Мировая нефтегазовая промышленность остро нуждается в высококвалифицированных и практико-ориентированных кадрах. Современные цифровые технологии позволяют обеспечивать учебный процесс методами эффективной подачи информации с вовлечением максимального количества органов чувств и механизмов запоминания. К таким технологиям относится и виртуальная реальность (VR).
Авторами статьи разработан пилотный тренажер-симулятор бурения скважин (ТСБС). ТСБС – независимое программное обеспечение, которое в комплексе с платформой виртуальной реальности устанавливается в учебную аудиторию. На данный момент создан симулятор, демонстрирующий внутреннее устройство буровой установки БУ 4200/250, буровое оборудование, оборудование системы очистки бурового раствора и буровые насосы. Симулятор работает в режиме «свободной прогулки», в рамках которой можно изучить расположение оборудования на буровой в детализированном 3D-формате.
Разработанный пилотный тренажер-симулятор бурения скважин будет способствовать формированию у студентов устойчивых практических знаний по основным технологическим процессам бурения нефтяных и газовых скважин, позволяя отрабатывать практические навыки, что приведет к снижению количества аварийных ситуаций и травматизма на реальных производственных объектах.
Традиционно рынок виртуальной реальности в настоящее время можно разделить на несколько сегментов: производство и продажа устройств виртуальной реальности, аттракционы виртуальной реальности, отраслевые решения и разработка приложений виртуальной реальности.
Список отраслей, в которых уже активно используется виртуальная реальность: видеоигры, кино, розничная торговля, недвижимость, образование, медицина, военная промышленность, машиностроение, реклама и многие другие.
Возможности виртуальной реальности особенно привлекательны для создания процессов, которые трудно наблюдать в реальном мире или они недоступны для широкого использования.
Рынок виртуальной реальности активно развивается, и недавно маркетологи объединили все способы дополненной реальности – и VR, и AR (дополненная реальность), и MR (смешанная реальность) – в один, который назвали для простоты XR. При этом сам XR не имеет отношения к какой-то конкретной технологии и находит широкое распространение практически во всех отраслях, таких как архитектура, автомобилестроение, спортивные тренировки, недвижимость, психическое здоровье, медицина, здравоохранение, розничная торговля, космические путешествия, дизайн, инженерия, дизайн интерьеров, телевидение и кино, СМИ, реклама, маркетинг, библиотеки, образование, новости, музыка и путешествия.
Основываясь на современных исследованиях [1–14], концепция XR связана с множеством теорий о виртуальности, компьютерном зрении, машинном обучении и все более тесных отношениях между человеком и машиной. Цифровые устройства приводят к созданию мира, в котором цифровое и биологическое размываются.
Согласно прогнозам, выручка XR от оборудования и потребительского программного обеспечения в 2020 году достигнет 6,9 млрд долларов по сравнению с предыдущей оценкой в 6,3 млрд долларов. Продолжающийся высокий спрос в сочетании с выпуском новых гарнитур во второй половине года, таких как HP Reverb G2, означает, что прибыль от оборудования VR, как ожидается, составит 2,5 миллиарда долларов в 2020 году и немного вырастет по сравнению с аналогичным периодом прошлого года (рис. 1).
Исследование и методология
В настоящее время технологии дополненной (AR) и виртуальной реальности (VR) являются не только развлечением, но и серьезным инструментом для участия в образовательном процессе в отраслях с высокой степенью риска. Так, например, в сфере здравоохранения платформа Medical Realities Platform позволяет при использовании Google Glass для выполнения хирургических операция в режиме реального времени транслировать записи для обучения тысячам студентов-медиков из десятков стран, что позволяет им завершить программу обучения на основе реальных операций.
Использование разработанного тренажера позволит нам более эффективно развивать практические навыки обучаемого члена буровой бригады без отрыва от учебного процесса.
В области среднего, высшего и дополнительного образования широкое использование технологий виртуальной реальности ограничено, главным образом высокой стоимостью как самого оборудования, так и программного обеспечения для конкретных программ обучения. Например, существующие тренажеры-симуляторы для бурения скважин, такие как DrillSim-5000, AMT-231, Transas Shore Based 6000 Drilling, включают в себя не только программное обеспечение, установленное на персональный компьютер с использованием лицензионных ключей, но и дорогое и громоздкое оборудование, которое имитирует реальное.
