Опыт внедрения «Компьютерного тренажерного комплекса процессов подготовки нефти и газа к транспорту» в образовательный процесс

Статья в Elpub

Территория «НЕФТЕГАЗ». 2017; : 12-19

Опыт внедрения «Компьютерного тренажерного комплекса процессов подготовки нефти и газа к транспорту» в образовательный процесс

Барашкин Р. Л., Калашников П. К., Попадько В. Е., Южанин В. В.

Аннотация

Более половины контуров автоматического регулирования на заводах по всему миру работают неэффективно, а половина нештатных и аварийных ситуаций связана с ошибками оперативного персонала: операторы автоматизированных технологических процессов теряют навыки и умения вследствие различных причин. Действия любого оператора основаны на ментальной модели, для формирования которой в разных компаниях существует ряд подходов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. В статье рассматриваются характеристики ментальных моделей и подходов к их формированию. Один из наиболее распространенных подходов к формированию ментальной модели - применение компьютерных тренажерных комплексов (КТК) для отработки навыков в штатных и нештатных режимах работы технологического процесса. В РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина на протяжении последних лет ведутся исследования и работы, направленные на создание компьютерных тренажерных комплексов, удовлетворяющих современным требованиям и стандартам. В данной статье приведен опыт успешного внедрения тренажерного комплекса в учебный процесс в университете. Представлен перечень приоритетных задач для обучения операторов установок подготовки нефти и газа к транспорту (УПН, УКПГ), описана методика проведения обучения с применением компьютерного тренажерного комплекса. Анализ результатов внедрения тренажерного комплекса в учебный процесс показал, что для проработки каждой задачи требуется определенное время, преждевременное уменьшение которого ведет к росту количества ошибок. Также следует отметить, что заметный рост базовых навыков наблюдается в ходе первых попыток прохождения задач, что свидетельствует о формировании базовой ментальной модели действий оператора. Далее начинаются формирование профессиональных навыков и процесс более тонкого изучения технологического процесса.

Список литературы

1. Барашкин Р.Л., Калашников П.К., Попадько В.Е., Пятибратов П.В. Компьютерный тренажерный комплекс процессов подготовки нефти и газа к транспорту // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2015. № 5. С. 27-31.

2. Барашкин Р.Л., Горелов В.В., Калашников П.К. и др. Алгоритм взаимодействия программ имитационного моделирования и систем управления технологическими процессами // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. 2015. № 10. С. 35-39.

3. Галактионов А.И. Системные исследования психических образов, формируемых оператором-технологом // Системный подход в инженерной психологии и психологии труда. М.: Наука, 1992. С. 92-104.

4. Дозорцев В.М., Назин В.А. Компьютерные тренажеры как инструмент моделирования операторской деятельности в психологическом эксперименте // Актуальные проблемы психологии труда, инженерной психологии и эргономики. 2013. Вып. 5. С. 81-103.

5. Дозорцев В.М. Мировой рынок компьютерных тренажеров для обучения операторов: тенденции, вызовы, прогнозы // Автоматизация в промышленности. 2016. № 2. С. 47-50.

6. Мартынов В.Г., Шейнбаум В.С., Сарданашвили С.А., Пятибратов П.В. Цифровое месторождение в образовании // Нефтяное хозяйство. 2011. № 6. С. 124-126.

7. Мартынов В.Г., Пятибратов П.В., Шейнбаум В.С. Развитие инновационной образовательной технологии обучения студентов в виртуальной среде профессиональной деятельности // Высшее образование сегодня. 2012. № 5. С. 4-8.

8. Сарданашвили С.А., Швечков В.А. Построение локальных и распределенных тренажерных комплексов для производственно-диспетчерских служб газотранспортных обществ // Труды Российского гос. ун-та нефти и газа им. И.М. Губкина. 2009. № 1. С. 172-182.

9. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.gosnadzor.ru/industrial/oil/ acts/Серия%2009%20Выпуск%2037.pdf (дата обращения: 26.10.2017).

10. Федеральный закон от 21 июля 1997 г. № 116-ФЗ (ред. от 07.03.2017) «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://base.garant.ru/11900785/ (дата обращения: 26.10.2017).

11. Bjork R.A. Structuring the Conditions of Training to Achieve Elite Performance: Reflections on Elite Training Programs and Related Themes in Chapter 10-13. In K.A. Ericsson (Ed.), Development of Professional Expertise. Toward Measurement of Expert Performance and Design of Optimal Learning Environments. Cambridge: Cambridge University Press, 2009, P. 312-332.

