Интерактивная автоматизированная система обучения

Изобретение относится к автоматизированным средствам обучения и может быть использовано при создании систем для комплексного индивидуального и/или группового интерактивного обучения. Система содержит базу данных первичной информации об объекте, являющуюся входом системы, модули обработки параметрических данных, физических характеристик и механических свойств объекта, модуль моделирования динамических свойств объекта, модуль экономической оценки динамических свойств, модуль технологической оценки свойств объекта, модуль интегральной оценки и принятия решений и модуль визуализации итогового результата, являющийся выходом системы. Технический результат заключается в возможности создания интерактивной автоматизированной системы обучения, позволяющей в режиме реального времени проводить комплексное групповое и/или индивидуальное обучение и тестирование обучаемых и специалистов сложным техническим системам в условиях реальных процессов. 1 ил.

 

Изобретение относится к автоматизированным средствам обучения и может быть использовано для комплексного группового и/или индивидуального обучения инженерным профессиям и переподготовки инженерного, научного и преподавательского персонала для эксплуатации и обслуживании сложных природно-технических комплексов, каковыми, в том числе, являются скважины, сооружаемые без непосредственного доступа человека к объекту воздействия (забою, горным породам, стволу скважины, продуктивному пласту).

Известна система изучения информации с использованием интерактивной среды, содержащая блоки для хранения, передачи и управления информацией, блок анализа и оценки правильности ответов обучаемого с использованием информации, хранящейся в блоке памяти (RU 16967, G09B 19/00, 2000).

Также известна система, реализующая способ автоматизированной подготовки и аттестации, содержащая, по меньшей мере, один проблемно-ориентированный программно-технический комплекс на базе интеллектуального интерфейса, поддерживающего в режиме диалога автоматизированные циклы обучения и контроля знаний обучающихся, информационные входы и выходы которого соединены со всеми элементами системы, функционирование которой основано на адаптируемых автоматизированных циклах обучения и контроля знаний с использованием формализованных знаний и опыта квалифицированных специалистов с применением текстово-графических процедур логики принятия решений специалистами (RU 2166211, G09B 19/00, 1999).

Однако известные устройства не могут быть использованы для комплексного индивидуального и/или группового обучения и подготовки инженерного и научного персонала сложных технических и технологических систем, предусматривающих участие в управлении такими системами человека.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является интерактивная автоматизированная система обучения, состоящая из модуля группового и индивидуального обучения, модуля процедурного тренажера и модуля вычислительной системы, выполненных автономными и соединенными между собой коммуникационными связями и информационными входами и выходами, при этом модуль группового обучения содержит блок инструктора с процессорным блоком и блоком отображения учебных программ, модуль индивидуального обучения выполнен на базе персональных компьютеров, а модуль процедурного тренажера выполнен в виде макета рабочего места управления (RU №2271040, G09B 9/00, 2004).

Указанная система не обеспечивает возможности обучения на едином учебно-производственном информационном поле и не может быть использована для комплексного группового и/или индивидуального обучения и переподготовки специалистов в условиях удаленности объекта обучения (например, такой технологической системы, как скважина) от субъектов, т.е. обучаемых, например, студентов и преподавателей высшего учебного заведения. Использование имитационной модели объекта изучения (процедурного тренажера) не позволяет достоверно воссоздать реальные сценарии изучаемого процесса, что отражается на качестве подготовки обучаемых.

Задачей описываемого изобретения является создание интерактивной автоматизированной системы обучения, позволяющей в режиме реального времени проводить комплексное групповое и/или индивидуальное обучение и тестирование обучаемых и специалистов сложным техническим системам в условиях реальных технико-технологических, горно-геологических, экологических и организационно-управленческих процессах, происходящих на сложных природно-технических комплексах, каковыми являются скважины, горные выработки, месторождения полезных ископаемых, строящиеся и эксплуатирующиеся без доступа человека, в условиях сильной анизотропии среды (горной породы) за счет включения в систему обучения мобильного модуля, который находится непосредственно на промысловом объекте и передает данные мониторинга в учебную аудиторию в режиме реального времени.

