Тренажер морских нефтедобывающих платформ

Тренажер предназначен для обучения операторов морских нефтедобывающих платформ технологическим операциям при обработке углеводородного сырья и доведении его до экспортного качества. Тренажер содержит блок (1) инструктора, включающий блок (4) управления инструктора, блок (5) моделирования процессов платформы, блок (6) расчета прочности конструкций и блока (7) отображения 3D визуальной информации, N блоков (2) оператора, каждый из которых включает блок (8) управления оператора, блок (9) моделирования процессов платформы, блок (10) расчета прочности конструкций и блок (11) отображения 3D визуальной информации, сервер данных (15), блок (14) записи историй обучающихся, маршрутизатор (3), включающий 3N+3 блоков (13) сетевых данных, связанных между собой шиной (12) сетевой пересылки данных, блок (16) обмена данными и N блоков (17) управления отображением 3D визуальной информации оператора. Входы-выходы блока (1) инструктора и N блоков (2) оператора соединены соответственно с раздельными входами-выходами 3N+3 блоков (13) сетевых данных, вход блока (14) записи историй обучающихся и первый вход-выход блока (16) обмена данными подключены к шине (12) сетевой пересылки данных, второй вход-выход блока (16) обмена данными по средствам радиосвязи соединен с входом-выходом каждого N блоков (17) управления отображением 3D визуальной информации оператора. Технический результат - повышение качества моделирования и имитации систем морских нефтедобывающих платформ и обеспечение технологичности производства тренажера. 2 з.п. ф-лы., 6 ил.

Полезная модель относится к технике тренажеров, а именно к тренажерам морских нефтедобывающих платформ, и предназначена для обучения операторов платформ технологическим операциям при обработке углеводородного сырья и доведении его до экспортного качества.

Тренажеры морских нефтедобывающих платформ являются необходимым средством для подготовки квалифицированного персонала, способного выполнять свои функции безопасно и эффективно в свете современных требований по подготовке операторов и экологической безопасности. При этом важным является качество и быстрота обучения операторов требуемым навыкам.

Известны тренажеры для обучения операторов, обеспечивающие как подготовку к выполнению типовых задач, так и отработку действий в критических и аварийных режимах работы (RU 2202830 C1, G09B 9/00, 2003; RU 2273889 C1, G09B 9/00, 2006; RU 2304312 C1, G09B 9/00, 2007). Подобные тренажеры характеризуются идентичностью отклика объекта на управляющие команды и в целом обеспечивают задачу отработки оператором необходимых практических навыков эксплуатации. Недостатком тренажеров является недостаточный уровень имитации реальных элементов систем управления и других внешних факторов.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является тренажер грузобалластных и технологических операций на танкерах и береговых терминалах (RU 2273889 C1, G09B 9/00, 2006), состоящий из блока инструктора, включающего блок управления инструктора, блок моделирования процессов гидравлических систем и блок расчета прочности конструкций, N блоков оператора, каждый из которых включает блок управления оператора, блок моделирования процессов гидравлических систем и блок расчета прочности конструкций, сервера данных, блока записи историй обучаемых (далее блок записи историй обучающихся) и маршрутизатора сетевых сообщений (далее маршрутизатор), включающего 2N+2 блоков сетевых данных, связанных между собой шиной сетевой пересылки данных.

Данный тренажер обеспечивает обучение персонала управлению системами танкеров и береговых терминалов за счет моделирования процессов гидравлических систем этих объектов в режиме реального времени с имитацией панелей управления в виде 2D изображений.

Недостатком прототипа является то, что известный тренажер не позволяет выполнять моделирование всех процессов морской нефтедобывающей платформы и соответственно не может применяться для обучения операторов этих объектов. Кроме того, в силу своей конструкции он не обеспечивает необходимый уровень имитации реальных панелей управления, а также процесса видеонаблюдения района платформы.

Задачей полезной модели является: создание тренажера для подготовки операторов по управлению системами морских нефтедобывающих платформ, повышение наглядности представления имитируемых объектов и систем, обеспечение универсализации блоков тренажера.

Технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемой полезной модели, заключается в повышении качества моделирования и имитации объектов, систем морской нефтедобывающей платформы и обеспечении технологичности производства тренажера.

Технический результат в заявляемой полезной модели достигается за счет новой совокупности блоков и связей между ними.

