Тренажеры энергообъектов

В электроэнергетике традиционно уделяется большое внимание подготовке квалифицированных кадров, прежде всего персонала, обслуживающего линии электропередачи, трансформаторные подстанции и другие объекты сетевого хозяйства. В отрасли сохраняется жесткая система допусков к работе, система квалификационных групп, подтверждение которых обязательно для любого работника сетевого предприятия.

Необходимость соблюдения норм электробезопасности ставит перед руководством предприятий задачу создания системы подготовки и переподготовки работников, включающую практические занятия, профессиональные соревнования, проверку знаний. Компьютерные тренажеры на базе 3D-технологий позволяют сделать существенный шаг вперед в качестве подготовки и переподготовки кадров, считают Вадим Геннадьевич Ойкин и Виктор Ефимович Поляк.

ОБУЧЕНИЕ ОПЕРАТИВНО-РЕМОНТНОГО ПЕРСОНАЛА
Компьютерные имитационные 3D-тренажеры

Вадим Ойкин, к.э.н., генеральный директор АО «Облкоммунэнерго»
Виктор Поляк, к.ф.-м.н., генеральный директор Корпорации «Диполь»
г. Саратов

Применение компьютерных тренажеров для обучения персонала становится все более актуальной и важной задачей в силу ряда причин, главные из которых:

• общее снижение базового уровня знаний и навыков трудовых ресурсов;
• необходимость интенсификации, выработки устойчивых практических навыков при работе с оборудованием;
• необходимость выработки автоматизма в соблюдении правил охраны труда, особенно при работе на опасных объектах;
• ограниченность времени, отведенного на подготовку персонала;
• недостаточное количество оборудования для учебных целей.

Как показывает практика, ошибки совершают не только новички по причине отсутствия опыта и недостатка базовых знаний, но и опытные работники из-за притупления чувства опасности и определенной самоуверенности.

Именно введение компьютерных тренажеров в процесс обучения должно позволить научить работника и закрепить навыки быстрого, правильного и безопасного выполнения всех необходимых операций при самостоятельной работе с оборудованием в условиях ограниченного временного ресурса.

Развитие компьютерных технологий как в программной, так и в аппаратной сфере привело к созданию так называемой виртуальной реальности. Применение технологий виртуальной реальности (или 3D-технологий) в компьютерных тренажерах позволяет последним приобрести совершенно новые, не достижимые прежде качества, связанные с новым уровнем визуализации, возможностью практически полного погружения в рабочую среду и действий в этой среде.

ТРЕНАЖЕРЫ ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ. КЛАССЫ ТРЕНАЖЕРОВ

Компьютерные тренажеры позволяют:

• ознакомиться со структурой объекта, составом оборудования и его элементами;
• изучить инструмент и технологическую оснастку, необходимые при работе с оборудованием;
• ознакомиться с требованиями техники безопасности;
• получить представление об этапах технологического процесса;
• научиться выявлять дефекты в работе оборудования и его отдельных узлов;
• закрепить умение правильно оформлять документацию;
• наконец, и это самое важное, наиболее эффективно формировать устойчивые навыки выполнения как отдельных операций, так и полного их цикла.

В литературе [1–3] по ряду критериев выделяют несколько классов компьютерных тренажеров. Отметим, на наш взгляд, самые важные из них:

• Тренажеры, обучающие моторным навыкам, широко применяются для обучения вождению различных транспортных средств, стрельбе, сварочным работам, спортивным играм и т.д.
• Тренажеры, обучающие распознаванию образов, наиболее активно используются для подготовки специалистов в области медицинской диагностики, для обучения навыкам синхронного перевода, а также для обучения операторов различных специальностей.
• Тренажеры, обучающие работе по алгоритму, наиболее распространены и предназначены для обучения методикам работы с оборудованием, эксплуатации сложной техники. Тренажер обычно имеет довольно жесткий сценарий обучения: обучаемый пользуется полной свободой действий только в промежутках между контрольными ситуациями, а верное решение (ситуация) всегда единственное, и от обучаемого в конечном итоге требуется его точное воспроизведение
• Тренажеры, обучающие поведению в нештатных (аварийных) ситуациях, используются для тренировки персонала и операторов электростанций, атомных станций, химических производств, а также при обучении управлению движущимися объектами (самолет, судно, автомобиль и т.п.).