Поставленная задача достигается тем, что интерактивная автоматизированная система обучения содержит базу данных первичной информации об объекте, являющуюся входом системы, модули обработки параметрических данных, физических характеристик и механических свойств объекта, модуль моделирования динамических свойств объекта, модуль экономической оценки динамических свойств, модуль технологической оценки свойств объекта, модуль интегральной оценки и принятия решений и модуль визуализации итогового результата, являющийся выходом системы, при этом модуль обработки параметрических данных объекта состоит из последовательно соединенных блоков приема-передачи данных и обработки параметрических свойств, модуль обработки физических характеристик состоит из последовательно соединенных блоков приема-передачи данных и обработки физических свойств, модуль обработки механических свойств объекта состоит из последовательно соединенных блоков приема-передачи данных и обработки механических свойств, модуль моделирования динамических свойств состоит из двух последовательно соединенных блоков обработки динамических данных и визуализации и представления данных, модуль экономической оценки динамических свойств состоит из последовательно соединенных блоков приема-передачи данных и блока экономической оценки динамических данных, модуль технологической оценки свойств объекта состоит из последовательно соединенных блока приема-передачи и блока оценки динамических данных, модуль интегральной оценки и принятия решения содержит блок оценки параметрических и физических свойств объекта, блок визуализации и представления результатов оценки, блок сбора и представления информации о параметрических и физических свойствах, блок визуализации и представления информации о механических свойствах, блок оценки информации о механических свойствах, блок сбора и представления информации о механических свойствах, блок анализа экономической оценки динамических данных и блок представления технологической оценки динамических данных, причем выход базы данных первичной информации об объекте подключен к входу блока приема-передачи данных модуля обработки параметрических данных объекта, к двум другим входам которого подсоединены выход блока обработки динамических данных модуля моделирования динамических свойств объекта и выход блока оценки параметрических и физических свойств объекта модуля интегральной оценки и принятия решений, а выход блока приема-передачи данных модуля обработки параметрических данных объекта подключен к входу блока обработки параметрических свойств модуля обработки параметрических данных объекта, выходы которого подсоединены к входам блока оценки параметрических и физических свойств объекта модуля интегральной оценки и принятия решений и блоку приема-передачи данных модуля обработки физических характеристик объекта, выход последнего подключен к входу блока обработки физических свойств того же модуля, выход которого подключен ко второму входу блока оценки параметрических и физических свойств объекта модуля интегральной оценки и принятия решений, второй выход которого подключен к входу блока визуализации и представления результатов оценки, полученной блоком оценки параметрических и физических свойств того же модуля, выходы которого подсоединены к модулю визуализации итогового результата и блоку сбора и представления информации о параметрических и физических свойствах модуля интегральной оценки и принятия решений, выход которого подключен к входу блока обработки динамических данных модуля моделирования динамических свойств объекта, ко второму входу которого подключен выход блока сбора и представления информации о механических свойствах модуля интегральной оценки и принятия решений, к входу которого подключен один из выходов блока оценки информации о механических свойствах того же модуля, второй выход которого подключен к первому входу блока приема-передачи данных модуля обработки механических свойств объекта, второй вход которого соединен с модулем базы данных первичной информации об объекте, а выход - с входом блока обработки механических свойств модуля обработки механических свойств исследуемого объекта, выход которого подсоединен к входу блока визуализации и представления информации о механических свойствах модуля интегральной оценки и принятия решений, выходы которого подсоединены к блоку оценки информации о механических свойствах того же модуля и модулю визуализации итогового результата, входы которого подсоединены к выходам блоков анализа экономической оценки динамических данных, представления технологической оценки динамических данных модуля интегральной оценки и принятия решений и блоку визуализации и представления данных модуля моделирования динамических свойств объекта, второй выход блока визуализации и представления данных модуля моделирования динамических свойств объекта подключен к входам блоков приема-передачи данных модулей экономической оценки динамических свойств и технологической оценки свойств объекта, выходы блоков экономической оценки динамических данных и технологической оценки динамических данных модулей экономической оценки динамических свойств и технологической оценки свойств объекта подключены к входам блоков анализа экономической оценки динамических данных и представления технологической оценки динамических данных модуля интегральной оценки и принятия решений, выходы блока анализа экономической оценки динамических данных подключены к блоку обработки динамических данных модуля моделирования динамических свойств исследуемого объекта и к модулю визуализации итогового результата, к которому подключен выход блока представления технологической оценки динамических данных, а выход модуля визуализации итогового результата подключен к модулю базы данных первичной информации об исследуемом объекте.

Предлагаемая система изображена на прилагаемом чертеже. Система содержит: базу данных первичной информации об исследуемом объекте 1, модуль обработки параметрических данных объекта 2, модуль обработки физических характеристик объекта 3, модуль обработки механических свойств объекта 4, модуль моделирования динамических свойств объекта 5, модуль экономической оценки динамических свойств 6, модуль технологической оценки свойств объекта 7, модуль интегральной оценки и принятия решений 8, модуль визуализации итогового результата 9.

Модуль 2 состоит из блока приема-передачи данных 10 и блока обработки параметрических свойств 11.

Модуль 3 состоит из блока приема-передачи данных 12 и блока обработки физических свойств 13.

Модуль 4 состоит из блока приема-передачи данных 14 и блока обработки механических свойств 15.

Модуль 5 состоит из блока обработки динамических данных 16 и блока визуализации и представления данных 17.

