автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Разработка тренажерного оборудования для повышения безопасности технологических процессов на нефтегазовых объектах

На правах рукописи

и»—

о з да

Гиниятов Ильнур Гумарович

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

003475877

На правах рукописи

Гиниятов Ильнур Гумарович

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

Хафизов Фамиль Шамилевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Банков Игорь Равильевич;

кандидат технических наук, доцент Насыров Рашит Вильевич

Ведущая организация ООО «РН-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 по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан «25» августа 2009 года.

Ученый секретарь совета

Лягов А.В.

Актуальность темы

В настоящее время нефтегазовый комплекс представляет собой наиболее динамично развивающуюся отрасль не только в России, по 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 «человеческою 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 сбласти повышения уровня промышленной безопасности нефтегазовых объектов с использованием информационно-аналитических и компьютерных систем посвящены научные труды авторов: С.М. Вайнштока, В.В. Грачева, Л.И. Григорьева, М.А. Гусейнзаде, В.М. Дозорцева, О.М. Иван-цова, С.Е.Кутукова, М.В. Лурье, И.И. Мазура, Р.Т. Файзуллина и др. Эффективность использования тренажеров для профессиональной подготовки персо-

нала рассматривались в работах В.В. Вершинина, Ю.З. Гильбуха, Ф.Д.Лыскова, Б.Л. Омельяненко 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 ОАО «АК «Транснефть». Разработанный тренажерный комплекс так же используется при проведении ежегодных конкурсов «Лучший по профессии» среди операторов НПС в ОАО «АК «Транснефть» в период с 2004 г. по настоящее время. Практическое использование разработанных тренажерных комплексов и мстодик обучения подтверждено актами внедрения.

Основные защищаемые положения

На защиту выносится:

1 Метод проектирования и разработки тренажерных комплексов для обучения оперативного п 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 нефтегазонромышленни-ков России на конференции «Метрология, автоматизация, связь в нефтегазовом комплексе» (г. Уфа, Большой зал Федерации профсоюзов Республики Башкор-

тостан, 19 мая 2004 г.), и в рамках V] 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 значимосгь.

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 2002-2004 гг., показал, что аварийность на объектах ОАО «АК «Транснефть» по вине оперативного и диспетчерского персонала составляет 9,1%, что глав-

ным образом обусловлено отсутствием готовности к работе в сложных штатных и нештатных ситуациях (рисунок I).

В настоящее время для опасных производств в соответствии с «Общими правилами взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств (ПБ 09-540-03)» 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 ОАО «АК «Транснефть» за

2002-2004гг.

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

эдо%

Приборы ионтрол* давлемш:; 9,8<Ж

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 Возмохщортъ 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 ОАО «АК «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 ни автоматизированное рабочее место (далее АРМ) преподавателя и АРМ учеников.

II Р

Е П О

Д

л в

А Г

Е Л Ь

Обучающая система

АРМ преночанатслм

Монитор

Кланиатура, мышь

Модель ТИ

АРМ ученика

модель)

Модель СУ

(алгоритмы управления ТП)

1Г

Монитор

Клавиатура, мышь

- Ввод начальных данных:

• Ввод отказов и неисправностей;

• Ввод утечек; ■ и т.д.

- Управляющие воздействия;

- Формирование отчетов и сводок;

и т.д.

Рисунок 2 - Схема тренажерной подготовки

Ч Е 11 И К

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, КИПиЛ; - ■ .¡они:;,;:. :.

6) имитация возникновения утечек на нефтепроводах; '¿/.о (:и>!■' ■<•>

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 иа технологическом обьекте 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 главя посвящена реализация тренажерной системы подготовки оперативного и диспетчерского персонала объектов транспорта нефти в учебных центрах ОАО «АК «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 (БСАОА-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.

и

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):

dp d(pv)

дх 5t

-+2 ару,

1 ф_а(ри),2я=1г1

с2 <Э/ ~ дх ' 2D'

где Р(С'Х) - давление;

г'(Лх) _ осредненная по сечению скорость течения жидкости;

с - скорость звука в данной жидкости;

Х - коэффициент гидравлического сопротивления;

О - 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):

а,, х, + ::: + а,„ х„ -= (),; 'ацх, + :::+акиХп = Ок;

Щч>!\х, У'1 х, + :; : + а(к.1)п\х„ = Н,; а„11 х, |111'' XI + .■:.• + а„„ | х„ |х„ = Нп.к,

где х-, - расход в ¡-той трубе;

а у— 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 щ - коэффициент сопротивления трубы); - приложенные напоры;

отбор в узле;

Д— 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, контролируемый параметр Значение параметра для математической модели №1 Значение параметра для математической модели №2

Допустимое Фактическое Допустимое фактическое

1 Адекватность а 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 = То + Т„ + Тр + Т„р,

где Т0 - начальное значение параметра, загружаемое по умолчанию при пуске программного обеспечения;

Тп - значение помехи, единичного отклонения от заданного значения;

Тр = Я^) - 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).

