Главная

Компьютерные тренажеры · Обзорная статья · Конструктор · Тренажеры (продукты) · Теплосети · Как заказать

SCADA

Другие проекты · Сад Слов · Almik

Публикации · Основные публикации · Блог ЖЖ · Путешествия · Живопись . Лирика

Об авторе

О компьютерных тренажерах

Здесь приведен авторский вариант статьи: Донской А.Н. Тренажеры на базе ЭВМ для оперативного персонала ТЭЦ// Энергетик. 1995. № 5. С. 28.

Несмотря на солидный возраст (ссылки приведены по итогам международной выставки "Комэнерго-93"),
основные положения статьи, на наш взгляд, сохраняют свою актуальность и сегодня.

Для чего это нужно

В сегодняшних экономических условиях, когда даже мелкий ремонт грозит превратиться в неразрешимую проблему, цена ошибок оперативного персонала производств со сложным технологическим оборудованием многократно возрастает. Особую важность приобретает качественное обучение и постоянное поддержание квалификации и готовности персонала, его противоаварийные тренировки. Машинный (компьютерный) эксперимент позволяет не только сформировать моторно-рефлекторные навыки действий в сложных ситуациях, но и наглядно показать физическую сущность протекающих в оборудовании процессов, их взаимную зависимость, а также ряд существенных тонкостей, которым, к сожалению, не всегда придается значение на практике. Компьютерные модели могут также оказать неоценимую помощь при анализе аварий, как с точки зрения накопления статистики, так и путем проведения машинного эксперимента по воспроизведению аварийной ситуации.

Состояние рынка

Ряд научных и инженерных коллективов страны уже давно работает над применением компьютеров в обучении, в том числе и в обучении персонала различных производств. Но ситуация на рынке компьютерных тренажеров сохраняется: он перенасыщен различными экзаменаторами по технике безопасности; существует большое число тренажеров по оперативным переключениям в электрических сетях; а вот тренажеров по котлам, турбинам и другому сложному технологическому оборудованию по-прежнему мало. Постараемся объяснить такую ситуацию, исходя из классификации программ и стоимости их разработки.

Можно выделить следующие типы компьютерных тренажеров:

1. Электронный экзаменатор. Это простейший программный продукт, реализуемый на всех видах отечественной и зарубежной вычислительной техники. Основная его функция - это замена живого экзаменатора в строго регламентированных областях (техника безопасности различных производств, правила дорожного движения и т.п.). Как правило, такой экзаменатор содержит набор билетов из нескольких вопросов, предлагаемых экзаменуемому в случайном порядке, и ряда неправильных и одного правильного ответа на каждый вопрос. В зависимости от сложности экзаменатора, он может обеспечивать также следующие возможности:

• показ рисунков в кадре вопроса;
• показ мультфильмов (анимация) в кадре вопроса;
• анализ ответа экзаменуемого в виде чисел и формул;
• предварительное обучение (показ правильных ответов);
• редактирование старых и создание новых вопросов.

Стоимость разработки подобных экзаменаторов самая низкая (простые тренажеры такого класса может написать школьник).

2. Статические (или логико-динамические) тренажеры. Наиболее широко в этом классе распространены тренажеры по оперативным переключениям в электрических сетях. Основная особенность заключается в том, что в таких программах отсутствует физико-математическая модель процессов, происходящих в оборудовании, но показывается и проверяется определенный порядок действий. Порядок действий обычно жестко задается; в более сложных случаях предусматриваются разветвления в цепочке действий, что обеспечивается логическими функциями (логико-динамическая модель). Главные недостатки:

• невозможность отклонения обучаемого от сколь угодно сложной, но все равно жестко заданной цепочки действий;
• трудность программирования динамических эффектов (даже простого изменения показаний приборов).

Эти недостатки несущественны в жестко регламентированных оперативных переключениях в электрических сетях, но определяют невозможность моделирования сложных физических процессов в котлах и турбинах. Как правило, разработчики таких тренажеров сначала делают для себя инструментальные средства (конструкторы), позволяющие легко нарисовать нужные электрические схемы и задать цепочки правильных действий. Такие конструкторы также предлагаются на продажу, но по более высоким ценам. Тем не менее, заказчику выгоднее приобретать конструктор, чем готовый тренажер. Примеры: "ТОР-2" (ГВЦ Минтопэнерго, г.Москва), "СОКРАТ" ("Корона ЛТД", г.Саратов), тренажеры Центра подготовки и тренажа Пермской ГРЭС (Добрянка). Стоимость разработки в зависимости от комплектности (готовый тренажер или конструктор) низкая и средняя. Простые тренажеры вполне может написать студент.