В большинстве случаев реализация тренажера данного типа может быть сведена к набору тренажеров, обучающих работе по алгоритму.

Безусловно, в одном тренажере могут сочетаться свойства, присущие разным классам.

РАЗРАБОТКА ТРЕНАЖЕРОВ

Разработка тренажерных комплексов – достаточно сложная задача не только в техническом, но и в методическом отношении [4-6]. Отметим, что серьезным отрицательным моментом в разработках может быть так называемая дидактическая и методическая нейтральность: у многих известных тренажеров отсутствует учебно-методическое обеспечение – нет сценариев проведения занятий, отсутствует педагогически грамотная последовательность этапов обучения и т. д.

На наш взгляд, полноценным может быть только учебно-методический тренажерный комплекс, где присутствуют необходимые методические и педагогические компоненты. Поэтому при разработке учебно-тренажерных комплексов (и тренажеров в их составе) должен использоваться ряд методических приемов:

• ознакомление с нормальным (без дефектов) состоянием оборудования, объекта;
• ознакомление с возможными дефектами, неисправностями оборудования;
• ознакомление с правильным порядком операций;
• поддержание обратной связи;
• соблюдение последовательности освоения материала (выполнение сначала простых операций, а затем переход к сложным технологическим процессам);
• возможность многократного повторения;
• получение дополнительных пояснений при выполнении операций.

АО «Облкоммунэнерго» и Корпорация «Диполь» ведут работы по внедрению компьютерных 3D-тренажеров в практику подготовки персонала. К настоящему времени специалистами двух компаний созданы оригинальные компьютерные имитационные тренажеры (КИТ) по обследованию трансформаторных подстанций (ТП) и устранению обрыва провода на воздушной линии (ВЛ) электропередачи.

КИТ ПО ОБСЛЕДОВАНИЮ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ

КИТ «Трансформаторные подстанции 3D. Проведение осмотра» предназначен для освоения навыков технологического контроля подстанций и ориентирован в первую очередь на оперативно-ремонтный персонал электросетевых компаний.

Этот тренажер может быть отнесен к классу тренажеров, использующих распознавание образов. В нашем случае это особенно эффективно, поскольку технология 3D-моделирования позволила воссоздать максимально реалистичные модели электроустановок с необходимым уровнем детализации (рис. 1). В процессе разработки был учтен и использован целый ряд описанных выше методических приемов.

Рис. 1. Скриншоты КИТ «Трансформаторные подстанции 3D. Проведение осмотра»

В тренажере имитируется процедура осмотра и определения нарушений (дефектов) состояния оборудования, помещений и территорий подстанций. При разработке тренажера были созданы трехмерные модели нескольких типовых ТП. 3D-моделирование позволило наиболее реалистично воссоздать устройство подстанции в целом и ее отдельных элементов, с фотографической точностью отобразить все отклонения от нормального состояния, то есть возможные нарушения как в строительных конструкциях и на территории, так и в электрической части, в соблюдении требований безопасности и т.д.

Таким образом, появляется возможность виртуально проводить процедуру технического контроля состояния ТП, что может быть использовано для тренировки и аттестации (или экзаменов) оперативно-ремонтного персонала электросетевых организаций.

В тренажере смоделировано три вида подстанций:

• комплектная трансформаторная подстанция (КТП);
• закрытая трансформаторная подстанция (ЗТП);
• распределительная подстанция (РП).

При работе с каждой подстанцией возможны два режима: тренировка и экзамен.

В режиме тренировки пользователь обследует 3D-модель, последовательно «обходя» подстанцию в целом и все ее помещения, наблюдая как нормальное, так и нарушенное состояние конструкций, электрических устройств и отдельных элементов, средств и знаков безопасности и пр. Попутно сообщаются характеристики оборудования и требования, установленные нормативной документацией для подстанций данного типа.

В режиме экзамена пользователь свободно перемещается по виртуальному объекту, исследуя территорию, здание и оборудование подстанции. Обучающийся в процессе движения должен обнаружить и зарегистрировать все имеющиеся дефекты и нарушения. В тренажерном комплексе смоделировано более 40 типов дефектов/нарушений, определенное количество которых случайным образом моделируется при каждом входе в программу.