В тренажер морских нефтедобывающих платформ, содержащий блок инструктора, включающий блок управления инструктора и блок расчета прочности конструкций, N блоков оператора, каждый из которых включает блок управления оператора и блок расчета прочности конструкций, сервер данных, блок записи историй обучающихся и маршрутизатор, включающий 2N+2 блоков сетевых данных, связанных между собой шиной сетевой пересылки данных, дополнительно введены блок обмена данными и N блоков управления отображением 3D визуальной информации оператора, в блок инструктора введен блок моделирования процессов платформы, соединенный двухсторонней связью с блоком расчета прочности конструкций, и блок отображения 3D визуальной информации, вторым и третьим входом-выходом блока инструктора являются второй вход-выход блока моделирования процессов платформы и вход-выход блока отображения 3D визуальной информации соответственно, в каждый из N блоков оператора введен блок моделирования процессов платформы, соединенный двухсторонней связью с блоком расчета прочности конструкций, и блок отображения 3D визуальной информации, вторым и третьим входом-выходом блока оператора являются второй вход-выход блока моделирования процессов платформы и вход-выход блока отображения 3D визуальной информации соответственно, и в маршрутизатор введены дополнительно N+1 блоков сетевых данных, при этом второй и третий входы-выходы блока инструктора и N блоков оператора соединены соответственно с раздельными входами-выходами 2N+2 блоков сетевых данных, первый вход-выход блока обмена данными подключен к шине сетевой пересылки данных, второй вход-выход по средствам радиосвязи соединен с входом-выходом каждого N блоков управления отображением 3D визуальной информации оператора.

Указанный технический результат достигается также тем, что блок моделирования процессов платформы содержит блок команд, блок оценки изменений модели, блок моделирования, блок моделирования навигационной обстановки и пропульсивного комплекса, блок моделирования энергетической установки и вспомогательного оборудования, блок моделирования технологических процессов и блок верификации результатов, при этом выход блока оценки изменений модели соединен с первым входом блока команд, второй выход которого соединен с первым входом блока моделирования, второй вход-выход которого соединен со вторым входом-выходом блока оценки изменений модели, а к четвертому, пятому, шестому и седьмому входу-выходу блока моделирования подключены входы-выходы блока моделирования технологических процессов, блока моделирования энергетической установки и вспомогательного оборудования, блока моделирования навигационной обстановки и пропульсивного комплекса и блока верификации результатов соответственно, а первым и вторым входом-выходом блока моделирования процессов платформы является третий вход-выход блока моделирования и третий вход-выход блока оценки изменений модели соответственно.

Блок отображения 3D визуальной информации содержит блок оценки изменений блока, последовательно соединенные блок имитации видеонаблюдения и блок отображения информации системы видеонаблюдения и последовательно соединенные блок имитации реальных панелей управления и блок отображения 3D визуальной информации, при этом первый вход-выход блока оценки изменений блока соединен с входом-выходом блока имитации видеонаблюдения, второй вход-выход соединен с входом-выходом блока имитации реальных панелей управления, а входом-выходом блока отображения 3D визуальной информации является третий вход-выход блока оценки изменений блока.

Технический результат в части повышения качества моделирования и имитации объектов и систем морской нефтедобывающей платформы обеспечивается за счет введения в состав тренажера N+1 блоков моделирования процессов платформы, N+1 блоков отображения 3D визуальной информации, блока обмена данными и N блоков управления отображением 3D визуальной информации оператора с их взаимосвязями.

Технологичность изготовления тренажера обеспечивается идентичностью конструктивного выполнения блоков моделирования процессов платформы, блоков расчета прочности конструкций и блоков отображения 3D визуальной информации, входящих в состав блока инструктора и блоков оператора.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых представлены:

на фиг.1 - структурная электрическая схема тренажера;

на фиг.2 - структурная электрическая схема блока управления инструктора;

на фиг.3 - структурная электрическая схема блока моделирования процессов платформы;

на фиг.4 - структурная электрическая схема блока управления оператора;

на фиг.5 - структурная электрическая схема блока отображения 3D визуальной информации;

на фиг.6 - структурная электрическая схема сервера данных.

Тренажер (фиг.1) содержит блок 1 инструктора, N блоков 2 оператора, сервер данных 15, блок 14 записи историй обучающихся, блок 16 обмена данными, N блоков 17 управления отображением 3D визуальной информации оператора и маршрутизатор 3, включающий 3N+3 блоков 13 сетевых данных, связанных между собой шиной 12 сетевой пересылки данных.

Блок 1 инструктора (фиг.1) содержит блок 4 управления инструктора, блок 5 моделирования процессов платформы, блок 6 расчета прочности конструкций и блок 7 отображения 3D визуальной информации.

Блок 4 управления инструктора (фиг.2) включает блок 18 команд инструктора, блок 19 экранов управления, блок 20 отображения текстовой информации, блок 21 отображения визуальной информации, блок 22 оценки изменений блока и блок 23 редактирования упражнений.

