Компания Honeywell решила свернуть свой существующий бизнес и операции в России и Беларуси. Для многих нефтегазовых предприятий России это стало неприятным событием. Дело в том, что на опасных производственных объектах для обучения персонала обязаны использоваться компьютерные имитационные тренажеры и да, большинство компьютерных имитационных тренажеров в нефтегазовой промышленности создавалось именно на базе программного обеспечения Honeywell Unisim. Спустя некоторое время начался процесс остановки таких программных и программно-аппаратных комплексов, т.к. необходима актуальная лицензия на Unisim, а продлить ее невозможно.
На рынке РФ, к сожалению, практически отсутствуют компании, ведущие разработку аналогичных тренажеров для нефтегазовых объектов, не используя UniSim. Причина достаточна проста, сейчас на рынке нет аналога ПО, в реальном времени позволяющего производить имитацию технологического процесса с достаточной точностью (3-7% отклонение от реальных данных), а также ПО, имитирующее реальные контроллеры системы автоматизации. Команды, создающие 3D-ходилки на Unity/Unreal, которых сейчас достаточно много, не способны устранить данную проблему, т.к. не работают с математическими моделями таких масштабов и точности, а в большинстве случаев, вообще не используют математический аппарат.
Интересно и то, что еще в 2007 году, когда я защищал диссертационную работу «Разработка системы автоматизированного проектирования компьютерных имитационных тренажеров » в Ижевском государственном техническом университете (Решением Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки Российской Федерации № 15к/73 от 11 апреля 2008г. присуждена ученая степень кандидата технических наук), я указывал на эту потенциальную угрозу.
В 2013-2014 годах наша команда успешно разработала тренажер "Установка подготовки природного и попутного нефтяного газа", который отличался не только достаточно продвинутой на тот момент графикой, но и точной математикой, работающей в реальном времени.
Аналогично были реализованы также крупные тренажеры, основанные в первую очередь на математических моделях и имитации АСУТП - Тренажер установки предварительного сброса воды (УПСВ), тренажер установки подготовки нефти (УПН) и тренажер Блочной кустовой насосной станции (БКНС). Несколько тренажеров имели аппаратную часть в виде интерактивных макетов и систему формирования виртуальной реальности.
Причем для создания этих тренажеров был использован собственный редактор математических моделей и сценариев.
И да, наша команда смогла создать инструмент - редактор математических моделей, который может стать заменой UniSim в области математического моделирования процессов. Адекватность, универсальность и экономичность, т.е. способность точно имитировать физический процесс, в реальном масштабе времени и с учетом множества сторонних факторов, позволили нам реализовать уже не один десяток проектов для нефтегазовых компаний. Давайте рассмотрим на примере тренажера установки подготовки нефти (УПН) для Иркутской нефтяной компании.
Немного терминологии. Тренажер УПН – техническое средство профессиональной подготовки обучаемых, предназначенное для формирования и совершенствования у обучаемых профессиональных навыков и умений, необходимых им для управления материальным объектом путем многократного выполнения обучаемыми действий, свойственных управлению реальным объектом. Тренажер имеет три необходимые части: конструктивную (точную копию рабочего места оператора АСУТП и оператора в 3D); программную (адекватную модель оборудования и процессов); дидактическую (рабочее место инструктора с программой оценки и контроля действий оператора и прочих не менее важных сервисных программ). Тренажер будет использоваться как для систематического так и для предметного обучения, т.е. обеспечения усвоения определенной совокупности навыков, умений и процедур. Задачи тренажера — обеспечить соответствие усваиваемых материалов или навыков требованиям предстоящей работы, эффективность учебного процесса, а также добиться того, чтобы усвоенные при обучении стереотипы были успешно перенесены на условия реальной работы.
Были созданы 3D и математически модели следующих типов оборудования:
Площадки узла подключения (УДР)
Нефтегазовые сепараторы первой ступени
Нефтегазовые сепараторы концевой ступени (КСУ)
Газовые сепараторы (ГС)
Отстойники обезвоживания нефти (ОГ)
Путевые подогреватели нефти (ПП)
Резервуары нефти РВС-3000 и РВС-5000
Площадка резервуаров противопожарного запаса воды
Факельный сепаратор высокого давления
Факельный сепаратор низкого давления
Совмещенная факельная установка
Насосная внешней перекачки нефти
Насосная станция пожаротушения НПС
Насосная внутренней перекачки
Ресивер азота
Емкость подземная аварийная
Емкость дренажная нефти
Емкость подземная дренажная
Емкость сбора конденсата
Емкость дренажная химреагентов
Система измерений качества газа
Система измерений количества газа
Система измерения количества газового конденсата
Станция налива нефти
Блочно-кустовая насосная станция БКНС
Блок дозирования химических реагентов
Резервуары РВС-3000 воды
Насосная пресной воды
Электродегидраторы
Сепараторы горячей ступени сепарации и т.д.
