Комплексный рекурсивно-идентификационный тренажер (крит-1) для подготовки эксплуатационного персонала энергообъекта

Авторы патента:

G09B9/00 - Учебные модели или тренажеры (для оружейного дела F41; вычислительные устройства G06)

Владельцы патента RU 2684886:

Акционерное общество "Тренажеры электрических станций и сетей" (RU)

Изобретение относится к средствам подготовки оперативного персонала энергетического оборудования, а также персонала, выполняющего ремонт и техобслуживание технологического оборудования. Устройство подготовки представляет собой рассредоточенную информационно-управляющую систему тренинга. Устройство содержит группу рабочих мест тренинга оперативного и неоперативного персонала, соединенных с соответствующими входами соответствующих сетевых коммутаторов, несколько ЭВМ разного рода, соединенных с блоками системы. Дополнительно устройство содержит блоки передатчика прерывателя и вариатора, блоки анализатора и корректора, блоки интегратора и ограничителя допусков. Результаты моделирования поступают из модуля обработки и коммутации моделирования в основной сетевой коммутатор, далее в блок передатчик-прерыватель, после попадают в вариатор. Результаты функционирования объекта управления, собираемые АСУТП объекта управления, поступают в блок передатчик-прерыватель и передаются на вход анализатора. Измененные результаты моделирования подаются с вариатора. Результаты анализа подаются в блоки корректора и интегратора и через ограничитель допусков подаются обратно в блок корректора. Корректор на основе данных на входах выдает корректирующие импульсы в блок управления моделью. Повышается эффективность подготовки. 1 ил.

Большое значение в новой современной методологии моделирования придается методике агрегирования грубых моделей. Основная идея агрегирования грубых (аналитических) моделей состоит в том, что начальное синтаксическое и семантическое содержание отдельных подсистем объекта моделирования объединяется (агрегируется) в одну сложную систему с целью определения в дальнейшем интегральных свойств агрегированной модели при ее адаптации, отличных от индивидуальных свойств отдельных подсистем.

Аналитическая модель - это, в общем случае, в энергетике - формула, представляющая математическую зависимость тепловых, гидравлических, аэродинамических, механических, электротехнических и химических процессов в объекте моделирования, показывающая, что выходы модели находятся в функциональной зависимости от входов.

Основанием каждой модели, таким образом, является более или менее развитая теория объекта моделирования (аналитическая модель); эта теория укладывается в синтаксически установленные рамки, в концепцию системы, положенную в основу конкретного построения модели.

Системная концепция фиксирует общие рамки модели, иначе говоря, она определяет структуру модели. Конкретная форма модели, в которой она уподобляется объекту моделирования, получается благодаря тому, что экспериментальные (эмпирические) данные приводят форму модели в соответствие с объектом, то есть для параметров модели, ее степеней свободы шаг за шагом устанавливаются все более достоверные знания. В этом смысле каждая разработанная модель выражает компромисс между теорией и практикой, теоретическими познаниями и эмпирическими данными.

С точки зрения адекватности модели исходному объекту указанный подход гарантирует не только уменьшение избыточности при грубом аналитическом моделировании, но и такой синтаксис, то есть описание отношений между согласованными величинами в виде алгоритмов и формул модели, и такую семантику модели, то есть соответствие входных и выходных величин и состояний реальному объекту, при котором ее поведение будет адекватным поведению реального объекта.

Применительно к энергетике противоречие семантического содержания аналитической модели и эмпирическими фактами выглядит следующим образом. Современные энергообъекты, рассматриваемые как объект моделирования, в большинстве своем нестационарны, нелинейны, многомерны, со многими внутренними обратными связями, невелика или отсутствует вовсе априорная информация о форме и степени взаимосвязи между переменными в динамике в реальных условиях эксплуатации. Это значительно усложняет получение их адекватного математического описания. Использование разработчиком модели для этой цели априорной информации, которая имеется, например, в распоряжении конструктора (физические, химические, механические закономерности, нормативные документы) в большинстве случаев вызывает затруднения. Это определяется следующим.

