Международная сертификация менеджмента качества ISO 9001

Международная Кафедра-сеть ЮНЕСКО/МЦОС «Техническое и профессиональное образование и подготовка кадров (TVET)

Международный Центр Обучающих Систем

Тренажеростроение в России и за рубежом

1. Краткая история развития, современное состояние и эффективность зарубежной и отечественной тренажерной техники

Терминология.

Что же такое тренажер? Что означает это слово?

Справка.

Слово происходит от английского train — тренировать, обучать.

Русский энциклопедический словарь 1890 года «Брокгауз и Ефрон»: «Тренировка — такъ называется воспитанiе организмовъ (главнымъ образомъ животныхъ, особенно же лошадей), направленное къ достижению известныхъ целей (напр., къ развитiю у лошади быстроты, у атлетовъ — мускула, у велосипедистовъ — выносливаго и быстраго хода и т. п.) и, соответственно этому, соединенное съ употребленiемъ известныхъ приемовъ, могущихъ оказать на организмъ желательное действie».

Ровно 100 лет спустя 1990 год «Русский энциклопедический словарь»: «Тренажер: учебно-тренировочное устройство для выработки навыков и совершенствования техники управления машиной (механизмом)».

Там же: «Навык — действие, сформированное путем повторения, характеризующееся высокой степенью освоения и отсутствием поэлемен­тной сознательной регуляции и контроля».

Авиационные тренажеры

Энциклопедия «Britanica» 1998 год: «Авиационные тренажеры (англ. flight simulator) — электронная или механическая система для тренажа летчиков или космонавтов в условиях пол­ной имитации полета».

Первые тренажеры были связаны с авиацией. Причина: высокая цена ошибки и требование действий по управлению машиной, доведенных до автоматизма, желательно на устройстве, находящемся на земле.

Первый авиационный тренажер был построен в Англии в 1910 году. Однако достаточно эффективный тренажер был создан Эдвином А. Линком лишь в 1927 году для обучения летчиков США в специализированном центре под Нью-Йорком.

После открытия коммерческих авиалиний в США в 1934 году усовершенствованный тренажер Линка получает широкое распространение.

Однако, на первых порах, вокруг применения тренажеров велась большая дискуссия. Некоторые специалисты категорически отрицали полезность наземной подготовки из-за низких технических возможностей авиационных тренажеров того времени. Они требовали от тренажеров обязательного «ощущения полета», без чего, по их мнению, нельзя сформировать навыки и умения выполнять дозированные движения и реализовывать дозированные усилия. Очевидно, что возможности техники того времени не позволяли выполнять эти требования.

В конце 30-х и начале 40-х годов руководство отдела Специальных устройств ВМС США собрало по этому вопросу мнение большинства крупных ученых, в числе которых был Альберт Эйнштейн. Специалисты высказались за безусловное внедрение наземных авиационных тренажеров в практику обучения летного состава.

Мощный толчок в тренажеростроении дала Вторая мировая война. И в АнглииЮ и в США создаются новые более приближенные к реальности тренажеры.

Статистические исследования английских ученых, проведенные во время войны показали, что 85% как английских, так и немецких летчи­ков погибают не от попадания в самолет зенитных и др. снарядов, а от неумелых и неправильных действий по управлению самолетом в боевой обстановке.

Бесспорным доказательством высокой эффективности тренажеров является тот факт, что использование их в ВВС США во время Второй мировой войны позволило ежегодно сберечь не менее 524 жизней, около 133 млн долл. США, 31 млн. чел/часов и высвободить около 15 тыс. человек для выполнения других военных задач. Причем наибольшая эффектив­ность достигалась в тех случаях, когда тренажеры использовались для подготовки пилотов до принятия самолетов на вооружение.

В 50-е годы на основе аналоговой техники создаются тренажеры для Военно-воздушных сил США, полностью имитирующие кабину самоле­та и управление полетом в реальных условиях.

В 60−70-е годы после изобретения цифровой электроники на базе гибридных цифро-аналоговых устройств делаются еще более совершен­ные моделируемые системы.

И, наконец, в 80−90-х годах на основе компьютерной программной тех­нологии создаются тренажеры, еще более приближенные к реальной жизни. Однако во всех реализациях авиационной тренажерной техники требование к адекватной конструкции кабины пилота является обязательным.

Такова вкратце история авиационного тренажеростроения в Англии и США.

В нашей стране авиационные тренажеры появились в середине 30-х годов. В 1936 году старший лейтенант Панов А. Г. сконструировал и построил подвесную кабину, позволяющую в наземных условиях проводить отработку пилотирования при выполнении таких важных маневров, как развороты, вираж, пикирование и даже посадка. Несколько ранее появились другие тренажеры, отличающиеся, главным образом, схемой подвески кабины. Так, например, были созданы тренажеры типа «журавль» и «штырь». Начал внедряться и тренажер Линка [7]. Дальнейшее развитие отечественных авиационных тренажеров примерно совпало с зарубежным.

Тренажеры в промышленности США

В промышленности США развитие тренажеростроения происходило следующим образом.

