На правах рукописи
 |
РАЗРАБОТКА ТРЕНАЖЕРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА НЕФТЕГАЗОВЫХ ОБЪЕКТАХ
Специальность 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность
(нефтегазовая отрасль)
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Уфа - 2009
Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете на кафедре «Пожарная и промышленная безопасность».
Научный руководитель доктор технических наук, профессор
.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
;
кандидат технических наук, доцент
Ведущая организация -УфаНИПИнефть».
Защита состоится «25» сентября 2009 года в 14-00 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете Республика Башкортостан, .
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.
Автореферат разослан «25» августа 2009 года.
Ученый секретарь совета
Актуальность темы
В настоящее время нефтегазовый комплекс представляет собой наиболее динамично развивающуюся отрасль не только в России, но и во всем мире. Разрабатываются новые месторождения нефти и газа, строятся новые и реконструируются существующие трубопроводные системы, перерабатывающие заводы, внедряется новое оборудование. При этом все более жесткими становятся требования к пожарной и промышленной безопасности всех технологических процессов (ТП). В существующих условиях велико значение так называемого «человеческого фактора» и соответственно качества профессиональной подготовки оперативного и диспетчерского персонала. Именно операторы и диспетчеры в случае возникновения аварийной ситуации должны в максимально короткое время уметь найти правильное решение. От профессионализма операторов и диспетчеров зависит не только пожарная и промышленная безопасность, сохранность дорогостоящего технологического оборудования, но и жизни людей.
В процессе обучения оперативного и диспетчерского персонала применяются различные компьютерные обучающие системы. Для получения навыков безопасного управления технологическим процессом, эффективными средствами обучения являются компьютерные задачники, лабораторные практикумы и, в большей степени, компьютерные тренажеры. Именно тренажеры дают операторам и диспетчерам «процедуральные знания», т. е. знания о том, как организована практическая деятельность, в отличие от «декларированного знания» об объекте, содержащегося в компьютерных справочниках, учебниках, системах контроля знаний и т. д.
Работам в области повышения уровня промышленной безопасности нефтегазовых объектов с использованием информационно-аналитических и компьютерных систем посвящены научные труды авторов: , , и др. Эффективность использования тренажеров для профессиональной подготовки персонала рассматривались в работах , , и др.
Усложнение технологий производства и систем управления технологическими процессами (далее ТП), статистика аварийности, огромный промышленный и экологический риск при управлении объектами нефтегазового комплекса, значительный вес ошибок операторского управления ТП в общем числе причин аварий определяют актуальность разработки и внедрения компьютерных тренажеров для обучения операторов и диспетчеров ТП.
Современные информационные технологии создают качественно новую ситуацию в компьютерной поддержке системы промышленной безопасности. Новым перспективным направлением развития информационных технологий обеспечения промышленной безопасности является соединение в одном программно-техническом комплексе возможностей тренажеров для операторов технологических процессов и программ анализа потенциальных опасностей. Такое соединение позволит поднять всю систему промышленной безопасности на качественно новый научно-технический уровень и даст возможность при создании паспорта риска предприятия решать вопрос о базисном типе возможной аварии (место возникновения, причины, ожидаемые последствия, возможность ликвидации своими силами), используя весьма точные модели технологических процессов и систем управления.
В связи с этим тематика исследований, затрагивающих вопросы разработки тренажеров для наиболее эффективного обучения оперативного персонала и повышения уровня промышленной безопасности предприятий нефтегазового сектора, является актуальной.
Цель работы
Целью работы является разработка общих принципов построения программно-технических тренажерных комплексов, а также методического и программного обеспечения для обучения оперативного и диспетчерского персонала объектов транспорта нефти и нефтепродуктов.
Задачи исследования
В диссертационной работе решаются следующие задачи:
1 Анализ существующих тренажерных систем, тенденций их развития и общих составляющих программно-технических тренажерных комплексов.