Значение параметра

Аварийное значение (имитируемое) Аварийная устввка

Предельное значение (имитируемое) Предельная уставка

Рабочее значение

Начальное значение

Команда перехода Команда перехода на предельный режим на аварийный режим

'Время выхода на' Время работы ^_рабочий режим ^рабочем режиме^

I

Параметр не меняется^

I

Нормальный режим работы '^ПраЬш^Даарийный Агрегат 1 |/Ш1рз(щ|ре)гш|ра6<ша| ив работает

?!!-!!. Отключение ......... агрегата

предельного аварийного значения значения

Бремя

Пуск агрегата

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 = ф) 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 ОАО «АК «Траиснефть».

Таблица 2 - Функции Т„ = ОД для различных параметров

№ Наименование Описание функции

п/п вспомогательного

параметра

I Температура в Условие начала изменения - пуск агрегата;

контрольных точках Начальное значение ((о) = 20 "С;

Рабочее значение 0Р) = 50 °С;

Значение помехи = ±5 °С;

Тр = кхт - линейная функция;

т - время, с.

к = 0,5.

2 Вибрация в Условие начала изменения - пуск агрегата;

контрольных точках Начальное значение (ао) = 0 мм/с;

Рабочее значение (а,) = 3 мм/с;

Значение помехи = ±0,5 мм/с;

о„, г < 0;

А, г, 0 < г < г,;

р

а,,г>хг.

- время достижения максимального значения

вибрации агрегата при пуске, с.

тг - время достижения рабочего значения вибрации

агрегата при пуске, с.

а„ - максимальное (пусковое) значение вибрации

агрегата, мм/с;

к) = 5

кг = 3

Окончание таблицы 2

№ п/п Наименование вспомогательного параметра Описание функции

3 Сила тока электродвигателей Услопие начала изменения - пуск агрегата; Начальное значение (¡о) = 0 мм/с; Рабочее значение (1р) = 700 А; Значение помехи = ±10 А; р0, г<1); т _\к1т,0<г<т,-" г, <г<г2; г, - время достижения максимального значения тока агрегата при пуске, с. ■ ., х2 - время достижения рабочего значения тока агрегата при пуске, с. '»и ~ максимальное (пусковое) значение тока агрегата, А; к, = 5; к2 = 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; "Гр = кх1 - линейная функция; к = 0,05.

5 Загазованность в контрольных точках Условие начала изменения - пуск насоса; Начальное значение ((<>) = 0 %; Рабочее значение ир) = 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 к гс/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%.

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 а=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.

1 0,8

к 0,6' ц

о

Ч 0,4 0,2

I

ЛЕИф. И 2 ф.

I]

Среднее время

Доля правильных действий

СКО доли

Рисунок 5 - Сравнительные показатели при выполнении приемки смены

Среднее время

Доля правильных действий

СКО доли

Рисунок б - Сравнительные показатели при выполнении заданий с аварийными ситуациями агрегатного типа

II

■ 1

■

§ ч

01 ф. ■ 2ф.

8

Среднее время

СКО

Доля правильных действий

СКО доли

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 ОАО «АК «Транснефть» по вине оперативного и диспетчерского персонала составляет9,1%, 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 у—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:

) Гиниятов И.Г. Проблема самовозбуждения емкостных электрических машин // Материалы II Международной конференции «Интеллектуальные системы управления и обработки информации». - Уфа: Изд-воУГАТУ, 2001. С.236.

2 Гиниятов И.Г., Аиткулов Ф.Ф., Нугуманов В.Г., Шевченко Д.И. Тренажерный комплекс для обучения операторов НПС, диспетчеров РДГ1 и ремонтного персонала // НТЖ «Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности». - М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2004. - №4. С. 13-16.

3 Гиниятов И.Г., Шевченко Д.И., Ахряпов B.C., Кудрявцев A.A. Имитационные тренажеры и автоматизированные системы обучения // НТЖ «Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности». - М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2005. - №3. С. 26-30.

4 Гиниятов И.Г., А.Д.Галиев, Шевченко Д.И. Эффективное обучение персоната // Ежемесячный научно-практический журнал «Ростехнадзор. Наш регион». - Уфа: ООО «Информ-сервис», 2006. - №9. -С.62-63.

5 Гиниятов И.Г., А.Д.Галиев, Д.И.Шевченко Эффективное обучение персонала // Ежемесячный научно-практический журнал. «Ростехнадзор. Наш регион» - Уфа: Изд-во ООО «Информ-сервис», 2006г. - №10. -С.58-62.

