DEVELOPMENT AND IMPLEMENTATION OF DIGITAL TECHNOLOGIES IN THE EDUCATIONAL PROCESS IN THE FIELD OF TRANSPORTATION AND STORAGE OF OIL, GAS AND THEIR PROCESSED PRODUCTS

РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС В ОБЛАСТИ ТРАНСПОРТИРОВКИ И ХРАНЕНИЯ НЕФТИ, ГАЗА И ПРОДУКТОВ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ

Научная статья

Куликова Е.С.^1, *, Кузьмин О.С.², Куликова Т.А.³

¹ ORCID: 0000-0003-2125-8177;

^{1, 2, 3} Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск, Россия

* Корреспондирующий автор (kulikovaes[at]mail.ru)

Аннотация

Развитие нефтеперерабатывающей промышленности в современных условиях напрямую связано с широкомасштабным внедрением цифровых технологий, соответственно для решения данной задачи необходима серьезная кадровая подготовка специалистов через систему высших и средних специальных учебных заведений, обеспечивающих формирование профессиональных компетенций, а также систематическое повышение квалификации и переподготовка сотрудников предприятий нефтегазового комплекса. Поэтому разработка и внедрение компьютерных обучающих программ в виде тренажеров, симуляторов для повышения качества теоретического обучения, получения практических навыков, объективности при аттестации, обеспечения охраны труда и безопасности производственных процессов на предприятии является актуальной и своевременной.

Исходя из анализа опыта передовых технологий создания симуляторов авторами предложен к разработке и внедрению собственный учебно-тренировочный комплекс, который содержит в себе основные объекты, связанные с транспортировкой и хранением нефти, газа и продуктов их переработки.

Интерфейс учебно-тренировочного комплекса визуально приближен к реальным условиям работы нефтеперерабатывающих предприятий, что способствует повышению эффективности адаптации работника в области промышленной безопасности и охране труда при эксплуатации оборудования. Данное решение объединяет и синхронизирует теоретическое и практическое обучение без риска для здоровья как обучаемого, так и для самого предприятия.

Научная новизна исследовательской работы заключается в разработке и внедрении цифровых технологий в образовательный процесс, направленный непосредственно на решение проблем, обеспечивающих повышение эффективности теоретического обучения и получение практических навыков. Формируется новый опыт совместной работы по разработке и последующему внедрению цифровых инструментов в образовательные программы.

Целью исследования является апробация модели обеспечения приоритетных отраслей Российской Федерации высококвалифицированными кадрами, востребованными в условиях цифровой экономики.

Практическая значимость работы заключается в дальнейшей разработке и регистрации программ для ЭВМ для следующих модулей:

1. Симуляция правил пуска и остановки центробежного насосного агрегата (обучение правилам эксплуатации центробежного насоса);
2. Симуляция выполнения обходов товарных/магистральных трубопроводов (обучение действиям оперативного персонала при выполнении обходов трубопроводов).

Ключевые слова: обучающие компьютерные системы, интерактивное обучение, цифровые технологии, нефтегазовое дело, нефтеперерабатывающие предприятия, экологическая и промышленная безопасность, ресурсосбережение.

DEVELOPMENT AND IMPLEMENTATION OF DIGITAL TECHNOLOGIES IN THE EDUCATIONAL PROCESS IN THE FIELD OF TRANSPORTATION AND STORAGE OF OIL, GAS AND THEIR PROCESSED PRODUCTS

Research article

Kulikova E.S.^1, *, Kuzmin O.S.², Kulikova T.A.³

¹ ORCID: 0000-0003-2125-8177;

^{1, 2 ,3} Pacific National University, Khabarovsk, Russia

* Corresponding author (kulikovaes[at]mail.ru)

Abstract

Today, the development of the oil industry is directly related to the large-scale introduction of digital technologies, therefore to solve this problem, serious personnel training of specialists is necessary through a system of higher and secondary specialized educational institutions that provide the formation of professional competencies, as well as systematic professional development and retraining of employees of oil and gas enterprises. It is for this reason that the development and implementation of computer training programs in the form of simulators, simulators for improving the quality of theoretical training, obtaining practical skills, objectivity in certification, ensuring labor protection and safety of production processes at the enterprise is of utmost relevance.