Модуль 6 состоит из блока приема-передачи данных 18 и блока экономической оценки динамических данных 19.

Модуль 7 состоит из блока приема-передачи данных 20 и блока технологической оценки динамических данных 21.

Модуль 8 содержит: блок оценки параметрических и физических свойств объекта 22, блок визуализации и представления результатов оценки 23, блок сбора и представления информации о параметрических и физических свойствах 24, блок визуализации и представления информации о механических свойствах 25, блок оценки информации о механических свойствах 26, блок сбора и представления информации о механических свойствах 27, блок анализа экономической оценки динамических данных 28, блок представления технологической оценки динамических данных 29.

Работа предлагаемой интерактивной системы обучения показана на примере задачи создания проектного документа разработки месторождения углеводородов группой специалистов нефтегазового профиля, в которой задействованы следующие специалисты: специалист по геологическому моделированию (геолог), геофизик, специалист по проектированию строительства скважин (буровик), специалист по гидродинамическому моделированию (разработчик), технолог по добыче нефти (технолог), специалист по экономическому анализу (экономист).

Модуль 2 моделирует действия геолога, модуль 3 - геофизика, модуль 4 - буровика, модуль 5 - разработчика, модуль 6 - экономиста, модуль 7 - технолога. Модуль 8 является интегрированной мультиспециализированной средой принятия решений, модуль 9 является конечным результатом работы команды специалистов, в рассматриваемом примере таким результатом является проектный документ на разработку месторождения, модуль 1 является базой данных исходной информации по месторождению.

Информация, содержащаяся в базе данных, поступает геологу (модуль 2) и буровику (модуль 4). Геолог производит сортировку данных (блок 10), загружает данные в специальное ПО (программное обеспечение), предназначенное для геологического моделирования залежей углеводородов, проводит корреляцию данных (блок 11), после чего отдает данные по кровле и подошве пластов геофизику (модуль 3), который после приема информации так же проводит ее сортировку и анализ (блок 12), после чего проводит построение петрофизической модели пласта: получает необходимые зависимости физических свойств пластов, определяет подсчетные параметры исследуемого месторождения и значение коэффициента проницаемости (блок 13). В это самое время геолог продолжает работу и создает структурную модель пластов месторождения. После того как работа геофизика произведена, он передает полученные данные в модуль геолога посредством блока 22, в котором происходит совместное согласование данных, принимается решение о верности или неверности полученных данных. Переданные геофизиком данные из блока 22 переходят в модуль геолога (модуль 2) в блок 10, где опять проходят необходимую сортировку, после чего геолог строит схему обоснования ВНК (водонефтяного контакта) и до конца достраивает трехмерную геологическую модель месторождения УВ (углеводородов) (блок 11). После окончания работы геолога и геофизика они передают свои данные на повторное согласование между собой (блок 22), за тем оформляют промежуточный результат (блок 23). Данные промежуточного результата сортируются совместно тремя специалистами - геологом, геофизиком, разработчиком (блок 24).

Параллельно с работой геолога и геофизика происходит работа буровика, который на основе полученных из модуля 1 данных после сортировки и первичной обработки данных по упругости и механической устойчивости горной породы (блоки 14, 15) получает необходимые для разработчика данные по возможным темпам разбуривания площади месторождения, полученные данные буровик оформляет (блок 25) и согласовывает с разработчиком (блок 26), если полученные данные удовлетворяют разработчика, он совместно со специалистом по бурению проводит их сортировку (блок 27). В случае если полученные данные буровиком не устраивают по каким-либо причинам разработчика, он возвращает их на доработку.

После того как разработчик получает данные от геолога и геофизика (блок 24), а так же от буровика (блок 27), он проводит гидродинамическое моделирование, строит трехмерную гидродинамическую модель месторождения (блок 16). Результаты моделирования разработчик оформляет в виде промежуточного результата и передает экономисту и технологу. Экономист проводит систематизацию и упорядочивание полученной информации (блок 18), после чего проводит экономические расчеты предложенных вариантов разработки месторождения (блок 19). Полученные экономические расчеты обсуждаются с разработчиком (блок 28), и в случае удовлетворительной совокупности экономических и технологических показателей данные по экономике и гидродинамике поступают в модуль 9, если результаты совместной работы экономиста и разработчика оказываются неудовлетворительными, то разработчик рассчитывает вариант разработки с учетом совместно выработанных замечаний, и затем так же передает полученные данные технологу и экономисту. Технолог же принимает информацию от разработчика (блок 20), производит подбор внутрискважинного оборудования под рассчитанную динамику показателей разработки месторождения и передает полученный результат в модуль 9.

В процессе выполнения гидродинамических расчетов могут возникнуть непредвиденные сложности в адаптации модели к истории разработки месторождения, в таком случае разработчик передает информацию по расхождениям фактических данных и расчетных данных геологу (модуль 2, блок 10) для исправления геологом выявленных неточностей.

