbo Diesel 3. Помимо имитации преподавателем отказов СЭУ и отклонений режимов ее работы введена функция оценки стоимости принятых решений.
Рис. 11. Главное окно тренажера Turbo Diesel 3
Студент, который потратил меньше «денег» на техническое обслуживание, ремонт и топливо в моделируемых тренажером эксплуатационных задачах, будет более востребован на производстве.
Заключение
Предпринята попытка оценить различные аспекты эффективности ТМО. Первое место по уровню разработки занимает многоцелевой тренажер с сенсорными пультами и диалоговой виртуальной реальностью, но он дорог и имеет низкую пропускную способность. Многоцелевые тренажеры на персональном компьютере с двумерным или трехмерным изображением в силу низкой стоимости и большой пропускной способности становятся все более популярным средством обучения операторов СЭУ. Наметилась тенденция к созданию одноцелевых тренажеров под конкретную систему СЭУ. Рассмотрены пути дальнейшего совершенствования ТМО в области расширения функциональности, снижения их стоимости, улучшения качества обучения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Kluj S. The Relation Between Learning Objectives and the Appropriate Simulator Type / S. Kluj // Proc. of 5th Intern. Conf. on Engine Room Simulators (Singapore, 25-26 June 2001). Singapore Polytechnic and Maritime Academy, 2001. Pp. 120-132.
2. Vagabov I. I. Diesel Simulator as Unique Means for Bringing of Marine Engineers' Competence in Conformity with the Requirements of the STCW 95 Convention / I. I. Vagabov, A. N. Sobolenko, Y. A. Kor-neychuk // Proc. of 5th Intern. Conf. on Engine Room Simulators (Singapore, 25-26 June 2001). Singapore Polytechnic and Maritime Academy, 2001. Pp. 158-166.
3. Kongsberg Maritime // URL: http://www.km.kongsberg.com/ks/web/nokbg0240.nsf/ All-Web/3A8E0F5EDE3CCA4AC1256E2A0033B4D4.
4. Группа «Транзас» // URL: http://transas.ru/products/ERS5000?from=9992#description.
5. Безъязычный В. Ф. Применение методов нечеткой логики при исследовании влияния «человеческого фактора» на качество сборки ответственных узлов газотурбинного двигателя / В. Ф. Безъязычный, О. В. Виноградов, В. Н. Шишкин // Справочник. Инженерный журнал. 2013. № 3. С. 37-44.
6. Соболенко А. Н. Повышение эффективности и безаварийности работы СЭУ посредством тренажерной подготовки ее операторов / А. Н. Соболенко, Д. К. Глазюк // Рыбное хозяйство. 2014. № 1. С. 12-14.
7. Международная конвенция о подготовке, дипломировании и несении вахты моряков (ПДМНВ-78/95). СПб.: ЗАО ЦНИИМФ, 1996. 552 с.
8. Международный кодекс по управлению безопасностью (МКУБ) и руководства по его выполнению. СПб.: ЗАО ЦНИИМФ, 2014. 152 с.
Статья поступила в редакцию 03.03.2016
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Соболенко Анатолий Николаевич - Россия, 690014, Владивосток; Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет; д-р. техн. наук, профессор; профессор кафедры «Судовые энергетические установки»; [email protected].
Корнейчук Юрий Алексеевич - Россия, 690014, Владивосток; Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет; канд. техн. наук; доцент кафедры «Судовые энергетические установки»; [email protected].
Глазюк Дмитрий Константинович - Россия, 690014, Владивосток; Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет; канд. техн. наук; доцент кафедры «Судовые энергетические установки»; [email protected].
