Компьютерный Тренажерный Комплекс (КТК) – обучающий компьютерный тренажер, с установленным на него программным обеспечением, имитирующим управление сложным технологическим процессом, предназначенный для проведения обучения оперативного технологического персонала (операторы, диспетчера, машинисты).
Отработка практических навыков управления на тренажерах снижает количество получаемого брака продукции, число аварийных ситуаций, улучшает обслуживание производственных линий, снижает негативное воздействие на окружающую среду. У персонала есть возможность отработать свои действия в «игровом» режиме перед работой на настоящей установке.
Использование компьютерных тренажеров для обучения персонала позволяет предприятиям повышать квалификацию сотрудников.
Технологический симулятор – компьютерный тренажер с «точной» моделью технологического процесса, позволяющий в процессе использования изменять входные параметры и характеристики технологического процесса. Технологический симулятор предназначен для решения задач технологов и производственного персонала по планированию и управлению производственным процессом.
Использование технологических симуляторов для анализа производственного процесса, анализа влияния состава сырья на готовую продукцию, подбор технологических режимов и аналогичные задачи способно существенно увеличить эффективность производственного процесса.
Интегрированный цифровой двойник – технологический симулятор, интегрированный с онтологической моделью производства и получающий данные из систем АСУ ТП в «реальном» времени.
Интегрированный цифровой двойник предназначен для оперативного и долгосрочного управления производством.
Цифровой двойник позволяет решать задачи по подбору оптимальных режимов, прогнозировать осложнения и формировать рекомендации по управлению технологическим режимом объекта
Таким образом можно проследить эволюцию КТК в цифровой двойник.
В этой статье будет рассмотрен продукт для создания КТК и планы взаимодействия с продуктами других производителей для формирования интегрированного цифрового двойника.
Текущие проблематики:
В 2022 году поставщики программного обеспечения – представители недружественных стран, в том числе разработчики компьютерных тренажерных комплексов (а также поставщики точных расчетных моделей) начали массово уходить с рынка нашей страны.
Возникла необходимость заменить «ушедшее» программное обеспечение
Решение проблемы
В рамках развития линейки собственного программного обеспечения, в нашей компании было принято решение о разработке тренажерных комплексов собственного производства.
Был разработан продукт – среда разработки компьютерных тренажерных комплексов - «Nafta Training Complex».
Продукт предназначен для разработки компьютерных тренажерных комплексов и реализует следующие основные функции:
• настройка технологических производственных процессов с учетом возможных внешних и внутренних возмущений на режим процесса, количественных и качественных показателей производства;
• разработка интерактивных технологических схем управления технологическим процессом;
• моделирование (имитация) технологического процесса в различных режимах и условиях эксплуатации;
• проведение обучения персонала и формирование отчетности о ходе обучения (проверки знаний).
Среда разработки ПО КТК представляет собой набор программных средств, предназначенных для создания на ее базе КТК для подготовки технологического персонала предприятия к работе на реальном технологическом оборудовании, поддержания и оценивания его квалификации, отработки навыков безопасного и эффективного управления оборудованием в сложных переходных и аварийных режимах и т.д.
Тренажерный комплекс можно представить в виде «игровой приставки», в которую вставляются картриджи с играми – тренажерные модели различных технологических процессов.
Тренажерный комплекс можно представить в виде «игровой приставки», в которую вставляются картриджи с играми – тренажерные модели различных технологических процессов.
Модель технологического процесса является основным содержательным элементом тренажерной модели.
Наше программное обеспечение позволяет при разработке модели использовать, собственные расчетные модели технологических аппаратов и процессов.
Модель тренажера представляет собой совокупность расчетных библиотек, обеспечивающих при каждом обращении к этой совокупности расчет (моделирование) нового состояния технологического процесса с учетом предыдущего состояния процесса и совокупности управляющих воздействий, произведенных оператором и инструктором, с момента предыдущего расчета.
С учетом перерасчетов состояний и множества элементов технологического процесса, в модели КТК может совершаться несколько сотен тысяч вычислений значений материальных потоков в секунду. Для ускорения моделирования возможен ускоренный режим работы тренажера.
Значения материальных потоков отображаются в графической визуализации системы управления - в интерактивных технологических схемах управления технологическим процессом:
· 2D формате - для полноценной имитации РСУ/ПАЗ
· 3D формате - для тренировок полевых операторов.
База знаний тренажерной модели предназначена для выполнения функций обучающей, квалифицирующий (действия оператора) и справочной систем.
База знаний состоит из:
1) справочной системы;
2) обучающей/квалифицирующей системы - продукционной модели (правил продукционной модели);
Продукционная модель представления знаний - модель, основанная на правилах, позволяющая представить знания в виде предложений типа:
Если (условие), то (действие).
В качестве условия в правилах определяется предположение о соответствии того или иного свойства системы определенному значению, в зависимости от оценки предположения, как «Истина» или «Ложь» выполняется определенное действие.
При этом термин «Действие», в зависимости от типа сессии (обучение/квалификация) следует трактовать как одну или несколько из следующих операций:
1) оценка действий пользователя;
2) вывод сообщения пользователю (в области уведомлений или рядом с сенсором);
3) демонстрация пользователю нормативно-справочной информации.
Пилотный проект по интегрированному цифровому двойнику в части тренажерного комплекса.
Интегрированный цифровой двойник представляет из себя:
• двойник объекта – единая информационная модель объекта (онтологическая модель, геометрическая модель, атрибутивная модель);
• двойник процесса - расчетные библиотеки, описывающие отдельные процессы в оборудовании;
• двойник системы управления объектом - промышленно-информационная платформа на основе двойника автоматизированной системы управления технологическим объектом имплементировав в нее ЦД объекта и ЦД процесса.
В рамках пилотного проекта по созданию интегрированного цифрового двойника нами разрабатываются и дорабатываются интерфейсы для применения:
· сторонних расчетных библиотек технологических моделей аппаратов;
· данных систем АСУ ТП, полученных по OPC DA (UA) при проведении моделирования;
· данных онтологических моделей.
Заключение
Компьютерные тренажерные комплексы процессов и производств, созданные при помощи нашего продукта, позволяют:
• проводить обучение персонала;
• реализовывать необходимые задачи, связанные с использованием моделей технологического процесса.
Интегрированный цифровой двойника производства, дополнительно обеспечит следующие преимущества:
• применение единых справочников и цифровая паспортизация оборудования в совокупности с цифровой маркировкой позволит сократить сроки на подготовку информационных моделей технологических объектов;
• построение цифровых двойников повысит эффективность управления технологическим объектом и снизит металлоемкость за счет исключения резервов;
• интегрированный цифровой двойник объекта позволит использовать оптимизационные алгоритмы управления технологическим объектом на основе ИИ
Леонид Латнер. АО «Нефтеавтоматика».