Блок 5 моделирования процессов платформы (фиг.3) содержит блок 24 команд, блок 25 оценки изменений модели, блок 26 моделирования, блок 27 моделирования навигационной обстановки и пропульсивного комплекса, блок 28 моделирования энергетической установки и вспомогательного оборудования, блок 29 моделирования технологических процессов и блок 30 верификации результатов.

Блок 8 управления оператора (фиг.4) содержит блок 31 команд оператора, блок 32 экранов управления, блок 33 отображения текстовой информации, блок 34 отображения визуальной информации и блок 35 оценки изменений блока.

Блок 11 отображения 3D визуальной информации (фиг.5) включает блок 36 оценки изменений блока, блок 37 имитации видеонаблюдения, блок 38 отображения информации системы видеонаблюдения, блок 39 имитации реальных панелей управления и блок 40 отображения 3D визуальной информации.

Каждый из N блок 2 оператора (фиг.1) содержит блок 8 управления оператора, блок 9 моделирования процессов платформы, блок 10 расчета прочности конструкций и блок 11 отображения 3D визуальной информации.

Блоки 5 и 9, 6 и 10, 7 и 11 аналогичны по конструктивному выполнению соответственно.

Сервер данных 14 (фиг.6) содержит блок 41 загрузки данных, блок 42 памяти начальных состояний и блок 43 памяти историй обучающихся.

Тренажер может быть реализован в виде компьютерного сетевого класса, который образует распределенную систему, организованную в виде топологии звезда. Блок 1 инструктора и сервер данных 14 могут физически находиться на одном компьютере класса.

Тренажер работает следующим образом.

По команде инструктора, поступающей с блока 18, производится инициализация начального состояния сетевого класса. Упражнение из блока 42 памяти начальных состояний сервера данных 14 через блок 41 загрузки данных поступает на блок 25 оценки изменений модели и блок 7 отображения 3D визуальной информации. При наличии изменений модели они присваиваются переменным модели блока 26 и передаются в блоки 27, 28, 29, а также в блоки 13 сетевых данных для доставки в блок 4 управления инструктора и блок 8 управления оператора. Инициализацию начального состояния сетевого класса можно производить также с блока 31 команд оператора, при этом работа блоков блока 2 оператора аналогична.

В состав исходных данных упражнения входят набор параметров, определяющих начальное состояние систем морской нефтедобывающей платформы, цель и инструкция по выполнению упражнения, представленные в текстовом виде, а также начальный вариант имитации системы видеонаблюдения и реальных панелей управления. Инструктор с блока 23 может редактировать упражнение для оператора. Оператор на блоке 33 отображения текстовой информации знакомится с исходными данными, на блоке 38 наблюдает информацию системы видеонаблюдения платформы, а блоки 34 и 40 формируют изображение реальной панели управления. Указанная информация отображается также на аналогичных блоках инструктора. Управление отображением информации системы видеонаблюдения и реальных панелей управления блока 7 или блока 11 осуществляется по командам инструктора или оператора с блока 18 или блока 31 соответственно.

Изображение панелей управления в блоке 40 корректируется в зависимости от направления взора оператора, которое определяется с помощью блока 17 управления отображением 3D визуальной информации оператора, закрепленного на его голове. Блок 17 может быть реализован, например, в виде шлема, снабженного видеокамерами (см. Можайский М. Куда смотришь? // Изобретатель и рационализатор. - 2010. - 2. - С.9-10).

Данные с блока 17 по средствам радиосвязи передаются в блок 16 обмена информации, далее через маршрутизатор - в блок 36 блока 11, где производится оценка изменения состояния блока и формирование команд на отображение информации. Блок 16 обмена информации может быть реализован, например, в виде WiFi роутера.

С помощью блока 31 оператор управляет процессами платформы, которые моделируются в блоке 9, обмениваясь данными в режиме реального времени с блоком 10 расчета прочности конструкций, при этом результаты моделирования отображаются блоком 40. В результате управляющих воздействий с блока 8 на блок 9 обучающийся старается достигнуть цели упражнения. В это же время инструктор с помощью блоков 4 и 7 просматривает результаты работы обучающегося, производя эпизодически контрольную проверку текущих параметров, получаемых оператором.

Блок 5 и блок 9, аналогичные по конструкции, обеспечивают моделирование процессов платформы. В блоке 26 рассчитываются выходные параметры модели с учетом результатов моделирования блоков 27, 28, 29 и проведения верификации в блоке 30. Блок 24 команд обеспечивает изменение характеристик устройств, введение неисправности, изменение дискрета времени расчета параметров модели, а также приостановление процесса моделирования на время внесения изменений в данные численной модели.

Для затруднения хода выполнения оператором упражнения и создания непредвиденных ситуаций при достижении цели, заданной в упражнении, инструктор с помощью блока 18 подает команду в блок 24 на изменение параметров модели.