2 Разработка концептуальной модели процесса обучения оперативного и диспетчерского персонала объектов транспорта нефти и нефтепродуктов на основе программно-технических тренажерных комплексов.
3 Разработка метода обучения оперативного и диспетчерского персонала объектов транспорта нефти и нефтепродуктов на основе программно-технических тренажерных комплексов.
4 Разработка программно-технического тренажерного комплекса для обучения деятельности по обеспечению промышленной безопасности при управлении объектами транспорта нефти и нефтепродуктов в штатных и нештатных ситуациях.
5 Экспериментальное подтверждение эффективности предложенных методов.
Методы решения поставленных задач
В основе проводимых в диссертационной работе исследований используются методы системного анализа, математического моделирования, ситуационного и автоматизированного компьютерного обучения, теория баз данных и методы объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна
Научная новизна и теоретическая значимость результатов исследования состоит в следующем:
1 Выполнена полукачественная идентификация технологических процессов возникающих при транспортировании нефти и нефтепродуктов по трубопроводам путем построения имитационных феноменологических математических моделей и их аналитического исследования. Построение указанных моделей основано на декомпозиции объекта на составляющие (подсистемы): технологического процесса, системы управления, системы отображения, имитатора аварийных ситуаций и базы данных настроечных параметров. На основании полученных решений установлены и определены аналитические зависимости изменения технологических параметров моделируемого участка трубопроводов, что позволило создать тренажерные комплексы максимально соответствующие реальным технологическим объектам.
2 Выполнено численное решение научной задачи связанное с построением и исследованием устойчивости и адекватности математических моделей трубопроводов для тренажерных комплексов. Разработаны имитационные математические модели технологического процесса транспорта нефти и нефтепродуктов по трубопроводам с использованием двух различных методов расчета. Для вывода систем уравнений моделируемых участков трубопроводов в первом варианте использованы теорема количества движения, закон сохранения массы и уравнения состояния, во втором варианте использованы гидравлические аналоги 1-го и 2-го законов Кирхгофа. На основании исследования этих вариантов моделей определено, что установленным критериям устойчивости и адекватности моделирования соответствует первый вариант математической модели.
3 Предложена и экспериментально доказана концепция снижения риска аварийности и травматизма в нефтегазовой отрасли на основе обучения операторов и диспетчеров деятельности по обеспечению промышленной безопасности при управлении в штатных и нештатных ситуациях. Сущность концепции состоит в том, что при обучении оперативного и диспетчерского персонала с применением разработанного тренажерного комплекса обучаемым прививаются умения по распознаванию ситуаций и моторные навыки управления технологическими процессами, что приводит к повышению надежности операторской деятельности, снижению риска аварийности и травматизма. Применение методов обучения, основанных на данной концепции, позволяет сократить время выполнения действий обучаемых в аварийных ситуациях в среднем в 2 раза, вероятность выполнения ошибочных действий сокращается в 3–8 раз.
Практическая ценность
Практическая ценность исследования состоит в том, что существенно сокращаются сроки подготовки операторов; позволяют им выработать приёмы упреждения ситуаций, уменьшение времени ликвидации и парирования ситуаций; удобство обучения и непрерывность подготовки.
Разработанный тренажерный комплекс и метод обучения оперативного и диспетчерского персонала объектов транспорта нефти и нефтепродуктов внедрены и успешно используются в системе внутрифирменного профессионального образования «Транснефть». Разработанный тренажерный комплекс так же используется при проведении ежегодных конкурсов «Лучший по профессии» среди операторов НПС в «Транснефть» в период с 2004 г. по настоящее время. Практическое использование разработанных тренажерных комплексов и методик обучения подтверждено актами внедрения.
Основные защищаемые положения
На защиту выносится:
1 Метод проектирования и разработки тренажерных комплексов для обучения оперативного и диспетчерского персонала.