После окончания работы в режиме экзамена появляется отчет, где фиксируются дефекты и нарушения, смоделированные в программе при данном входе в режим экзамена. Сравнение отмеченных пользователем нарушений с имеющимися в отчете позволяет оценить уровень подготовки работника.

Случайное сочетание в каждом случае дефектов/неисправностей исключает возможность легкого запоминания и позволяет выработать у персонала прочные навыки определения нарушений при осмотре подстанций. Движение по виртуальному объекту в совокупности со случайным появлением в среде разных состояний отдельных элементов объекта в каком-то смысле является аналогом происходящего в 3D-играх.

Использование игрового подхода – дополнительный мотивирующий фактор, позволяющий поднять уровень вовлеченности в процесс обучения. Это особенно важно и интересно молодым работникам в силу их большей погруженности в среду, создаваемую современными информационными технологиями.

КИТ ПО РАБОТЕ НА ВЛ

Тренажер «Работа на воздушной линии электропередачи. Устранение обрыва провода» моделирует аварийную ситуацию – обрыв провода на ВЛ, подходящей к КТП (рис. 2). От пользователя требуется выполнить все действия по устранению аварии: от заполнения наряда-допуска до завершающих работ по подключению и приведению КТП в первоначальное состояние.

Рис. 2. Скриншоты КИТ «Работа на воздушной линии электропередачи. Устранение обрыва провода»

Работы осуществляются от лица нескольких участников процесса: руководителя, исполнителя и монтажника.

При работе с данным КИТ на каждом этапе фиксируются ошибки обучаемого: критические – с прекращением работы на виртуальном объекте, и некритические – с начислением штрафных баллов. Набранные в процессе работы с тренажером штрафные баллы позволяют дать оценку подготовке работника.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Компьютерные имитационные тренажеры могут с успехом применяться для обучения и переподготовки оперативно-ремонтного персонала электросетевых компаний и крупных предприятий с собственным электросетевым хозяйством. Они являются отличным средством формирования практических навыков персонала и могут эффективно использоваться не только в процессе обучения, но и для организации профессиональных соревнований, что уже было проверено на практике.

Дальнейшее развитие КИТ предполагает возможность не только осмотра и обнаружения нарушений на ПС или другой электроустановке, но и совершения различных действий на 3D-объекте (включение/выключение коммутационных аппаратов, переключения и т.п.). В данном случае идет речь не о тренировке моторных навыков, а о прочном усвоении правильной последовательности необходимых действий. Таким образом будут сочетаться функции тренажеров двух классов: использующих распознавание образов и обучающих работе по алгоритму.

Данный подход к обучению, к выработке у сотрудников устойчивых навыков выявления дефектов и других нарушений при эксплуатации оборудования может быть использован для ПС иных типов, для любых электроустановок и оборудования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Филатова Н.Н., Вавилова Н.И. Представление знаний в мультимедиа тренажерах / Сб. науч. тр. V Международной научно-методической конференции «Новые информационные технологии в электротехническом образовании». Астрахань, 2000. С. 258-263.
2. Filatova N.N., Vavilova N.I.The trainer-simulator's models of the world on the basis of the plurality of the figurative representations // Information Theories and Applications. 2001. V. 8. № 4, P. 176-184.
3. Нормативно-технические требования и современная реализация тренажеров для обеспечения надежности оперативного персонала электроэнергетических объектов/ С.И. Магид [и др.] // Энергосбережение и водоподготовка. 2005. № 6.
4. Рубашкин В.А. Обучение оперативного персонала – наиболее эффективный путь исключения последствий аварий // Материалы VII Всероссийской конференции руководителей образовательных учреждений электроэнергетики и подразделений по подготовке персонала РАО «ЕЭС России». Омск, 2006.
5. Поляк В.Е. Игровые технологии в образовании, управлении и бизнесе: Доклад на VIII Междунар. науч.-практ. конф. «Новые информационные технологии в образовании»: Екатеринбург, 10–13 марта 2015 г. ФГАОУ ВО РГППУ.
6. Поляк В.Е. Использование современных технологий виртуальной и дополненной реальности в бизнесе, науке и образовании: Доклад на IX Междунар. науч.-практ. конф. «Новые информационные технологии в образовании»: Екатеринбург, 15–18 марта 2016 г. ФГАОУ ВО РГППУ.