В 1958 году в США с целью поощрения изучения точных наук, математики и инженерного дела был принят закон «National Defense Education Act» («Закон об образовании для нужд национальной обороны»).

Закон призван создавать равные возможности для получения образования в стратегически важных областях науки и техники. По этому закону студентам могут предоставляться займы для получения образования.

Половина суммы займа не подлежит возврату, если выпускник в течение пяти лет после окончания работает по специальности или преподает в колледже. По этому закону также выделяются средства для выплаты стипендий аспирантам и приобретения оборудования для муниципальных школ (Public School) и в том числе тренажеров для учебных центров (Center Training).

В соответствии с указанным законом получил развитие и такой новый тип организации исследований (но одновременно и образования, а также связи исследовательской сферы с производственной), как учебно-научные комплексы.

Один из таких учебно-научных комплексов был создан в течение 60-х годов в районе Dallas — Fort Worth (Даллас — Форт Уэрт, штат Техас). Он не только стал фактически первым крупным центром науки в этом штате, но и обеспечил потребности промышленных корпораций «Тексас инструментс», «Коллинз рэдио», «Сан ойл» и других в научных и профес­сионально-технических кадрах.

Аналогичный учебно-научный комплекс был создан примерно то­гда же для удовлетворения потребностей электроэнергетической промышленности в профессиональных кадрах при научно-исследова­тельском энергетическом институте EPRI (Energy Power Research Insti­tute) г. Шарлотт, штат Северная Каролина.

В сфере деятельности научно-исследовательского энергетиче­ского института EPRI фактически присутствуют два основных направ­ления:

  • собственно исследовательская работа по современной проблема­тике тепловых и атомных электрических станций;
  • подготовка оперативного персонала для тепловых и атомных электрических станций.

Первое научно-исследовательское направление деятельности EPRI в основном связано с дефектоскопией сварных соединений и ме­таллографическими исследованиями трубопроводов, лопаток турбин и т. п., то есть проводятся углубленные исследования надежностно-прочностных характеристик оборудования электрических станций.

Все работы исследовательского характера производятся по за­явкам энергокомпаний и финансируются ими же.

Второе направление — подготовка оперативного, инструктор­ского и др. персонала электрических станций, для чего при EPRI рабо­тает NDE (Nondestructive Examination) Center Training (Обучающий центр неразрушающего контроля).

Финансирование второго направления частично производится за счет государственных субсидий, но основное финансирование проис­ходит опять-таки за счет энергокомпаний.

При институте EPRI создано объединение энергокомпаний EPRI Nuclear Power Group — NPG, куда входят и тепловые электростанции, за счет членских взносов которых происходит частичное финансирова­ние исследовательских работ и обучения персонала. Члены объедине­ния NPG получают значительные скидки при оплате услуг EPRI. В объе­динение NPG входит порядка 125 энергокомпаний, а общее число об­служиваемых энергокомпаний около 600.

В большинстве случаев энергокомпания сама формирует группы кандидатов на занятие оперативных должностей, оплачивает обучение и присылает людей в EPRI. Впрочем, бывают и частные волонтеры, они оплачивают учебу сами, причем, если человек отслужил в армии, то учебу оплачивает Пентагон; бывают стипендиаты различных фондов, стипендиаты союзов ветеранов родов войск, религиозных объединений и т. п.

Срок обучения — 4 года и образование EPRI приравнивается к обычному техническому колледжу, т. е. образование высшее с присуждением степени бакалавра (Undergraduate Liberal Arts or General 4 years — 4-х летний колледж общего типа).

Место Center Training — центров профессиональной подготовки в общей системе образования в США можно увидеть на рис. 1.

Система образования в США.

Рис. 1. Система образования в США.

Оперативный персонал на электростанциях США делится на три уровня:

I уровень — руководящий оперативный персонал (начальник смены),

II уровень — действующий оперативный персонал (машинист котла, турбины, блока и т. д.),

III уровень — вспомогательный оперативный персонал (обходчики).

В соответствии с этими тремя уровнями, или тремя степенями компетентности и строится система обучения.

Основной (базовый) — 4-х летний курс готовит специалистов III уровня, которые и приходят работать на электростанцию.

Для дальнейшего повышения квалификации персонал в рабочее и в нерабочее время занимается на тренажерах, установленных непосредственно на электростанциях (см. рис. 2).

Кроме того, в тренажерном центре EPRI работают постоянно действующие курсы повышения квалификации персонала для всех 3-х уровней компетентности, инструкторского персонала, инженеров-инспекторов по ультразвуковой дефектоскопии, сварщиков, инженерного персонала, прямо не связанных с оперативной работой и др.

Тренировки проходят как на полномасштабных, всережимных тренажерах (обязательна полная копия реальных рабочих мест операторов см. рис. 2), так и на интерактивных мультимедийных программах (так называемое Web-обучение), которые позволяют индивидуально и удобно изучать материал.