6 Гиниятов И.Г., Хафизов Ф.Ш., Шевченко Д.И., Кудрявцев A.A. Использование 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 Гиниятов И.Г., Сафончик Е.И., Хафизов Ф.Ш., Кудрявцев A.A. Ими-тациоиный тренажер для обучения технического персонала ОАО «АК «Транснефть» // Журнал «¡tech - интеллектуальные технологии». -2008. -№9. С. 70-71.

8 Гиниятов И.Г., Хафизов Ф.Ш., Кудрявцев A.A. Подготовка 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 Gmiyatov l.G., Schevchenko D.I., Nugumanov V.G., Kudryavtsev A.A. Computer-aided training systems and simulators// Antaliya, Turkey, CSIT. - September 15-17. -2008.-V.3.-P.123-127.

10 Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2005611823. TransNNP. Программа имитации объектов трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов / Шевченко Д.И., Гиниятов И.Г, Кудрявцев A.A. -Заявка №2005611724 от 11.07.2005 г.; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 25.07.2005 г.

11 Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007612079. TransNNP_RP. Программа моделирования и имитации объектов трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов / Шевченко Д.И., Гиниятов И.Г, Кудрявцев A.A. - Заявка №2007611555 от 23.04.2007 г.: зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 22.05.2007 г.

Отпечатано в ГУ П ИПК МВД по РБ «ТиД» РБ. Тел. 279-4 3-31. Зак. 738. Тир. 90x24. 2009 г.

Введение.

Глава 1. Компьютерные обучающие системы оперативного и диспетчерского персонала как один из основных компонентов комплексной безопасности предприятия.

1.1. Предпосылки создания компьютерных обучающих систем.

1.2. Обзор видов компьютерных обучающих систем.

1.2.1. Существующие классификации.

1.3. Обзор прототипов компьютерных тренажеров.

1.3.1 Тренажеры для обучения операторов и диспетчеров объектов транспорта нефти производства ООО «Энергоавтоматика» (г.Москва).

1.3.2 Тренажер для обучения операторов объектов транспорта нефти производства ООО «УралГазРемСтрой» (г.Уфа).

1.4. Постановка задачи на разработку методического и программного обеспечения тренажерного комплекса.

Выводы по первой главе.

Глава 2. Концепция внутрифирменного производственного обучения оперативного и диспетчерского персонала объектов транспорта нефти в учебных центрах ОАО «АК «Транснефть».

2.1. Концептуальный подход к подготовке оперативного и диспетчерского персонала объектов транспорта нефти в учебных центрах ОАО «АК

Транснефть» с использованием тренажеров.

2.2 Разработка методики построения тренажеров.

2.2.1 Требования к разработке.

2.2.2 Общее описание моделируемого технологического участка.

2.2.3 Реализация требований к тренажеру.

2.3. Методика подготовки оперативного и диспетчерского персонала объектов транспорта нефти в учебных центрах ОАО «АК «Транснефть» с использованием тренажеров.

Выводы по второй главе.

Глава 3. Реализация тренажерной системы подготовки оперативно и диспетчерского персонала объектов транспорта нефти в учебных центрах ОАО «АК «Транснефть».

3.1 Общее описание тренажерной системы.

3.2 Математическая модель технологического процесса.

3.2.1 Основные технологические параметры.

3.2.2 Вспомогательные технологические параметры.

3.2.3 Расчет основных технологических параметров.

3.2.4 Основные требования к математической модели ТП.

3.2.5 Адекватность расчетных параметров реальному объекту в стационарных состояниях.

3.2.6 Адекватность расчетных параметров реальному объекту в нестационарных состояниях.

3.2.7 Устойчивость моделирования ТП.

3.2.8 Расчет вспомогательных технологических параметров.

3.3 Математическая модель системы управления ТП и вспомогательных систем.

3.4 Система отображения.

3.5 Драйвер обмена.

3.6 Генератор аварийных ситуаций.

3.7 База данных.

Выводы по третьей главе.

Глава 4. Исследование эффективности применения тренажерных обучающих комплексов оперативного и диспетчерского персонала в интересах повышения промышленной безопасности при управлении объектами транспорта нефти и нефтепродуктов.

4.1 Теоретические основы оценки качества обучения.

4.2 Методика проверки эффективности применения тренажерного комплекса.

4.2.1 Общее описание методики.

4.2.2 Анализ результатов эксперимента.

4.2.3 Статистическая оценка результатов времени выполнения.

4.2.4 Статистическая оценка долей.

Выводы и результаты по четвертой главе.