2 Феноменологическая математическая модель технологического процесса транспорта нефти и нефтепродуктов по трубопроводам, реализующая моделирование основных и вспомогательных параметров работы технологического участка.
3 Метод обучения оперативного и диспетчерского персонала с применением разработанного тренажерного комплекса действиям в штатных и нештатных ситуациях
Апробация работы
Результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы, докладывались и обсуждались в рамках V Конгресса нефтегазопромышленников России на конференции «Метрология, автоматизация, связь в нефтегазовом комплексе» (г. Уфа, Большой зал Федерации профсоюзов Республики Башкортостан, 19 мая 2004 г.), и в рамках VІ Конгресса нефтегазопромышленников России на конференции «Автоматизация и метрология в нефтегазовом комплексе» (г. Уфа, Большой зал Федерации профсоюзов Республики Башкортостан, 25 мая 2005 г.).
Публикации
По результатам выполненных исследований опубликовано 9 печатных работ, отражающих основные результаты работы, три из которых опубликованы в ведущих рецензируемых научных изданиях в соответствии с перечнем ВАК Минобразования и науки Российской Федерации, получено два свидетельства о регистрации программ для ЭВМ.
Объем и структура диссертации
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы (123 наименования) и приложений. Основное содержание диссертационной работы изложено на 138 страницах машинописного текста, иллюстрированного таблицами и рисунками.
Общее содержание работы
Во введении раскрыта актуальность выбранной темы диссертационной работы; сформулированы цель, задачи и основные положения, выносимые на защиту, отражена научная новизна выполненных исследований и их практическая значимость.
Первая глава посвящена анализу тенденций развития и проблематики прикладных информационных технологий. В результате установлено, что одной из наиболее актуальных областей повышения промышленной безопасности является создание автоматизированных обучающих систем и тренажерных комплексов для подготовки персонала по работе в штатных и нештатных ситуациях.
Анализ данных по отказам, вызвавших аварийные остановки НПС за гг., показал, что аварийность на объектах «Транснефть» по вине оперативного и диспетчерского персонала составляет 9,1%, что главным образом обусловлено отсутствием готовности к работе в сложных штатных и нештатных ситуациях (рисунок 1).
В настоящее время для опасных производств в соответствии с «Общими правилами взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств (ПБ )» использование тренажеров для обучения является обязательным. Однако экономическая ситуация часто не позволяет руководителям многих предприятий использовать в процессе подготовки персонала тренажерные комплексы.
Рисунок 1 – Распределение отказов по видам в «Транснефть» за гг.
Проведен сравнительный анализ некоторых существующих тренажерных комплексов для обучения оперативного и диспетчерского персонала объектов транспорта нефти. Установлено, что декомпозиция процесса управления на типовые этапы: распознавание ситуации, принятие решения, выбор управляющего воздействия, контроль эффективности собственных действий в нештатных ситуациях позволяет решать задачу подготовки операторов с использованием специальных тренажеров.
На основании проведенного исследования, а также анализа задач, решаемых существующими тренажерами, были сформулированы требования к тренажерной системе по подготовке диспетчерского и оперативного персонала по обеспечению промышленной безопасности при управлении объектами транспорта нефти и нефтепродуктов в штатных и нештатных ситуациях. Такая система должна обеспечивать:
1 Моделирование работы основных технологических узлов НПС (резервуарные парки, насосные агрегаты, узлы учет нефти и т. д.).
2 Моделирование работы линейной части магистрального нефтепровода.
3 Моделирование работы вспомогательных систем НПС (маслосистема, энергоснабжение, система контроля вибрации и т. д.).
4 Возможность одновременной работы группы учеников (совместная работа операторов НПС и диспетчеров РДП).
5 Наличие системы контроля действий учеников.
6 Возможность пополнения базы данных сценариев учебных примеров пользователем.
7 Возможность изменения экранных форм пользователем.
8 Возможность изменения моделируемой технологической схемы участка нефтепроводов пользователем.