Каждый специалист результат своей работы передает в модуль 9, в результате чего формируется окончательный результат совместной работы специалистов. В данном примере таковым результатом является проектный документ разработки залежей УВ.

Интерактивная автоматизированная система обучения, характеризующаяся тем, что она содержит базу данных первичной информации об объекте, являющуюся входом системы, модули обработки параметрических данных, физических характеристик и механических свойств объекта, модуль моделирования динамических свойств объекта, модуль экономической оценки динамических свойств, модуль технологической оценки свойств объекта, модуль интегральной оценки и принятия решений и модуль визуализации итогового результата, являющийся выходом системы, при этом модуль обработки параметрических данных объекта состоит из последовательно соединенных блоков приема-передачи данных и обработки параметрических свойств, модуль обработки физических характеристик состоит из последовательно соединенных блоков приема-передачи данных и обработки физических свойств, модуль обработки механических свойств объекта состоит из последовательно соединенных блоков приема-передачи данных и обработки механических свойств, модуль моделирования динамических свойств состоит из двух последовательно соединенных блоков обработки динамических данных и визуализации и представления данных, модуль экономической оценки динамических свойств состоит из последовательно соединенных блоков приема-передачи данных и блока экономической оценки динамических данных, модуль технологической оценки свойств объекта состоит из последовательно соединенных блока приема-передачи и блока оценки динамических данных, модуль интегральной оценки и принятия решения содержит блок оценки параметрических и физических свойств объекта, блок визуализации и представления результатов оценки, блок сбора и представления информации о параметрических и физических свойствах, блок визуализации и представления информации о механических свойствах, блок оценки информации о механических свойствах, блок сбора и представления информации о механических свойствах, блок анализа экономической оценки динамических данных и блок представления технологической оценки динамических данных, причем выход базы данных первичной информации об объекте подключен к входу блока приема-передачи данных модуля обработки параметрических данных объекта, к двум другим входам которого подсоединены выход блока обработки динамических данных модуля моделирования динамических свойств объекта и выход блока оценки параметрических и физических свойств объекта модуля интегральной оценки и принятия решений, а выход блока приема-передачи данных модуля обработки параметрических данных объекта подключен к входу блока обработки параметрических свойств модуля обработки параметрических данных объекта, выходы которого подсоединены к входам блока оценки параметрических и физических свойств объекта модуля интегральной оценки и принятия решений и блоку приема-передачи данных модуля обработки физических характеристик объекта, выход последнего подключен к входу блока обработки физических свойств того же модуля, выход которого подключен ко второму входу блока оценки параметрических и физических свойств объекта модуля интегральной оценки и принятия решений, второй выход которого подключен к входу блока визуализации и представления результатов оценки, полученной блоком оценки параметрических и физических свойств того же модуля, выходы которого подсоединены к модулю визуализации итогового результата и блоку сбора и представления информации о параметрических и физических свойствах модуля интегральной оценки и принятия решений, выход которого подключен к входу блока обработки динамических данных модуля моделирования динамических свойств объекта, ко второму входу которого подключен выход блока сбора и представления информации о механических свойствах модуля интегральной оценки и принятия решений, к входу которого подключен один из выходов блока оценки информации о механических свойствах того же модуля, второй выход которого подключен к первому входу блока приема-передачи данных модуля обработки механических свойств объекта, второй вход которого соединен с модулем базы данных первичной информации об объекте, а выход с входом блока обработки механических свойств модуля обработки механических свойств исследуемого объекта, выход которого подсоединен к входу блока визуализации и представления информации о механических свойствах модуля интегральной оценки и принятия решений, выходы которого подсоединены к блоку оценки информации о механических свойствах того же модуля и модулю визуализации итогового результата, входы которого подсоединены к выходам блоков анализа экономической оценки динамических данных, представления технологической оценки динамических данных модуля интегральной оценки и принятия решений и блоку визуализации и представления данных модуля моделирования динамических свойств объекта, второй выход блока визуализации и представления данных модуля моделирования динамических свойств объекта подключен к входам блоков приема-передачи данных модулей экономической оценки динамических свойств и технологической оценки свойств объекта, выходы блоков экономической оценки динамических данных и динамических свойств и технологической оценки свойств объекта подключены к входам блоков анализа экономической оценки динамических данных и представления технологической оценки динамических данных модуля интегральной оценки и принятия решений выходы блока анализа экономической оценки динамических данных подключены к блоку обработки динамических данных модуля моделирования динамических свойств исследуемого объекта и к модулю визуализации итогового результата, к которому подключен выход блока представления технологической оценки динамических данных, а выход модуля визуализации итогового результата подключен к модулю базы данных первичной информации об исследуемом объекте.