Тренажер предназначен для обучения и контроля знаний и навыков персонала УПН при выполнении штатных технологических операций, так и при возникновении нештатных и аварийных ситуаций, например:
Разгерметизация фланцевого соединения на запорной арматуре, разгерметизация трубопроводов, вследствие образования свища по сварному шву или «телу» трубопровода, на площадке узла подключения
Выброс нефти через факельные стволы высокого давления, в результате превышения уровня нефти в сепараторах и поступления нефти в газовые коллекторы.
Разгерметизация сепаратора первой ступени сепарации с образованием розлива нефти, выброса газа с возгоранием (взрывом) и без возгорания.
и т.д. более 30 сценариев.
Основные отличительные особенности данного тренажера:
Кинематографическое качество, в т.ч. VR
Математическое моделирование физических процессов, точное соответствие АСУиТП
Возможность имитации аварий, происшествий на производстве
Наблюдение изнутри изучаемого оборудования
Возможность быстрого изменение параметров оборудования и среды
Как это работает?
Собственная технология автоматического синтеза математической модели объекта. Технология повышает качество и технико-экономический уровень создаваемых математических моделей. Поддержка однофазных и многофазных режимов течения жидкости и газа. Точный контроль фазовых состояний веществ во всех элементах модели технологической схемы.
Универсальные математические модели оборудования
Запорнорегулирующая арматура, гидро-пневмо- трубопровод
Пласты-Скважины
Печи
Обратные клапаны
Динамические насосы и компрессоры
Объемные насосы и компрессоры
Теплообменники
Подогреватели
СППК
Измерительные приборы (манометры, термометры, расходомеры)
Высокая точность предоставления компонентного состава
Высокая точность предоставления компонентного состава нефти и попутного газа:
Фракционный состав нефти от C1 до С40+
Метан CH4
Этан C2H6
Пропан C3H8
И-Бутан iC4H10
Бутан C4H10
И-Пентаны iC5H12
Пентан C5H12
И-Гексаны
Гексан C6H14
И-Гептаны
Бензол C6H6
Гептан C7H16
И-Октаны iC8H18
Толуол C7H8
Октан C8H18
И-Нонаны iC9H20
Нонан C9H20
И-Деканы iC10H22
Декан C10H22
Углекислый газ CO2
Азот N2
Сероводород H2S
Высокоточная имитация автоматики (АСУ ТП нижний и верхний уровень)
Имитация управляющих устройств
Имитация датчиков
Имитация алгоритмов контроллеров
Имитация системы верхнего уровня (SCADA)
Сценарии
Линейная и нелинейная структура
Развитые механизмы ветвления сценария
Развитые механизмы задания последствий действий или условий
Простой графический редактор
Связь с математическим описанием объекта
Связь между системами тренажера осуществляется по стандарту IEEE1516 / HLA 1.3. Получение данных об обучении и формирование аналитики осуществляется с использование спецификации xAPI.
Таким образом нам удалось реализовать полноценное импортозамещение ушедшего Honeywell Unisim.
Комментарии (42)
alexvilla
16.09.2022 23:02+1Не хватает в статье только отзывов тех кто использовал чужой и ваш тренажёры. Есть продажи?
maxgammer Автор
16.09.2022 23:03Ну такие тренажеры создаются под конкретный объект, они не тиражируются)
В вообще да, есть - https://lcontent.ru/shop/
maxgammer Автор
16.09.2022 23:06+7И вместо отзывов очень жесткая проверка на % расхождения с реальными данными по всем режимам) т.е. вместо отзыва- подписанный акт ввода в пром. эксплуатацию.
frideviloop
16.09.2022 23:14-4Когда после свёртывания НЭП контракты с западными трастами тоже стали проблемной областью для молодого союза социалистических республик (это было за дюжину лет до массовой релокации промышленности на восток при помощи военного катализатора), проблему импортозамещения как-то решили. И в этот раз всё будет хорошо. Информационная война это не так больно как тотальная, с тряпками на лицах походить или ещё чего необременительное. Главное, чтобы русские программировать научились. В конце концов, нас не интересует истинное происхождение нефтегазовых ресурсов, взять их половчее — вот наша задача!