Мировая* практика выделяет в составе системы промышленной г безопасности следующие основные разделы:

- информирование работников о потенциальных промышленных опасностях;

- качественный и количественный анализ потенциальных опасностей;

- использование и развитие безопасных процедур управления;

- тренинг работников;

- качество и целостность ключевого технологического оборудования;

- отслеживание изменений в технологическом процессе;

- предпусковые операции;

- процедуры управления в аварийных ситуациях;

- процедуры расследования инцидентов;

- декларирование и экспертиза опасных промышленных объектов. Современные информационные технологии создают качественно новую ситуацию в компьютерной поддержке системы промышленной безопасности. Это относится, прежде всего, к двум ключевым инструментам - компьютерным тренажерным комплексам для обучения оперативного персонала и компьютерным программам анализа потенциальных опасностей [42].

Усложнение производства и систем управления технологическими процессами (ТП), удручающая статистика аварийности, огромный промышленный и экологический риск, значительный вес некачественного операторского управления ТП в общем числе причин аварий определяют актуальность разработки и внедрения компьютерных тренажеров для обучения операторов технологических процессов. Можно говорить о качественном прорыве современных систем компьютерного тренинга операторов во всех трех традиционно выделяемых компонентах тренажеров — моделях технологических процессов, информационных моделях и моделях обучения. Так, возможности в области моделирования производства позволяют на сегодня имитировать ход сложнейших технологических процессов за счет использования высокоточных моделей кинетики процессов, богатых библиотек физико-химических свойств, мощных решателей систем дифференциальных и конечных уравнений, описывающих динамику процессов, а также за счет учета разнообразных нарушений хода технологических процессов, работы оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры. Наряду с гибкими системами конфигурации пользовательских интерфейсов и развитыми средствами компьютерного инструктажа это превращает современный компьютерный тренинг операторов технологических процессов в незаменимое средство формирования и закрепления профессиональных навыков, несравнимое со всеми традиционными, включая небезопасные и дорогостоящие тренировки на реальных объектах или их прототипах.

В обсуждаемом контексте компьютерные тренажеры вносят существенный5 вклад в реализацию практически всех элементов системы промышленной безопасности, обеспечивая:

- повышение знаний работников о потенциальных опасностях технологических процессов;

- идентификацию и оценку рисков, прогнозирование последствий аварийных инцидентов;

- развитие и закрепление безопасных процедур управления;

- начальный и тренинг и переподготовку персонала, оценку, тарификацию и сертификацию операторов;

- проверку, доработку и закрепление новых процедур управления в случае изменений в процессе;

- предпусковой • тренинг операторов и проверку новых и модернизированных сис тем .управления;

- проигрывание ситуаций при расследовании инцидентов, определение причин аварий и рекомендаций по их исключению или смягчению;

- разработку Планов локализации аварийных ситуаций и автоматизацию обучения по таким планам;

- моделирование аварийных ситуаций в процедурах декларирования потенциально опасных промышленных, объектов.

Компьютерные программы анализа потенциальных опасностей позволяют:

- оценивать последствия аварий (масштабы распространения, характеристики взрывов и пожаров и т.д.);

- проводить качественный и количественный анализ потенциальных опасностей- по принятым методикам;

- оценивать вероятности аварий по методикам анализа деревьев отказов и событий;

- поддерживать компьютерные версии декларации безопасности опасных промышленных объектов, выгодно отличающиеся легкостью сопровождения, внесения изменений и дополнений по фактам произошедших инцидентов или при появлении новых средств предупреждения и смягчения последствий аварий (что предписывается новым Законом о 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. Разработка, общих принципов построения- программно-технических тренажерных комплексов, а также методического и программного обеспечения для обучения оперативного и диспетчерского персонала объектов транспорта нефтиш 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-техническоготренажерногокомплексадля обучения деятельностишо обеспечению промышленной7 безопасности при управлении объектами транспорта нефти и нефтепродуктов- в. штатных и нештатных ситуациях. *

5. Экспериментальное подтверждение эффективности предложенных методов.

Методышсследования. 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 моделируемого1 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 Л 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 i установленным критериям устойчивости' и адекватности моделирования у 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 внедрены и успешно используются в. процессе подготовки оперативного, диспетчерского и инженерно-технического персонала объектов транспорта и хранения нефти в НОУ НПО «Тюменский нефтепроводный профессиональный-лицей» и в.ГОУ СПО «Томский государственный промышленно-гуманитарный* колледж». Практическое использование разработанных тренажерных комплексов и методик обучения-подтверждено актами внедрения.

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 VI 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 наименований) и приложений. Основное- содержание диссертационной работы изложено на 138 страницах машинописного текста, иллюстрированного таблицами и рисунками.

Выводы и результаты по четвертой главе

1) 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, а также такие сравнительные показатели, как коэффициент усвоения и коэффициент сокращения времени выполнения.

2) 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 а=0,01 является статистически значимым различием. Доля правильных действий увеличивается с 76% до 97%. Соответственно в восемь раза уменьшается количество ошибок.

3) 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.

