ТРЕНАЖЕР

Заявляемая полезная модель относится к техническим средствам обучения операторов сложных энергетических систем управления, в частности к тренажерам для подготовки операторов блочных пунктов управления учебно-тренировочных центров атомных станций (АС).
Эксплуатация AC - сложный и многогранный процесс, требующий принятия конкретных решений на всех стадиях и во всех режимах работы энергоблоков. Реализация мероприятий по модернизации, реконструкции, продлению срока службы и снятию с эксплуатации энергоблоков не представляется возможной без совершенствования системы обучения операторов АС. Атомная энергетика в большей степени, чем любая другая отрасль промышленности, требует тренажерной подготовки операторов блочных пунктов управления энергоблоков АС в целях обеспечения надежности работы операторов и безопасности эксплуатации атомных станций. Для обеспечения высокого уровня квалификации операторов АС необходимо постоянно развивать и совершенствовать систему подготовки персонала (методики подготовки и технические средства обучения). Одним из путей расширения традиционных подходов к обеспечению безопасности является использование риск-информативного подхода к принятию оператором и инструктором решений в процессе обучения управлению энергоблоками с учетом информации о риске. Риск-информативный подход способствует развитию умений принятия оперативных решений по управлению энергоблоками АС в штатных и аварийных ситуациях с гарантированным уровнем их безопасности. Риск-информативный подход - термин, образованный из словосочетания «деятельность с учетом информации о риске». На практике
мерами риска могут быть различные показатели и характеристики. В гражданской авиации, например, риск можно оценивать количеством авиакатастроф за период наблюдения и ущербом, наступившим в результате таких катастроф. (Патент РФ №2063651 «Способ автоматизированного обучения и оценки уровня подготовки экипажей и тренажер для его осуществления». Патент РФ №2006958 «Прогнозирующая система оценки летчика для авиационного тренажера»). По аналогии, для атомной отрасли за меру риска принимается вероятность/частота возникновения ядерной аварии на ядерно-опасном объекте. Риски градируются по характеру возможных последствий аварии (ожидаемого ущерба). Для применения риск-информативного подхода, в общем случае, назначение мер и критериев риска носит принципиальный характер. Например, для одного и того же исходного события на АС, риск повреждения активной зоны может быть несоизмеримо меньше риска повреждения дорогостоящего оборудования или, допустим, риска для жизни людей. Другими словами, риск-информативный подход при эксплуатации AC - это сравнительный анализ оценок риска, связанного с производственной деятельностью, для понимания того, как эта деятельность влияет на безопасность. Необходимость применить риск-информативный подход возникает всегда, когда принятие решения или проводимое мероприятие связаны с требованием определить влияние на безопасность и обосновать с этой точки зрения целесообразность и приемлемость решения. Основная задача риск-информативного подхода-исключение решений, последствием которых является снижение уровня безопасности АС ниже критериального уровня. Для оценки риска (уровня безопасности) выполняется вероятностный анализ безопасности (ВАБ). Риски в ВАБ АС измеряются вероятностными показателями безопасности: частотой/вероятностью реализации события связанного с риском. Различают простые и комплексные вероятностные показатели:
- простые показатели: вероятность возникновения исходного события аварии, вероятность отказа системы безопасности на требование, вероятность ошибки оператора, вероятность отказа системы по общей причине, вероятность пожара и т.д.
- комплексные показатели ВАБ: частота/вероятность повреждения активной зоны реактора (вероятность наступления ядерной аварии), вероятность выхода радиоактивности и др.
Для выполнения ВАБ атомной станции разрабатывается вероятностная модель энергоблока. Вероятностная модель энергоблока - это база данных по последовательностям возможных протеканий аварий и вероятностям их реализации. На основе простых вероятностных показателей модель ВАБ позволяет оценить интегральный комплексный вероятностный показатель безопасности АС, выполнить анализ значимости систем, элементов, функций, действий оператора, сценариев развития аварии. Внедрение риск - информативных технологий в учебный процесс обучения специалистов является актуальной задачей. Повышение спроса на хорошо подготовленных операторов АС, а также необходимость поддержания уровня натренированности операторов вместе со сложностью атомных электростанций привело в 60-х годах прошлого века к созданию полномасштабных тренажеров, являющихся самым эффективным инструментом обучения в этой области. Полномасштабный тренажер атомной станции - программно-технический моделирующий комплекс, воспроизводящий динамические режимы работы АС в реальном времени и использующий полномасштабную модель реального блочного пункта управления, с которого на АС ведется централизованное автоматизированное управление технологическими процессами, реализуемое операторами и средствами автоматизации. В уровне технике обнаружено большое количество тренажеров различного назначения по классу МПК G09В 9/00, например, патенты на изобретения РФ №2304452,
№2306615. Однако они имеют узкую направленность по назначению и не могут быть взяты в качестве ближайшего аналога. Обзор состояния разработок и использования мониторов риска на АС дан в работе «Risk Monitors/ The State of the Art in their Development and Use at Nuclear Power Plants.- Paris: OECD Nuclear Energy Agency? NEA/CSNI/R(2004)20».