Based on the analysis of the experience of advanced technologies for creating simulators, the authors propose todevelop and implement an original training complex, which contains the main objects related to the transportation and storage of oil, gas and the subsequent products.

The interface of the training complex is visually close to the real working conditions of oil refineries, which contributes to improving the efficiency of employee adaptation in the field of industrial safety and labor protection during the operation of equipment. This solution combines and synchronizes theoretical and practical training without risk to the health of both the trainee and the enterprise itself.

The scientific novelty of this research lies in the development and implementation of digital technologies in the educational process aimed directly at solving problems that increase the effectiveness of theoretical training and obtaining practical skills. A new experience of joint work on the development and subsequent implementation of digital tools in educational programs is also being formed.

The purpose of the study is to test the model of providing priority sectors of the Russian Federation with highly qualified personnel in demand in the context of digital economy, while its practical significance lies in the further development and registration of software for the following modules:

1. Simulation of the rules for starting and stopping a centrifugal pump unit (training in the rules of operation of a centrifugal pump);
2. Simulation of the execution of bypasses of sales / mainline pipelines (training operational personnel when performing pipeline check).

Keywords: training computer systems, interactive training, digital technologies, oil and gas business, oil refineries, environmental and industrial safety, resource conservation.

Введение

В современных условиях назрела необходимость как максимально возможного снижения риска возникновения чрезвычайных ситуаций (ЧС), так и потребности быстрого и эффективного обучения персонала, участвующего в ликвидации последствий ЧС природного и техногенного характера. Это возможно только путем использования современных методов и технологий, к которым, безусловно, относится и интерактивное обучение с помощью тренажеров (симуляторов) [4].

В последние годы стремительно набирают обороты, альтернативные средства и методы обучения. Все большее предпочтение отдается средствам с повышенной интерактивностью. Как было отмечено Смирновым Н. А. [10], повышение интерактивности в процессе работы и обучения является фактором, повышающим мотивацию и увеличивающим эффективность в усвоении новой информации. С повсеместной цифровизацией, которая охватила большинство областей и сфер деятельности, образовательный кластер также не остался в стороне. Авторы Савельева Н. Н., Щедь С. Н. [9], справедливо указывают на быстрое распространение цифровых технологий, но одновременно указывают и на недостаточность опыта и необходимость создания новой методической системы сопровождения образовательной деятельности в вузах.

В своей статье Краснянский М. Н. [6], обращает внимание, что на «положительность» отсутствия обучаемого на опасном производственном объекте и замене реальной практики на практику виртуальную, имитирующую те же условия и задачи, которые обучаемый должен решать в реальных условиях. Возможность не присутствовать на производственном участке обеспечивает безопасность при возникновении чрезвычайной ситуации или исключает ее возникновение за счет неверных действий обучаемого.

Опасные производственные объекты, как уже отмечалось выше сопряжены с рисками возникновения аварийных ситуаций, и обеспечение практического опыта безусловно, необходимый элемент как в обучении студентов, так и персонала нефтегазовых предприятий. Опыт таких разработок показывает положительную динамику и колоссальную разницу в результатах между обучением студентов по традиционной программе и с использование электронных тренажеров. Так, например, в статье Котельниковой А. Ю. [5] описываются результаты использования тренажеров разработанных для репетиций действий в случае возникновения аварийных ситуаций. Исходя из вышеизложенного, необходимо отметить, что основными преимуществами использования цифровых технологий в образовательном процессе остаются:

1. Информативность при обучении, то есть использование тренажеров дает максимальное представление о выполняемых технологических операциях, объектах, инженерно-технических сооружениях;
2. Визуальная составляющая, то есть демонстрация трехмерных моделей эксплуатируемого оборудования, сооружений, максимально приближенных к реальным условиям, а также возможность анимации движущихся частей конструкций для более четкого представления о технологических циклах;
3. Безопасность во время обучения, так как исключается возникновение реальных аварийных ситуаций в случае совершения ошибок;
4. Сочетание теоретической и практической подготовки;
5. Поэтапное в обучение: то есть, обучение проходит от модуля к модулю.