3. Динамические тренажеры. Имеют в своей основе математическую модель реальных физических процессов и потому наиболее полезны для качественного обучения (не натаскивания!) персонала. Разумеется, для расчета достаточно полной модели котла требуются весьма внушительные машинные ресурсы - на IBM PC (даже 486), да еще в реальном масштабе времени, это вряд ли возможно. Поэтому модель следует упростить, но так, чтобы ее поведение в обусловленных техническим заданием рамках соответствовало реальной системе с определенной точностью. Это сложная творческая задача для инженера и научного работника. Можно с уверенностью сказать, что стоимость разработки такого наукоемкого продукта многократно превышает цену, которую согласен уплатить заказчик. Так объясняется относительно небольшое количество разработчиков тренажеров такого класса и ощутимая ниша на рынке подобных продуктов. Примеры: наши динамические тренажеры и тренажеры, разработанные в ВТИ, МЭИ. Стоимость разработки: высокая.

4. Пультовые тренажеры. В них, кроме компьютера, присутствует аппаратная часть (например, копия реального пульта управления котлом). На пульте могут быть представлены только основные приборы и органы управления (упрощенный тренажер), управление какой-либо частью, отдельной установкой (локальный тренажер); наконец, пульт может быть копией реального пульта управления (полномасштабный тренажер). Компьютер в данном случае заменяет реальный управляемый объект; здесь, как правило, требуется хорошая динамическая модель. Поэтому к вышеприведенной оценке динамических тренажеров приходится также добавить стоимость разработки аппаратной части. Примеры: полномасштабный тренажер по турбине Т-100 (ТЭЦ-25, г.Москва), а также наш пультовый тренажер по котлу БКЗ в УКК Чувашэнерго, г.Чебоксары. Стоимость разработки: высокая и очень высокая.

5. Современная компьютерная технология (мультимедиа) позволяет создавать диалоговые обучающие программы и тренажеры, включающие компьютерную мультипликацию, аудио и видеотехнику. Как минимум, это усилит ощущение реальности при работе с тренажером и откроет новые возможности в процессе обучения. Стоимость разработки: в зависимости от внутренней научной начинки от средней до очень высокой. Стоимость необходимой компьютерной техники: относительно высокая.

Приведенная классификация поможет при выборе программных средств в зависимости от задач и целей обучения:

• для контроля персонала по набору определенных правил (техника безопасности и т.п.) можно использовать простые экзаменаторы;
• для общего ознакомления с устройством и обучения определенному порядку действий можно использовать статические и логико-динамические тренажеры;
• для проведения экспериментов, изучения физических основ и способов функционирования устройств, для проблемного обучения, противоаварийных тренировок и анализа аварий следует использовать динамические тренажеры.

Пультовые тренажеры в основном нацелены на ознакомление персонала с конкретным оборудованием и на выработку соответствующих моторно-рефлекторных реакций и навыков. Отсюда очевиден недостаток этого класса тренажеров: при изменениях (модернизации) оборудования или при переводе персонала на другой вид оборудования тренажер становится бесполезным; тогда как чисто компьютерный динамический тренажер при правильном подходе учит думать, анализировать протекающие физические процессы и принимать оптимальные решения. Способ управления компьютерным тренажером обычно отличается от реального, но это не следует считать недостатком, поскольку он позволяет абстрагироваться от частностей и сосредоточиться на понимании сути моделируемых явлений. Кроме того, ничто не мешает при необходимости нарисовать на дисплее реальный пульт (даже поместить его фотографию). Хорошо сделанный компьютерный тренажер можно легко перенастроить при модернизации оборудования.

