РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНОГО ТРЕНАЖЕРА ОБСЛУЖИВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ НА ПРИМЕРЕ УЧЕБНОГО ПОЛИГОНА

DEVELOPMENT OF THE VIRTUAL SIMULATOR OF TECHNOLOGICAL UNIT MAINTENANCE BY THE EXAMPLE OF THE TRAINING GROUND

Ildar Ayupov

Student, Department of Economic Informatics, Ufa state aviation technical university,

Russia, Ufa

Vadim Saubanov

scientific adviser, Ph.D. in Technical Sciences, Associate Professor, Department of Economic Informatics, Ufa state aviation technical university,

Russia, Ufa

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается совершенствование процесса обучения персонала путем разработки и внедрения виртуального тренажера технологической установки. На основе анализа предметной области была выявлена проблема, состоящая в отсутствии автоматизации процесса обучения персонала. Для улучшения процесса обучения организации предлагается разработка приложения, в котором будет 3 режима работы «Обучение», «Тренировка» и «Контроль».

ABSTRACT

This article deals with the improvement of the personnel training process by developing and implementing a virtual simulator of technological installation. Based on the analysis of the subject area, the problem was identified, which is the lack of automation of personnel training process. To improve the process of training organization proposed to develop an application, which will be three modes "Training", "Training" and "Control".

Ключевые слова: моделирование, виртуальный тренажер, технологическая установка, Unity, Blender.

Keywords: simulation, virtual simulator, technological installation, Unity, Blender.

В организации ООО ПФ Уралтрубопроводстройпроект возникла потребность в разработке учебного виртуального тренажера как аналога реально действующего полигона с технологическими установками, так как заказчик посчитал весьма затратным строительство физического полигона, что подтвердилось экономическими расчетами, выполненными в проектной фирме. Трудность заключалась в переходе от проектных решений к виртуальной модели.

Для повышения качества подготовки рабочего и инженерно-технического персонала, а также уменьшение вероятности возникновения аварий по причине некорректных действий эксплуатирующего персонала предлагается разработать программное обеспечение для обучения персонала. В разрабатываемом приложении предполагается сделать 3 режима работы «Обучение», «Тренировка» и «Контроль».

Для решения задачи по созданию системы обучения персонала необходимо изучить рынок программного обеспечения, которое планируется использоваться, но в первую очередь потребуется определить основные критерии к выбору ПО, чтобы сузить список рассматриваемых альтернатив.

К общим требованиям относятся следующие критерии.

1) Стоимость ПО. Поиск по возможности бесплатного программного обеспечения, либо с возможностью использования ПО бесплатно на протяжении какого-то времени.

2) Возможность настройки, поддержки и доработки системы. Использование ПО с открытым исходным кодом. Это позволит использовать уже созданный код для создания новых версий программ, для исправления ошибок и, возможно, помочь в доработке программы.

3) Простота освоения программы. Наличия опыта с работой в какой-то из программ, либо наличие множества инструкций и обучающих видео.

4) Доступность ПО. Возможность работать в программе на пк с средними техническими характеристиками.

Для моделирования объектов промышленности и сохранение модели в необходимом разрешении рассмотрим несколько программных продуктов.

3dsMax — профессиональное программное обеспечение для 3D-моделирования, анимации и визуализации при создании игр и проектировании [1].

Blender - профессиональное свободное и открытое программное обеспечение для создания трёхмерной компьютерной графики, включающее в себя средства моделирования, скульптинга, анимации, симуляции, рендеринга, постобработки и монтажа видео со звуком, компоновки с помощью «узлов» (Node Compositing), а также создания 3D-анимаций [2].

Wings 3D – это бесплатная программа 3D-моделирования с открытым исходным кодом, на которую повлияли программы Nendo и Mirai от компании Izware. Программа получила название по названию технологии обработки полигонов, применённой в программе [3].

Так же рассмотрим несколько программ, в среде которых можно будет выполнить анимацию, создать необходимые сценарии и нештатные ситуации.

Unity – межплатформенная среда разработки компьютерных игр, разработанная американской компанией Unity Technologies. Unity позволяет создавать приложения, работающие на более чем 25 различных платформах, включающих персональные компьютеры, игровые консоли, мобильные устройства, интернет-приложения и другие [4].

Unreal Engine – это профессиональный набор инструментов и технологий, используемых для создания высококачественных игр на различных платформах. Архитектура рендеринга Unreal Engine позволяет разработчикам достигать потрясающих визуальных эффектов, а также масштабироваться до систем более низкого уровня [5].