Ближайшим аналогом заявляемой полезной модели является патент на полезную модель №2006128742, МПК G09В 9/00, в тексте описания которого приведены данные по тренажеру, включающему имитатор пункта управления, моделирующий компьютер, рабочие места обучаемых и инструкторов.
Недостатком ближайшего аналога является то, что обучаемый на тренажере может совершать ошибки, которые при повторении их на действующем объекте могут привести к аварийной ситуации. Оценка действий обучаемого путем ранжирования степени опасности (риска) его действий не проводится, что снижает эффективность обучения.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении эффективности обучения на тренажере.
Сущность предлагаемой полезной модели состоит в том, что в тренажере, включающем имитатор пункта управления с устройствами ввода-вывода, моделирующий компьютер, автоматизированные рабочие места оператора и инструктора, объединенные сетью передачи данных предложено, тренажер дополнительно снабдить вычислительным блоком оценки риска, связанным с моделирующим компьютером и средствами отображения информации о риске на рабочих местах.
Данная полезная модель позволяет на экране монитора риска имитатора БПУ представлять обучаемому оператору информацию о риске, соответствующем текущему состоянию имитируемого энергоблока, информировать о нарушении или сохранении условий безопасной
эксплуатации при плановых или вынужденных (случайных) выводах оборудования из эксплуатации при работе энергоблока на мощности, информировать оператора о необходимости подготовки к выполнению операций в соответствии с руководством по управлению запроектной аварией. Мониторы риска, применяемые на АС, как правило, функционируют в режиме реального времени, однако они не связаны с блочными информационными системами и в этом смысле являются автономными системами. Подготовка и ввод данных о текущей конфигурации энергоблока производится вручную, пользователем монитора риска. Поскольку монитор риска достаточно точно характеризует влияние производственной деятельности на риск, он в нашем случае использован в системе тренажерной подготовки как средство информационной поддержки пользователей (обучающихся операторов и инструкторов), помогающее принимать решение в сложных ситуациях, с учетом знаний о риске. В настоящей полезной модели предлагается оснастить тренажер для подготовки операторов АС программно-техническим средством, позволяющим пользователю анализировать и выполнять оценку моделируемых режимов на специальном экране, пользуясь технологией "монитора риска".
Заявленная полезная модель проиллюстрирована графическими материалами на примере полномасштабного тренажера. На фиг.1 приведена обобщенная структурная схема полномасштабного тренажера, дополненного вычислительным блоком оценки риска (ВБОР). На фиг.2 приведена функциональная схема ВБОР.
