CC BY
4
Ольга Николаевна Лопатеева Olga N. Lopateeva
кандидат технических наук, доцент кафедры информатики и вычислительной техники, Сибирский государственный университет науки и технологий имени академикаМ.Ф. Решетнева, Красноярск, Россия
Ангелина Дмитриевна Юрова Angelina D. Yurova
магистрант кафедры информационно-управляющих систем, Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева, Красноярск, Россия
DOI: 10.17122/1999-5458-2022-18-3-4-101-107
РАЗРАБОТКА ОБУЧАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ ПО ПРИЕМУ И ПУСКУ ОЧИСТНЫХ УСТРОЙСТВ
Актуальность
С активным развитием компьютерных технологий появилась возможность проектировать сложные технологические системы для подготовки и повышения квалификации специалистов в различных областях. В этих условиях во многих странах использование компьютерных тренажёров для обучения персонала в нефтегазовой отрасли фиксируется на законодательном уровне. В статье рассматриваются теоретические аспекты создания обучающей системы для подготовки работников, эффективность использования цифровых технологий обучения в нефтегазовой отрасли. Решается задача уменьшения риска возникновения аварийных ситуаций при освоении навыков работы с установкой пуска-приема очистных устройств за счет разработки обучающей системы.
Цель исследования
Основной целью данной работы является уменьшение риска возникновения аварийных ситуаций при освоении навыков работы с установкой пуска-приема очистных устройств за счет разработки обучающей системы.
Методы исследования
Методологической основой в данной статье являются методы математического моделирования.
Результаты
Проанализированы обучающие системы для нефтегазовой отрасли. Спроектирована и разработана программная реализация обучающей системы. Была проанализирована возможность внедрения цифрового обучения в нефтегазовую отрасль, позволяющая работникам данной отрасли обучаться и практиковаться в своих навыках без риска для их здоровья.
Ключевые слова: обучающая система, 3D визуализация, обучение, тренажёры, устройство запуска и приема
УДК 004.588
DEVELOPMENT OF A TRAINING SYSTEM FOR PERSONNEL IN THE LAUNCH AND RECEPTION
OF CLEANING DEVICES
Relevance
With the active development of computer technology, it became possible to design complex technological systems for training and advanced training of personnel in various fields. Under these conditions, in many countries, the use of computer simulators for training personnel in the oil and gas industry is fixed at the legislative level. The article discusses the theoretical aspects of creating a training system for personnel training, the effectiveness of using digital learning technologies in the oil and gas industry. The problem of reducing the risk of emergency situations when mastering work skills with the installation of launch and reception of cleaning devices is solved due to the development of a training system.
Aim of research
The main aim of this work is to reduce the risk of accidents when mastering work skills with the installation of launch and reception of cleaning devices by development of a training system.
Research methods
The methodological basis in this article are the methods of mathematical modeling.
Results
The training systems for the oil and gas industry are analyzed. A software implementation of the training system has been designed and developed. The possibility of introducing digital learning into the oil and gas industry was analyzed, allowing personnel of this industry to learn and practice their skills without risk to their health.
Keywords: training system, 3D visualization, training, simulators, launch and reception device
Введение Таким образом, уменьшение риска воз-
В настоящее время цифровая образова- никновения аварийных ситуаций при тельная среда активно развивается. освоении навыков работы с установкой Цифровые технологии достигли статуса пуска-приема очистных устройств с востребованных инструментов современ- помощью обучающей системы является ного образовательного процесса. В срав- актуальной задачей на сегодняшний день. нении со многими сферами, нефтегазовая В настоящее время за рубежом суще-отрасль выделяется сложными техноло- ствует несколько современных тренажёр-гическими процессами, аварии на кото- ных платформ, разработанных и поддер-рых могут привести к необратимым живаемых основными мировыми произ-финансовым и экологическим потерям. водителями компьютерных тренажёрных Для работы с подобными процессами комплексов.
требуются квалифицированные опера- Например, KCA DEUTAG является торы, на которых ложится большая ответ- разработчиком тренажёра бурения DART ственность за последствия принятых компьютерной системы, позволяющей решений. отрабатывать навыки бурения и различ-
Использование имитационных трена- ные инженерные сценарии в режиме жёрных комплексов позволяет повысить реального времени с применением техно-профессиональный уровень персонала, логии внутрискважинного моделирова-получить необходимый практический ния.
опыт — отрабатывать базовые навыки Тренажёр обеспечивает отработку работы с системой управления и навыки практических навыков работы на буро-действий в аварийных ситуациях.
102-
Electrical and data processing facilities and systems. № 3-4, v. 18, 2022
вых установках, равно как и сценарии по оптимизации буровых работ.
В системе DART используется программное обеспечение, которое эффективно интегрирует и воспроизводит сква-жинные условия, таким образом практиковаться на тренажёре могут в безопасных условиях как новички, так и опытные специалисты, используя реальные проектные данные по скважинам.
Вторым существующим решением является учебный симулятор «Оператор котла ПТВМ-120». Он предназначен для формирования навыков безопасного, правильного и качественного выполнения технологического цикла нагрева воды котлом.
