ИНТЕРАКТИВНАЯ ДИСТАНЦИОННАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ОБУЧЕНИЯ

Полезная модель относится к автоматизированным средствам обучения и может быть использована для комплексного группового и/или индивидуального обучения инженерным профессиям и переподготовки инженерного, научного и преподавательского персонала для эксплуатации и обслуживании сложных природно-технических комплексов, каковыми, в том числе, являются скважины, сооружаемые без непосредственного доступа человека к объекту воздействия (забою, горным породам, стволу скважины, продуктивному пласту).
Известна система изучения информации с использованием интерактивной среды, содержащая блоки для хранения, передачи и управления информацией, блок анализа и оценки правильности ответов обучаемого с использованием информации, хранящейся в блоке памяти (RU 16967, G09В 19/00, 2000).
Также известна система, реализующая способ автоматизированной подготовки и аттестации, содержащая, по меньшей мере, один проблемно-ориентированный программно-технический комплекс на базе интеллектуального интерфейса, поддерживающего в режиме диалога автоматизированные циклы обучения и контроля знаний обучающихся,
информационные входы и выходы которого соединены со всеми элементами системы, функционирование которой основано на адаптируемых автоматизированных циклах обучения и контроля знаний с использованием формализованных знаний и опыта квалифицированных специалистов с применением текстово-графических процедур логики принятия решений специалистами (RU 2166211, G09B 19/00, 1999).
Однако известные устройства не могут быть использованы для комплексного индивидуального и/или группового обучения и подготовки инженерного и научного персонала сложных технических и технологических систем, предусматривающих участие в управлении такими системами человека.
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является интерактивная автоматизированная система обучения, состоящая из модуля группового и индивидуального обучения, модуля процедурного тренажера и модуля вычислительной системы, выполненных автономными и соединенными между собой коммуникационными связями и информационными входами и выходами, при этом модуль группового обучения содержит блок инструктора с процессорным блоком и блоком отображения учебных программ, модуль индивидуального обучения выполнен на базе персональных компьютеров, а модуль процедурного тренажера выполнен в виде макета рабочего места управления (RU №2271040, G09B 9/00, 2004).
Указанная система не обеспечивает возможности обучения на едином учебно-производственном информационном поле и не может быть использована для группового и/или индивидуального обучения и переподготовки специалистов в условиях удаленности объекта обучения (например, такой технологической системы, как скважина) от субъектов, т.е. обучаемых, например, студентов и преподавателей высшего учебного заведения. Использование имитационной модели объекта изучения (процедурного тренажера) не позволяет достоверно воссоздать реальные
сценарии изучаемого процесса, что отражается на качестве подготовки обучаемых.
Задачей описываемой полезной модели является создание системы дистанционного интерактивно-производственного обучения, позволяющей в режиме реального времени проводить индивидуальное и/или групповое обучение и тестирование обучаемых и специалистов сложным техническим системам в условиях реальных технико-технологических, горно-геологических, экологических и организационно-управленческих процессов, происходящих на сложных природно-технических комплексах, каковыми являются скважины, горные выработки, месторождения полезных ископаемых, строящиеся и эксплуатирующиеся без доступа человека, в условиях сильной анизотропии среды (горной породы) за счет включения в систему обучения мобильного модуля, который находится непосредственно на промысловом объекте и передает данные мониторинга в учебную аудиторию в режиме реального времени.
Поставленная задача достигается тем, что интерактивная дистанционная автоматизированная система обучения содержит модуль процедурного тренажера, подключенный ко входу мобильного модуля формирования рабочего объема информации, который через спутниковую связь сообщается с модулем индивидуального и/или группового обучения, причем модуль индивидуального и/или группового обучения включает персональные компьютеры, соединенные по входу-выходу с блоком базы данных учебных заданий и с первым блоком системы видеоконференций, коммутирующий блок, соединенный по входу-выходу с блоком записи и воспроизведения производственных ситуаций, который связан по входу-выходу с персональными компьютерами, с блоком системы видеоконференций и приемно-передающим элементом системы связи, вход и выход которого являются, соответственно, входом и выходом модуля, в качестве модуля процедурного тренажера используется реальный промысловый объект, который содержит установленные на указанном
объекте измерительные датчики технологических параметров и видеокамеры для съема информации о текущем состоянии контролируемых узлов и блоков промыслового объекта, при этом упомянутые датчики и видеокамеры являются выходами модуля процедурного тренажера, а мобильный модуль формирования рабочего объема информации содержит коммутатор, являющийся входом модуля, выход которого подключен к входам второго блока видеоконференций, персональному компьютеру супервайзера и приемно-передающему элементу канала связи, соединенному по входу-выходу с блоком видеоконференций и персональным компьютером супервайзера и по выходу с коммутатором.
