ИНТЕРАКТИВНАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ОБУЧЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕФТЕПРОМЫСЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ
INTERACTIVE AUTOMATED SYSTEM FOR TRAINING OPERATION OF OILFIELD EQUIPMENT

Изобретение относится к автоматизированным учебно-тренировочным средствам обучения и может быть использовано для комплексного или индивидуального обучения персонала по обслуживанию и эксплуатации нефтепромыслового оборудования в режиме реального времени или дифференцированного ускорения медленных процессов.
Известна система, реализующая способ автоматизированной подготовки и аттестации работников, 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).
Известна интерактивная автоматизированная система обучения (ИАСО), содержащая, по крайней мере, один проблемно-ориентированный программно-технический комплекс на базе интеллектуального интерфейса, представляющий собой вычислительную систему управления процессом обучения, выполненный в виде модуля вычислительной системы управления процессом обучения с программным обеспечением системы, снабженной функциональными модулями - модулем группового обучения, модулем индивидуального обучения, модулем процедурного тренажера, выполненного в виде макета рабочего места управления, и электронными блоками - обучающим блоком, технологическим блоком, ремонтным блоком, блоком электронной документации, контрольным блоком, блоком режимов, управляющим блоком, блоком тестирования и коммутационным блоком, блоком инструктора модуля группового обучения, каждый из которых имеет свои информационные входы и выходы (патент RU 2271040, МПК G09B 9/00, G09B 19/00).
Однако данные известные устройства не позволяют отрабатывать практические навыки и психомоторные реакции персонала по обслуживанию и эксплуатации нефтепромыслового оборудования, востребованные при штатных и нештатных ситуациях на оборудовании конкретного производителя, и не позволяют отрабатывать взаимодействие нескольких специалистов одновременно для решения сложных задач, требующих комплексного подхода.
Задачей технического решения является повышение эффективности профессиональной подготовки персонала по обслуживанию и эксплуатации нефтепромыслового оборудования в режиме реальных условий путем отработки практических навыков и психомоторных реакций оператора при штатных, аварийных, предаварийных и экстремальных ситуациях на оборудовании конкретного производителя, а также при взаимодействии нескольких специалистов одновременно при решении сложных комплексных задач.
Техническим результатом изобретения является развитие навыков работы операторов в штатных, аварийных, предаварийных и экстремальных ситуациях.
Указанный технический результат достигается тем, что известная интерактивная автоматизированная система обучения эксплуатации нефтепромыслового оборудования, содержащая, по крайней мере, один проблемно-ориентированный программно-технический комплекс на базе интеллектуального интерфейса, поддерживающий в режиме диалога автоматизированные циклы обучения и контроля знаний обучающихся и выполненный в виде модуля вычислительной системы управления процессом обучения с программным обеспечением системы, снабженного функциональными модулями - модулем группового обучения, модулем индивидуального обучения, модулем процедурного тренажера, выполненного в виде макета рабочего места управления, и блоками - обучающим блоком, технологическим блоком, блоком электронной документации, контрольным блоком, блоком режимов, управляющим блоком, блоком тестирования и коммутационным блоком, блоком инструктора модуля группового обучения, процессорным блоком блока инструктора модуля группового обучения, блоком коллективного отображения учебных программ, блоком индивидуального обучения, процессорным блоком модуля индивидуального обучения, процессорным блоком модуля процедурного тренажера, дисплейным устройством, каждый из которых имеет свои информационные входы и выходы, согласно изобретению, дополнительно снабжена модулем комплексного тренажера, выполненного на базе нефтепромыслового оборудования, включающего устройства, имитирующие работу в реальных условиях, снабженного процессорным блоком, блоком станции управления наземным оборудованием, блоком станции управления подземным оборудованием, дисплейным устройством, связанным с блоком инструктора модуля группового обучения и с модулем вычислительной системы с возможностью обеспечения обратной и взаимных информационных связей, при этом блок инструктора модуля группового обучения соединен с обучающим блоком, блоком электронной документации, технологическим блоком, контрольным блоком, блоком режимов, управляющим блоком, блоком тестирования модуля вычислительной системы управления процессом обучения и блоком коллективного отображения учебных программ модуля группового обучения через коммутационный блок модуля вычислительной системы управления процессом обучения, а блок режимов, предназначенный для ввода начальных данных для различных режимов, соединен с модулем группового обучения, модулем индивидуального обучения и модулем комплексного обучения, при этом макет рабочего места управления выполнен в виде макета наземного нефтедобывающего оборудования с устройствами-имитаторами и подключен через коммутационный блок к модулю вычислительной системы управления процессом обучения.