Проведем сравнительный анализ программ для реализации необходимого нам продукта с помощью метода анализа иерархий (МАИ) по вышеуказанным критериям. Основное назначение метода — решение слабоструктурированных задач принятия решений [6].

На рисунке 1 отображена иерархия решения для выбора программы моделирования объектов промышленности.

Рисунок 1. Иерархическая структура выбора программы моделирования

По итогам МАИ (Рисунок 2) видно, что наиболее подходящим программным продуктом будет Blender.

Рисунок 2. Итоговый результат МАИ

Далее, производится выбор программной среды, в которой можно будет выполнить анимацию, создать необходимые сценарии и нештатные ситуации (Рисунок 3-4).

Рисунок 3. Иерархическая структура выбора среды разработки сценариев

Рисунок 4. Итоговый результат МАИ

По итогам МАИ средой моделирования сценариев и нештатных ситуаций был выбран Unity.

Для успешной разработки системы обучения требуется разработка плана-графика проведения работ.

Перед тем, как начать работу по разработке системы, план работ должен быть согласован с организацией. В случае отсутствия плана действий с промежуточными контрольными точками до старта работ, разработка системы с большой вероятностью не состоится.

Основными целями разработки системы обучения являются: изучение технологического процесса; обучение навыкам безопасного управления компрессорами в штатных режимах и при аварийных ситуациях; обучение и приобретение практических навыков выполнения работ по предупреждению, локализации и ликвидации аварий; контроль уровня знаний и навыков ведения оптимального режима; повышение качества подготовки рабочего и инженерно-технического персонала; снижение вероятности возникновения аварий по причине некорректных действий эксплуатирующего персонала.

План-график работ по разработке системы представлен на рисунке 5.

Рисунок 5. План график разработки системы обучения

Первым этапом является предварительный этап, включающий задачи:

– Изучение ТЗ и руководств организации. Изучение технического задания является предпроектной стадией. Во время этого процесса разработчик проводит обзор литературы, изучает чертежи проекта, имеющего отношение к разработке, и аналогов. Изучение технического задания позволяет уточнить цель разработки и убедиться в том, что эта цель в задании сформулирована верно. Если требуется, разработчик обязан обоснованно доказать необходимость его корректировки. В противном случае ошибка разработчика технического задания может привести к неверному направлению всей разработки.

– Анализ оборудования, промышленных объектов и рабочих мест организации. Этот этап необходим для понимания и правильного проектирования в дальнейшем технологических установок. Анализ рабочих мест необходим для понимания технических характеристик рабочих станций персонала.

– Утверждение плана работ. Ознакомление директора с планом работ и дальнейшее утверждение.

Вторым этапом является проектирование оборудования в выбранном нами программном продукте.

На третьем этапе происходит передача проектной модели технологического оборудования в необходимый формат для создания анимации.

В заключительном этапе происходит создание симуляций и нештатных ситуаций, прописанных организацией.

Итоговый полигон виртуального тренажера технологической установки будет выглядеть так, как изображено на рисунке 6.

Рисунок 6. Итоговый вид полигона

Внедрение ИС позволило получить следующий эффект:

– Сокращены в разы затраты на строительство физической установки;

– Появилась возможность отрабатывать нештатные ситуации, которые нельзя было выполнить на реальной установке;

– Появились гибкость и удобство обучения без отрыва от производства;

– Контроль уровня знаний и навыков можно проводить в автоматизированном режиме;

– Виртуальный тренажер позволил так же технологам лучше изучить физические и технологические процессы работы установок.

– Снизилась вероятность возникновения аварий по причине некорректных действий эксплуатирующего персонала.

Список литературы:

1. Иллюстрированный самоучитель 3ds max / Шнейдеров, Виталий. - М.: СПб: Питер, 2013. - 480 c
2. Blender. 3D-моделирование и анимация. Руководство для начинающих / А. Прахов. - М.: БХВ-Петербург, 2011. - 272 c.
3. Wings 3d [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/bwiki/Wings_3D
4. Unity в действии. Мультиплатформенная разработка на C#. - М.: Питер, 2018. - 608 c.
5. Sweeney T. Unreal Engine 4 for schools, faculty and students, 2014 [Электронный ресурс]. URL: https://www.unrealengine.com/en-US/blog/unreal-engine-4-for-schools-faculty-and-students
6. Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Системы принятия проектных решений» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; Костюкова Т.П., Саубанов В.С., Ширяев О.В. – Уфа: УГАТУ, 2017. – 21 c.