Нефтегазовая отрасль нашей страны остро нуждается в высококвалифицированных и практико-ориентированных кадрах. Теоретическая подготовка нынешних выпускников нефтегазовых вузов не дает поводов для беспокойства из-за обширной научной и интеллектуальной базы, накопленной в предыдущие годы. Однако многие компании отмечают недостаточный уровень практической подготовки студентов и выпускников российских вузов, что часто связано с удаленностью учебных заведений от промышленных объектов.
Для того чтобы получить необходимый уровень практической подготовки, должна быть обеспечена связь с производством, что не всегда происходит из-за невозможности получения практических производственных навыков без отрыва от теоретического обучения. Производственная практика позволяет развить данные навыки, но из-за ограничения ее продолжительности студенты не получают должного уровня практической подготовки, необходимого для дальнейшего трудоустройства.
Поэтому прикладная часть учебного процесса требует особого внимания и подхода, основанного, в том числе, на современных компьютерных технологиях, которые позволяют виртуально интегрировать производство (реальные производственные объекты в виртуальном формате) в образование (учебные классы как образовательная площадка).
Разработка симулятора для бурения скважин поможет студентам выработать устойчивые практические знания по основным технологическим процессам бурения нефтяных и газовых скважин, что позволит им со временем развить практические навыки с подробным анализом ошибок без риска возникновения аварийных ситуаций и травматизма на реальных производственных объектах.
Как правило, тренажеры в нефтегазовой отрасли используются для повышения квалификации специалистов и их обучения в случае возникновения осложнений или аварий.
Современные технологии очень быстро проникают во все сферы деятельности, поэтому использование иммерсионных технологий может значительно повысить интерес учащихся к изучению различных дисциплин образовательного цикла, в том числе за счет повышения интереса к учебному процессу, фактически превращая обучение в «игру».
Технологии виртуальной реальности широко используются при подготовке специалистов в области гражданской, военной авиации и космонавтики, что позволяет им решать все задачи, выполняемые в реальности. Без сдачи экзамена на таких тренажерах-симуляторах специалисты не допускаются к выполнению реальных задач. Так, например, заказчиками симуляторов для обучения пилотов и диспетчеров являются все авиакомпании и все производители самолетов – British Aerospace, Flight Safety, Beijing Aviation Simulator Co, Mc. Donnel Douglas, Rockwell, GEC Marconi, Lockhead Deutch Aerospace, Sukhoi и многие другие. Более того, симуляторы для авиадиспетчеров могут использоваться не только для обучения, но и для управления реальным полетом. Такие тренажеры используются при подготовке специалистов в высокоточных отраслях и отраслях с особо опасными условиями труда.
Результаты и предложения
В отличие от таких комплексов, разработанных для конкретных задач (комплекс оборудования для бурения на суше и на море, цементирования, ремонта скважин), предлагаемое в качестве альтернативы оборудование для виртуальной реальности (от шлемов виртуальной реальности, например OCULUS RIFT, до полноценных платформ, таких как KAT WALK) позволит реализовать различные сценарии на одном и том же оборудовании, что будет способствовать созданию мультидисциплинарных учебных центров.
Тренажер-симулятор для бурения скважин – независимое программное обеспечение, которое в сочетании с платформой виртуальной реальности устанавливается в учебную аудиторию или только программное обеспечение, установленное на персональный компьютер. После запуска программы и выбора сценария студент оказывается перед буровой установкой. Благодаря графическому движку обучающийся может передвигаться вокруг блока управления, рассмотреть все оборудование, которое находится на столе ротора, в системе очистки бурового раствора и в насосном блоке. Благодаря точной детализации можно рассмотреть мельчайшие механизмы, а благодаря современной графике обучающийся может полностью понять, что такое буровая установка в реальности (рис. 2), а также отдельные элементы буровой установки (рис. 3–5).