Вторая глава посвящена разработке концептуальной модели обучения оперативного и диспетчерского персонала объектов транспорта нефти в учебных центрах «Транснефть» с использованием тренажеров. В рамках данного подхода подготовка к деятельности предусматривает работу как в штатных ситуациях, так и в аварийных ситуациях агрегатного и станционного характера.
Предлагаемая схема практической подготовки оперативного и диспетчерского персонала представлена на рисунке 2. Обучающая система, основными элементами которой являются модель ТП и модель системы управления (далее СУ), установлена на автоматизированное рабочее место (далее АРМ) преподавателя и АРМ учеников.
Рисунок 2 – Схема тренажерной подготовки
Преподаватель наделяется следующими функциями:
1) контроль за действиями учеников;
2) сохранение начальных состояний моделируемого технологического процесса;
3) загрузка ранее сохраненных начальных состояний моделируемого технологического процесса;
4) изменение параметров моделируемого технологического процесса;
5) имитация отказов в работе основного оборудования, вспомогательных систем, КИПиА;
6) имитация возникновения утечек на нефтепроводах;
7) возможность имитации последовательности возникновения различных отказов в работе оборудования (сценарии развития нештатных ситуаций);
8) формирование и печать протоколов действий каждого ученика при завершении учебного занятия.
Ученик со своего рабочего места оценивает текущую ситуацию на технологическом объекте и производит управляющие воздействия, направленные на поддержку заданного технологического режима работы оборудования, на локализацию последствий возникших аварийных ситуаций или иные действия в зависимости от текущей ситуации на объекте.
Предложен метод обучения на базе разработанного тренажерного комплекса. Он включает комплексы учебных заданий, направленных на подготовку к работе по приемке смены, работе в штатном режиме и действиям в нештатных аварийных ситуациях. Данный метод позволяет существенно сократить время выполнения учебных заданий, то есть повысить скорость реакции на аварийные ситуации, а также повысить долю правильно выполняемых действий.
Третья глава посвящена реализация тренажерной системы подготовки оперативного и диспетчерского персонала объектов транспорта нефти в учебных центрах «Транснефть».
В соответствии с разработанным методом построения тренажеров был разработан тренажерный комплекс для обучения оперативного и диспетчерского персонала объектов транспорта нефти и нефтепродуктов, включающий разработанную математическую модель технологического процесса транспорта нефти и нефтепродуктов по трубопроводам, разработанную модель системы управления, разработанный генератор аварийных ситуаций. Обобщенная схема тренажерного комплекса представлена на рисунке 3.
При работе тренажерного комплекса с АРМ преподавателя осуществляется загрузка сохраненных ранее исходных состояний моделируемого ТП.
Исходные данные загружаются в математическую модель основных ТП, модель СУ и модель вспомогательных ТП. Все параметры (основные и вспомогательные) моделируемого технологического процесса отслеживаются моделью СУ, которая в случае достижения какого-либо параметра предельного или аварийного значения производит управляющие воздействия (изменяет состояния задвижек, заслонок, агрегатов и т. д.) в соответствии с алгоритмами управления на реальном объекте.
Рисунок 3 – Обобщенная схема тренажерного комплекса
Данные о технологическом процессе передаются в базу данных (хранение исторических трендов, настроечные параметры и т. д.) и через систему отображения (SCADA-пакет) на АРМ учеников и АРМ преподавателя.
С АРМ учеников возможно управление технологическим оборудованием так, как это производится на реальных технологических объектах. В зависимости от поставленной преподавателем задачи ученики следят за технологическим процессом или осуществляют технологические переключения.
Преподаватель через генератор аварийных ситуаций может воздействовать на модель основных ТП, модель вспомогательных ТП и модель СУ. К таким воздействиям относятся:
- имитация утечки на линейном участке трубопровода;
- недостоверность показаний контролируемых параметров, изменения показаний (достижение предельных или аварийных значений);
- отказ в управлении технологическим объектом (имитация обрыва управляющей цепи).