Однако большинство приведенных тренажеров имеют довольно загруженный интерфейс, из-за чего использование может вызвать неудобства, а также их стоимость довольно высока. К тому же у двух из трёх тренажёров большие габариты, и количество людей при использовании данных приложений ограничено. Вследствие этого можно сделать вывод о том, что программно-тренировочные системы имеют преимущество, так как локальны, занимают не много места и могут использоваться неограниченным количеством пользователей в одно и то же время.
Методы разработки
Обучающие системы — это программные средства профессиональной подготовки, состоящие из электронных учебников и набора специализированных тренажёров [1]. Стандартный функционал обучающей системы, как правило, содержит два режима: обучение и экзамен.
Для реализации обучающей системы в нефтегазовой отрасли была выбрана установка «Устройство запуска и приема средств очистки и диагностики для нефтепровода». Устройство запуска состоит из шести элементов: камеры запуска, лотка, загрузочного устройства, комплекта площадок обслуживания, лебедки и поддона [2].
Модули тренировочного и экзаменационного режима содержат в себе одинаковые скрипты: поворот и перемещение объектов, перемещение пользователя, контроль времени и прохождения этапов, подсветка объектов [3, 4].
На рисунке 1 изображена схема модулей разрабатываемой системы.
На рисунке 2 изображена камера запуска средств очистки.
Устройство приема состоит из четырёх элементов: камеры приема, лотка, загрузочного устройства и поддона (рисунок 3).
Рисунок 1. Модули разрабатываемой системы Figure 1. Modules of the system under development
А — патрубок для подвода продукта; В — патрубок для датчика давления; Г — патрубки для присоединения трубопроводов газовоздушной линии; Д — патрубок для подачи пара или инертного газа; Е — патрубок для установки сигнализатора рычажного; Ж — патрубок для установки запасовочного устройства; К — патрубок для установки манометра; М — патрубки для присоединения дренажных трубопроводов; H — датчик
контроля герметичности
A — pipe for product supply; B — pipe for pressure sensor; Г — pipes for connecting pipelines of the gas-air line; Д — pipe for steam or inert gas supply; E — pipe for installing a lever alarm; Ж — pipe for installing a storage device; K — pipe for installing a pressure gauge; M — pipes for connecting drainage pipelines; H — leak control sensor
Рисунок 2. Камера запуска
Figure 2. Launch camera
Б — патрубки для отвода продукта; В — патрубок для установки датчика давления; Г — патрубок для присоединения трубопровода газовоздушной линии; Д — патрубок
для подачи пара или инертного газа; Е — патрубок для установки сигнализатора рычажного; К — патрубок для установки манометра; Л — сигнализатор прохождения средств очистки; М — патрубки для присоединения дренажных трубопроводов;
Н — датчик контроля герметичности
Б — pipes for product discharge; В — pipe for installing a pressure sensor; Г — pipe for connecting a gas-airline pipeline; Д — pipe for supplying steam or inert gas; E — pipe for installing a lever alarm; K — pipe for installing a pressure gauge; Л — signal for passing cleaning agents; M — pipes for connection of drainage pipelines; H — leak control sensor
Рисунок 3. Устройство приема
Figure 3. Receiving device
Для разрабатываемого программного продукта было принято решение использовать межплатформенную среду для разработки компьютерных игр Unity, разработанную американской компанией Unity Technologies, которая соответствует требуемым критериям [5].
Редактор Unity имеет простой Drag& Drop интерфейс, который легко настраивать, состоит из различных окон, благодаря чему можно производить отладку игры прямо в редакторе. Движок используется для написания скриптов C#, Boo и модификации JavaScript, известной как UnityScript [6].
Для создания 3D моделей разрабатываемой обучающей системы было выбрано профессиональное программное обеспечение для 3D моделирования, анимации и визуализации при создании игр и проектировании — Autodesk 3ds Max [7].
Для разрабатываемой системы была выбрана диаграмма вариантов использования (рисунок 4). Унифицированный язык моделирования является графическим языком для визуализации, специфицирования, конструирования и документирования систем [8, 9].
Рисунок 4. Модули разрабатываемой системы
Figure 4. Use case diagram
Результаты
В ходе выполненной работы была спроектирована и разработана обучающая система для осуществления деятельности в нефтегазодобывающих предприятиях.
Система позволяет рассчитывать самую выгодную альтернативу, основываясь на определенной оценочной матрице альтернатив и критериев и определенных правилах выбора.
Программный продукт «SDIRC» служит для уменьшения риска возникновения аварийных ситуаций при освоении навыков работы с установкой пуска-приема очистных устройств. Продукт обладает простым и понятным интерфейсом, поэтому у пользователя не будет проблем в его освоении.
Запуск приложения возможен по щелчку на иконке самой программы, находящейся в специальном каталоге. После запуска приложения на экране отображается главное окно, с помощью которого можно управлять всеми функциями приложения (рисунок 5).
В окне «Инструкция» содержатся основные клавиши управления и алгоритм, состоящий из ста поочередных действий, которые необходимо строго соблюдать в двух режимах (тренировка, экзамен), чтобы пройти обучение и сдать экзамен.