Закономерности (уравнения кинетики, тепломассообмена, материального баланса и пр.) при эксплуатации энергообъекта значительно искажаются, т.е. изменяется форма и степень связи между переменными из-за изменения масштабов процесса, влияния помех, шумов различного рода, отклонения от идеальных условий.

Кроме того, математическая модель должна включать одновременное влияние на выходную переменную всех входных параметров: однако это уравнение не может быть получено из уравнений зависимостей выходной переменной от каждого из входных параметров, тем более, что для реальных тепловых, электрических и химических процессов все переменные по своей природе стохастические.

Для преодоления указанных противоречий и проблем и создаются так называемые имитационные модели, которые с позиций классификации представляют некоторый симбиоз материальной и идеальной модели. То есть имитационную модель формально можно представить себе как идеальную (знаковую) модель, соединенную с материальным объектом (компьютером) и выраженную в виде программного обеспечения. Причем существенным признаком имитационной модели является способность ее к адаптации, то есть способность к преодолению противоречий между теоретическими познаниями и эмпирическими данными путем верификации и валидации. Естественно, что в таких условиях использование всей априорной информации практического изучения реальных процессов значительно ускоряет процесс получения модели. Результаты промышленных экспериментов, оказываются существенными при определении синтаксиса и семантики модели, то есть при решении задач выбора структуры модели, оценки параметров, стационарности, линейности, выбора информативных переменных, оценки степени адекватности модели реальному объекту и т.д.

Современное, имитационное моделирование промышленных объектов (физико-статистическая идентификация) включает в себя два подхода: физико-технологический (аналитический) и функционально-статистический (верификация и валидация).

Концепция физико-статистического подхода к анализу технологических объектов заключается в том, что структура модели исследуемого объекта должна быть сформирована на основе физико-технологического анализа причинно-следственных связей переменных объекта и возмущении внешней среды, а оценка параметров модели и корректировка структуры должна проводиться статистическими методами по конкретным данным функционирования технологического объекта. Концепция этого подхода определяет основную сторону методологии в постановке и решении всех задач моделирования энергообъектов для тренажеростроения.

Что же касается окончательной идентификации модели, то в этом смысле системный парадокс оперативной (тренажерной) модели объекта состоит в том, что принципиально невозможно сформировать критерий приближения к реальному объекту его модели, синтезируемой по реакциям объекта на управляемые и неуправляемые воздействия, если неизвестны эти реакции.

Таким образом, формирование критерия приближения модели тренажера к объекту можно реализовать только путем организации специальных рекурсивных экспериментальных процедур для определения реакций объекта на управляемые и неуправляемые воздействия, а именно, верификации - для корректировки структуры модели (синтаксис), и валидации для корректировки параметров модели (семантика).

Прототипом заявленного технического решения является устройство подготовки эксплуатационного персонала энергетического оборудования, известное из патента RU 2611669 С1 (опублик. 28.02.2017). Устройство подготовки эксплуатационного персонала энергетического оборудования представляет собой рассредоточенную информационно-управляющую систему тренинга, содержащее группу рабочих мест тренинга оперативного персонала, группу рабочих мест тренинга неоперативного персонала, соединенных с соответствующими входами соответствующих сетевых коммутаторов, ЭВМ расчета модели оборудования, ЭВМ рабочего места управления тренингом, соединенных с соответствующими входами основного коммутатора, соединенного с остальными сетевыми коммутаторами, отличающееся тем, что дополнительно содержит ЭВМ базы данных автоматизированной системы управления технологических процессов (АСУТП), соединенную с блоками моделирования и основным коммутатором, ЭВМ базы данных предупредительной сигнализации, соединенную с блоком предупредительной сигнализации и с основным коммутатором, блок ранней диагностики аварийной ситуации, соединенный с модулями обработки и коммутации результатов моделирования и блоками управления моделью и блоком учебно-методического обеспечения, блок предварительной индексации качества топлива, соединенный с модулем защит и блокировок, базой данных АСУТП и блоком управления моделью, блок обучения персонала техобслуживания и ремонта, соединенный с блоком управления моделью и модулем обработки и коммутации результатов моделирования, модуль телефонных переговоров, соединенный с блоком учебно-методического обеспечения и модулем обработки и коммутации результатов моделирования, соединенным посредством сети коммутаторов с рабочими местами тренинга технического и ремонтного персонала, блок моделирования аварийных ситуаций, соединенный с блоком обработки и коммутации результатов моделирования и модулем защит и блокировок, модуль защит и блокировок, соединенный с модулем моделирования аварийных ситуаций и модулями теплотехнического, тепломеханического, гидравлического, аэродинамического, электротехнического моделирования и модулем моделирования химводоочистки, которые соединены с базой данных АСУТП и модулем обработки и коммутации результатов моделирования, модуль пошаговых программ, соединенный с модулями обработки и коммутации результатов моделирования и блоком управления моделью.