Остановимся подробнее на динамических тренажерах, как наиболее интересных и сложных программных продуктах. Есть два различных способа изготовления таких тренажеров. Первый заключается в написании отдельной программы для каждого отдельного тренажера, второй - в использовании специального инструмента разработчика (конструктора), который позволяет многократно ускорить разработку. В первом случае возможно достижение красивых специальных эффектов, но очень затруднена модификация тренажера. Как правило, программы этого класса (и математические модели в них) очень просты, поэтому такие локальные тренажеры более распространены (что является показателем не качества, а рентабельности их производства). При использовании конструктора разработчиком тренажера должен быть не программист, а технолог, владеющий аппаратом прикладной математики. Общее свойство большинства конструкторов - составление динамической модели из "кубиков" - стандартных элементов, описывающих определенные объекты управления (вентили, приборы) и стандартные математические операции, передаточные функции, логику. Конструкторы редко и не очень охотно предлагаются на продажу по причинам очень высокой стоимости разработки, малого тиража и, следовательно, высоких цен. С другой стороны, при перспективном планировании компьютеризации подготовки персонала имеет смысл пойти на повышенные расходы, чтобы иметь возможность редактировать имеющиеся модели и создавать новые по собственному усмотрению.

При выборе конструктора следует учитывать:

• набор стандартных элементов и возможность его расширения;
• возможные режимы работы и решаемые задачи (показ правильных действий, сценарии аварийных ситуаций, оценка обучаемого);
• качество и эргономические характеристики интерфейса (удобство работы) разработчика и обучаемого.

Ряд коллективов используют (и предлагают на продажу) конструкторы динамических тренажеров более или менее приемлемого качества. Наш конструктор выполнен по объектно-ориентированной технологии и обеспечивает удобный графический интерфейс как для обучаемого, так и для разработчика. Модели составляются из стандартных объектов, каждый из которых имеет свое изображение, механизм управления и способ моделирования. Набор элементов по желанию заказчика легко может быть расширен. Законченная модель представляет собой набор из нескольких окон, объединенных друг с другом по иерархическому принципу (главная мнемосхема - мнемосхемы отдельных узлов, панели защит, сигнализации и пр.), или по принципу циклического списка. В каждый отдельный момент на экране может быть видно одно или несколько окон. Часть окон с управляемыми объектами (вентили, насосы, ключи, приборы, блоки защиты, сигнализация, сообщения, кнопки для перехода в другие окна) составляют интерфейс обучаемого. Управление моделью одинаково легко осуществляется как с помощью мыши, так и с клавиатуры. В недоступных для обучаемого окнах разработчик собирает динамическую модель, имея для этого богатый набор стандартных элементов (узлы, связи, формулы, специальные функции). В отличие от других конструкторов, здесь значительно упрощено составление моделей сложных сетей трубопроводов и арматуры. Для этого достаточно описать эту сеть в виде графа из узлов и связей типа "труба" с определенной проводимостью. Простота и универсальность оборачиваются некоторыми ограничениями (например, один цикл расчет модели котла или турбины, состоящей из нескольких сотен управляемых элементов и до 2000 элементов модели, на IBM PC/AT 286 требует около 1 секунды, что увеличивает динамическую ошибку моделирования быстропротекающих процессов).

Сформулируем в заключение некоторые выводы:

• Качественного обучения оперативного персонала и поддержания его постоянной готовности можно достигнуть путем проблемного обучения, применяя динамические тренажеры.
• Готовый динамический тренажер, поставляемый заказчику, должен обеспечивать высокий уровень сервиса и удобство использования, а также хотя бы минимальные возможности изменения модели и конструирования сценариев противоаварийных тренировок.
• В таких сложных динамических системах, как турбина, невозможно жестко определить последовательность правильных действий, так как она часто зависит от мелких деталей в развитии ситуации. Поэтому оценка действий обучаемого должна быть интегральной и выводить ее следует из анализа текущего и желаемого состояния модели и проверки отдельных запрещенных действий и состояний. Такую оценку обеспечивает правильное составление сценария в наших тренажерах.
• Заказчик обычно требует индивидуального подхода и составления достаточно подробной модели его конкретного оборудования. Удовлетворить такие требования в реальные сроки позволит только применение конструктора динамических тренажеров.

Home Page http://simulators.narod.ru

Post: 428000, г.Чебоксары, а/я 121, Донской Алексей Николаевич

Download demo version (DOS) Установка и настройки