В дальнейшем система обучения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена структурная схема предлагаемой системы обучения, а на фиг.2 показана функциональная схема системы, в которой в качестве промыслового объекта выступает технология бурения скважины.
Предлагаемая система включает следующие блоки:
модуль индивидуального и/или группового обучения 1, спутниковый канал связи 2, мобильный модуль дистанционно-интерактивного производственного обучения (ДИПО) 3, модуль производственного тренажера - буровой комплекс 4 (с входящей в него инфраструктурой), базы данных учебных заданий и решений обучаемого 5, персональные компьютеры 6, проекционную систему для проведения презентаций и видеоконференций 7, коммутирующий блок 8, блок записи и воспроизведения производственных ситуаций (видео и технологические параметры) 9, приемно-передающий элемент канала связи модуля обучения 10, систему видеоконференций 11, приемно-передающий элемент канала связи мобильного модуля ДИПО 12, персональный компьютер супервайзера 13, второй коммутирующий блок 14, измерительные датчики технологических параметров 15, видеокамеры 16, транслирующие в модуль обучения видеоизображение текущих технологических операций.
На занятии рабочее место студента оснащено персональным компьютером 6 с комплексом программного обеспечения, на котором из базы данных учебных заданий и решений 5 формируется задание. По возможности система пытается привязать задание к технологической операции, проводимой в данный момент на производственном объекте. Если это возможно, то коммутирующий блок 8, при помощи приемно-передающего элемента канала связи модуля обучения 10, начинает передачу данных с производственного объекта. Для этого между приемно-передающим элементом канала связи модуля обучения 10 и приемно-передающим элементом канала связи мобильного модуля ДИПО 8 по спутниковому каналу связи 2 организуется обмен данными. В виду того, что мобильный модуль ДИПО 3 может располагаться дальше предельно возможной зоны уверенного приема наземных средств связи, используется спутниковый канал связи 2.
В зависимости от поставленного учебного задания коммутирующий блок 14 организует передачу данных с необходимого набора датчиков 15 и видеокамер 16. Потоковое видео с видеокамер 12 обрабатывается системой видеоконференции 11 и передается либо на проекционную систему для проведения презентаций и видеоконференций 7, либо непосредственно на персональные компьютеры 6. Кроме автоматической передачи данных с набора датчиков и видеокамер предусмотрена возможность передачи суточной сводки с производственного объекта. Обучаемый, используя свой персональный компьютер 9, имеет возможность аккумулировать в суточной сводке не только различные технологические параметры, но и дополнительные сведения в виде комментариев и описания событий на промысловом объекте.
Если система не смогла привязать задание к технологической операции, проводимой в данный момент на производственном объекте, то коммутирующий блок 8 будет получать технологические параметры и потоковое видео из блока записи и воспроизведения производственных
ситуаций 9. Преподаватель имеет возможность заранее сформировать и сохранить производственную ситуацию, дополнить ее технологическими параметрами, видеороликами и привязать ее к учебному заданию.
Система достаточно универсальна и ее можно использовать на любом производственном объекте.
Ниже приведен пример функционирования системы, где в качестве производственного объекта принято бурение скважины (фиг.2).
В колонне бурильных труб 17 над забойным двигателем 18 установлены забойная телеметрическая система 19 с источником питания 20, насос 21 с приводом насоса 22. Насос 21 соединен с баком 23, в котором установлен датчик уровня бурового раствора 24. В нагнетательной линии 25 насоса 21 установлены датчики давления 26, расхода 27, плотности 28, газовой фазы 29. В нагнетательной линии 25 также установлен управляющий клапан 30. К антенне 46 подключено приемное устройство 31, выход из которого подключен к коммутирующему блоку 14. Лебедка 32 содержит привод лебедки 33. На лебедке 32 установлен датчик длины колонны бурильных труб 34. Индикатор веса на крюке 35 установлен на тросе 36. Колонна бурильных труб 17 проходит через ротор 37, имеющий привод ротора 38 для ориентации отклоняющей компоновки 39. В верхней части колонны бурильных труб 17 установлен превентор 40, привод превентора 41. На устье скважины установлен газоанализатор 42. Датчик осевой нагрузки 43 и датчик крутящего момента 44, датчик оборотов гидротурбины 45, передающий модуль 48 и блок инклинометрии 47 установлены в корпусе забойной телеметрической системы 19. Возможна установка над источником питания 20 съемного модуля пульсатора для передачи информации по гидравлическому каналу связи.
Видеокамеры направлены, соответственно: 49 направлена на стол ротора 37, 50 - на приборы КИПиА 56, 51 - на рабочее место бурильщика 57, 52 - на превентор 40, 53 - на рабочее место верхового 58, 54 - на мостки 59, 55 - на
насосы 21, 56 - на очистную систему 60, 57 - на систему приготовления раствора 61, 58 - на рабочее место лаборанта по растворам 62.