Недостатками прототипа является то, что на представленном в качестве прототипа устройстве невозможно проводить рекурсивную структурную и/или параметрическую идентификацию, а именно:

- периодическую итерационную структурную (синтаксическую) верификацию модели технологического объекта;

- и/или периодическую итерационную параметрическую (семантическую) валидацию модели технологического объекта тренажера.

Техническим результатом заявленного устройства является повышение эффективности подготовки эксплуатационного персонала энергетического оборудования путем увеличения точности (степени адекватности) моделирования реального объекта управления.

Технический результат достигается посредством устройства позволяющего производить настройку модели реального объекта управления, и представляющего собой набор блоков для рекурсивной идентификации, соединенных с соответствующими входами блока управления модели, и входами-выходами АСУТП реального объекта управления через основной сетевой коммутатор.

Таким образом, в схему прототипа предлагается включить блоки 32-37 обеспечивающие возможность проведения указанных операций (блоки рекурсивной идентификации). А именно: 32 - блок передатчика прерывателя, 33 - блок вариатора, 34 - блок анализатора, 35 - блок корректора, 36 - блок интегратора, 37 - блок ограничителя допусков. Результаты моделирования поступают из модуля обработки и коммутации моделирования 11 в основной сетевой коммутатор 10, далее в блок передатчик-прерыватель 32, после попадают в вариатор 33. Результаты функционировании объекта управления 39, собираемые АСУТП объекта управления 38, через основной сетевой коммутатор 10, поступают в блок передатчик-прерыватель 32 и передаются на вход анализатора 34. На второй вход анализатора 34, подаются измененные результаты моделирования с вариатора 33, результаты анализа подаются на вход блока корректора 35, и на вход интегратора 36, после чего на выход интегратора через ограничитель допусков 37 подаются на второй вход корректора 35. Корректор 35 на основе данных на входах выдает корректирующие импульсы в блок управления моделью 29, что производит необходимые изменения в процессе моделирования. Для прерывания процесса рекурсивной идентификации в блоке передатчика-прерывателя 32 предусмотрен механизм прерывания передачи результатов функционирования объекта управления на вход анализатора 34.

Устройство может функционировать в оперативном режиме, в режиме обучения или в режиме рекурсивной идентификации модели объекта управления. Этим обеспечивается возможность реализации комплексного системного подхода к профессиональной подготовке персонала на более адекватной, то есть рекурсивно идентифицированной модели оборудования.

На фигуре 1 показана техническая структура заявленного устройства:

поз. 1 - группу рабочих мест тренинга оперативного персонала,

поз. 2 - группу рабочих мест тренинга технического персонала,

поз. 3 - группу рабочих мест тренинга неоперативного персонала,

поз. 4 - группу рабочих мест ремонтного персонала,

поз. 5 - рабочее место управления тренингом (станция инструктора),

поз. 6-10 - сетевые коммутаторы,

поз. 11 - модуль обработки и коммутации результатов моделирования,

поз. 12 - модуль теплотехнического моделирования,

поз. 13 - модуль тепломеханического моделирования,

поз. 14 - модуль гидравлического моделирования,

поз. 15 - модуль аэродинамического моделирования,

поз. 16 - модуль электротехнического моделирования,

поз. 17 - модуль моделирования химводоочистки,

поз. 18 - модуль предупредительной сигнализации,

поз. 19 - модуль защит и блокировок,

поз. 20 - модуль пошаговых программ,

поз. 21 - модуль телефонных переговоров,

поз. 22 - модуль сценариев тренировок,

поз. 23 - блок ранней диагностики аварийной ситуации с масштабированием времени,

поз. 24 - блок предварительной индексации качества топлива,

поз. 25 - блок моделирования аварийных ситуаций,

поз. 26 - блок учебно-методического обеспечения УМО,

поз. 27 - блок обучения персонала техобслуживания и ремонта,

поз. 28 - ЭВМ базы данных АСУТП,

поз. 29 - блок управления моделью,

поз. 30 - ЭВМ расчета модели объекта (сервер),

поз. 31 - ЭВМ базы данных предупредительных сигнализаций,

поз. 32 - блок передатчика прерывателя,

поз. 33 - блок вариатора,

поз. 34 - блок анализатора,

поз. 35 - блок корректора,

поз. 36 - блок интегратора,

поз. 37 - блок ограничителя допусков,

поз. 38 - АСУТП объекта управления,

поз. 39 - объект управления.

Заявленное устройство подготовки эксплуатационного персонала энергетического оборудования представляет собой рассредоточенную информационно-управляющую систему тренинга, содержащее группу рабочих мест тренинга оперативного персонала, группу рабочих мест тренинга неоперативного персонала, соединенных с соответствующими входами соответствующих сетевых коммутаторов, ЭВМ расчета модели оборудования, ЭВМ рабочего места управления тренингом, соединенных с соответствующими входами основного коммутатора, соединенного с остальными сетевыми коммутаторами, отличающееся тем, что дополнительно содержит ЭВМ базы данных автоматизированной системы управления технологических процессов (АСУТП), соединенную с блоками моделирования и основным коммутатором, ЭВМ базы данных предупредительной сигнализации, соединенную с блоком предупредительной сигнализации и с основным коммутатором, блок ранней диагностики аварийной ситуации, соединенный с модулями обработки и коммутации результатов моделирования и блоками управления моделью и блоком учебно-методического обеспечения, блок предварительной индексации качества топлива, соединенный с модулем защит и блокировок, базой данных АСУТП и блоком управления моделью, блок обучения персонала техобслуживания и ремонта, соединенный с блоком управления моделью и модулем обработки и коммутации результатов моделирования, модуль телефонных переговоров, соединенный с блоком учебно-методического обеспечения и модулем обработки и коммутации результатов моделирования, соединенным посредством сети коммутаторов с рабочими местами тренинга технического и ремонтного персонала, блок моделирования аварийных ситуаций, соединенный с блоком обработки и коммутации результатов моделирования и модулем защит и блокировок, модуль защит и блокировок, соединенный с модулем моделирования аварийных ситуаций и модулями теплотехнического, тепломеханического, гидравлического, аэродинамического, электротехнического моделирования и модулем моделирования химводоочистки, которые соединены с базой данных АСУТП и модулем обработки и коммутации результатов моделирования, модуль пошаговых программ, соединенный с модулями обработки и коммутации результатов моделирования и блоком управления моделью, при этом содержит блок передатчика прерывателя, блок вариатора, блок анализатора, блок корректора, блок интегратора, блок ограничителя допусков, причем результаты моделирования поступают из модуля обработки и коммутации моделирования в основной сетевой коммутатор, далее в блок передатчик-прерыватель, после попадают в вариатор, результаты функционировании объекта управления, собираемые АСУТП объекта управления, через основной сетевой коммутатор, поступают в блок передатчик-прерыватель и передаются на вход анализатора, на второй вход анализатора, подаются измененные результаты моделирования с вариатора, результаты анализа подаются на вход блока корректора, и на вход интегратора, после чего на выход интегратора через ограничитель допусков подаются на второй вход корректора, корректор на основе данных на входах выдает корректирующие импульсы в блок управления моделью.