Для повышения квалификации персонала первого и второго уровня предоставляются обучающие компьютерные Web-программы по изучению топочных процессов, а также приобретению фундаментальных знаний по теории внутрикотловых процессов и теории теплообмена.

Программы включают современные Web-приложения, такие как: тексты, анимация, гипертексты, гиперканалы, звук и онлайновый опрос (дистанционное тестирование).

Тренажеры включают в себя подсистемы технологического оборудования, например, для парогазового энергоблока: модели паровой и газовой турбин, генератора, котла-утилизатора; предусмотрены режимы пуска, останова, снижения и повышения нагрузки, аварийных остановов. Представлен сводный экран параметров пуска тренажера, в котором приведена информация по положению запорной и регулирующей арматуры, пуску и останову насосов, по давлению газа, воды и конденсата, измерению остальных параметров, по системе защит, аварийной и предупредительной сигнализации и др.

Обучающие программы (Web-программы, интеллектуальные обучающие системы) представляют собой отдельные технологические подсистемы с подробным поузловым описанием, с интерактивным изучением и экзаменом, построенном на нескольких типах вопросов.

Успехи и достижения EPRI NDE Center Training:

  • испанская и английская версии тренажеров, связанные с различными системами единиц измерений;
  • типовые тренажеры, настраиваемые в соответствии с вашими технологическими схемами и вашими нуждами;
  • программы, построенные на интернет-технологиях, а также по стандартам RS для дистанционного терминала;
  • оценка эффективности обучения.

Таким образом, вся система обучения оперативного персонала в США и повышения его квалификации строится на получении знаний с помощью обучающих программ (так называемое Web-обучение) и приобретении навыков и умений с помощью полномасштабных всережимных тренажеров.

Таблица № 1. Стоимость обучения и технических средств

Стоимость обучения для членов NPG / для не членов NPG
Стоимость обучения одного ассистента инструктора за курс в неделю 2600 $ / 3250 $
То же, за 1 час 110 $ / 135 $
Экзамен операторов первого, второго и третьего уровня 1075 $ / 1350 $
Тренировка с инструктором 1000 $ / 1500 $
Инспекторская тренировка 1500 $ / 2250 $
Стоимость технических материалов
Курс оператора I уровня на 9 видеокассетах 1500 $ / 2550 $
Курс оператора II уровня на 10 видеокассетах 1500 $ / 2550 $

Оставив без комментариев единичные стоимостные характеристики системы обучения центра EPRI (см. табл. 1), заметим однако, что суммарную стоимость обучения одного специалиста можно легко вычислить, если учесть, что цена обучения в колледже (университете) США в среднем составляет 20÷25 тыс. долл/год.

Впрочем, для сравнения можно привести стоимость обучения одного иностранного специалиста в фирме АВВ (~ 1200 $ за 1 день).

Практически на каждой электростанции США существует пункт обучения персонала (Eng. Tech. Support Specialist), оборудованный полномасштабными тренажерами (рис. 2) и укомплектованный опытными инструкторами (2÷3 инструктора).

Тренажер электростанции Roxboro Plant

Рис. 2. Тренажер электростанции Roxboro Plant.

Причем, инструкторами назначают, как правило, опытных специалистов с большим производственным стажем и платят им зарплату в 1,5÷2 раза большую, чем оперативному персоналу.

Таким образом, на электростанции создается система непрерывного обучения персонала и повышения его квалификации с ведением статистического анкетирования каждого человека. Причем оперативный персонал имеет высокую мотивацию в повышении квалификации, так как это напрямую связано с его официальной профессиональной и должностной градацией и размером заработной платы.

При посещении электростанции Roxboro Plant (штат Северная Каролина) делегацией из России на вопрос, как наказывается персонал, допустивший аварию, наш гид (инструктор пункта обучения) ответил, что никак. Все оборудование электрической станции застраховано, и ущерб от аварии оплачивает страховая компания. Если авария произошла по вине оператора, то он просто проходит дополнительное обучение на тренажере по тем режимам и ситуациям, в которых произошла авария.

Вопрос о проведении соревнований оперативного персонала вызвал у американцев недоумение. Когда они поняли, о чем идет речь — они, в свою очередь, поинтересовались, а за чей же счет проводятся эти мероприятия? Обменявшись вопросами и убедившись, что соревнования они не проводят, а проводят только противоаварийные тренировки и учения, мы как-то отошли от этой темы и обсудили более интересную тему о точности статического и динамического моделирования оборудования для тренажеров.

Причем, по словам нашего гида-инструктора электростанции Roxboro Plant, начальная точность моделирования технологического оборудования и процессов для тренажеров далеко не идеальна, в связи с чем, фирмы-разработчики тренажеров периодически проводят постдоговорные работы, связанные с корректировкой программного обеспечения по замечаниям оперативного и инструкторского персонала.

Здесь же следует отметить, что качественные характеристики тренажеров, разрабатываемых для электростанций, сжигающих органическое топливо, колеблются в довольно большом диапазоне. Определяющим параметром здесь является конечная стоимость тренажера.