Предлагаемая система представлена на чертеже.
Предлагаемая система включает:
модуль вычислительной системы управления процессом обучения 1, модуль группового обучения 2, модуль индивидуального обучения 3, модуль процедурного тренажера 4 и модуль комплексного тренажера 5, обучающий блок 6, технологический блок 7, блок электронной документации 8, контрольный блок 9, блок режимов 10, управляющий блок 11, блок тестирования 12, коммутационный блок 13, блок инструктора 14 модуля группового обучения 2, процессорный блок 15 блока инструктора модуля группового обучения 2, блок коллективного отображения учебных программ 16, блок индивидуального обучения 17, процессорный блок 18 модуля индивидуального обучения 3, макет рабочего места управления 19 модуля процедурного тренажера 4, процессорный блок 20 модуля процедурного тренажера 4, дисплейное устройство 21, блок станции управления наземным оборудованием 22, блок станции управления подземным оборудованием 23, реальное нефтепромысловое оборудование с устройствами-имитаторами 24, процессорный блок 25 модуля реального тренажера 5, дисплейное устройство 26, блок станции управления наземным оборудованием 27, блок станции управления подземным оборудованием 28.
Модуль вычислительной системы управления процессом обучения 1 содержит следующие электронные блоки: обучающий блок 6, технологический блок 7, блок электронной документации 8, контрольный блок 9, блок режимов 10, управляющий блок 11, блок тестирования 12, коммутационный блок 13, каждый из которых имеет свои информационные входы и выходы.
Модуль группового обучения 2 содержит, по крайней мере, один блок 14 инструктора, процессорный блок 15, блок коллективного отображения учебных программ 16.
Блок инструктора 14 модуля группового обучения 2 с возможностью обеспечения обратной и взаимных информационных связей соединен коммуникационными связями в виде соединительных и/или информационно-проводящих элементов с обучающим блоком 6 модуля 1 вычислительной системы управления процессом обучения, блоком электронной документации 8 и блоком коллективного отображения учебных программ 16 модуля 2 группового обучения. Каждый из перечисленных выше блоков 6, 8, 14 и 16 в связях модуля 2 группового обучения вместе и раздельно соединены с коммутационным блоком 13 модуля вычислительной системы управления процессом обучения 1.
Процессорный блок 15 блока инструктора 14 модуля группового обучения 2 снабжен набором прилагаемых к нему технических средств - периферией (не показано), обеспечивающих функции информационных коммуникаций между частями системы, обмен информацией, обработку информации, отображение информации и ретрансляцию ее по системам коммуникаций получателю и/или для внешнего группового отображения для обучаемых с использованием блока 16 коллективного отображения учебных программ.
Модуль индивидуального обучения 3 состоит, по крайней мере, из одного блока индивидуального обучения 17 в виде компьютерного устройства с процессорным блоком 18 и с набором прилагаемых к нему технических средств - периферии (не показано), обеспечивающих функции информационных коммуникаций между частями системы, другими блоками индивидуального обучения, если они предусмотрены в системе обмена информацией, обработку информации, отображение информации и ретрансляцию ее по системам коммуникации. Количество блоков 17 модуля индивидуального обучения 3 может быть выбрано от одного до n, где n - число обучающихся.