12. Cheetham G., Chivers G. Professions, Competence and Informal Learning. Cheltenham, UK, Edward Elgar, 2005.

13. Funke J. Complex Problem Solving: a Case for Complex Cognition? Cognitive Processing, 2010, No. 11, P. 133-142.

14. Flexman R., Stark E. Handbook of Human Factors. In G. Salvenndy (Ed.). New York: Wiley, 1987. P. 1012-1038.

15. Jamieson G., Guerlain S. Operator Interaction with Modelbased Predictive Controllers in Petrochemical Refining. In: Proceedings of the Human Performance, Situation Awareness and Automation Conference. Marietta, GA, 2000. P. 172-177.

16. Jamsa-Jounela S.-L. Future Trends in Process Automation. Helsinki University of Technology, 2007.

17. Kim J.W., Ritter F.E., Koubek R.J. An Integrated Theory of Skill Acquisition and Retention in the Three Stages of Learning. Theoretical Issues in Ergonomics Science, 2013, No. 14, P. 22-37.

18. Kluge A., Sauer J., Schuler K., Burkolter D. Designing Training for Process Control Simulators: a Review of Empirical Findings and Common Practice. Theoretical Issues in Ergonomic Science, 2009, No. 10, P. 489-509.

19. Kluge A., Nazir S., Manca D. Advanced Applications in Process Control and Training Needs of Field and Control Room Operators, IIE Transactions on Occupational Ergonomics and Human Factors, 2014, No. 2:3-4, P. 121-136.

20. Kluge A. The Acquisition of Knowledge and Skills for Task Work and Teamwork to Control Complex Technical Systems. A cognitive and macroergonomics perspective. Dortrecht: Springer, 2014.

21. Kolb D.A. Experiential Learning. Experience as the Source of Learning and Development. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1984.

22. Manca D., Brambilla S., Colombo S. Bridging between Virtual Reality and Accident Simulation for Training of Process-Industry Operators. Advances in Engineering Software, 2013, No. 55, P. 1-9.

23. McBride S.E., Rogers W.A., Fisk A.D. Understanding Human Management of Automation Failure. Theoretical Issues in Ergonomics Science, 2013. DOI: 10.1080/1463922X.2013.817625

24. Onnasch L., Wickens C.D., Li H., Manzey D. Human Performance Consequences of Stages and Levels of Automation: An Integrated Meta-Analysis. Human Factors, published online, 20th August 2013. DOI: 10.1177/0018720813501549

25. Patle D.S., Ahmad Z., Rangaiah G.P. Operator Training Simulators in the Chemical Industry: Review, Issues, and Future Directions. Review of Chemical Engineering, 2014. DOI: 10.1515/revce-2013-0027

26. Patrick D.W., Neal E.C., Beatrix J.E., Kelly D.S. Operations Skills for the 21st Century [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.uop. com/?document=operations-skills-for-the-21st-century&download=1 (дата обращения: 26.10.2017).

27. Sauer J., Hockey G.R.J., Wastell, D. Effects of Training on Short- and Long-Term Skill Retention in a Complex Multiple-Task Environment. Ergonomics, 2000, No. 43, P. 2043-2064.

28. Thwaites P. Process control in Metallurgical Plants: Towards' Operational Performance Excellence (plenary talk). Automining 2008 - International Congress in Automation in the Mining Industry, Santiago, Chile [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.scribd.com/document/257930082/00087-00437-pr (дата обращения: 26.10.2017).

29. Vicente K.J. Monitoring a Nuclear Power Plant. In: Kramer A.F., Wiegmann D.A., Kirlik A. (Eds.), Attention. From Theory to Practice. Oxford: Oxford University Press, 2007, P. 90-99.

30. Walker G.H., Stanton N.A., Salmon P.M., Jenkins D.P., Rafferty L. Translating the Concepts of Complexity to the Field of Ergonomics. Ergonomics, 2010, No. 53, P. 1175-1186.

31. Wickens C.D., Hollands J. Engineering Psychology and Human Performance (3rd ed.). Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2000.

32. Yin S., Laberge J. How Process Control Operators Derive, Update, and Apply Mental Models. Proceedings of the Humans factors and Ergonomics Society 54th Annual Meeting. Santa Barbara, CA: Sage, 2010, P. 1946-1950.

Territorija “NEFTEGAS” [Oil and Gas Territory]. 2017; : 12-19

Experience of implementation of «Oil and Gas Pre-Transport Treatment Computer Simulator Complex» in educational process

Barashkin R. L., Kalashnikov P. K., Popadko V. Ye., Yuzhanin V. V.