Упражнение считается законченным при достижении оператором поставленной в задании цели или при возникновении серьезной аварийной ситуации, к которой привели его действия.

В процессе выполнения упражнения все действия инструктора и оператора, реакции моделируемого объекта документируются в блоке 14 записи историй обучающихся с последующим сохранением в блоке 43 памяти историй обучающихся. Эта информация в дальнейшем может быть использована инструктором для оценки и разбора порядка и хода выполнения упражнения оператором.

В тренажере в зависимости от исходных данных и программного обеспечения, заложенного в блоки тренажера, реализуются упражнения, которые обеспечивают: изучение устройства морской нефтедобывающей платформы; планирование действий оператора; обучение управлению системами и агрегатами платформы; обучение правильному выполнению технологических операций в нормальных и аварийных режимах.

Таким образом, тренажер, выполненный в соответствии с настоящей полезной моделью, обеспечивает обучение операторов морских нефтедобывающих платформ, повышение качества моделирования и имитации объектов (систем) платформ за счет отображения 3D визуальной информации, а также технологичность производства тренажера за счет идентичности конструктивного выполнения блоков, входящих в состав блока инструктора и блоков оператора.

1. Тренажер морских нефтедобывающих платформ, содержащий блок инструктора, включающий блок управления инструктора и блок расчета прочности конструкций, N блоков оператора, каждый из которых включает блок управления оператора и блок расчета прочности конструкций, сервер данных, блок записи историй обучающихся и маршрутизатор, включающий 2N+2 блоков сетевых данных, связанных между собой шиной сетевой пересылки данных, к входу-выходу каждого из N+1 блоков сетевых данных соответственно подключены первый вход-выход блока инструктора и каждого из N блока оператора, вход блока записи историй обучающихся подключен к шине сетевой пересылки данных, а выход соединен с первым входом сервера данных, отличающийся тем, что в него введены блок обмена данными и N блоков управления отображением 3D визуальной информации оператора, в блок инструктора введен блок моделирования процессов платформы, соединенный двухсторонней связью с блоком расчета прочности конструкций, и блок отображения 3D визуальной информации, вторым и третьим входом-выходом блока инструктора являются второй вход-выход блока моделирования процессов платформы и вход-выход блока отображения 3D визуальной информации соответственно, в каждый из N блоков оператора введен блок моделирования процессов платформы, соединенный двухсторонней связью с блоком расчета прочности конструкций, и блок отображения 3D визуальной информации, вторым и третьим входом-выходом блока оператора являются второй вход-выход блока моделирования процессов платформы и вход-выход блока отображения 3D визуальной информации соответственно, и в маршрутизатор введены дополнительно N+1 блоков сетевых данных, при этом второй и третий входы-выходы блока инструктора и N блоков оператора соединены соответственно с раздельными входами-выходами 2N+2 блоков сетевых данных, первый вход-выход блока обмена данными подключен к шине сетевой пересылки данных, второй вход-выход по средствам радиосвязи соединен с входом-выходом каждого N блоков управления отображением 3D визуальной информации оператора, а второй вход-выход сервера соединен со вторым входом-выходом блока инструктора и каждого из N блока оператора.

2. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что блок моделирования процессов платформы содержит блок команд, блок оценки изменений модели, блок моделирования, блок моделирования навигационной обстановки и пропульсивного комплекса, блок моделирования энергетической установки и вспомогательного оборудования, блок моделирования технологических процессов и блок верификации результатов, при этом выход блока оценки изменений модели соединен с входом блока команд, выход которого соединен с первым входом блока моделирования, второй вход-выход которого соединен со вторым входом-выходом блока оценки изменений модели, а к четвертому, пятому, шестому и седьмому входу-выходу блока моделирования подключены входы-выходы блока моделирования технологических процессов, блока моделирования энергетической установки и вспомогательного оборудования, блока моделирования навигационной обстановки и пропульсивного комплекса и блока верификации результатов соответственно, а первым и вторым входом-выходом блока моделирования процессов платформы является третий вход-выход блока моделирования и третий вход-выход блока оценки изменений модели соответственно.

3. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что блок отображения 3D визуальной информации содержит блок оценки изменений блока, последовательно соединенные блок имитации видеонаблюдения и блок отображения информации системы видеонаблюдения, последовательно соединенные блок имитации реальных панелей управления и блок отображения 3D визуальной информации, при этом первый вход-выход блока оценки изменений блока соединен с входом-выходом блока имитации видеонаблюдения, второй вход-выход соединен с входом-выходом блока имитации реальных панелей управления, а входом-выходом блока отображения 3D визуальной информации является третий вход-выход блока оценки изменений блока.