Весь тренировочный процесс осуществляется от первого лица, что позволяет полностью погрузиться в выполняемую работу. Управление в обучающей системе осуществляется стандартными клавишами передвижения, как в играх.
В режиме тренировки пользователю будут представлены подсказки в виде текста с указанием действий и подсвечивания предметов, с которыми необходимо будет взаимодействовать на определенном этапе, что будет отсутствовать в режиме экзамена (рисунок 6).
Рисунок 5. Главное меню обучающей системы Figure 5. The main menu of the training system
Рисунок 6. Режим тренажера «Тренировка» Figure 6. Simulator mode «Training»
В результате проведенной работы был разработан обучающий тренажер для уменьшения риска возникновения аварийных ситуаций при освоении навыков работы с установкой пуска-приема очистных устройств.
Выводы
В результате выполнения данной работы была достигнута основная цель по разработке обучающей системы для уменьшения риска возникновения аварийных ситуаций при освоении навыков работы с установкой пуска-приема очист-106-
ных устройств при помощи использования программного средства по 3D визуализации платформы Unity, программного продукта Autodesk 3ds Max, редактора кода Visual Studio с использованием языка программирования С#.
В ходе выполнения работы были решены следующие задачи:
— проанализированы обучающие системы для нефтегазовой отрасли;
— изучена установка «КПП СОД»;
— изучены чрезвычайные ситуации на установке «КПП СОД»;
— спроектирована обучающая система;
— разработана программная реализация обучающей системы.
Была проанализирована возможность внедрения цифрового обучения в нефтегазовую отрасль, позволяющая работни-
Список источников
1. Хачатурова С.С. Обучающие системы в образовании // Международный журнал экспериментального образования. 2017. № 3-2. С. 188-189.
2. Технологические процессы на камере пуска и приема средств очистки и диагностики. М., 2002. URL: https://clck.ru/32BrEG (дата обращения: 03.06.2022).
3. Мухаметгалиев Р. Д. Разработка программы-тренажера для наклонно-направленного бурения // Молодой ученый. 2020. № 27 (317). С. 4-7.
4. Осипова В.А. Повышение эффективности обучения операторов технологических процессов на базе компьютерных тренажёров // Системы. Методы. Технологии. 2011. № 3 (11). C. 106-114.
5. Mike G. Unity Game Development in 24 Hours. Sams, 2018. 464 p.
6. Matt A.W. Object-Oriented Thought Process. Addison-Wesley, 2018. 347 p.
7. Все о программе 3Ds Max. М., 2022. URL: https://clck.ru/rWT9A (дата обращения: 07.06.2022).
8. Визуальное моделирование и UML. М., 2020. URL: https://Studopedia.net (дата обращения: 05.06.2022).
9. Stephen J.M., Marc J.B., Ivar Jacobson. Executable UML: A Foundation for Model-Driven Architecture. Addison-Wesley, 2022. 402 p.
References
1. Khachaturova S.S. Obuchayushchie sistemy v obrazovanii [Learning Systems in Education]. Mezhdunarodnyi zhurnal ekspe-rimental'nogo obrazovaniya — International
кам данной отрасли обучаться и практиковаться в своих навыках без риска для их здоровья.
В будущем планируется реализация данного продукта при помощи VR-техно-логий, а также добавление других установок нефтегазовой отрасли.
Journal of Experimental Education, 2017, No. 3-2, pp. 188-189. [in Russian].
2. Tekhnologicheskie protsessy na kamere puska i priema sredstv ochistki i diagnostiki [Technological Processes at The Start-Up and Reception Chamber of Cleaning and Diagnostic Tools]. M., 2002. URL: https://clck.ru/32BrEG (accessed 03.06.2022). [in Russian].
3. Mukhametgaliev R.D. Razrabotka prog-rammytrenazhera dlya naklonno-napravlennogo bureniya [Development of a Simulator Program for Directional Drilling]. Molodoi uchenyi — Young Scientist, 2020, No. 27 (317), pp. 4-7. [in Russian].
4. Osipova V.A. Povyshenie effektivnosti obucheniya operatorov tekhnologicheskikh protsessov na baze komp'yuternykh trenazherov [Improving the Efficiency of Training Process Operators Based on Computer Simulators]. Sistemy. Metody. Tekhnologii — Systems. Methods. Technologies, 2011, No. 3 (11), pp. 106-114. [in Russian].
5. Mike G. Unity Game Development in 24 Hours. Sams, 2018. 464 p.
6. Matt A.W. Object-Oriented Thought Process. Addison-Wesley, 2018. 347 p.
7. Vse o programme 3Ds Max [All about the 3Ds Max Program]. Moscow, 2022. URL: https:// clck.ru/rWT9A (accessed 07.06.2022). [in Russian].
8. Vizual'noe modelirovanie i UML [Visual Modeling and UML]. Moscow, 2020. URL: https://Studopedia.net (accessed 05.06.2022). [in Russian].
9. Stephen J.M., Marc J.B., Ivar Jacobson.
Executable UML: A Foundation for Model-Driven Architecture. Addison-Wesley, 2022. 402 p.
