При эксплуатации сложных инженерных объектов, таких как нефтегазодобывающие платформы, корабли и подводные аппараты, особенно важно обеспечить безопасность их жизнедеятельности. Мировой опыт подсказывает, что даже при применении высоконадежных современных технических средств и технологических регламентов на данных объектах периодически возникают аварии, вызванные недостатками в проектировании и при постройке, отказами устройств управления [1], человеческим фактором [2]. Совершенствование навыков по использованию разнообразных спасательных и технических средств по борьбе с аварийными ситуациями осуществляется в специализированных учебных центрах.

Для успешной борьбы за живучесть (БЗЖ), представляющей комплекс мер, направленных на предотвращение возникновения и развития аварийных ситуаций, необходима подготовка специалистов в вопросах эвакуации с аварийного объекта, использования индивидуальных и коллективных спасательных средств и средств защиты, способов локализации и ликвидации пожаров, борьбы с затоплением и другими аварийными ситуациями.

Тренажеры БЗЖ

Для подготовки специалистов к осуществлению БЗЖ применяется полный спектр современных средств подготовки, важное место среди которых занимают тренажеры. Использование трена- жеров обусловлено целым рядом их преимуществ по сравнению с другими средствами, например, меньшая стоимость эксплуатации, более высокая педагогическая эффективность [3], возможность отработки реальных навыков и умений.

Тренажер может быть выполнен в виде натурного макета, обеспечивающего создание опасных условий с помощью различных технических средств. Обычно натурный макет размещается в отраслевых специализированных учебных центрах подготовки персонала [4, 5]. Натурные макеты занимают большие пространства, но именно с их помощью обучаемый помещается непосредственно в опасную среду, где борется с реальным пожаром различными средствами пожаротушения, выполняет действия по заделыванию пробоин и борьбе с поступающей водой, облачается в спасательное снаряжение и выполняет операции на глубине.

В современных тренажерах широкое применение находят новые информационные технологии и средства вычислительной техники. Базовым в них является понятие рабочего места обучаемого (РМО), обеспечивающего развитие перцептивных навыков обучаемых. РМО может быть создано в различных вариантах, например в физическом исполнении, полностью соответствующем реальному пульту управления штатной системы, либо в виде высококачественной имитации внешнего вида приборов и устройств на экране монитора ПЭВМ [3, 6].

Внимание обучаемого замыкается на средствах РМО, а все остальное окружение, имеющее место в реальном мире, подменяется информацией, со- здаваемой средствами вычислительной техники на основе имитационных моделей [2].

Эволюцией предложенной концепции РМО является переход от формирования перцептивных навыков на базе внешних образов к развитию абстрактного интеллектуального мышления на базе общего представления об устройстве обслуживаемых систем. Развитие интеллектуальных навыков осуществляется путем предоставления обучаемому информации о системе в виде блок-схемы. Данный подход нашел свое отражение в комплексном тренажере подготовки к борьбе за живучесть корабля [7], в котором на базе локальной вычислительной сети и комплекса ПЭВМ обеспечивается подготовка экипажей кораблей.

Комплексный тренажер объединяет в себе двумерное представление состояния оборудования бортовых систем с адекватной имитационной моделью функционирования, на базе которых возможна отработка аварийных ситуаций, связанных с возникновением и развитием пожара, поступлением забортной воды и прорывом труб системы воздуха высокого давления. Ситуационное моделирование развития аварии характеризуется общей непредсказуемостью, что погружает обучаемого в состояние эмоциональной напряженности [3], заставляет принимать решения о применении средств БЗЖ в условиях дефицита времени. По результатам работы обучаемого на основе адекватной имитационной модели дается ответ на вопрос о своевременности и эффективности выполненных действий, выражающийся в прекращении развития аварийной ситуации или переходе ее в более усугубленную фазу [8].

В последнее время разработчики тренажерной техники особое внимание уделяют системам виртуальной реальности (СВР), в использовании которых видится решение многих проблем тренажеростроения [2, 6]. Например, фирма Kongsberg, являющаяся одним из ведущих мировых производителей тренажерных систем, на базе ПЭВМ в виртуальной форме смоделировала машинное отделение реального гражданского судна. Система позволяет поворачивать маховики, считывать показания измерительных приборов, перемещаться в смежные помещения, выполнять иные действия, предусмотренные инструкцией по управлению техническими устройствами. Другим примером использования СВР является компьютерный интерактивный тренажер по обслуживанию корабельного оборудования [9], в котором средствами 3D-графики представляется рабочее пространство с расположенным в нем оборудованием. Стены помещений сделаны с переменной прозрачностью, что позволяет получить обзор всего пространства и обеспечить отработку навыков по обслуживанию бортовых систем корабля.