В связи с тем, что моделируемый ТП является сложным, с большим количеством взаимосвязанных параметров и подсистем при разработке математической модели ТП параметры условно разделили на две группы: основные и вспомогательные технологические параметры.
Значения основных технологических параметров, передаваемые в модель СУ, представляются в следующем виде:
П = Пр + Ппр,
где Пр = f(t) – значение контролируемого параметра в контрольной точке от времени (рассчитывается математической моделью);
Ппр – отклонение параметра, задаваемое с АРМ преподавателя (имитация неисправности датчика или аварийной ситуации).
Разработано программное обеспечение, позволяющее производить расчет основных технологических параметров моделируемой технологической схемы с использованием двух методов расчета:
1 Составление и расчет дифференциальных уравнений движения жидкости по трубопроводу на основе теоремы количества движения, закона сохранения массы и уравнения состояния (математическая модель№1):
где 
– давление;
– осредненная по сечению скорость течения жидкости;
с – скорость звука в данной жидкости;
λ – коэффициент гидравлического сопротивления;
D – диаметр трубопровода.
Моделируемая технологическая схема нефтепроводов условно разбивается на участки по следующему принципу: начало первого участка – резервуар, конец первого участка – ближайший узел или технологический элемент (задвижка, насос, клапан и. т.д.); начало второго участка – конец первого, конец второго – следующий ближайший узел или технологический элемент и т. д.; конец последнего участка – резервуар. Таким образом, все участки являются взаимосвязанными по краевым условиям, расчет параметров ведется для каждого участка и соответственно для всей схемы со скважностью, определяемой возможностями ЭВМ.
2 Составление и расчет уравнений, на основании 1-го и 2-го законов Кирхгофа вида (математическая модель №2):
a11 x1 + : : : + a1n xn = Q1;
: : :
ak1 x1 + : : : + akn xn = Qk;
a(k+1)1 │x1 │β1-1 x1 + : : : + a(k+1)n │xn │βn -1 xn = H1;
: : :
an1 │x1 │β1-1 x1 + : : : + ann │xn │βn -1 xn = Hn-k,
где xi - расход в i-той трубе;
аij – коэффициент, определяемый по 1-му или 2-му закону Кирхгофа (для 1-го закона Кирхгофа втекающий в контрольную точку поток привносит коэффициент, равный единице, вытекающему потоку отвечает коэффициент, равный минус единице; для 2-го закона Кирхгофа и для нелинейных уравнений аij – коэффициент сопротивления трубы);
Нi - приложенные напоры;
Qi – отбор в узле;
βi – степень в законе зависимости величины напора от значения расхода.
Суть метода расчета следующая: система трубопроводов описывается уравнениями, составленными исходя из 1-го и 2-го законов Кирхгофа, и решается со скважностью, определяемой возможностями ЭВМ.
Для выбора оптимального метода расчета основных технологических параметров проведены экспериментальные исследования на соответствие моделей следующим критериям:
1) адекватность расчетных параметров реальному объекту в стационарных состояниях;
2) адекватность расчетных параметров реальному объекту в нестационарных состояниях;
3) устойчивость моделирования ТП.
Результаты проведенных исследований представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Результаты исследования математических моделей ТП
№ п/п | Наименование исследования, | Значение параметра | Значение параметра | ||
Допустимое | Фактическое | Допустимое | Фактическое | ||
1 | Адекватность в стационарных состояниях, отклонение (%) | 5,00 | 1,60 | 5,00 | 2,48 |
2 | Адекватность в нестационарных состояниях, максимальное отклонение (%) | 10,00 | 4,39 | 10,00 | 16,81 |
3 | Устойчивость моделирования ТП, отклонение (%) | 1,00 | 0,40 | 1,00 | 0,50 |
Результаты исследования показали, что математическая модель ТП, составленная исходя из 1-го и 2-го законов Кирхгофа, не соответствует установленному критерию адекватности моделирования нестационарных состояний. Допустимое значение максимального отклонения составляет 10,00%, фактическое значение – 16,81%.