В соответствии с Американским Национальным стандартом ANSI/ISA-77/20−1993 — «Тренажеры для электростанция, работающих на органическом топливе — Функциональные требования» [10] устанавливаются требования к тренажерам трех различных типов:

  1. Высокореалистичный тренажер с полной зоной применения.
  2. Высокореалистичный тренажер с уменьшенной зоной применения.
  3. Тренажер общего применения.

Тренажер первого типа — точная копия щита управления (приборы, панели, индикаторы). Временные интервалы и показатели моделирования откликов оборудования полностью соответствуют аналогичным показателям объекта-прототипа. Основным недостатком тренажера первого типа является его высокая цена и достаточно долгий срок изготовления, как правило, от двух до трех лет.

Тренажер второго типа — не полная копия щита управления (~ 80%) и ограниченная зона режимов. Благодаря упрощенной структуре моделируемой системы, управление эмуляцией можно осуществлять при помощи менее точной компьютерной системы. Как правило, моделируется от 80 до 90% стандартных элементов управления станцией, степень реалистичности достигает ~ 90%. Время изготовления продукта от одного года до двух лет.

Тренажер третьего типа — для данного стандарта принято, что тренажер считается тренажером общего применения, если интерфейс оператора не был разработан с целью сделать точную или очень похожую копию конфигурации блочного щита управления (БЩУ).

Необходимо заметить, что в соответствии с данным определением, тренажер, полностью повторяющий приборы и средства управления конкретного БЩУ, но использующий модели обобщенной электростанции, все равно считается тренажером общего применения. Аналогично, тренажер, построенный на моделях точного программного обеспечения конкретной станции, но с постами с электронно-лучевыми трубками (ЭЛТ-мониторами) вместо панелей управления, реализованными на электростанции, также считается тренажером общего применения.

Таким образом, качество тренажерной техники полностью определяется конкретными возможностями заказчика, т. е. ценовыми характеристиками и потенциальными возможностями фирмы-разработчика программного обеспечения.

Одну из таких фирм-разработчиков программного обеспечения для тренажеров — Western Services Corporation (WSC) — г. Фредерик, штат Мэриленд и посетила российская делегация.

Фирма сравнительно небольшая, но, по нашему мнению, оптимальная в смысле численности персонала и объема заказов. По национальному признаку — 65% специалисты из России (так называемые «новые русские американцы») — выпускники МИФИ, МФТИ, МЭИ и других институтов, остальные — «старые американские американцы».

Из докладов, прочитанных для нашей делегации в фирме WSC, можно было понять, что разработки фирмы держатся на более или менее крепком научном и работающем фундаменте примерно пятилетней давности («объектно-ориентированная программная среда реального времени для эффективной разработки и модификации физических моделей тренажеров»). Но говорить в наше время, что «это принципиально новая технология создания моделей», можно с большой натяжкой и, причем где угодно, но только не среди профессионалов.

Использование современных IT — технологий при создании тренажеров в российском тренажеростроении предполагает применение ряда принципиально новых методологических концепций, находящихся на патентном уровне.

Программное обеспечение для тренажеров и обучающих систем, установленных в EPRI NDE Center Training и непосредственно на электрических станциях, разрабатывают специализированные фирмы типа Western Services Corporation. Таких фирм в США и Канаде в настоящее время существует сравнительно немного (порядка пятнадцати), но, тем не менее, благодаря конкуренции цены на программный продукт снизились значительно.

Так, если в 90-е годы цена полномасштабного тренажера крупных фирм Westinghouse, Singer, General Electric, Combation Engineering и др. для блока 400−700 МВт составляла 25÷30 млн долл., причем цена программного обеспечения составляла около 85%, то в настоящее время такой тренажер, поставленный фирмой GSE Power System Inc. для Ленинградской АЭС стоил уже 15 млн долл.

На внутреннем рынке США и Канады программное обеспечение тренажера энергоблока 300−800 МВт, оснащенного современной АСУ ТП, без дидактического сопровождения стоит уже 3÷4 млн долл., что, тем не менее, значительно превышает цены российского рынка.

Какова же эффективность от внедрения тренажеров и, вообще, от повышения образовательного уровня персонала?

По расчетам экономиста Э. Денисона 16% современного экономического роста США достигнуты благодаря повышению образовательного уровня рабочей силы, 34% - в результате технических нововведений и «ноу-хау», также связанных с образованием, и лишь 12% определяются ростом затрат на оборудование.

Профессиональное обучение обслуживающего персонала в промышленности обеспечивает формирование и повышение его квалификационного уровня. Школа «человеческого капитала» утверждает, что существует прямая зависимость между экономическим ростом и образованием, увеличением численности персонала и уровнем инвестиций не в машины. На основании этой зависимости Р. Лукас и П. Ромер предложили эндогенный механизм генерации экономического роста, источники которого связываются с накоплением человеческого капитала. Смысл его заключается в том, что в длительном периоде времени выработка продукции на единицу капитала может увеличиваться, даже когда вложения в основной капитал исчерпывают себя, и именно тогда, когда технически подготовленные работники благодаря возросшей квалификации обеспечивают прирост производства.

