Тренажёр для проектирования виртуальных моделей промышленных трубопроводных систем

И.С. Островский,

асп., Ostrovskiy@gmail.com,
Т.Б. Чистякова,

проректор по инновац., д.т.н., проф., nov@technolog.edu.ru,

СПбГТИ(ТУ), г. Санкт-Петербург

В работе описаны модули тренажёрного комплекса для проектирования виртуальных моделей промышленных трубопроводных систем, представлена структура обучающей системы, сформулированы основные требования к программному продукту.

This work is devoted to modules of training complex for virtual models of industrial pipeline systems design. Structure of training system and main requirements to software are formulated.

Трубопроводные системы играют важную роль в обеспечении жизнедеятельности населения и производств. Трубопроводный транспорт России перемещает в 100 раз больше грузов, чем все транспортные отрасли. Для надежного и устойчивого развития общества в трубопроводных системах водоснабжения, тепло- и газоснабжения, нефтегазопроводах в России уложено 2 миллиона километров подземных трубопроводов. Из этого огромного количества труб примерно половина находится в жилищно-коммунальном хозяйстве, обеспечивая население всеми необходимыми коммунальными услугами. Значительная протяженность трубопроводных сетей обусловлена размерами территории России, на которой расположено 3100 городов, поселков, населенных пунктов, имеющих высокую степень благоустройства

Анализ трубопроводных систем показал, что они состоят из следующих элементов:

· трубопровода (его линейная часть с ответвлениями, соединениями, соединительными частями);

· трубопроводной арматуры (запорной, предохранительной и т. д.);

· опорных, компенсирующих, закрепляющих и балластирующих конструкций;

· узлов подключения оборудования (очистных устройств, насосов, гидрантов);

· установок защиты металлических элементов от коррозии; противопожарных средств;

· защитных сооружений трубопроводов;

· технологических ёмкостей;

· сооружений службы эксплуатации трубопроводов;

· линий и сооружений технологической связи, средств телемеханики, линий электропередач для питания освещения, дистанционного управления арматурой и установками;

· опознавательных и сигнальных знаков [1].

В условиях повсеместного использования трубопроводных систем и их роли в обеспечении населения, производства и сельского хозяйства жизненно важными продуктами – питьевой и технологической водой, высоко- и низко-потенциальным носителем, газом, нефтепродуктами – становится актуальной задача разработки специального обучающего тренажера для проектирования виртуальных моделей трубопроводных систем. Разработка таких тренажерных комплексов, в свою очередь, требует создания надежных алгоритмов обработки информации с учетом основных критериальных показателей: надежности, потребительских, экономических, эксплуатационных [2].

Качество образования напрямую зависит от фундаментальной теоретической подготовки учащихся. Но для того, чтобы будущий специалист смог успешно решать стоящие перед промышленностью задачи, ему необходимо уже во время обучения приобрести практические навыки работы. Однако существует ряд причин, снижающих эффективность обучения и приобретения обучаемыми практических навыков в рамках учебного процесса: у многих учебных заведений нет возможности обеспечить обучаемых материалом, инструментом и другими средствами, с помощью которых обучаемый приобрел бы практические навыки, усвоив при этом ранее полученные теоретические знания; материалы для проведения практических работ дорогостоящие, что препятствует их массовому использованию. Выходом из сложившейся ситуации является использование виртуальных тренажёров как дополнения традиционных теоретических и практических занятий.

Структура обучающей системы по проектированию виртуальных моделей трубопроводных систем разделена на интерфейс преподавателя (администратора) и интерфейс обучаемого и включает: информационно-справочный модуль, тренажёрный модуль, модуль анализа результатов, модуль визуализации, модуль предварительных настроек, модуль тестирования (рис. 1).

Интерфейс преподавателя включает модули формирования теоретического и практического заданий для тренинга, контроля текущего состояния тренинга, просмотра протоколов тренинга.

Интерфейс обучаемого позволяет отображать структуру проектируемой трубопроводной системы и ее элементов, получать рекомендации по построению элементов трубопровода.

Модуль анализа результатов формирует и отображает результаты тренинга, выявляет «узкие» места в знаниях обучаемого путем анализа частых ошибок и неправильных действий в процессе построения трубопровода, выдает рекомендации по устранению ошибок.

Информационно-справочный модуль содержит полную теоретическую информацию и нормативные документы, необходимые для построения трубопроводов, мультимедийные файлы, 3D модели элементов трубопроводной системы, их подробное описание и назначение.

рис. 1 Структура виртуального тренажёра

В целом, тренажёр для проектирования виртуальных моделей трубопроводных систем удовлетворяет следующим требованиям:

1. обеспечение персонала сложных технических объектов программными средствами, позволяющими проводить подготовку и повышение квалификации профессиональных кадров;

2. фиксация действий пользователя (каждого уровня) с возможностью хранения предыдущих версий объектов (сценариев сеансов, функциональных модулей, введенных данных);

3. предоставление средств проверки введенного сценария с точки зрения целостности данных, завершенности описания и непротиворечивости условий;

4. многопользовательский локальный и удаленный доступ к системе;

5. динамическое отображение ошибок, предупреждений и других исключительных ситуаций в ходе разработки виртуальной модели трубопроводной системы.

Практическая ценность виртуального тренажёра состоит в решении следующих задач:

ü выработка у обучающихся интеллектуальных навыков управления процессом проектирования виртуальных моделей трубопроводных систем;

ü изучение нормативной документации по построению реальных трубопроводных систем;

ü ознакомление со структурой трубопроводных систем;

ü совершенствование квалификации технического персонала путем изучения теоретического материала и выполнения практических заданий.

Тренажёр для проектирования виртуальных моделей промышленных трубопроводных систем позволяет проводить подготовку и переподготовку профессиональных кадров на современном уровне с применением виртуальных моделей и без использования дорогостоящей аппаратуры и приборов.

Литература

1. Мазур И. И., Иванцов О. М. Безопасность трубопроводных систем. М. : Елима, 2004. 1104 с.

2. Чистякова Т. Б., Иванов А. Б. Структура тренажерного комплекса по проектированию гибких многоассортиментных производственных систем // CAD/CAM/PDM-2007 : сб. тр. 7 междунар. науч. конф., 23–25 окт. 2007 г. М., 2007. С. 42–43.