Моделирование значений вспомогательных технологических параметров в контрольных точках производится согласно следующему уравнению (рисунок 4):
Т = Т0 + Тп + Тр + Тпр,
где Т0 – начальное значение параметра, загружаемое по умолчанию при пуске программного обеспечения;
Тп – значение помехи, единичного отклонения от заданного значения;
Тр = f(t) – значение изменения параметра в контрольной точке от времени (нагрев обмоток работающего электродвигателя, изменение уровня во вспомогательных емкостях при работающих насосах и т. д.);
Тпр – отклонение параметра, задаваемое с АРМ преподавателя (имитация неисправности датчика или аварийной ситуации).
Рисунок 4 – Диаграмма моделирования вспомогательных параметров
Для различных видов моделируемых вспомогательных технологических параметров начальные, рабочие, предельные и аварийные значения определяются в соответствии со значениями, установленными в регламентах, из реальных данных технологического процесса и значений уставок срабатывания СУ.
Время выхода на рабочий режим и вид функции Тр = f(t) для каждого моделируемого технологического параметра так же определятся исходя из реальных данных технологического процесса.
Описание принятых алгоритмов изменения различных моделируемых вспомогательных параметров представлено в таблице 2.
Спроектированы основные элементы и библиотека готовых типовых элементов системы отображения диспетчерской информации для мнемонических схем, соответствующих наблюдаемым и управляемым компонентам насосных станций и линейного участка нефтепроводов с АРМ оператора и АРМ диспетчера. Разработан программный модуль «дизайнер» системы отображения экранных форм операторов НПС и диспетчеров РДП с учетом действующих требований регламентов «Транснефть».
Таблица 2 - Функции Тр = f(t) для различных параметров
№ п/п | Наименование вспомогательного параметра | Описание функции |
1 | Температура в контрольных точках | Условие начала изменения – пуск агрегата; Начальное значение (t0) = 20 °C; Рабочее значение (tр) = 50 °C; Значение помехи = ±5 °C; Тр = k´t – линейная функция; t – время, с. k = 0,5. |
2 | Вибрация в контрольных точках | Условие начала изменения – пуск агрегата; Начальное значение (а0) = 0 мм/с; Рабочее значение (ар) = 3 мм/с; Значение помехи = ±0,5 мм/с;
t1 – время достижения максимального значения вибрации агрегата при пуске, с. t2 – время достижения рабочего значения вибрации агрегата при пуске, с.
k1 = 5; k2 = 3. |
– максимальное (пусковое) значение вибрации агрегата, мм/с;Окончание таблицы 2
№ п/п | Наименование вспомогательного параметра | Описание функции |
3 | Сила тока электродвигателей | Условие начала изменения – пуск агрегата; Начальное значение (i0) = 0 мм/с; Рабочее значение (iр) = 700 А; Значение помехи = ±10 А;
t1 – время достижения максимального значения тока агрегата при пуске, с. t2 – время достижения рабочего значения тока агрегата при пуске, с.
k1 = 5; k2 = 3. |
4 | Уровни продукта во вспомогательных емкостях | Условие начала изменения – пуск насоса (откачки утечек, пожарного насоса и т. д.); Начальное значение – сохраненное в исходных данных значение; Значение помехи = ±1 мм; Тр = k´t – линейная функция; k = 0,05. |
5 | Загазованность в контрольных точках | Условие начала изменения – пуск насоса; Начальное значение (t0) = 0 %; Рабочее значение (tр) = 0 %; Значение помехи = +2 %. |
6 | Перепад давлений на фильтрах | Условие начала счета – пуск тренажера; Начальное значение – сохраненное в исходных данных значение; Значение помехи = ±0,01 кгс/см2. |
7 | Состояния вспомогательных систем | Условие начала счета – пуск тренажера; Начальное состояние – сохраненное в исходных данных состояние. |
8 | Содержание примесей в продукте | Условие начала счета – пуск тренажера; Начальное значение – сохраненное в исходных данных значение; Значение помехи = ±0,05%. |
– максимальное (пусковое) значение тока агрегата, А;Разработан имитатор аварийных ситуаций, позволяющий реализовать режим обучения, максимально соответствующий реальному рабочему месту, и метод его применения, отличающийся возможностью задания набора аварийных событий в виде определенной согласованной последовательности.
