Цифровые двойники и современная архитектура обучения
Данная статья является в некотором роде обобщением ранее разбираемых мной тем по современным образовательным технологиям, применительно к реальной задаче обучения специалистов в области бурения (персонала буровых установок разведочного и эксплуатационного бурения), а также специалистов в области ТКРС (текущего и капитального ремонта скважин).
На этот раз я попытаюсь показать достаточно интересный эффект, состоящий из ряда преимуществ современных средств обучения, такие как виртуальные лабораторные работы и имитационные тренажеры, ранее мною рассмотренные в предыдущих постах на Хабре:
Итак, проблематика — Отдельные структурные компоненты образовательного процесса, такие как лекции, лабораторные работы, практические занятия, курсовое проектирование, тренинг и др. , как правило, не связаны между собой в том смысле, что результаты выполнения , например, лабораторной работы никак не влияют на выполнение, например, практических работ.
Совершенно логично, задачи ВЛР и тренажеров, например, абсолютно разные. ВЛР — средство получения знаний на основе процесса обработки экспериментальных данных, реализован обучающий физический эксперимент, ставящий целью отработку основных приемов и технологий планирования и проведения эксперимента. Тренажер — Формирование и совершенствование у обучаемых профессиональных навыков и умений, необходимых им для управления материальным объектом.
Практический пример — выполнение обучаемым лабораторной работы «Выбор бурового раствора и определение его плотности» заканчивается результатом — отчетом (и оценкой) и данный результат никак не влияет на последующую практическую работу «Глушение скважины», выполнение которой также заканчивается отчетом (и оценкой) и не влияет на последующие учебные задачи. Таким образом обычно нет никакой связи между полученными результатами выполнения одной учебной задачи и условиями выполнения последующих.
Отчасти это объясняется высокой сложностью реализации таких связей и , часто, высокими временными или материальными затратами.
А давайте посмотрим, что будет, если мы свяжем отдельные виртуальные лабораторные работы с полноценным имитационным тренажером при помощи хорошо нам известного стека Total Learning Architecture (TLA), а именно:
IEEE P9274.1 Experience API (xAPI) 2.0
IEEE 1484.12.1 Learner Object Metadata 2.0
IEEE 1484.20.1 Reusable Competency Definitions
IEEE 1484.2 Interoperable Learning Records
Для этого мы будем использовать xAPI не только для передачи оценки, а будем передавать в систему хранения учебных записей результаты, полученные в ходе экспериментов при выполнении лабораторных работ (рецептура растворов, точных компонентный состав), для последующего их использования в тренажере (тренинг, курсовое проектирование, практические работы) бурения или ТКРС… и результаты работы тренажера — для последующего использования в качестве входных данных для лабораторных работ.
А именно, создаваемые и анализируемые в рамках лабораторных работ буровые и тампонажные растворы мы будем передавать, а емкости тренажеров — для возможности их применения при бурении/ремонте скважин. И, наоборот, пробы раствора взятые в процессе бурения/ремонта скважин мы будем передавать на вход, в качестве исходных образцов лабораторных исследований (в ВЛР). Это дает сразу множество преимуществ — обучаемые могут проверить «в деле» (т.е. в условиях бурения/ремонта скважин) создаваемые ими буровые и тампонажные растворы (как непосредственно сами, так и другими обучаемыми). А это уже именно тот процесс, который реально происходит в реальных рабочих условиях в буровых и сервисных компаниях. Я думаю не стоит объяснять — какие преимущества мы получаем в рамках подготовки специалистов при использовании данного подхода? Можем обсудить в комментариях.
Итак, что у нас получилось… мы взяли комплекс лабораторных работ «Буровые растворы», содержащий следующие эксперименты:
Определение показателя фильтрации на приборе ВМ-6
Определение содержания кальция в буровом растворе
Определение продольного набухания глинистых сланцев в динамическом режиме
Определение стабильности и суточного отстоя промывочной жидкости
Определение содержания песка в промывочной жидкости
Определение удельного электрического сопротивления буровых растворов
Определение условной вязкости вискозиметром ВБР-1
Определение статического напряжения сдвига на приборе СНС-2
Определение растекаемости тампонажного раствора
Определение плотности цементного теста
Определение водородного показателя
Измерения консистенции и срока загустевания цементного раствора
Измерение водоотдачи цементного раствора
Определение сроков схватывания тампонажного раствора
Определение седиментационной устойчивости тампонажного раствора
Выбор бурового раствора и определение его плотности
При помощи statement (утверждения в рамках терминологии xAPI) «passed» мы передали в систему хранения учебных записей LRS следующую информацию:
Данные эксперимента, время, место, наги обучаемого (открыл, ответил, подошел, прочитал и т.д.) с уточнением места события в модели действий персонала (обнаружение/диагностика/принятие решений и т.д.)
Параметры полученного бурового/тампонажного раствора
Параметры, заданные инструктором/преподавателем
Комментарии инструктора/преподавателя
Процесс работы в лаборатории «Буровые растворы» — стенд для определения PH
Процесс работы в лаборатории «Буровые растворы» — реактивы
Процесс работы в лаборатории «Буровые растворы» — работа на СНС-2
Теперь данные о полученных буровых и тампонажных растворах хранятся на сервере системы хранения учебных записей (LRS) и доступны на всех тренажерах, используемых в учебном процессе:
Пример структуры учебного подразделения с точки зрения LRS
Теперь мы можем использовать созданные нами буровые и тампонажные растворы в процессе глушения при текущем и капитальном ремонте скважин, а также при возникновении ГНВП (газоводонефтепроявления) , например:
Созданный виртуальный буровой раствор попадает в виртуальный блок приготовления буровой установки
Созданный виртуальный буровой раствор попадает в емкости цементировочных агрегатов (ЦА)
работа обучаемого в тренажере глушения при текущем и капитальном ремонте скважин
работа обучаемого в тренажере по ликвидации ГНВП (газо-нефте-водо-проявления)
работа обучаемого в тренажере по ликвидации ГНВП (газо-нефте-водо-проявления) при ТКРС
Работа обучаемого в тренажере буровой установке при бурении и промывке скважины
Созданный виртуальный буровой раствор попадает в виртуальный блок приготовления буровой установки
В процессе бурения берется проба бурового раствора и передается на анализ в лабораторию, т.е. в виртуальные лабораторные работы.
Таким образом, у нас получилось, используя современные стандарты и современные технические средства обучения, полностью воспроизвести процесс, который реально происходит в реальных рабочих условиях в буровых и сервисных компаниях. Это, в свою очередь, резко поднимает качество и эффективность учебного процесса в колледжах (СПО), ВУЗ, учебных центрах и других учебных подразделениях, обучающих специалистов в области бурения и капитального ремонта скважин.