Профессиональная подготовка повышает производительность труда, что обеспечивает рост доходов. Проведенные исследования показали, что увеличение обучения персонала на один год может привести к 3%-ному дополнительному росту ВВП. По мере увеличения сроков обучения рентабельность ассигнований в профессиональную подготовку человека превосходит прибыльность вложений в физический капитал. В связи с этим затраты на обучение персонала выступают не как непроизводительное потребление, а как один из видов наиболее эффективных капиталовложений.

Тренажеры в отечественной энергетике: развитие, состояние, перспективы

В отечественной энергетике тренажеры начали входить в практику подготовки оперативного персонала в 60-е и 70-е годы прошлого века, сначала в атомной энергетике (Нововоронежская АЭС), а затем и в традиционной энергетике (Трипольская ГРЭС).

В РФ первые работы по тренажеростроению в традиционной энергетике начали проводиться в Мосэнерго в 1978 году следующими организациями:

  • разработка математических моделей оборудования и процессов для тренажеров и учебно-методического обеспечения (УМО) — Специализированное наладочное предприятие «СНП Мосэнергоналадка» (ЗАО «ТРЭЛЕКС», АО «ТЭСТ»), руководитель проекта — Магид С. И.,
  • аппаратная реализация тренажеров на аналоговой и цифровой вычислительной технике — Опытный завод автоматики и приборостроения «ОЗАП Мосэнерго», руководитель проекта — Токаев С. С.

Главные трудности при разработке математических моделей энергооборудования и процессов в то, да и отчасти в наше время, обусловливаются основным противоречием моделирования технологических объектов для тренажеров, а именно, противоречием между необходимостью учета действия большого количества факторов, определяющих процессы, протекающие в сложных технологических системах, и необходимостью быстрого получения надежных результатов, т. е. работы тренажера в реальном и ускоренном масштабе времени.

Выполнение этих противоречивых условий возможно было только на основе разработки новых методов и алгоритмов, ориентированных на решение задач высокой и сверхвысокой размерности, уровень сложности которых должен определяться физиологическими возможностями восприятия среды человеком-оператором.

Анализ методов и алгоритмов для решения задач моделирования показал, что процедура решения включает не только собственно алгоритм, позволяющий получить интересующие разработчика переменные (модель, реализуемую с помощью аналоговой или цифровой техники), но и алгоритм построения модели, т. е. алгоритм по имеющейся информации о системе, формирующий или назначающий собственно алгоритм моделирования. Именно алгоритм построения и определяет эффективность реализуемой модели.

С данной точки зрения алгоритм моделирования можно разбить на две основные части:

  • алгоритм построения модели;
  • алгоритм решения задачи, т. е. модель, которая впоследствии должна быть представлена в виде программы.

Если для реализации второй части алгоритма моделирования существовали формальные процедуры, то первая часть выполнялась, преимущественно исходя из интуитивных и эвристических соображений с последующей опытной проверкой.

Была предпринята попытка формализовать процедуру моделирования, рассматриваемую как оптимизационная задача, где минимизируется стоимость решения задачи моделирования при известных (или назначенных):

  • моделируемой системе (оригинале);
  • цели моделирования;
  • ограничениях на качество решения.

Оптимизируемыми считались параметры модели в широком смысле, т. е. структура логических связей между отдельными блоками модели, уровень детализации моделируемых функций, исходя из психофизиологических свойств человека-оператора, тип блоков и их количество и т. д.

Концепция моделирования энергообъектов для тренажеростроения, запатентованная в Роспатенте РФ в виде способов и устройств, формулировалась следующим образом.

Подход к построению всережимной модели реального времени состоит в разделении функций статического и динамического моделирования с направленной асимметрией точности разделенных функций, причем моделирование осуществляется путем точного нелинейного статического и качественного динамического преобразования входных управляющих и возмущающих воздействий. Полученная непрерывная нелинейная динамическая система управляется дискретной логикой (Авторские свидетельства СССР №№ 1 128 286, 1 319 065, 1 444 861, авторы: Магид С. И., Токаев С. С., Архипова Е. Н.).

Таким образом, в указанной модели допускается использовать точную нелинейную безынерционную статику и качественную динамику. Это является наиболее разумной альтернативой при рассмотрении множества конкретных моделей, которые могут быть реализованы в тренажере с учетом нелинейных функциональных характеристик объекта-прототипа и определенных психофизиологических свойств человека-оператора при зрительном восприятии им пространственных и временных характеристик объекта.

В 1984 г. в учебно-тренировочном центре Мосэнерго на ТЭЦ-25 введен в эксплуатацию комплексный полномасштабный тренажер теплофикационного энергоблока мощностью 250 МВт с котлом ТГМП-314, турбиной Т-250/300−240 и генератором ТВФ-320, а также специализированные (локальные) тренажеры и автоматизированные учебные курсы по указанному оборудованию.