Четвертая глава посвящена исследованию эффективности применения тренажерных обучающих комплексов оперативного и диспетчерского персонала в интересах повышения промышленной безопасности при управлении объектами транспорта нефти и нефтепродуктов.
Для проведения эксперимента были взяты 2 группы по 25 (первая группа) и 21 (вторая группа) человек соответственно. Каждая группа находилась в отдельном компьютерном классе и не обладала информацией о действиях другой группы. При этом первая группа выполняла задания с предварительным обучением при помощи тренажерной обучающей программы, а вторая на основе методических материалов на бумажном носителе.
Проведенный анализ показал, что наиболее адекватными характеристиками оценки эффективности результатов обучения с использованием разработанной тренажерной системы являются показатели времени выполнения определенных действий, доля правильных действий, среднее квадратическое отклонение (СКО) времени выполнения действий и доли правильных действий, а также такие сравнительные показатели, как коэффициент усвоения и коэффициент сокращения времени выполнения.
Проведенные исследования эффективности разработанной тренажерной системы показали, что при решении типовых задач приемки смены среднее время приемки сокращается с 18 до 15 минут, что при уровне значимости a=0,01 является статистически значимым различием. Доля правильных действий увеличивается с 76 до 97%. Соответственно в восемь раза уменьшается количество ошибок. При решении проблем аварийной ситуации на одной из подсистем среднее время правильной реакции сокращается почти в два раза, стандартное отклонение (разброс) времени – в 2,5 раза. Доля правильных действий увеличивается с 64 до 89%, то есть более чем в три раза сокращается доля ошибочных действий. При решении проблем аварийной ситуации станционного характера среднее время реакции сокращается с 19,1 до 10,5 минут, стандартное отклонение (разброс) времени – в 2,7 раза. Доля правильных действий увеличивается с 57 до 84%, то есть в два с лишним раза уменьшается доля ошибочных действий.
 |  |
Рисунок 5 – Сравнительные показатели при выполнении приемки смены
Рисунок 6 – Сравнительные показатели при выполнении заданий с аварийными ситуациями агрегатного типа
Рисунок 7 – Сравнительные показатели при выполнении заданий с аварийными ситуациями станционного типа
Выводы и результаты
1 Анализ данных по обучению персонала сложных технических систем с использованием современных тренажерных комплексов показал, что аварийность на объектах «Транснефть» по вине оперативного и диспетчерского персонала составляет 9,1%, что, главным образом, обусловлено отсутствием готовности к работе в сложных штатных и нештатных ситуациях. Это положение требует применение для подготовки оперативного и диспетчерского персонала имитационных тренажеров нового поколения. Установлено, что в структуре тренажеров необходимым является наличие подсистемы генерации и анализа аварийных ситуаций, которая в большинстве известных систем либо не реализована, либо реализована не в полном объеме.
2 Предложен новый метод построения тренажерного комплекса для подготовки диспетчеров и операторов трубопроводного транспорта на базе единого подхода, новых моделей и метода типизации. Он заключается в построении математической модели типового участка нефтепровода, модели типовой СУ, проектировании типовой системы отображения диспетчерской информации, базы данных и типового имитатора аварийных ситуаций. Типовой имитатор СУ спроектирован на основе РД, регламентирующих тип, место и время возникновения ситуации.