4) При решении проблем аварийной ситуации станционного характера среднее время реакции сокращается с 19,1 минуты 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.

Заключение

1 Анализ данных по обучению персонала сложных технических систем с использованием современных тренажерных комплексов показал, что аварийность на объектах ОАО «АК «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 Предложена новая методика построения тренажерного комплекса для подготовки диспетчеров и операторов трубопроводного транспорта на базе единого подхода, новых моделей и метода типизации. Она 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 методика его применения, отличающийся возможностью задания набора аварийных событий в виде определенной согласованной последовательности.

4 Разработана методика обучения на базе разработанного тренажерного комплекса. Данная методика позволяет существенно сократить время выполнения учебных заданий, то есть повысить скорость реакции на аварийные ситуации, а также повысить долю правильно выполняемых действий.

5 Экспериментальное исследование разработанных методик, моделей и алгоритмов показало с достоверностью у=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 минуты до 10,5 минут), а доля правильных действий увеличивается с 57% до 84%, то есть в два с лишним раза уменьшается доля ошибочных действий.

1. Агеев В.Н. Электронные учебники и автоматизированные обучающие системы. -М.: 2001.-79 с.

2. Активные методы обучения //Вестник высшей школы. 1987. - №7. -С. 30 -36.

3. Андерсон Дж. Р., Рейзер Б. Дж. Учитель Лиспа. / В сб. "Реальность и прогнозы искусственного интеллекта" под ред. Стефанюка B.J1. / Пер. с англ. М.: Мир, 1987.-с. 27-47.

4. Атгель У. Обучающая вычислительная машина: моделирование в истинном масштабе времени обучающего диалога / В сб. "Кибернетика и проблемы обучения" / Ред. и предисл. А.И. Берга. — М.: Прогресс, 1970. — с. 206-228.

5. Афанасьев В.В., Афанасьева И.В., Тыщенко О.Б. Основные компоненты компьютерных технологий обучения // НИИВО 23.04.98, № 86-98, деп. Муром, ин-т, фил. Владим. гос. Ун-та. Муром: 1998.

6. Батышев С.Я. Реформа профессиональной школы. М.: «Высшая школа», 1987.

7. Башмаков А.И., Башмаков И.А. Разработка компьютерных учебников и обучающих систем. М: Информационно-издательский дом "Филинъ", 2003.— 121 с.

8. Бодрин А.В. Разработка моделей и алгоритмов синтеза схем для тренажерного комплекса, обучающего проектированию систем автоматизации. Дис. на соиск. уч: стен, к.т.н. снец. 05.13.12, Тверь, ТГТУ, 2004.

9. Бусленко Н.П. Моделирование систем. М.: Наука, 1978.

10. Васильев Ю.В. Ищем новые формы обучения //Среднее специальное образование. 1990. — № 11. — С. И — 12.

11. Вертгеймер М. Продуктивное мышление. М.: Мир, 1983.

12. Вершинин В.В. и др. Вопросы теории и практики создания и применения тренажеров в профессиональном обучении: Метод, рекомендации.- М.: Высшая шк., 1982.-С. 95.

13. Власов В.Г. Проблемные ситуации на уроках производственного обучения.1. М.: ЦУМК, 1974. 40 с.

14. ВППБ 01-05-99 Правила пожарной безопасности при эксплуатации магистральных нефтепроводов.

15. ВППБ 01-05-99 Правила пожарной безопасности при эксплуатации магистральных нефтепроводов.

16. Гаврилова Т. А. Интеллектуальные и обучающие системы. СПб.: СПбГТУ, 1996.

17. Гайдамакин Н.А. Автоматизированные информационные системы, базы и банки данных. М.: Гелиос, 2002.

18. Гайнетдинов M.JL, Иванов Ю.С. Элементы теории систем автоматизированного обучения. Казань: Дента, 1995.

19. Гильбух Ю.З. Тренировочные устройства в профессиональном обучении. -Киев:.Высшая школа, 1979. 200 с.

20. Гиниятов И.Г. Проблема самовозбуждения емкостных электрических машин // Сб.тезисов докладов II Международной конференции «Интеллектуальные системы управления и обработки информации» Уфа: Изд-во УГАТУ, 2001г., с.236. УДК 621.314.261.

21. Гиниятов И.Г., А.Д.Галиев, Д.И.Шевченко Эффективное обучение персонала // Ежемесячный научно-практический журнал. «Ростехнадзор. Наш регион» — Уфа: Изд-во ООО «Информ-сервис», 2006г. №10

22. Гиниятов И.Г., А.Д.Галиев, Шевченко Д.И. Эффективное обучение персонала // Ежемесячный научно-практический журнал «Ростехнадзор. Наш регион» -Уфа: ООО «Информ-сервис», 2006г. №9

23. Гиниятов И.Г., Сафончик Е.И., Хафизов Ф.Ш., Кудрявцев А.А. Имитационныйтренажер для обучения техничекого персонала ОАО «АК «Транснефть» // Журнал «itech интеллектуальные технологии», №9, 2008, С. 70-71.