- unhuman mode off
amarao
17.09.2022 13:39А вы считаете, что период после НЭПа это "хорошо"? Какое счастье, что я уехал. А то как прилетит "хорошо" непрошенное в 4 утра ударами в дверь на выход...
frideviloop
17.09.2022 22:18-1В таких категориях я считаю, что вся человеческая история это "плохо". Но поскольку мы в этой истории живём здесь и сейчас, а смотреть в будущее на основании предыдущего исторического опыта как бы не запрещают, также, как и осознавать стилистику управления (историческими стихиями или конспирологическими рептилоидами, не принципиально), то бесполезные комментарии в сети это не только пустые разглагольствования, но ещё и не предназначенное для простых пропагандистских манёвров рассуждение о направлениях стада, когда Полифем не мы, а для Одиссея тоже чуточку туповаты.
В целом это просто старичок находится в интернет-парке и занимается текстовым тайцзицюань вместо приятной, но менее полезной для ума игры в "Киберпанк 2077".
amarao
18.09.2022 13:13Вы старались. Но сломались.
Предложение не согласовано, так что вашу мысль я не могу понять.
MechanicusJr
17.09.2022 14:03+1проблему импортозамещения как-то решили.
Ну как сказать. никель так и покупали, как и дюраль
frozzzen
17.09.2022 15:49+3"за дюжину лет до массовой релокации промышленности на восток при помощи военного катализатора" был крах фондового рынка 1929-1930гг. Массовая безработица в США и массовая же индустриализация СССР силами американских специалистов. Как вы собрались натянуть сию историческую сову на глобус современности, вот вопрос. Неужели программировать научитесь?
frideviloop
18.09.2022 00:28-1Экий философский пласт. Что значит "уметь программировать"? То же самое, что "уметь качать нефть". Ну качай, вот насос, вот кнопка, вот симулятор перечня нештатных ситуаций.
diakin
16.09.2022 23:19А зачем такое надо?
>Точный контроль фазовых состояний веществ во всех элементах модели технологической схемы
Вы же делаете обучающий тренажер, а не моделируете физику процесса.
И фракционный состав... На что это влияет с точки зрения обучения?
Есть типовые сценарии событий.. они же укрупненные, заранее посчитанные? Или создается "цифровая модель" конкретного предприятия работающая в реальном времени?maxgammer Автор
16.09.2022 23:21+1Сценарии (заранее заданный алгоритм обучения) работают отдельно, физика процесса отдельно. Т.е. если я открываю задвижку после насоса - я вижу результат по манометрам, амперметрам, вибрации, шуму и т.д. Без матмодели невозможно просто отследить все возможные варианты поведения тех.процесса
maxgammer Автор
16.09.2022 23:23+3кроме того без точной имитации автоматики вообще сложно сделать адекватный тренажер. Без матмодели и АСУТП это будет не тренажер а тест, типа найдите задвижку №1, закройте ее, потом включите пожарную тревогу.... а что будет если закрыть/открыть не ту, никто не знает)
DmitryMurinov
16.09.2022 23:20+2Молодцы. Интересно, измениться ли ценник в новых рыночных условиях? А также изменятся ли зарплаты линейных разработчиков, после перехода клиентов на решение.
Думаю, в ближайшие годы будет публиковаться больше подобных статей. Главное, чтобы качество ПО, используемого для подобных задач, промышленного проектирования и т.д. ставилось в первую очередь, а новые фичи во вторую. Потому что если суровый российский аджайл возобладает в глазах эффективных менеджеров, вслед за внедрениями последуют аварии или даже катастрофы.
maxgammer Автор
16.09.2022 23:26Это да, важно. Мы уже лет 20 наверное на рынке тренажеров с матмоделями и такого насмотрелись уже)))
cheburen
17.09.2022 02:09Скорее будет наоборот, если найдутся заинтересованные люди, а они после снятия санкций найдутся, то причины любых аварий начнут сводить к отказам или неточности российского ПО или оборудования. Это как при расследовании авиакатастроф, виноват пилот, а не те, кто срезали часы обучения и время отдыха между рейсами, попутно снизив почасовой доход пилотов.
kroks
17.09.2022 04:56Я бы не был так категоричен с утверждениями что сейчас нет команд, работающих с моделями такого масштаба. Около 5-ти лет назад я работал в ЛКМ (Санкт-Петербург), где мы строили модели подобных масштабов (в том числе подводно-добычные комплексы под ключ), которые включали в себя и "ходилки" и мат. модели (собственные) на флуиды и на электрику (с собственным редактором мат моделей и набором библиотек элементов от простейших насосов до сложных узлов) и полноценные решения для организации обучения в классе (режимы инструктора, сценарии итд) и интеграцию с "реальным" оборудованием.