Система дистанционного интерактивно-производственного обучения (ДИПО) позволяет обеспечить три уровня обучения:
- уровень индивидуального обучения (уровень "X");
- уровень группового обучения (уровень "Y");
- уровень процедурного тренажера (уровень "Z").
При функционировании ДИПО в режиме обеспечения уровня "X" инфраструктура модуля индивидуального и/или группового обучения, используя сеть информационных и коммуникационных связей, коммутационный блок 8, управляет блоком проекционной системы для проведения презентаций и видеоконференций 7, который транслирует изображение и звук на персональный компьютер 6; блоком записи и воспроизведения производственных ситуаций 9 (видео и технологические параметры) и, если есть возможности привязать задание к технологической операции, проводимой в данный момент на производственном объекте 4, при помощи приемно-передающего элемента канала связи модуля обучения 10, производят подключение к внешним источникам данных 15, 16. На основе технологических параметров полученных из блока записи и воспроизведения производственных ситуаций 9 или внешних источников данных 15, 16, формируются учебные задания из базы данных учебных заданий и решений 5, где также сохраняются решенные на персональном компьютере 6 поставленные перед обучаемым задания.
При функционировании ДИПО в режиме обеспечения уровня "Y" инфраструктура модуля индивидуального и/или группового обучения, используя сеть информационных и коммуникационных связей, коммутационный блок 8, управляет блоком проекционной системы для проведения презентаций и видеоконференций 7, который транслирует изображение и звук не только на персональные компьютеры 6, но и на свою проекционную систему, блоком записи и воспроизведения производственных
ситуаций 9 (видео и технологические параметры) и, если есть возможности привязать задание к технологической операции, проводимой в данный момент на производственном объекте 4 при помощи приемно-передающего элемента канала связи модуля обучения 10, подключается к внешним источникам данных 15, 16. На основе полученных из блока записи и воспроизведения производственных ситуаций 9 или внешних источников данных 15, 16 технологических параметров формируются учебные задания из базы данных учебных заданий и решений 5, где также сохраняются решенные на персональных компьютерах 6 поставленные перед обучаемыми задания.
При функционировании ДИПО в режиме обеспечения уровня "Z" инфраструктура модуля индивидуального и/или группового обучения используя сеть информационных и коммуникационных связей, коммутационный блок 8, управляет приемно-передающим элементом канала связи модуля обучения 10 и моделирует на персональных компьютерах 6 рабочее место инженера, находящегося в мобильном модуле ДИПО 3 на производственном объекте 4.
Таким образом, аппаратно-программная техническая инфраструктура предлагаемой системы состоит из мобильного модуля, размещенного на производственном объекте и снабженного комплексом аппаратных и программных средств, включающего в себя персональный компьютер, оргтехнику, систему видеоконференций и приемно-передающий элемент канала связи мобильного модуля ДИПО, и модуля индивидуального и/или группового обучении, оснащенного проекционной системой для проведения презентаций и видеоконференций, базой данных учебных заданий, персональными компьютерами, оснащенными прикладными программными продуктами для проведения различных инженерных расчетов, программным обеспечением для предоставления студенту виртуальной среды обучения (генератор заданий, модуль тестирования знаний, журнал успеваемости студентов), вспомогательной справочной информацией (документация,
проектные данные, регламенты и руководящие документы, электронные учебники и справочные пособия), набором исходных данных (суточные рапорта супервайзера, инженерная документация с промыслового объекта).
Включение обучаемого в систему производства посредством создания единого учебно-производственного информационного поля за счет обучения не на имитационной модели, а на реальной информации производственного процесса позволяет повысить производительность труда и освоение учебно-практического материала за счет замыкания экономических показателей производства на обучаемого в виде стимулов к труду и решением социологических задач, направленных на повышение уровня комфорта обучаемого, который на длительный период обучения видит стойкую определенность перспектив применения результатов полученных знаний и трудовых навыков.
Преимущества описываемой системы заключаются также в следующем:
- модуль процедурного тренажера находится не в учебной аудитории, а непосредственно на промысловом объекте, где осуществляются производственные процессы;
- обучение осуществляется не на имитационной модели, а на реальной информации производственного процесса;
- мобильный модуль связан со слушателями в учебной аудитории с помощью аудио-видео и компьютерной связи;
- вместо модели объекта обучения используется реальный производственный объект, включающий источники информации и блоки обратной связи, что позволяет не моделировать производственную ситуацию, а использовать данные, полученные с реального промыслового объекта;
- библиотека знаний накапливается автоматически в процессе обучения с использованием данных, полученных с реального бурового объекта;
- в качестве преподавателя может выступать производственный инженер, оснащенный мобильным компьютером и веб-камерой,
позволяющей в реальном времени, находясь на промысле, дистанционно вести обучающие уроки с использованием данных промыслового объекта на котором он находится.