24. Гиркин И.В, Новые подходы к организации учебного процесса с использованием современных компьютерных технологий // Информационные технологии, 1998, № 6. с. 44-47.

25. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика.- М.: Высш. школа, 1972. 368 с.

26. Голубятников И.В. Математическое и программное обеспечение обучающих мультимедийных комплексов и систем. Дис. на соиск. уч. степ, д.т.н. спец. 05.13.11,М.:МГАПИ, 2000.

27. Голь дин И.И. Проблемное обучение в профессионально- технических училищах. —М.: Высш. шк., 1979. — 101 с.

28. ГОСТ 2.503-90. ЕСКД. Правила внесения изменений

29. ГОСТ 21036 75. Тренажеры. Термины и определения.

30. Григорьев В.К., Аксенов О.А., Григорьев А.В. Модель системы обучения кадров большой территориально-распределенной корпорации. Тверь, ТГТУ,

31. Сборник трудов конференции "Компьютерные технологии в управлении, диагностике и образовании" (КТУДО), 2002, ее. 81-85.

32. Григорьев Л.И. Автоматизация процессов обучения и принятия решений в диспетчерском управлении транспортом газа: дисс. на соискание ученой степени д.т.н., М.: 1997.— 217 с.

33. Гринченков Д.В. Разработка математического и программного обеспечения для компьютерных тренажеров в энергетике. Дис. на соиск. уч. степ, к.т.н. спец. 05.13.11, Ростов на дону, 2001.

34. Губинский А.И. Надежность и качество функционирования эргатических систем. Л.: Наука, 1982.

35. Гусейнзаде М.А., Юфин В.А. Неустановившееся движение нефти и газа в магистральных трубопроводах. М., Недра, 1981, 232 с.

36. Дадашев А.Я., Зоншайн И.А., Королева Г.М. Производственное обучение на учебном полигоне. М.: Высшая школа, 1980. - 48 с.

37. Дейт Дж. Введение в системы баз данных 7. изд. М. - и др.: Вильяме, 2001.

38. Димова М. Содержание и организация производственного обучения (химическая промышленность): Профпедагогика /Пер. с болг. — М.: Высш. шк., 1985. 127 с.

39. Дозорцев В.М. Компьютерные тренажеры для обучения операторов технологических процессов. Дис. на соиск. уч. степ, д.т.н. спец. 05.13.01, М.: ИПУ РАН, 1999.

40. Домрачев В.Г., Ретинская И.В. О классификации образовательных информационных технологий // Информационные технологии, 1996, № 2. — с. 10-13.

41. Дудин А.А. Применение языков декларативного программирования в автоматизированных обучающих системах. Дис. на соиск. уч. степ, к.т.н. спец. 05.13.11,М.: МИЭМ, 2003.

42. Думченко Н.М. Подготовка квалифицированных рабочих широкого профиля: Профтехпедагогика. —М.: Высш. шк., 1984. — 63 с.

43. Жиделев М.А. Производственное обучение. —М.: Высш. шк., 1971. —140 с.

44. Жихалкина Н.Ф., Логинов К.В., Семин С.Л., Файзуллин Р.Т. Поиск оптимальных режимов больших гидросетей и нефтепроводов. Омск: ОмГУ. 1999.-96 с.

45. Зайцева Л.В., Новицкий Л.П., Грибкова В.А. Разработка и применение автоматизированных обучающих систем на базе ЭВМ. Рига: Зинатне, 1989. -174 с.

46. Казакова А.Г. Методические рекомендации в помощь преподавателям системы производственно - экономического обучения с целью повышения их педагогического мастерства. - ИПК Минтрансстроя СССР, 1989.

47. Каперко А.Ф., Карпов В.Э., Королев А.В. Система управления сложным техническом объектом на основе распределенной операционной системы реального времени // Датчики и системы, 2001, №2. — с. 18-21.

48. Карлащук В.И. Обучающие программы. М.: "СОЛОН-Р", 2001. 528 с.

49. Коутс Р., Влейминк И. Интерфейс "человек-компьютер": Пер. с англ. — М: Мир, 1990.-501 с.

50. Кривицкий Б.Х. О систематизации учебных компьютерных средств // Кафедра педагогики, психологии и методики преподавания в высшей школе МГУ. — http://ifets.ieee.Org/russian/depository/v3i3/html/3.html

51. Кривошеев А.О. Компьютерные обучающие программы. Состояние и перспективы развития // Мат-лы научно-технич. конференции "Перспективные информационные технологии в высшей школе". Самара, 1993. — с. 18-20.