Блок инструктора 14 модуля группового обучения 2 с возможностью обеспечения обратной и взаимных информационных связей соединен коммуникационными связями в виде соединительных и/или информационно-проводящих элементов с каждым из блоков индивидуального обучения 17, процессорным блоком 18 блока индивидуального обучения 17, обучающим блоком 6 модуля вычислительной системы управления процессом обучения 1, модулем процедурного тренажера 4 и модулем комплексного тренажера 5.
Модуль процедурного тренажера 4 выполнен в виде макета рабочего места управления 19 и содержит процессорный блок 20, блок станции управления наземным оборудованием 22, блок станции управления подземным оборудованием 23, а также дисплейное устройство 21, связанное с блоком инструктора 14 модуля группового обучения 2.
Блок инструктора 14 модуля группового обучения 2 с возможностью обеспечения обратной и взаимных информационных связей соединен коммуникационными связями в виде соединительных и/или информационно-проводящих элементов с модулем процедурного тренажера 4 и модулем комплексного тренажера 5, их процессорными блоками 20, 25 и обучающим блоком 6 модуля вычислительной системы управления процессом обучения 1.
Каждый из перечисленных выше блоков 6, 14, 20, 25 и модуль 1 в связях модулей 4 и 5 вместе и раздельно соединены с коммутационным блоком 13 модуля 1.
Макет рабочего места управления 19 выполнен в виде макета наземного нефтепромыслового оборудования с устройствами-имитаторами.
Процессорный блок 20 модуля процедурного тренажера 4 снабжен набором прилагаемых к нему технических средств - периферией (не показано), обеспечивающих функции информационных коммуникаций между частями системы, обмена информацией, обработку информации, отображение информации и ретрансляцию ее по системам коммуникации получателю.
Модуль комплексного тренажера 5 выполнен в виде наземного нефтепромыслового оборудования 24 с устройствами-иммитаторами работы в реальных условиях, содержит процессорный блок 25, блок станции управления наземным оборудованием 27, блок станции управления подземным оборудованием 28, а также дисплейное устройство 26, связанное с блоком инструктора 14 модуля группового обучения 2 с возможностью обеспечения обратной и взаимных информационных связей, и соединен коммуникационными связями в виде соединительных и/или информационно-проводящих элементов с модулем комплексного тренажера 5, его процессорным блоком 25 и обучающим блоком 6, причем каждый из перечисленных выше блоков и модуль 5 в связях модуля 2 вместе и раздельно соединены с коммутационным блоком 13.
Каждый из перечисленных выше блоков 6, 14, 17 и 18, модули 4, 5 и 3 вместе и раздельно соединены с коммутационным блоком 13 модуля вычислительной системы управления процессом обучения 1.
Соединительные информационно-проводящие элементы интерактивной автоматизированной системы обучения эксплуатации установки электроцентробежного насоса могут быть выполнены в виде структурированных кабельных сетей, локальных и распределенных вычислительных сетей, снабженных разъемами для подключения к элементам системы (не показано).
Обучающий блок 6 выполнен в виде программно-аппаратного устройства, содержащего электронную библиотеку программ обучения с возможностью обеспечения функций ее использования.
Технологический блок 7 выполнен в виде программно-аппаратного устройства, содержащего систематизированную совокупность данных технологических карт обслуживания по обучаемому объекту с возможностью обеспечения функций их электронного использования.
Блок электронной документации 8 может быть выполнен в виде программно-аппаратного устройства, содержащего комплект технической и эксплуатационной документации изучаемого объекта в электронном виде.
Контрольный блок 9 выполнен в виде программно-аппаратного устройства с возможностью подключения контрольных вопросов и заданий.
Блок режимов 10 может быть выполнен в виде программно-аппаратного устройства ввода начальных данных для различных режимов, обеспечивающих заданное функционирование модуля процедурного тренажера 4 во всем диапазоне заложенных в нем характеристик.