Устройство подготовки эксплуатационного персонала энергетического оборудования, представляющее собой рассредоточенную информационно-управляющую систему тренинга, содержащее группу рабочих мест тренинга оперативного персонала, группу рабочих мест тренинга неоперативного персонала, соединенных с соответствующими входами соответствующих сетевых коммутаторов, ЭВМ расчета модели оборудования, ЭВМ рабочего места управления тренингом, соединенных с соответствующими входами основного коммутатора, соединенного с остальными сетевыми коммутаторами, отличающееся тем, что дополнительно содержит ЭВМ базы данных автоматизированной системы управления технологических процессов (АСУТП), соединенную с блоками моделирования и основным коммутатором, ЭВМ базы данных предупредительной сигнализации, соединенную с блоком предупредительной сигнализации и с основным коммутатором, блок ранней диагностики аварийной ситуации, соединенный с модулями обработки и коммутации результатов моделирования и блоками управления моделью и блоком учебно-методического обеспечения, блок предварительной индексации качества топлива, соединенный с модулем защит и блокировок, базой данных АСУТП и блоком управления моделью, блок обучения персонала техобслуживания и ремонта, соединенный с блоком управления моделью и модулем обработки и коммутации результатов моделирования, модуль телефонных переговоров, соединенный с блоком учебно-методического обеспечения и модулем обработки и коммутации результатов моделирования, соединенным посредством сети коммутаторов с рабочими местами тренинга технического и ремонтного персонала, блок моделирования аварийных ситуаций, соединенный с блоком обработки и коммутации результатов моделирования и модулем защит и блокировок, модуль защит и блокировок, соединенный с модулем моделирования аварийных ситуаций и модулями теплотехнического, тепломеханического, гидравлического, аэродинамического, электротехнического моделирования и модулем моделирования химводоочистки, которые соединены с базой данных АСУТП и модулем обработки и коммутации результатов моделирования, модуль пошаговых программ, соединенный с модулями обработки и коммутации результатов моделирования и блоком управления моделью, отличающееся тем, что содержит блок передатчика прерывателя, блок вариатора, блок анализатора, блок корректора, блок интегратора, блок ограничителя допусков, при этом результаты моделирования поступают из модуля обработки и коммутации моделирования в основной сетевой коммутатор, далее в блок передатчик-прерыватель, после попадают в вариатор, результаты функционировании объекта управления, собираемые АСУТП объекта управления, через основной сетевой коммутатор поступают в блок передатчик-прерыватель и передаются на вход анализатора, на второй вход анализатора подаются измененные результаты моделирования с вариатора, результаты анализа подаются на вход блока корректора и на вход интегратора, после чего на выход интегратора через ограничитель допусков подаются на второй вход корректора, корректор на основе данных на входах выдает корректирующие импульсы в блок управления моделью.

Изобретение относится к способу обучения на тренажерах, а именно к обучению действиям при идентификации неизвестных деталей из ядерного материала. В начале обучения составляют базу данных реально существующих деталей из ядерного материала с описанием их геометрической формы и размеров и изготавливают имитаторы деталей, описанных в базе данных.

Способ обучения и контроля учащихся основам мехатроники с использованием комплекта учебного оборудования для монтажа, наладки и эксплуатации мехатронных систем // 2678632

Настоящее изобретение относится к области образования, более конкретно к способам обучения с помощью обучающих устройств, а именно технических средств для изучения структуры, принципов построения и основной элементной базы автоматических линий и мехатронных систем и контроля за обучением.

Тренажер для оценки работоспособности человека // 2675126

Изобретение относится к тренажерам для оценки работоспособности горнорабочих, включенных в изолирующий дыхательный аппарат, в период возникновения аварийной ситуации и организации эвакуации подземного персонала из аварийной зоны на поверхность.

Тренажер для отработки навыков взаимодействия операторов средств ближнего боя // 2671460

Предлагаемое изобретение относится к области военной техники, а точнее к средствам отработки практических навыков взаимодействия операторов и наводчиков различных систем вооружения при имитации ближнего боя при стрельбе прямой наводкой.

Система и способ управления виртуальным объектом // 2670351

Группа изобретений относится к устройствам ввода данных посредством усилий пользователя в системах симуляции виртуальной реальности. Система содержит систему растяжек для закрепления физического тела так, что она способна удерживать тело в положении устойчивого равновесия с возможностью вращения тела вокруг как минимум одной оси, проходящей вблизи от его центра масс.