Abstract

More than the half of automatic control loops on plant all around the world work ineffective. While half of abnormal and accident situations are related to mistakes of operational staff - automated control systems operators miss skills and competence in consequence of different causes. Any operator activities are based on a mental model. In different companies several approaches are used for model formation and each of those approaches has its pros and cons. Characteristics of mental models and approaches for their formation are discussed in this article. One of the most spreading approaches for mental model formation - usage of computer simulators for ski'll training in normal and abnormal modes of technological process. For the last years investigations focused on the creation of computer simulators that suit modern requirements and standards are continuously carried out in Gubkin University. In this article the experience of successful implementation of the computer simulator into the educational process of the University is provided. Priority task list for complex oil and gas treatment plants operators is presented. Procedure of educational process using the computer simulator is described. The computer simulator implementation in training process results analysis showed that solving of each task requires definite time premature reduction of which causes the multiplication of mistakes. Also it's important to mention that sizeable growth of basic skills is observed during first approaches of task solving. It testifies the mental model operator's actions formation. Further the formation of professional skills and the process of more detailed technological process study begin.

References

1. Barashkin R.L., Kalashnikov P.K., Popad'ko V.E., Pyatibratov P.V. Komp'yuternyi trenazhernyi kompleks protsessov podgotovki nefti i gaza k transportu // Territoriya «NEFTEGAZ». 2015. № 5. S. 27-31.

2. Barashkin R.L., Gorelov V.V., Kalashnikov P.K. i dr. Algoritm vzaimodeistviya programm imitatsionnogo modelirovaniya i sistem upravleniya tekhnologicheskimi protsessami // Avtomatizatsiya, telemekhanizatsiya i svyaz' v neftyanoi promyshlennosti. 2015. № 10. S. 35-39.

3. Galaktionov A.I. Sistemnye issledovaniya psikhicheskikh obrazov, formiruemykh operatorom-tekhnologom // Sistemnyi podkhod v inzhenernoi psikhologii i psikhologii truda. M.: Nauka, 1992. S. 92-104.

4. Dozortsev V.M., Nazin V.A. Komp'yuternye trenazhery kak instrument modelirovaniya operatorskoi deyatel'nosti v psikhologicheskom eksperimente // Aktual'nye problemy psikhologii truda, inzhenernoi psikhologii i ergonomiki. 2013. Vyp. 5. S. 81-103.

5. Dozortsev V.M. Mirovoi rynok komp'yuternykh trenazherov dlya obucheniya operatorov: tendentsii, vyzovy, prognozy // Avtomatizatsiya v promyshlennosti. 2016. № 2. S. 47-50.

6. Martynov V.G., Sheinbaum V.S., Sardanashvili S.A., Pyatibratov P.V. Tsifrovoe mestorozhdenie v obrazovanii // Neftyanoe khozyaistvo. 2011. № 6. S. 124-126.

7. Martynov V.G., Pyatibratov P.V., Sheinbaum V.S. Razvitie innovatsionnoi obrazovatel'noi tekhnologii obucheniya studentov v virtual'noi srede professional'noi deyatel'nosti // Vysshee obrazovanie segodnya. 2012. № 5. S. 4-8.

8. Sardanashvili S.A., Shvechkov V.A. Postroenie lokal'nykh i raspredelennykh trenazhernykh kompleksov dlya proizvodstvenno-dispetcherskikh sluzhb gazotransportnykh obshchestv // Trudy Rossiiskogo gos. un-ta nefti i gaza im. I.M. Gubkina. 2009. № 1. S. 172-182.

9. Federal'nye normy i pravila v oblasti promyshlennoi bezopasnosti «Obshchie pravila vzryvobezopasnosti dlya vzryvopozharoopasnykh khimicheskikh, neftekhimicheskikh i neftepererabatyvayushchikh proizvodstv» [Elektronnyi resurs]. Rezhim dostupa: http://www.gosnadzor.ru/industrial/oil/ acts/Seriya%2009%20Vypusk%2037.pdf (data obrashcheniya: 26.10.2017).

10. Federal'nyi zakon ot 21 iyulya 1997 g. № 116-FZ (red. ot 07.03.2017) «O promyshlennoi bezopasnosti opasnykh proizvodstvennykh ob\"ektov» [Elektronnyi resurs]. Rezhim dostupa: http://base.garant.ru/11900785/ (data obrashcheniya: 26.10.2017).