52. Кривошеев А.О. Проблемы оценки качества программных средств учебного назначения // Сборник докладов 1-го научно-практического семинара "Оценка качества программных средств учебного назначения". М.: Гуманитарий, 1995.-с. 5-12.

53. Кузьмин И.В., Явна А.А., Ключко В.И. Элементы вероятностных моделей АСУ.-М.: «Сов.радио», 1975.-336 с.

54. Кыверялг А.А. Методы исследования в профессиональной педагогике. — Таллин: Валгус, 1980. -336 с.

55. Лернер П.С. Подготовка кадров для перспективного производства. — М: Высш. шк., 1989. —134 с.

56. Лурье М.В. Математическое моделирование процессов трубопроводного транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. М.: ФГУП изд-во «Нефть и газ». РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2003. - 336 с.

57. Лысков Ф.Д. Педагогические основы создания и применения тренажеров: Метод, рекомендации. М.: Высшая шк., 1979. С. 24.

58. Мазур И.И., Иванцов О.М. Безопасность трубопроводных систем. М.: ИЦ «ЕЛИМА», 2004. - 1104 е., илл.

59. Материалы 2-й Международной выставки-конференции "Информационные технологии и телекоммуникации в образовании" // Каталог и тезисы докладов // Москва, ВВЦ, 6-9 апреля 2000 г.

60. Матюшкин A.M. Проблемные ситуации в мышлении и обучении. — М.: Педагогика, 1972. -— 207 с.

61. Махмутов М.И. Проблемное обучение. М.: Педагогика, 1975. - 367 с.

62. Методика производственного обучения аппаратчиков и операторов широкогопрофиля химического производства. —М.: Высш. шк., 1981. —272 с.

63. Методологические основы исследования содержания труда рабочих и определение эффективности их подготовки. —М.: Высш. шк., 1982.—144 с.

64. Мошкова И.Н., Малов C.JT. Психология производственного обучения. — М.: Высшая школа, 1990. —207 с.

65. Мызников A.M. Решение больших систем нелинейных уравнений применительно к задачам расчета гидравлических, тепловых^ и электрических сетей // Математические структуры и моделирование. 2003. №11. стр. 15-20.

66. Новиков A.M. «О внутрифирменном обучении персонала»: открытое письмо Минобразования РФ, Минтруда РФ и Президенту РАО, Профессионал мастер-класс, 2001, №6.

67. Новиков A.M. Применение технических средств в процессе производственного обучения. М.: «Высшая школа», 1979. - 72 с.

68. Новиков В.В., Свиридов А.П. Дидактическая эффективность обучения с использованием автоматизированных обучающих систем. М.: НИИВШ, 1985.48 с.

69. Общие правила взрывобезопасности для' взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств (ПБ 09-540-03).

70. Омелъяненко Б.Л. Тренажерное обучение // Проф.-техн. образование. 1987. - N 6, - С. И.

71. ОР 13.01 -60.30.00-КТН-006-1-02 «Регламент организации контроля за нормативными параметрами МН и НПС в операторных НПС, диспетчерских пунктах РНУ (УМН) и ОАО МН»

72. ОР-05.01-33.30.90-КТН-006-1-03 «Регламент по классификации и учету отказов оборудования автоматики и телемеханики».

73. ОР-06.01.18—2006 «Регламент по эксплуатации систем обнаружения утечек магистральных нефтепроводов»

74. ОР-13.01-60.30.00-КТН-002-3-00 «Регламент представления срочных донесений об авариях и отказах на магистральных нефтепроводах, НПС и РП и их учёт».

75. OP-14.00-60.30.00-КТН-001-2-05 «Регламент по технологическому управлению и контролю за работой магистральных нефтепроводов».

76. ОТТ-06.02-72.60.00-КТН-012-1-05. «АСУ ТП и ПТС Компании. Основные принципы управления».

77. Петрушин В.А. Экспертно-обучающие системы. Киев:Наукова думка, 1991. -196 с.

78. Положение о непрерывном профессиональном и экономическом обучении кадров нефтяной промышленности. М.: ВНИИОЭНГ, 1988.

79. Правила безопасности при эксплуатации магистральных нефтепроводов. М.: Недра. 1989.

80. Применение автоматизированных обучающих систем на базе ЭВМ в учебном процессе профтехучилищ.- Л.: ВНИИ профтехобразования, 1989.-С. 64.

81. Применение тренажеров для подготовки рабочих в учебных заведениях профтехобразования: Обзор.-Л.: ВНИИ профтехобразования, 1988.-С. 52.

82. Применение ЭВМ в учебно-воспитательном процессе профтехучилищ. -Л., НИИПТО. 1992.-64 с.