A. N. Sobolenko, Yu. A. Korneychuk, D. К. Glazuk
SUMMARY OF THE OPERATION PRACTICE OF MARINE ENGINE-ROOM SIMULATORS
Abstract. The object of the research is effectiveness of operations of simulators of the engine room by Kongsberg Maritime (Norway), Transas (Russia), Unitest Marine (Poland) companies. Actuality, functionality reliability and the quality of training are taken as the parameters of effectiveness. The peculiarities of the modification of the simulators of different companies and their influence on the quality of training according to the requirements of the International Marine Organization (IMO) are considered. Practice of simulator training of the students of maritime educational institutions on the specialties "Marine Engineer", "Power Engineer" and "Refrigeration Engineer" is summarized, and the advantages and disadvantages of the method are revealed. The influence of simulator training on the effectiveness of watching by marine engineers is studied. The experience of training of marine crew before competence certification is taken into account. The possibility to evaluate the reliability of the system of interaction of an operator and a marine power installation is presented. The efficiency of application of multipurpose simulators on the PC with two-dimensional and three-dimensional image and the importance of their usage for evaluation of readiness of the specialists to adequate actions in emergent situations is proved.
Key words: engine room simulator, functionality, reliability, actuality, quality of training.
REFERENCES
1. Kluj S. The Relation Between Learning Objectives and the Appropriate Simulator Type. Proceedings of 5th International Conference on Engine Room Simulators (Singapore, 25-26 June 2001). Singapore Polytechnic and Maritime Academy, 2001. Pp. 120-132.
2. Vagabov I. I., Sobolenko A. N., Korneychuk Y. A. Diesel Simulator as Unique Means for Bringing of Marine Engineers' Competence in Conformity with the Requirements of the STCW 95 Convention. Proceedings of 5th International Conference on Engine Room Simulators (Singapore, 25-26 June 2001). Singapore Polytechnic and Maritime Academy, 2001. Pp. 158-166.
3. Kongsberg Maritime. Available at: http://www.km.kongsberg.com/ks/web/nokbg0240.nsf/ AllWeb/ 3A8E0F5EDE3CCA4AC1256E2A0033B4D4.
4. Gruppa «Tranzas» [Group "Transas"]. Available at: http://transas.ru/products/ERS5000?from=9992# description.
5. Bez"iazychnyi V. F., Vinogradov O. V., Shishkin V. N. Primenenie metodov nechetkoi logiki pri issle-dovanii vliianiia «chelovecheskogo faktora» na kachestvo sborki otvetstvennykh uzlov gazoturbinnogo dvigatelia [Application of the methods of fuzzy logics while studying the influence of "human factor" on the quality of assembling of the main nods of gas turbine engine]. Spravochnik. Inzhenernyi zhurnal, 2013, no. 3, pp. 37-44.
6. Sobolenko A. N., Glaziuk D. K. Povyshenie effektivnosti i bezavariinosti raboty SEU posredstvom trenazhernoi podgotovki ee operatorov [Increase in effectiveness and safe work of marine power plants by means of simulator training of its operators]. Rybnoe khoziaistvo, 2014, no. 1, pp. 12-14.
7. Mezhdunarodnaia konventsiia o podgotovke, diplomirovanii i nesenii vakhty moriakov (PDMNV-78/95) [International Convention on training, certification and watching of seamen]. Saint-Petersburg, ZAO TsNIIMF Publ., 1996. 552 p.
8. Mezhdunarodnyi kodeks po upravleniiu bezopasnost'iu (MKUB) i rukovodstva po ego vypolneniiu [International Safety Management (ISM) Code with guidelines for its implementation]. Saint-Petersburg, ZAO TsNIIMF Publ., 2014. 152 p.
The article submitted to the editors 03.03.2016
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Sobolenko Anatoliy Nickolaevich - Russia, 690014, Vladivostok; Far Eastern State Technical University of Fisheries; Doctor of Technical Sciences, Professor; Professor of the Department "Ship Power Installations"; [email protected].
Korneychuk Yuriy Alekseevich - Russia, 690014, Vladivostok; Far Eastern State Technical University of Fisheries; Candidate of Technical Sciences; Assistant Professor of the Department "Ship Power Installations"; [email protected].
Glazyk Dmitry Konstantinovich - Russia, 690014, Vladivostok; Far Eastern State Technical University of Fisheries; Candidate of Technical Sciences; Assistant Professor of the Department "Ship Power Installations"; [email protected].