Полномасштабный тренажер (фиг.1) представляет собой программно-технический моделирующий комплекс, включающий полномасштабную копию (имитатор) штатного оперативного человеко-машинного интерфейса БПУ и комплексную всережимную модель объекта-прототипа (энергоблока). Имитатор БПУ содержит щитовые панели 1 и пульты
управления 2 со средствами контроля и управления, соединенными с устройствами ввода-вывода 3, а также рабочее место оператора 4, оборудованное средством отображения информации о риске 5. Устройства ввода-вывода 3, являющиеся аппаратурой специальной разработки, предназначены для обеспечения взаимодействия оборудования имитатора БПУ с моделирующим компьютером 6. Моделирующий компьютер 6 реализует математическую модель энергоблока и содержит центральный многопроцессорный сервер приложений, а также системную консоль (монитор и клавиатуру) для управления и мониторинга процесса загрузки программного обеспечения и функционирования центрального сервера. Рабочее место инструктора 7 оборудовано рабочей станцией инструктора 8 с программным обеспечением, предназначенным для управления тренажером и контроля тренировочного процесса, а также средством отображения информации о риске 9. Вычислительный блок оценки риска 10 (см. фиг.2) выполнен на базе рабочей станции в двух мониторном исполнении, связан по локальной вычислительной сети с моделирующим компьютером и содержит базу данных аварийных последовательностей 11 и программное обеспечение, включающее модуль управления базой данных 12, модуль ввода тренажерных данных 13, модуль количественной оценки риска 14 и модуль визуализации результатов оценки риска 15. В базе данных 11 хранятся организованные в определенную структуру данные по аварийным последовательностям, состоящую из кодированных записей описаний событий отказов оборудования и ошибок персонала (минимальных сечений), а также данные о номинальных параметрах вероятностей реализации событий. Перечни сценариев развития аварий заранее генерируются по вероятностной модели энергоблока и редактируются в модуле управления базой данных 12. Модуль 13 предназначен для ввода данных из моделирующего компьютера, при работе которого создается и обновляется с определенной частотой
файл обмена данными (ФОД). Данные в ФОД заносятся в формате «код события, состояние» или в виде бинарных значений. В первом случае упрощается программа подготовки ФОД, во втором - увеличивается скорость записи в файл. ФОД доступен ВБОР посредством службы удаленного монтирования. В модуле 14 рассчитываются интегральные показатели риска (с учетом всех изменений номинальных значений вероятностей событий, соответствующих текущему состоянию модели энергоблока в тренажере или команд инструктора), а также показатели значимости всех событий в базе данных - показатели повышения/снижения риска RIF/RDF.
Математическая модель оценки риска основана на следующих формулах:
где:
Risk - интегральный показатель риска;
Q MCS, i - вероятность реализации i-го сценария (минимального сечения);
n - количество (полезных) сценариев, сгенерированных по вероятностной модели для целей обучения на тренажере.
где:
j
Q - номинальное значение вероятности события j в минимальном сечении;
m - количество событий в одном минимальном сечении;
Показатель повышения риска RIF, рассчитывается по формуле:
j
j
RIF=Risk(Q=1)/Risk(Q=NOM),
где:
j
Risk (Q=1) - интегральный показатель риска при реализации «неуспешного» события;
j
Risk (Q=NOM) - интегральный показатель риска, рассчитанный при номинальной вероятности события.
Показатель снижения риска RDF, рассчитывается по формуле:
j
j
RDF=Risk(Q=NOM)/Risk(Q=0),
где:
j
Risk (Q=0) - интегральный показатель риска, рассчитанный при реализации «успешного» события.
В модуле визуализации результатов 15 формируются графические образы в виде гистограммы текущих значений риска, содержащей цветовые признаки уровня риска. Модуль также обеспечивает вывод экранных форматов, содержащих ранжированный по показателям значимости перечень событий базы данных (оборудования, действий оператора).
Работа тренажера с выполнением функции оценки риска осуществляется следующим образом.
После запуска ВБОР модуль ввода данных 13 с определенным периодом опроса считывает данные из ФОД и передает их в модуль управления базой данных 12. Полученные в режиме on-line данные из моделирующего компьютера 6, а также директивы, вводимые инструктором, в модуле управления базой данных 12 преобразуются в коды событий из перечня сценариев развития аварии, с присвоением им состояний, отвечающих либо «успеху», либо «отказу». Коды событий заносятся в поля (ячейки) задания на расчет и передаются в модуль оценки риска
14, который выполняет перерасчет учебной модели ВАБ. В модуле визуализации 15 формируются экранные форматы представления информации о риске, которые по запросу инструктора отображаются на дисплейных средствах 5, 9. В процессе тренажерного занятия обучаемый в соответствии с условием учебной задачи выполняет необходимые действия на своем рабочем месте. При этом на экране монитора меняется «картина риска». По абсолютному значению текущего риска и показателям значимости, обучаемый определяет состояние моделируемого энергоблока и тяжесть ситуации. Целевая функция управляющих действий обучаемого - удержать текущий риск в «допустимом» диапазоне значений (что соответствует отсутствию ошибок).
Представленная полезная модель позволяет оснастить рабочие места оператора и инструктора средствами отображения информации о риске и использовать их для информационной поддержки тренировочного процесса в учебно-тренировочных центрах.