Пункт управления занятиями по подготовке боевых расчетов зенитного ракетного комплекса // 2662379

Изобретение относится к техническим средствам обучения и является средством информационного обеспечения руководителя занятия с боевыми расчетами зенитного ракетного комплекса (ЗРК) в системе поддержки принятия его решения о качестве их подготовки.

Способ имитационного статистического моделирования локомотивной интегрированной системы навигации // 2658509

Способ относится к области имитационного статистического моделирования локомотивных систем навигации. Система, реализующая способ, включает индикатор для отображения статических характеристик, имитационный модуль для формирования выходной информации навигационных измерителей, навигационный модуль для реализации алгоритмом комплексной обработки навигационной информации и связывающий их модуль интерфейса.

Тренажерный комплекс для подготовки судоводителей // 2657708

Изобретение относится к области информационно-коммуникационных технологий, а именно к оборудованию, обеспечивающему подготовку судоводителей. Комплексный тренажер содержит подготовленные упражнения, установленные на компьютере, который назначен пультом управления инструктора.

Способ автоматизированного конфигурирования имитационных моделей беспилотных летательных аппаратов и устройство для его реализации // 2656981

Группа изобретений относится к способу и системе для автоматизированного конфигурирования имитационных моделей беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Для осуществления способа предварительно задают описание всех подлежащих конфигурированию элементов имитационной модели и преобразуют их на языке программирования высокого уровня, осуществляют хранение исходного кода и его транслирование в машинный код.

Тренажер покидания тонущего вертолета // 2655570

Изобретение относится к учебно-тренировочным средствам по подготовке экипажа и кабинного состава вертолета к действиям, необходимым для выживания в особых (аварийных и катастрофических) ситуациях, которые в силу различных причин могут возникнуть при полетах над водной поверхностью различных акваторий, в том числе над штормовым морем.

Способ и система предоперационного моделирования хирургической процедуры // 2685961

Группа изобретений относится к области медицины и предназначено для предоперационного планирования и проведения тренировочной хирургической операции, а именно лапароскопической нефрэктомии, с использованием трехмерной модели пациента, сгенерированной по данным исследования пациента. Предложен способ, характеризующийся тем, что: получают данные, содержащие информацию об исследовании пациента с применением контрастного вещества; выделяют и определяют из этих данных путем фильтрации массива данных исследования в диапазоне плотностей, соответствующих кровеносным сосудам, следующие параметры: расположение, траекторию и размер магистральных кровеносных сосудов и групп сосудов, омывающих органы брюшной полости пациента; на основании полученных на предыдущем шаге параметров создают карту кровеносных сосудов пациента; на основании карты кровеносных сосудов пациента создают карту брюшной полости пациента путем соотнесения расположения, траектории и размера магистральных кровеносных сосудов и групп сосудов, омывающих органы брюшной полости пациента, с координатами, размером и ориентацией органов в пространстве брюшной полости пациента; на основании созданной на предыдущем шаге карты брюшной полости пациента создают трехмерную модель брюшной полости пациента путем масштабирования шаблонной трехмерной модели пациента; передают и используют созданную на предыдущем шаге трехмерную модель брюшной полости пациента для последующего моделирования тренировочной хирургической операции. Также предложена система, содержащая: по крайней мере, одно устройство обработки команд; по крайней мере, одно устройство хранения данных; одну или более компьютерных программ, загружаемых в, по крайней мере, одно вышеупомянутое устройство хранения данных и выполняемых на, по крайне мере, одном из вышеупомянутых устройств обработки команд, при этом одна или более компьютерных программ содержат инструкции для выполнения способа. Также предложен машиночитаемый носитель данных, содержащий исполняемые одним или более процессором машиночитаемые инструкции, которые при их исполнении реализуют выполнение способа предоперационного моделирования хирургической процедуры. Группа изобретений обеспечивает планирования и репетиции хирургической операции лапароскопии, также данное техническое решение позволяет более точно провести тренировочную сессию для обучаемых хирургов. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.