Ну а около 5-ти лет назад подвезли и модные в настоящее время AR/VR.
Да, возможно таких компаний на рынке РФ и РБ не так уж и много, но утверждения в статье об отсутствии предложений я бы считал немного категоричными.
maxgammer Автор
17.09.2022 08:33Я по нефтянке имел ввиду, почти все кто был работали на UniSim. Я не утверждаю что совсем прям нет, очень очень мало со своим ПО это факт.
Rusidol
17.09.2022 08:33+1Максим, какие требования к аппаратному обеспечению? Возможность использования облачных решений?
maxgammer Автор
17.09.2022 08:34Обычные, в т.ч. и офисные ПК подходят при использовании технологии стриминга, также как мощные игры запускаются на мощном сервере, а у клиента по сути только отображаются. Если без стриминга, то чуть повыше, но в пределах офисных.
oblakooblako
17.09.2022 09:07+2Рынок unity завален вакансиями вр и ар тренажеров. Сложность разработки таких симуляторов сводится к тому что получить разрешение попасть на предприятие, сделать фотографии и видео и получить все возможные материалы, по которым 3д художники что-то склепают. "Упрощённая мат модель" в 90 % случаев , это если пользователь нажмёт эту кнопку, пусть этот датчик по какой-нибудь кривой дорастет до значения 6. При любом отклонении от сценария пользователю выведут сообщения "ай я ай ошибка". Я бы не стал романтизировать, индустрия производства таких тренажеров жива, только потому что нефтяника может себе позволить дорогостоящее оборудование и проверить эффективность такого оборудования очень сложная задача.
maxgammer Автор
17.09.2022 09:13Нет, на основе сценария без математической модели далеко не столь эффективны. В некоторых тендерах прямо написано, что модель должна быть, причем не на основе статистических данных, а динамическая, более того указаны максимальные проценты отклонения по точности.
Нельзя без математики, тогда не реализовать "свободное" выполнение, представьте тренажер авиалайнера, где можно нажимать только нужные кнопки и он всегда летит как надо, без учета действий пользователя.... это тест получается а не тренажер
maxgammer Автор
17.09.2022 09:14Графику то да, нарисовать не сложно сейчас, но главная сложность в матмодели, а вот тут увы, спецов по пальцам.
maxgammer Автор
17.09.2022 09:16Вот ту моя диссертация и монография в открытом доступе, там очень подробно расписано, почему без математики нельзя.
oblakooblako
17.09.2022 09:25Видимо у всех разные подходы, пока сталкивался с компаниями, которые не используют серьезные мат модели. Интересно узнать в каких программах вы работаете unity view , а для моделирования физики что используете и как синхронизирует ?
maxgammer Автор
17.09.2022 09:31+1https://lcontent.ru/technology/
Используем свой редактор мат моделей и сценариев, по IEEE1516 (https://habr.com/ru/post/509504/) все это связывается между собой
По 3D для мелких объектов используем Unity для крупных OpenSceneGraph, в котором уже лет 10 принимаем участие в разработке.
Ivan_Strife
17.09.2022 12:28Шикарно! Сам работаю оператором на заводе, и прекрасно понимаю насколько такие тренажеры и симуляторы необходимы. Вы проделали колоссальную работу
j_croix
17.09.2022 23:57+1Спасибо за статью, очень интересно!
В течение нескольких лет был менеджером продукта для тренажёра для моряков. Похожая история про высокие требования к точности математической модели. Отделы, который занимались ею в целом, а также настраивали поведение для конкретных судов в частности, в сумме были больше, чем отдел, который занимался инструкторским рабочим местом и имитацией приборов.
Разве что у нас был сильнее фокус на графике (для имитации штурманского рабочего места - мостика - реалистичность очень важна). Так что даже была история, когда на рынок внезапно вышел производитель компьютерных игр, их визуал был настолько крут, что на неточности модели первое время готовы были закрывать глаза.
maxgammer Автор
18.09.2022 00:01Вот, без модели это все бесполезно, хоть там прям суперфотореалистично)
ElvenSailor
19.09.2022 15:34+1Вопрос - как у этой модели с возможностью визуализировать ВПЕЧАТЛЯЮЩИЙ БАБАХ в случае особо неграмотных действий экзаменуемого?
Ну или устроить кровь-кишки, если допустим, сунуться в рабочую зону чего-то тяжёлого?
Santez
Впечатляюще.
maxgammer Автор
Спасибо)