Анализ состояния аварийности на опасных производственных объектах РФ (в том числе на электрических станциях и сетевых предприятиях) в то, а мы думаем, что и в настоящее время, показывает, что причины возникновения свыше 70% аварий обусловлены так называемым «человеческим фактором» [7]. Чем больше персонала не охвачено обучением, тем больше аварийность по вине персонала (рис. 3). Наибольшее количество ошибочных действий совершается во время аварийных ситуаций, при пусках, остановках, при производстве плановых переключений и других воздействий на оборудование.

Зависимость технологических нарушений по вине персонала от численности неподготовленного персонала

Рис. 3. Зависимость технологических нарушений по вине персонала от численности неподготовленного персонала

(Данные Департамента генеральной инспекции РАО «ЕЭС России» за 2000÷2003 гг.)

Об эффективности тренажерной подготовки персонала можно судить по официальной отчетности электростанций и энергосистем. Так, после внедрения тренажеров энергоблоков Т-250, станций с поперечными связями, водогрейных котлов и др., в учебно-тренировочных пунктах на ТЭЦ-21, 23, 25 Мосэнерго, тренажеров в электросетях в 80−90 годах относительное количество отказов по вине персонала на выработку 1 млрд. кВт. ч электро и теплоэнергии снизилось в 1999 году по сравнению с 1989 годом примерно в 22 раза (рис. 4), а экономический ущерб от аварийности по вине персонала на Харанорской ГРЭС после внедрения в 2002 году тренажеров для персонала котлотурбинного, электрического и химического цехов в 2003 году снизился в 3,8 раза (рис. 5).

Изменение количества отказов по вине персонала в Мосэнерго

Рис. 4. Изменение количества отказов по вине персонала в Мосэнерго

за период 1984 ÷ 1999 г. г. и первое полугодие 2000 г. (данные по отчетности Мосэнерго),

где: 1 — ОВП — количество отказов по вине персонала, приходящееся на выработку одного млрд. кВт•ч тепловой и электрической энергии; 2 — Эт + Ээ — суммарная выработка тепловой и электрической энергии на электростанциях Мосэнерго, млрд. кВт•ч; 1984 ÷ 1989 г. г. — период внедрения системы тренажерной подготовки на электростанциях и в сетях Мосэнерго.

vopros-tren-stroy-5

Рис. 5. Показатели эффективности внедрения тренажерной подготовки персонала на Харанорской ГРЭС в 2002 году

(Данные Департамента генеральной инспекции РАО «ЕЭС России» за 2000÷2003 г. г.)

Частота ошибочных действий персонала зависит от его обученности навыкам управления оборудованием и готовности к парированию аварийных ситуаций. Причем, если навыкам проведения типовых и штатных переключений, с известными ограничениями, можно обучиться на реальном работающем оборудовании, то навыкам ликвидации нештатных и аварийных ситуаций невозможно обучиться без применения современных тренажеров, разработанных на базе информационных технологий.

С целью подготовки материалов стандарта по техническим средствам обучения (ТСО) для включения в Государственную программу стандартизации на 2015 год и анализа состояния ТСО было решено провести экспертное техническое обследование современного состояния ТСО на объектах генерации отрасли.

Для реализации данного обследования на базе Совета по энергетической безопасности и технологической надежности НП «СПЭ» был разработан и разослан по объектам генерации организаций, входящих в НП «СПЭ», опросный лист по тренажерной технике.

Опросный лист включал следующие показатели:

  • наименование ТЭЦ / ГРЭС (установленная мощность, КИУМ);
  • тип оборудования (котлы, турбины, генераторы, главная электрическая схема, химцех);
  • наличие тренажера (по типу оборудования);
  • год установки тренажера;
  • фирма-изготовитель;
  • функциональные свойства и характеристики тренажера (адекватность интерфейса, наличие физико-динамической модели, полнота моделирования, всережимность, точность модели, проведение верификации, соответствие АСУТП, наличие сети, передача через Интернет, наличие вводных, наличие УМО, автоматизированные сценарии, диспетчерский график, определение технико-экономических показателей (ТЭП), графопостроение, масштабирование времени, использование в учебном процессе и т. д., всего 60 показателей).

Обследовано 73 объекта генерации (ТЭЦ, ГРЭС), принадлежащих следующим организациям, входящим в НП «СПЭ»: Газпром-энергохолдинг, Интер РАО ЕЭС, Э. ОН Россия, Фортум, КЭС, Квадра, Татэнерго, ДГК, ОГК-2, Энел ОГК-5, Интер РАО — Электрогенерация, а также Башкирэнерго и ДГК.

Из анализа результатов обследования следует, что в предкризисное пятилетие в генерации РФ вводилось в среднем по 12 тренажеров в год, после кризиса 2008 года темп вводов тренажеров сократился в среднем до 5 тренажеров в год.

Охвачено тренажерной подготовкой 73 объекта генерации, что составляет менее 10% от общего числа электростанций (суммарное количество тренажеров — 123 шт.).