В статье предлагается реализация автоматизированного РМО в составе комплексных и специа- лизированных тренажеров по обеспечению БЗЖ на базе СВР [10]. Такой подход позволит соединить в одном тренажерном средстве обучение способам борьбы с аварийными ситуациями и управлению бортовым оборудованием в условиях развития аварии. Предлагается с помощью современных средств ввода управляющих воздействий устранить такой недостаток современных РМО на базе СРВ, как слабая или интуитивно неясная интерактивность с объектами виртуальной среды, а также расширить использование СВР на все бортовое оборудование управляемого объекта и снять ограничение области рабочего пространства одним помещением, позволив отрабатывать такие элементы тренировки, как изменяющиеся рубежи обороны при борьбе с аварийной ситуацией.

Автоматизированное обучение БЗЖ

Основная суть заключается в объединении механизмов развития перцептивных и интеллектуальных навыков. Обучаемому средствами интерактивной трехмерной графики дается визуальная информация о состоянии окружающего оборудо- вания. В качестве РМО могут выступать любые замкнутые и открытые пространства произвольных размеров и конфигурации, поскольку возможности СВР не ограничивают в этом разработчиков тренажера. Вопрос может стоять только в точности и качестве моделирования окружающего пространства, а оно задается с высокой степенью соответствия реальному рабочему пространству. Оборудование виртуального окружения имеет органы индикации и управления, такие как кнопки, тумблеры, регуляторы [11], которые отображают состояние моделируемого оборудования согласно данным имитационной модели (рис. 1).

В виртуальной среде обучаемый может осуществлять управляющие воздействия на окружающее оборудование и получать адекватную реакцию на свои воздействия в виде изменения состояния органов управления. Интерфейс человеко-машинного взаимодействия зависит от уровня реализации СВР, может базироваться на стандартных средствах ввода, таких как клавиатура, мышь, джойстик, или иметь более сложные средства виртуального взаимодействия, такие как перчатка данных с СВР в стереорежиме [12].

Виртуальная среда обеспечивает воспроизведение акустической обстановки и моделирование визуальных эффектов физических явлений, таких как дым, пламя, бьющие струи воды и водная поверхность [13]. Проявление тех или иных явлений осуществляется на основании данных имитационной модели развития аварийной ситуации, которая по команде руководителя тренировки отрабатывает требуемый план возникновения и развития аварии. При достижении имитационной моделью некоторых критичных значений в виртуальном пространстве начинают проявляться адекватные развива- ющейся аварийной ситуации аудиовизуальные образы. Например, появляется шум поступающей забортной воды от бьющей из пробоины струи воды или задымление окружающего пространства с появлением открытого пламени на горящем оборудовании (рис. 2).

Имитационная модель развития аварийной ситуации учитывает влияние вредных факторов развития аварии на виртуальную сущность обучаемого и рассчитывает наносимый ущерб здоровью. Проявление воздействий опасных факторов выражается в демонстрации обучаемому соответствующих аудиовизуальных образов. Например, при удушье продуктами горения система воспроизводит биение в звуковом и потемнение в визуальном канале ощущений, а при переохлаждении имити- руется дрожь визуального канала целиком. Таким образом, поиск и применение средств индивидуальной или групповой защиты при отработке задач БЗЖ является одним из главных факторов выживания и успешного завершения мероприятий по ликвидации аварии.

На основе данных, поступающих из имитационной модели развития аварийной ситуации, СВР воспроизводит аудиовизуальные образы предаварийной и аварийной ситуаций. Задачами обучаемого являются поиск источника аварии, правильная оценка обстановки, применение средств индивидуальной защиты, выбор способа локализации и ликвидации аварии, принятие решения об эвакуации.

На основе принятого в используемой СВР механизма человеко-машинного взаимодействия обучаемый выполняет операции по заделыванию пробоины и ликвидации возгорания выбранным им средством (рис. 3).