Научная новизна исследования заключается в создании компьютерного учебно-тренировочного комплекса, имитирующего производственные процессы технологического персонала на нефтегазовых предприятиях и подтверждена полученными на первые модули: «Дополнительное разъемное устройство герметизации верхнего налива нефтепродуктов» [2], «Оператор товарный нефтебазы» [7], «Анатомия оборудования нефтебаз» [8], свидетельств о государственной регистрации программ ЭВМ, а также многочисленными докладами на различного уровня научно-образовательных площадках.

Актуальность научной проблемы исследования. Работа на нефтегазовых предприятиях сопряжена с опасными производственными процессами, создающими риски возникновения чрезвычайных ситуаций и требующих оперативного реагирования на них высококвалифицированного персонала. Для решения данной задачи необходима серьезная кадровая подготовка специалистов через систему высших и средних специальных учебных заведений, обеспечивающих формирование профессиональных компетенций, а также систематическое повышение квалификации и переподготовка сотрудников предприятий нефтегазовой промышленности. В учебных центрах и лабораториях образовательных учреждений энергетики и нефтегазовой отрасли существует проблема недостаточной оснащённости современным оборудованием при одновременном наличии большого количества громоздких, устаревших макетов и наглядных пособий на ограниченных площадях. Также большие проблемы возникают при организации дистанционного обучения в части практических занятий.

Немаловажным фактором является менталитет молодежи, которая погружена цифровые технологии, поэтому цифровая обучающая система будет эффективным инструментом для подготовки будущих кадров для нефтегазового сектора Дальневосточного региона. Учитывая современный уровень развития информационных технологий, очевидным решением видится симбиоз «компьютеризации» и подготовки в области транспорта, хранения и переработки нефти и газа. Основным преимуществом такого обучения является отсутствие рисков, поскольку отсутствует необходимость нахождения на реальной рабочей площадке (технологический участок) для получения навыков и знаний.

В связи с этим, авторы предлагают модель компьютерного тренажера, направленного на подготовку высококвалифицированных кадров, отвечающих новым требованиям к ключевым компетенциям цифровой экономики, за счет повышения эффективности теоретического обучения, получения практических навыков, владеющих цифровыми компетенциями, прошедших обучение по соответствующим программам высшего и среднего профессионального образования. Учебно - тренировочный комплекс, состоящий из перечисленных модулей, в перспективе может быть встроен в виде цифровой рабочей среды в «Рабочие программы дисциплин» профиля «Нефтегазовое дело».

Основной ощутимой проблемой является отсутствие проработки обучающей системы, направленной на действия оператора товарного нефтебазы, поскольку нефтебаза является стратегически и экономически важным объектом, отвечающим за прием, хранение и передачу готовых нефтепродуктов. Знание ее структуры, технологических процессов, оборудования и правил ее эксплуатации очень важны, исходя из этого и учитывая неоспоримую эффективность и полезность использования компьютерных обучающих систем, разработка компьютерного обучающего симулятора по направлению оператора товарного нефтебазы это важная и реализуемая задача. Также стоит отметить, что существующие аналоги разрабатывались несколько лет назад и соответственно были выполнены с учетом возможностей и видения того времени. Учитывая это, авторы, взяв за основу существующую технологию и дизайн не только смоделировали собственную программу, но и внесли в нее модификации, которые существенно отличаются от аналогов. Примером такой модификации является добавление в режим «Анатомия оборудования нефтебаз» функции «принцип работы», который позволяет просмотреть в анимации работу оборудования с имитацией течения жидкости в трубе. Такой демонстрации нет ни в одном аналоге, но данная функция очень важна для усвоения основ при изучении эксплуатируемого оборудования (задвижки, шаровые краны, центробежные насосы и т.д.). Разработанные авторами тренажеры основаны на использовании сценариев аварийных ситуаций и изучении методов их устранения.

Ниже приведен алгоритм работы одного из двух разработанных и зарегистрированных модулей «Оператор товарный нефтебазы»:

1. Обучающийся получает конкретную информацию об объекте производственного цикла в области хранения и транспортировки нефти и нефтепродуктов;
2. В тренажере появляется возможность детально разобрать и визуально рассмотреть каждый объект с его составными частями, что дает представление и понимание о правилах эксплуатации оборудования, его составе и назначении;
3. Возможность совершения ошибок, неточностей при выполнении операций производственного характера, без ограничения по времени на обдумывание и совершение действий, что в конечном итоге положительно сказывается на самом процессе обучения.