На российском рынке работают 17 фирм-производителей тренажеров для электрогенерации (отечественных и зарубежных). Из них:

  • 6 фирм, профессионально занимающихся разработкой и поставкой тренажеров;
  • 3 фирмы — разработчики и поставщики АСУТП;
  • 3 фирмы — кафедральные лаборатории учебных институтов;
  • 2 фирмы — лаборатории НИИ;
  • 3 фирмы — монтажно-наладочные предприятия.

Из анализа результатов обследования следует, что по количественным показателям лидирующее положение в области реализации тренажеров для генерации электроэнергетики РФ занимает фирма «Тренажеры электрических станций и сетей» (АО «ТЭСТ»): так, например, тренажеры традиционных энергоблоков, разработанные и внедренные на объектах генерации указанной фирмой, составили 58% от общего числа тренажеров данного типа, тренажеры станций с поперечными связями — 63%, локальные тренажеры котлов, турбин — 50%, тренажеры для персонала электроцеха — 67%, тренажеры для ПГУ — 23% и т. д.

Современное эффективное управление развитием человеческого потенциала с целью увеличения безопасности производства работ в промышленности, в том числе и в электроэнергетике невозможно без широкомасштабного применения информационных технологий. По данным Минтруда РФ, в России только 5% работников обладает высоким уровнем квалификации, тогда как в США — 43%, а в Германии — 56% [14].

К основным причинам отставания системы подготовки персонала электроэнергетики РФ от мирового уровня следует отнести то, что:

  • электрические станции и сети слабо оснащены современными техническими средствами обучения (ТСО) и тренажа персонала;
  • нет утвержденных обязательных норм оснащения предприятий энергетики тренажерами и компьютерными средствами обучения и, как следствие, финансирование на эти цели выделяется по остаточному принципу;
  • не установлен контроль за техническими и программными средствами обучения и тренажа персонала на соответствие регламентам и стандартам РФ;
  • отсутствует отраслевая система сертификации технических средств обучения персонала, соответствующая современному законодательству.

2. О необходимости нормативной оценки эффективности и качества тренажерной техники

Постановка и решение задач адекватного описания исследуемых систем в любой области знания, как известно, имеют шансы на успех лишь в той мере, в какой удается найти подходящие средства, то есть математический аппарат для описания задач, достаточно полно учитывающий их специфику и обладающий вместе с тем необходимым уровнем абстракции, обеспечивающей приемлемую общность подхода.

Применительно к разработкам математического и программного описания эргатических (человеко-машинных) систем тренажерной подготовки оперативного персонала энергообъектов проблема поиска подходящего количественного аппарата, способного к адекватному отображению наиболее существенных сторон взаимосвязанного функционирования оператора и машинной части тренажерного комплекса, определяющих его качество, то есть и надежность оперативного персонала электроэнергетики в постреформенный период и износа основных фондов, становится особенно острой.

С целью повышения надежности оперативного персонала в настоящее время, как сказано выше, принято решение о разработке Национального стандарта по техническим средствам обучения (ТСО), призванного упорядочить в электроэнергетике тренажерную подготовку персонала и сформулировать основные требования к техническим и программным средствам обучения.

Правомерность и целесообразность тех или иных подходов к разработке и аппаратной реализации математической модели энергообъекта для тренажера определяется теми возможностями единой количественной меры, которые позволили бы оценить разницу в результатах внедрения и использования тренажеров.

Приемлемая достоверность при этом может быть достигнута лишь в тех случаях, когда эта мера настолько абстрактна и универсальна, что не зависит от физической сущности характеризуемых ею процессов и инвариантна по отношению к конкретным реализациям моделей энергообъектов.

Очевидно, что такой мерой является эффективность.

В современной науке (теории операций) под эффективностью системы понимается степень ее приспособленности к выполнению соответствующих функций в процессе определенной операции и при определенных условиях.

Эффективность — одна из возможных (важнейшая, но не единственная) характеристик качества некоторой системы (например, тренажера) с точки зрения соотношения затрат на ее разработку и внедрение и результатов функционирования этой системы. В зависимости от того, какие затраты и особенно какие результаты принимаются во внимание, можно говорить о экономической, технической и/или дидактической эффективности системы.

Каждую систему можно характеризовать с помощью различных показателей, число которых для сложной системы весьма велико. Вместе с тем желательно иметь более общую, и причем единую, интегральную оценку. Именно такой комплексной оценкой и является, по нашему мнению, техническая или дидактическая эффективность. Она должна быть компактной, то есть емкой, но в то же время охватывать не один, а ряд аспектов применения и функционирования системы.

Если представить цель операций как конечный эффект (для тренажера — это получение оператором навыков и умений), то эффективность должна выражать меру достижения этого эффекта.

Такая мера должна измерять степень приспособленности системы к выполнению своих функций и позволять сравнивать одни системы с другими. Оценка типа «хорошо — плохо», «эффективно — неэффективно», соответствующая лишь двум уровням, недостаточна. Оценка «лучше — хуже», «больше — меньше», как показывает практика, обладает значительной степенью субъективности, оставляет большую свободу толкованиям и дискуссиям и не может быть признана достаточной. Очевидно, что мы должны располагать характеристиками базовой (эталонной) системы, с которой производится сравнение.