3 Разработано новое программное обеспечение тренажерного комплекса для обучения деятельности по обеспечению промышленной безопасности при управлении объектами транспорта нефти и нефтепродуктов в штатных и нештатных ситуациях на основе концептуальных моделей деятельности человека–оператора. В составе тренажерного комплекса впервые разработан имитатор аварийных ситуаций, позволяющий реализовать режим обучения, максимально соответствующий реальному рабочему месту, и метод его применения, отличающийся возможностью задания набора аварийных событий в виде определенной согласованной последовательности.
4 Предложена и экспериментально доказана концепция снижения риска аварийности и травматизма в нефтегазовой отрасли на основе обучения деятельности по распознаванию ситуаций и отработке моторных навыков управления технологическими процессами. Применение методов обучения, основанных на данной концепции, позволяет сократить время выполнения действий обучаемых в аварийных ситуациях в среднем в 2 раза, вероятность выполнения ошибочных действий сокращается в 3–8 раз.
5 Экспериментальное исследование разработанных методов, моделей и алгоритмов показало с достоверностью g=0,95, что в штатных режимах в три раза уменьшается количество ошибок. С тем же уровнем достоверности установлено, что при решении проблем аварийной ситуации на одной из подсистем среднее время правильной реакции сокращается в два раза, а доля правильных действий увеличивается с 64 до 89%, то есть более чем в три раза сокращается доля ошибочных действий. На том же уровне достоверности установлено, что при решении проблем аварийной ситуации станционного характера среднее время реакции сокращается в два раза (с 19,1 до 10,5 минут), а доля правильных действий увеличивается с 57 до 84%, то есть в два с лишним раза уменьшается доля ошибочных действий.
Список публикаций по теме диссертации:
1 Гиниятов самовозбуждения емкостных электрических машин // Материалы II Международной конференции «Интеллектуальные системы управления и обработки информации». - Уфа: Изд-во УГАТУ, 2001. С.236.
2 , , Шевченко комплекс для обучения операторов НПС, диспетчеров РДП и ремонтного персонала // НТЖ «Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности». – М.: , 2004. - №4. С. 13-16.
3 , , Кудрявцев тренажеры и автоматизированные системы обучения // НТЖ «Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности». – М.: , 2005. - №3. С. 26-30.
4 , , Шевченко обучение персонала // Ежемесячный научно-практический журнал «Ростехнадзор. Наш регион». – Уфа: -сервис», 2006. - №9. –С.62-63.
5 , , Эффективное обучение персонала // Ежемесячный научно-практический журнал. «Ростехнадзор. Наш регион» – Уфа: Изд-во -сервис», 2006г. - №10. –С.58-62.
6 , , Кудрявцев обучающих систем и тренажерных комплексов в процессе обучения// Сб. научных трудов «Обеспечение промышленной безопасности на предприятиях нефтегазовой отрасли» - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007. С. 80-83.
7 , , Кудрявцев тренажер для обучения технического персонала «Транснефть» // Журнал «itech – интеллектуальные технологии». -2008. -№9. С. 70-71.
8 , , Кудрявцев и тренинг персонала объектов нефтегазового комплекса с использованием имитационных тренажеров // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов». - Уфа: Изд-во ГУП «ИПТЭР». -2008г. -№4 (74). - С. 115-118.
9 Giniyatov I. G., Schevchenko D. I., Nugumanov V. G., Kudryavtsev A. puter-aided training systems and simulators// Antaliya, Turkey, CSIT. - September 15-V.3. - Р.123-127.
10 Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №. TransNNP. Программа имитации объектов трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов / , Г, – Заявка № от 01.01.2001 г.; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 25.07.2005 г.
11 Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №. TransNNP_RP. Программа моделирования и имитации объектов трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов / , Г, – Заявка № от 01.01.2001 г.; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 22.05.2007 г.