Пример использования симулятора «Оператор товарный нефтебазы»:

- участнику, перемещаясь по локации и следуя указателю навигатора справа, необходимо подойти к нужному объекту (место или объект указывается посредством прыгающей вертикальной стрелки зеленого цвета (рис. 1);

Рис. 1 – Пример навигации в симуляторе

 

- при достижении объекта, участнику необходимо нажать на клавишу «использовать» (клавиша F) после чего объект окажется в инфо-пространстве;

- при наведении стрелки курсора на сегмент изучаемого объекта, он подсветится желтым цветом и при клике левой кнопкой мыши на экране появится панель с информацией о сегменте.

- пользователю необходимо выполнить все задания согласно навигатору и ознакомиться подробно с каждым объектом нефтебазы, либо с отдельными сооружениями и их составом.

По такому принципу строятся все модули тренажера и направленны они непосредственно на углубленное практико-теоретическое изучение производства. Более подробно ознакомиться с работой тренажера можно в статье [3] «Обучающий симулятор для отработки навыков персонала нефтегазовых предприятий». 

Заключение

Таким образом, потенциальные возможности использования обучающих систем полностью соответствуют целям и задачам, определенных Указом Президента РФ от 7 мая 2018 года N 204 «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года» [1], где приведены основные проблемы и указаны меры по их устранению, такие как разрыв между требованиями индустрии и результатами образования, отсутствие единой методологической системы цифровой трансформации профессионального образования, что необходимо повышение квалификации профессорско-преподавательского и методического состава образовательных организаций в части освоения актуальных в приоритетных отраслях экономики компетенций. Необходима разработка механизма регулярной актуализации образовательных программ под запросы реального сектора цифровой экономики, необходимо формирование федеральной образовательной платформы, обеспечивающей стабильность масштабирования модели подготовки кадров. Таким образом, разработка и внедрение цифровых технологий в образовательный процесс в области транспортировки и хранения нефти, газа и продуктов их переработки «дает» новый опыт совместной работы по формированию и последующему внедрению цифровых инструментов в образовательные программы при обучении по направлению подготовки «Нефтегазовое дело».

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. О национальных целях и стратегических задачах развития РФ на период до 2024 года. / Указ Президента Р Ф от 19.07.2018 № 444, от 21.07. 2020 № 474 // Справ. - правовая система «Консультант Плюс».
2. Заявка на полезную модель «Дополнительное разъемное устройство герметизации верхнего налива нефтепродуктов» № 2021108506 от 31.03.2021. / О.С. Кузьмин, Е.С.Куликова.
3. Вдовенко А. В. Обучающий симулятор для отработки навыков персонала нефтегазовых предприятий / А. В. Вдовенко, О.С. Кузьмин, Е.С. Куликова // Газовая промышленность. 2020. № 9 (806). с. 116-120.
4. Казаринов А.Е. Влияние русловых деформаций р. Амур на прибрежную инфраструктуру г. Хабаровска с учетом паводка 2013 года. / А.Е. Казаринов, Е.С. Куликова, Т.А. Куликова // Международный научно-исследовательский журнал № 2 (104) ч. 1, 2021. с. 34-40. DOI: 10.23670/IRJ.2021.103.2.006
5. Котельникова А.Ю. Научно-методические основы моделирования сценариев чрезвычайных ситуаций для тренажеров совместного обучения / А.Ю. Котельникова, Д.А. Котельников, С.Ю. Устюжанина // Нефтегазовое дело. 2019. №3.
6. Краснянский М. Н. Автоматизированная информационная система обучения персонала промышленных предприятий на основе виртуальных тренажерных комплексов / М. Н. Краснянский М. Н. – Вестник ХНАДУ, вып. 54, 2011.
7. Обучающий симулятор оператор товарный нефтебазы / А.В. Каменчуков, О.С. Кузьмин, Е.С. Куликова Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ ru. 2020610748, 20.01.2020. заявка № 2019665169 от 26.11.2019.
8. Обучающий тренажер «Анатомия оборудования нефтебаз / О.С. Кузьмин, Е.С. Куликова, Т.А. Куликова Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ ru. № 2021613541 от 10.03.2021.
9. Савельева Н. Н. Формирование профессиональных компетенций у будущих бакалавров нефтяников посредством цифровых образовательных ресурсов / Н. Н. Савельева, С. Н. Щедь. – Тюмень: ТИУ, 2017. – 122 с.
10. Смирнов Н. А. Цифровизация HR: Фактор лояльности сотрудников / Н. А. Смирнов // Москва: Изд-во «Открытые системы», 2017. - № 9 с. 28-32