Имитационная модель развития аварии принимает информацию о действиях обучаемого, изменяет параметры моделируемой аварии, замедляя процесс развития в случае успешных действий или продолжая его в противном случае. По результатам тренировки руководитель может оценить деятельность обучаемого в виртуальной среде по общему признаку ликвидации им возникшей аварии или по детальному протоколу действий, совершенных за время тренировки.

Применение автоматизированного обучения персонала на основе использования 3D-графики [10] позволяет привить обучаемому первоначальные практические навыки по ликвидации последствий аварий на рабочем месте, закрепить в его сознании последовательность действий, необходимых для обеспечения собственной безопасности и безопасности технологических объектов, на которых он должен осуществлять свою деятельность.

Подытоживая, отметим, что в статье дается обзор современных средств обеспечения подготовки персонала к БЗЖ и предложен вариант использования РМО на основе 3D-графики, который был реализован в составе комплексного тренажера для обучения экипажа корабля по заданию ЦКБ МТ «Рубин» (г. Санкт-Петербург).

Литература

1.     Караев Р.Н., Разуваев В.Н. Безопасность жизнедеятельности, аварийно-спасательная и противопожарная подготовка персонала нефтяных платформ // Морской вестн. 2010. № 1 (33). С. 47–50.

2.     Ковтун Л.И., Поляков В.Н., Семенов С.В. Человеческий фактор и техногенные аварии на кораблях // Судостроение. 2003. № 5. С. 11–16.

3.     Шилов К.Ю., Кобзев В.В. Интеллектуальные тренажеры корабельных операторов // Морской вестн. 2009. № 1 (29). С. 41–45.

4.     Васюков В. Состояние и пути развития учебно-тренировочных средств ВМФ // В кн.: Оружие и технологии России. XXI век. Т. XVIII. Тренажеры и технические средства обучения, М.: Оружие и технологии, 2009. С. 380–387.

5.     Учебно-тренировочный комплекс по борьбе с водой и пожаром. В кн.: Оружие и технологии России. XXI век. Т. XVIII: Тренажеры и технические средства обучения. М.: Оружие и технологии, 2009. С. 453–455.

6.     Шилов К.Ю., Кобзев В.В., Сизов Ю.Н. Интеллектуальные тренажеры ОАО «Концерн «НПО «Аврора» // Морской вестн. 2012. № 4 (44). С. 67–71.

7.     Комплексный тренажер подготовки к борьбе за живу- честь корабля. В кн.: Оружие и технологии России. XXI век. Т. XVIII: Тренажеры и технические средства обучения. М.: Оружие и технологии, 2009. С. 428–429.

8.     Третьяков А.В., Колесник В.А. Моделирование развития пожароопасной ситуации в корабельном отсеке на основе методов системного анализа с использованием аппарата структурных матриц // Морской вестн. 2011. № 3 (39). С. 81.

9.     Компьютерные интерактивные тренажеры по обслуживанию корабельного оборудования. В кн.: Оружие и технологии России. XXI век. Т. XVIII: Тренажеры и технические средства обучения. М.: Оружие и технологии, 2009. С. 503–505.

10.  Бирюков Ю.Б., Бондарь Е.М., Глазко Ю.Г., Радчен- ко В.М., Сединко А.М., Чуланов А.О. Способ автоматизированного обучения персонала морских нефтегазодобывающих платформ действиям в экстремальных и аварийных условиях: пат. 2455699. Рос. Федерация № 2010145796/12; заявл. 11.11.2010; опубл. 10.07.2012. Бюл. № 19. 8 с.

11.  Михайлюк М.В., Хураськин И.А. Реализация виртуальных пультов в тренажерных системах // Пилотируемые полеты в космос: сб. тез. докл. Междунар. науч.-практич. конф. Секц. 4. Технические средства и технологии для построения тренажеров. Звездный городок, 2007. С. 26–28.

12.  Михайлюк М.В., Фомичев В.М., Хураськин И.А. Технология взаимодействия человека с виртуальной средой в стереорежиме // Технические средства и технологии для построения тренажеров: матер. науч.-технич. сем. Звездный городок, 2004. Вып. 5. С. 20–22.

13.  Радченко В.М., Бондарь Е.М., Чуланов А.О., Шабу- ров Д.В. Технология создания компьютерных систем обучения персонала морских сооружений по обеспечению безопасности и действиям в экстремальных и аварийных условиях на базе использования интерактивной трехмерной графики // RAO / CIS Offshore 2011: тр. 10-й Междунар. конф. СПб: Химиздат, 2011.