Управляющий блок 11 выполнен в виде программно-аппаратного устройства с возможностью имитации и управления внешним оборудованием модуля процедурного тренажера 4.
Блок тестирования 12 выполнен в виде программно-аппаратного устройства с возможностью обеспечения им функций проведения экзаменов с оценкой уровня подготовки обучаемого.
Коммутационный блок 13 выполнен в виде программно-аппаратного устройства, обеспечивающего раздельное и/или совместное функционирование модулей, блоков и устройств всей системы, а также обеспечивающего независимость коммутационных информационных связей и независимость прохождения управляющих сигналов между отдельными элементами системы.
Интерактивная автоматизированная система обучения (ИАСО) функционирует следующим образом и позволяет обеспечить четыре уровня обучения:
- уровень группового обучения (уровень "K");
- уровень индивидуального обучения (уровень "L");
- уровень процедурного тренажера (уровень "M");
- уровень комплексного тренажера (уровень "N").
При функционировании заявляемой системы в режиме обеспечения уровня "K" блок инструктора 14 модуля 2 группового обучения, используя сеть информационных и коммуникационных связей, коммутационный блок 13 модуля 1 вычислительной системы управления процессом обучения и процессорный блок 19 модуля группового обучения 2, управляет блоками индивидуального обучения 17(1)…17(n) и осуществляет их регистрацию, обучение, контроль, тестирование и подключение к блокам 6, 7, 8, 9 и 12 модуля 1 вычислительной системы управления процессом обучения, информация от которых, в свою очередь, отображается на блоке 16 коллективного отображения учебных программ модуля 2 группового обучения.
При функционировании ИАСО в режиме обеспечения уровня "L" блоки индивидуального обучения 17(1)…17(n) модуля индивидуального обучения 3, используя сеть информационных и коммуникационных связей, коммутационный блок 13 модуля вычислительной системы управления процессом обучения 1 и блок 18 модуля индивидуального обучения 3, подключаются к блокам 6, 7, 8 и 9 модуля вычислительной системы управления процессом обучения 1 и осуществляют информационный обмен с блоком инструктора 14 модуля группового обучения 2.
При функционировании ИАСО в режиме обеспечения уровня "М" макет рабочего места управления 19 модуля процедурного тренажера 4, используя сеть информационных и коммуникационных связей, процессорный блок 20 модуля процедурного тренажера 4, его дисплейное устройство 21, коммутационный блок 13 модуля вычислительной системы управления процессом обучения 1, подключается к блокам 6, 7, 8 и 9 модуля вычислительной системы управления процессом обучения 1 и осуществляет информационный обмен с блоком 14 инструктора модуля группового обучения 2.
Подключение макета рабочего места управления 19 модуля процедурного тренажера 4 через интерфейс дисплейного устройства 21 к блокам 10 и 11 модуля вычислительной системы управления процессом обучения 1 обеспечивает имитационную работу модуля процедурного тренажера 4 в заданных эксплуатационных режимах.
При функционировании ИАСО в режиме обеспечения уровня "N" комплексное нефтепромысловое оборудование 24 модуля комплексного тренажера 5, используя сеть информационных и коммуникационных связей, процессорный блок 25, его дисплейное устройство 26, коммутационный блок 13, подключается к блокам 6, 7, 8 и 9 модуля вычислительной системы управления процессом обучения 1 и осуществляет информационный обмен с блоком инструктора 14 модуля группового обучения 2.
Подключение нефтепромыслового оборудования 24 модуля комплексного тренажера 5 через процессорный блок 2 5, а также интерфейс дисплейного устройства 26 к блокам 10 и 11 модуля 1 обеспечивает имитационную работу модуля 5 комплексного тренажера в заданных эксплуатационных режимах.