Список литературы на английском языке / References in English

1. O nacional'nyh celjah i strategicheskih zadachah razvitija RF na period do 2024 goda [On the national goals and strategic objectives of the development of the Russian Federation for the period up to 2024]. / Decree of the President of the Russian Federation No. 444 of 19.07.2018, No. 474 of 21.07. 2020 // Reference. - legal system "Consultant Plus". [in Russian]
2. Zajavka na poleznuju model' «Dopolnitel'noe raz’emnoe ustrojstvo germetizacii verhnego naliva nefteproduktov» [Application for the utility model "Additional detachable device for sealing the upper filling of petroleum products"] No. 2021108506 of 31.03.2021. Kuzmin O. S., Kulikova E. S. [in Russian]
3. Vdovenko A.V. Obuchajushhij simuljator dlja otrabotki navykov personala neftegazovyh predprijatij [A training simulator for testing the skills of personnel of oil and gas enterprises] / A.V. Vdovenko, O. S. Kuzmin, E. S. Kulikova // Gazovaja promyshlennost' [Gas industry]. 2020. No. 9 (806). pp. 116-120. [in Russian]
4. Kazarinov A. E. Vlijanie ruslovyh deformacij r. Amur na pribrezhnuju infrastrukturu g. Habarovska s uchetom pavodka 2013 goda [The influence of channel deformations of the Amur River on the coastal infrastructure of Khabarovsk, taking into account the flood of 2013]. / A. E. Kazarinov, E. S. Kulikova, T. A. Kulikova // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal [International Research Journal]. No. 2 (104) part 1, 2021. pp. 34-40. DOI: 10.23670/IRJ.2021.103.2.006 [in Russian]
5. Kotelnikova A. Yu. Nauchno-metodicheskie osnovy modelirovanija scenariev chrezvychajnyh situacij dlja trenazherov sovmestnogo obuchenija [Scientific and methodological foundations of modeling emergency scenarios for joint training simulators] / A. Yu. Kotelnikova, D. A. Kotelnikov, S. Yu. Ustyuzhanina-// Neftegazovoe delo [Oil and Gas business]. 2019. №3. [in Russian]
6. Krasnyanskiy M. N. Avtomatizirovannaja informacionnaja sistema obuchenija personala promyshlennyh predprijatij na osnove virtual'nyh trenazhernyh kompleksov [Automated information system of training of the personnel of industrial enterprises on the basis of virtual simulators] / M. N. Krasnyanskiy M. N. – Bulletin hnadu, vol. 54, 2011. [in Russian]
7. Obuchajushhij simuljator operator tovarnyj neftebazy [The training simulator, the operator of a freight depot] / A. V. Kamenkov, O. S. Kuzmin, E. S. Kulikov Certificate of registration of a computer program EN. 2020610748, 20.01.2020. application No. 2019665169 dated 26.11.2019. [in Russian]
8. Obuchajushhij trenazher «Anatomija oborudovanija neftebaz [Training simulator " Anatomy of oil depot equipment] / O. S. Kuzmin, E. S. Kulikova, T. A. Kulikova Certificate of registration of a computer program ru. No. 2021613541 of 10.03.2021. [in Russian]
9. Savelyeva N. N. Formirovanie professional'nyh kompetencij u budushhih bakalavrov neftjanikov posredstvom cifrovyh obrazovatel'nyh resursov [Formation of professional competencies for future bachelor oil workers through digital educational resources] / N. N. Savelyeva, S. N. Shched. - Tyumen: TIU, 2017 – - 122 p. [in Russian]
10. Smirnov N. A. Cifrovizacija HR: Faktor lojal'nosti sotrudnikov [Digitalization of HR: A factor of employee loyalty] / N. A. Smirnov // Moscow: Open Systems Publishing House, 2017. - No. 9, pp. 28-32. [in Russian]