83. Проблемное обучение при подготовке рабочих в системе производственно-технического обучения. Методическая разработка. Казань: КИПКК, 1980. - 56 с.

84. Проблемы создания автоматизированных обучающих и тестирующих систем: Сборник науч. трудов / Редколл. Иванченко А.И. и др. — Новочеркасск, 2001. —199 с.

85. Программированное обучение и кибернетические обучающие машины: Сборник статей под ред. Шестакова А.И. — М.: Сов. радио, 1963. — 247 с.

86. Разработка и исследование системных средств и прикладных программ для автоматизации обучения и научных исследований на базе ЭВМ: Отчет по НИР / № гос. per. 01860022813 -Мн.: БГУ, НИИ ПФП, 1990.

87. Раскин Дж. Интерфейс: новые направления в проектировании компьютерных систем. Пер. с англ. СПб: Символ-Плюс, 2003.

88. РД 153-39.4-056-00. Правила технической эксплуатации магистральных нефтепроводов.

89. РД-03.100.30-КТН—182-06. «Общие требования к автоматизированным обучающим системам и тренажерным комплексам».

90. РД-06.02-72.60.00.КТН-059-1-05 «Автоматизация и телемеханизация магистральных нефтепроводов. Основные положения».

91. РД-10.00-74.30.00-КТН-007-1-04 «Требования к программам приемо-сдаточных и сертификационных испытаний продукции на объектах магистрального нефтепроводного транспорта».

92. РД-35.240.60-КТН-586-06 «Альбом типовых экранных форм СДКУ»

93. Савельев А.Я. Автоматизированные обучающие системы на базе ЭВМ / вып.1./ М.: Знание, 1977.-36 с.

94. Свиридов А.П. Моделирование и компьютеризация в учебном процессе. СМ.: Знание, 1987.- 110 с.

95. Совершенствование профессионального обучения кадров на производстве: Тезисы докладов межотраслевой научно практической конференции. М.: АПН СССР. 1985.-с. 3-10.

96. Соловов А.В. Проектирование компьютерных систем учебного назначения: Учебное пособие. Самара: СГАУ, 1995. - 137 с.

97. Талызина Н. Ф. Управление процессом усвоения знаний. — М.: МГУ, 1984. -344 с.

98. Филатов O.K. Информатизация современных технологий обучения в высшей школе. Автореф. дисс. докт. пед. наук. — М., 1999. — 45 с.

99. Филлипс Д.Т., Гарсиа-Диас А. Методы анализа сетей, пер. с англ. М.: Мир, 1984.

100. Халиуллин И.А. О целях урока производственного обучения //Вопросы совершенствования урока в среднем профтехучилище: Сборник научных трудов. М.: НИИ ПТП АПН СССР, 1984. - С. 80-88.

101. Харрари Ф. Теория графов. Пер. с англ., 2-е издание. М.: УРСС, 2003.

102. Царегородцев А.В. Теоретические основы построения информационных систем. М: РУДН, 2004.

103. Шаммазов А., Беленкова О. Технические университеты в информационно-индустриальном обществе // Высшее образование, 1998, №1. с. 20-25.

104. Шампанер Г., Шайдук А. Обучающие компьютерные системы // Высшее образование в России, 1998, № 3. с. 97-99.

105. Шапкин В.В, Общетехническая подготовка квалифицированных рабочих в условиях научно технической революции. - М.: Высшая школа, 1985.-159 с.-С. 38-39.

106. Шапкин В.В. Профтехшкола на путях перестройки. — Д.: Знание, 1990. 32с.

107. Юдин Э. Г; Системный подход п принцип деятельности. — М.: Наука, 1978.-391С.

108. Якиманская И.С. Развивающее обучение. — М: Педагогика, 1979. — 144с.

109. Bork A. Computer and Information Technology as a learning Aid // Education and Computing, 1985, v.l, № 1. p. 29-34.

110. Giniyatov I.G., Schevchenko D.I., Nugumanov V.G., Kudryavtsev A.A. Computer-aided training systems and simulators// Antaliya, Turkey, CSIT, September 15-17 2008, V.3, pp.123-127.

111. Hebenstreit J. Computers in education The next step // Education and Computing, v.l, 1995.-p. 37-43.

112. Lian A., Transfer and technology in education: toward a complete learningenvironment. IEEE Educational Technology & Society 3(3), 2000, pp. 13-26.

113. Licklider J. Preliminary experiments in computer-aided teaching. // "Programmed Learning and Computer Based Instruction". -New York, Wiley, 1962. -p. 217-239.

114. Ronald G. Ragsdale. Effective computing in education: tools and training // Education and computing, 1991, v.7. p. 157-166.

115. Zaitseva L., John D. Zakis. Course Development for Tutoring and Training Systems in Engineering Education / Global J. of Engng. Educ., 1991, vol. 1, Printed in Australia.