Пример осуществления на уровне «N». Например, вывод скважины на режим после проведения подземных ремонтных работ. Оператор проверяет состояние и положение наземного нефтепромыслового оборудования, далее оператор запускает скважину через станцию управления подземным оборудованием. Одновременно технолог занимается настройкой защиты станции управления подземного оборудования от срыва подачи насоса. По мере вывода скважины на режим оператор снимает динамический уровень и затрубное давление, а также снимает параметры работы погружного электродвигателя со станции управления подземного оборудования. По первым параметрам эксплуатации насоса, полученным от оператора, обучающийся (геолог) прогнозирует цикличность вывода скважины на режим. По предполагаемой цикличности работы скважины, полученной от геолога, обучающийся (технолог) корректирует другие настройки защиты станции управления подземным оборудованием. Обучающийся (мастер) получает информацию от геолога и технолога, принимает решение проверить работу насоса путем опрессовки эксплуатационного лифта при работающем насосе, засекает время и давление опрессовки и делает вывод о коэффициенте полезного действия работы насоса. За счет дифференциального ускорения медленных процессов вывод скважины на режим можно осуществить в течение одного занятия, в то время как в режиме реального времени на отработку этой операции потребуется несколько суток.
При функционировании ИАСО в режимах обеспечения всех уровней осуществляется совокупность целенаправленных взаимосвязанных действий обучающего (блок инструктора 14 модуля группового обучения 2) и руководимых им обучаемых (блоки индивидуального обучения 17(1)…17(n) модуля индивидуального обучения 3), направленных на сознательное и прочное овладение ими системой знаний, навыков и умений, в результате которых развиваются профессиональные способности для выполнения обязанностей при управлении и эксплуатации различных сложных технических систем.
При функционировании системы во всех ее режимах активно используется обучающий блок 6 модуля вычислительной системы управления процессом обучения 1, выполненный в виде устройства, содержащего электронную библиотеку программ обучения, обеспечивающую следующие формы представления информации:
- текст;
- таблица;
- графика;
- аудио - видеоинформация;
- цифровые фотографии;
- анимация.
Обучающий блок 6 модуля вычислительной системы управления процессом обучения 1 имеет, например, следующие программы обучения:
- техническое описание изучаемого объекта, его систем и оборудования;
- блок-схемы, принципиальные и электрические схемы;
- рисунки изучаемого объекта, его систем и оборудования, при необходимости, в трех измерениях - объемное изображение с пространственным разделением деталей и разрезами;
- моделирование различных процессов и схем управления в реальном времени или ускоренном расчетном времени (дифференцированном ускорении медленных процессов) с помощью схем, чертежей, блок-схем с имитацией сигналов управления и т.д.
Интерактивная автоматизированная система обучения эксплуатации нефтепромыслового оборудования обеспечивает комплексное решение задач, а именно:
- организацию практического обучения, отработку психомоторной реакции, освоение алгоритма действия каждой манипуляции и самостоятельное практическое мышление путем решения ситуационных задач на оборудовании конкретного производителя при максимальной идентичности воспроизведения условий практики нефтедобычи, включая аварийные, предаварийные и экстремальные ситуации;
- организацию индивидуального и группового обучения различных категорий специалистов, эксплуатирующих и обслуживающих нефтепромысловое оборудование, в частности установки электроцентробежных насосов в соответствии с программой подготовки каждого специалиста;
- отработку взаимодействия нескольких специалистов одновременно для решения сложных задач, требующих комплексного подхода;
- осуществление объективного контроля уровня знаний обучаемых (блоки 17(1)…17(n) индивидуального обучения модуля индивидуального обучения 3) в автоматическом и полуавтоматическом режимах по всем упражнениям программы подготовки;
- сбор и обработку статистических данных по всем результатам подготовки специалистов для эксплуатации и обслуживания нефтепромыслового оборудования с выдачей интегральной оценки уровня подготовленности каждого специалиста;
- возможность составления индивидуальных программ подготовки для каждого специалиста с учетом персональных функциональных обязанностей и текущего уровня подготовленности.
Интерактивная автоматизированная система обучения эксплуатации и обслуживания нефтепромыслового оборудования спроектирована и изготовлена из доступных промышленно выпускаемых элементов.