Кроме того, желательно ввести некоторую шкалу с градуировкой (в качестве инструмента для измерения), не требующую сравнения с базовой системой. При этом тот, кто собирается оценивать эффективность, получает и метод и возможность ее измерения.

Трехуровневая оценка «эффективно-малоэффективно-неэффективно» лучше двухбалльной, но также недостаточна. Продолжать дробление шкалы, очевидно, необходимо до достижения необходимого и достаточного уровня. Важно только, чтобы был определен метод формирования таких оценок. Причем, в большинстве случаев, для современных сложных объектов очевидно необходима количественная мера эффективности. При этом понятие «мера эффективности» может включать множество критериев, то есть представлять собой многокомпонентный вектор.

Под термином «критерий» мы понимаем наиболее характерные признаки, на основе которых производится окончательная оценка объекта, и принимаются те или иные решения. Помимо критериев, обычно используется множество различных показателей, представляющих собой частные характеристики как самого объекта, так и его элементов. Каждый критерий или показатель изменяется в определенном интервале, исходя из этого, для него должна быть указана область существования, т. е. максимальные и минимальные значения.

Для объектов новой техники, к каким, несомненно, следует отнести и тренажеры, оценка эффективности, причем количественная, по нашему мнению, является обязательной. Очевидно, что недостаточно эффективные объекты, также как объекты, требующие чрезмерно больших затрат, могут быть признаны неперспективными, а создание их прекращено. Во избежание излишних расходов средств, времени и труда необходимо, чтобы контроль за эффективностью (качеством) осуществлялся на всех стадиях создания новой техники, включая разработку, испытания, наладку и эксплуатацию, то есть в отличие от приведенных выше общепринятых примеров определения эффективности внедрения тренажеров, указанный контроль эффективности, очевидно, должен носить характер промежуточности, т. е. «априорности».

Характеристика «эффективный» (или «высокоэффективный») может относиться к совершенно различным объектам, не имеющим между собой ничего общего. Известно, что прогресс не стоит на месте, и то, что было эффективным вчера, может быть малоэффективно сегодня и совершенно неэффективно завтра. Наши оппоненты справедливо усматривают наличие противоречия между требованиями измеримости эффективности, то есть строгой оценки, и тем, что границы ее четко не очерчены, размыты и изменяются с течением времени.

Для устранения этого противоречия есть только один путь — корректная постановка задачи по всем правилам, принятым в прикладной математике. Этот путь включает также строгую (но обязательно обсуждаемую и согласованную) формулировку используемых критериев и показателей.

Иными словами, должна быть сформирована модель операции оценки качества объекта (тренажера) с внешними и внутренними факторами, подлежащими учету, указан объект исследования, сформулированы требования к нему, определено понятие эффективности, подлежащее оценке, и выбраны критерии и показатели эффективности.

В настоящее время сложилась ситуация, когда руководитель, принимающий решение, не может получить объективную, пусть даже и комиссионную оценку при выборе варианта новой техники: отсутствие необходимых данных, нечетко сформулированные понятия критериев и показателей эффективности приводят к волюнтаристским решениям (в лучшем случае) и как следствие, к большим просчетам и материальным потерям.

Продолжение следует.

Литература

  1. Технические средства обучения оперативного и обслуживающего персонала современной электроэнергетики. Часть 1. / Е. Н. Архипова, А. Н. Вивчар, И. Ш. Загретдинов, С. И. Магид // Надежность и безопасность энергетики 2012. — № 4(19).
  2. Технические средства обучения оперативного и обслуживающего персонала современной электроэнергетики. Часть 2. / Е. Н. Архипова, А. Н. Вивчар, И. Ш. Загретдинов, С. И. Магид // Надежность и безопасность энергетики 2013. — № 1(20).
  3. Брокгауз Ф. А., Ефрон И. А. Энциклопедический словарь в 82-х томах. СПб. 1901 г.
  4. Русский энциклопедический словарь. М., 1990 г.
  5. The New Encyclopaedia Britannica. 35 vol. Chic., 1977.

6.Тренажерные системы / В. Е. Шукшунов, Ю. А. Бакулов, В. Н. Григоренко и др. — М.: Машиностроение, 1981. — 256 с.

  1. К истории отечественной авиационной психологии / Под. ред. К.К. Платонова — М. Наука, 1981 — 318 с.
  2. История США, в 4-х томах // АН СССР, Москва, 1985.
  3. EPRI NDE Center Training. Courses, Materials & Services. Charlotte, NC, 2003.
  4. ANSI/ISA-77.20−1993. Formerly ANSI/ISA-S77.20−199. Fossil Fuel Power

Plant Simulators — Functional Requirements.

  1. U.S. Department of Education // Center for Education Statistics, Wash. 2004.
  2. World economic and social survey / UN, N.-Y., 2003.
  3. World economic outlook // IMF, N.-Y., 2002.
  4. Экономика и жизнь, № 6 (9012), 2004.
Поделиться:

Метки: , , , ,