В Миасский геологоразведочный колледж поставлен программно-аппаратный тренажёрный комплекс для геологоразведочного бурения ZBO S15

Завершена поставка программно-аппаратного тренажёрного комплекса для геологоразведочного (колонкового) бурения на базе буровой установки ZBO S15 в государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Миасский геологоразведочный колледж» (г. Миасс, Челябинская область).

Комплекс предназначен для профессиональной подготовки студентов геологоразведочных специальностей, изучения конструкции бурового оборудования, освоения технологических операций и формирования практических навыков управления буровой установкой. Тренажёр объединяет полноразмерный пульт управления гидравлической буровой установкой ZBO S15, интерактивную трёхмерную модель оборудования и специализированное программное обеспечение для моделирования процессов колонкового бурения.

Использование комплекса позволяет обучаемым изучать работу основных механизмов буровой установки, контролировать технологические параметры, выполнять операции по подготовке оборудования и бурению скважин, а также отрабатывать действия при возникновении предаварийных и аварийных ситуаций в виртуальной среде.

Трёхмерная модель буровой установки ZBO S15

В основе программного обеспечения комплекса лежит детализированная интерактивная 3D-модель гидравлической буровой установки ZBO S15, воспроизводящая конструкцию и функционирование основных узлов оборудования.

В виртуальной модели представлены мачта, вращатель, трубодержатель, силовая установка с обвязкой, основная лебёдка, лебёдка системы съёмного керноприёмника (ССК), гидравлическая система, буровой снаряд, бурильные трубы, насосное и компрессорное оборудование, рукава высокого давления, тросы, кабеленесущая система и другие элементы буровой установки.

Трёхмерная модель предусматривает анимацию подвижных механизмов в зависимости от действий обучаемого. В процессе выполнения операций отображаются перемещение вращателя по мачте, вращение бурового снаряда, движение лебёдок, работа основных механизмов установки, а также поведение гибких элементов оборудования и течение промывочной жидкости.

Интерактивная визуализация позволяет наблюдать за взаимодействием узлов буровой установки, изучать принципы работы гидравлических механизмов и анализировать влияние действий оператора на выполнение технологических операций. При этом виртуальная модель функционально воспроизводит работу оборудования, задействованного в процессе бурения.

Полноразмерный пульт управления буровой установкой

Ключевым элементом комплекса является полноразмерный пульт управления, соответствующий пульту гидравлической буровой установки ZBO S15. Его конструкция воспроизводит расположение основных органов управления и контрольно-измерительных приборов, используемых при эксплуатации реального бурового оборудования.

Пульт оснащён физическими рычагами, кнопками, переключателями, регулировочными дросселями, манометрами и сенсорным монитором. Органы управления оборудованы датчиками, обеспечивающими передачу управляющих сигналов в программное обеспечение тренажёра.

Функционально пульт разделён на четыре основные зоны:

• зона контроля гидравлической системы;
• зона управления двигателем и освещением;
• зона управления работой буровой установки;
• зона управления положением буровой установки.

С помощью органов управления обучаемый может выполнять запуск и остановку двигателя, регулировать частоту вращения бурильной колонны, усилия подачи и удержания, управлять перемещением вращателя, основной лебёдкой и лебёдкой ССК, трубодержателем, подачей промывочной жидкости и положением мачты.

Для контроля параметров гидросистемы предусмотрены манометры, отображающие давление главного и вспомогательного насосов, давление бурового насоса, усилия подачи и удержания, а также давление в гидроцилиндре трубодержателя.

Сенсорный монитор пульта отображает основные параметры работы оборудования, включая усилия подачи и удержания, температуру двигателя, частоту его вращения, уровень топлива, напряжение, количество моточасов, расход топлива и параметры положения буровой установки.

Применение полноразмерного пульта обеспечивает возможность практического освоения расположения и назначения органов управления, формирования навыков взаимодействия с оборудованием и отработки последовательности технологических операций.

Три режима работы тренажёра

Программно-аппаратный комплекс ZBO S15 поддерживает три режима работы, позволяющих организовывать обучение с использованием физического пульта, технологий виртуальной реальности или отдельного персонального компьютера.

Режим «ПК + экран». Управление буровой установкой осуществляется с помощью полноразмерного физического пульта, клавиатуры и компьютерной мыши. Трёхмерная модель оборудования отображается на жидкокристаллической панели, позволяя обучаемому наблюдать за выполнением операций и изменением параметров работы установки.

Режим виртуальной реальности (VR). Обучаемый взаимодействует с виртуальной буровой установкой с использованием VR-шлема. Управление осуществляется посредством отслеживания движений рук или контроллеров виртуальной реальности. При этом физический пульт дублирует виртуальные органы управления, позволяя выполнять операции как в виртуальной среде, так и с помощью реального пульта. Положение рук обучаемого синхронизируется с их отображением в VR, обеспечивая соответствие виртуальных органов управления физическим элементам пульта. Изображение из виртуальной среды может транслироваться на внешний экран.

Режим «ПК». Предусмотрен отдельный программный модуль, позволяющий выполнять упражнения на персональном компьютере без подключения полноразмерного пульта управления. Взаимодействие с оборудованием осуществляется с помощью компьютерной мыши и клавиатуры.

Наличие нескольких режимов работы позволяет использовать комплекс для демонстрации технологических процессов, индивидуальной практической подготовки и выполнения учебных заданий.

Моделирование технологических процессов колонкового бурения

Функциональные возможности тренажёра ZBO S15 охватывают основные этапы работы с буровой установкой: ознакомление с оборудованием, подготовку к бурению, запуск двигателя, управление механизмами, выполнение технологических операций и контроль рабочих параметров.

Обучаемые могут изучать порядок подготовки двигателя к пуску, выполнять запуск и прогрев силовой установки, контролировать её параметры и отрабатывать последовательность штатной остановки оборудования.

В процессе бурения предусмотрено управление вращением бурильной колонны, усилиями подачи и удержания, работой лебёдок и вспомогательных механизмов. Виртуальная модель имитирует реакцию буровой установки на управляющие воздействия и изменение условий бурения.

Отдельной функциональной возможностью комплекса является моделирование бурения с отбором керна. Тренажёр позволяет изучать взаимодействие бурового инструмента с горными породами, работу основных узлов установки и технологические особенности колонкового бурения.

Программное обеспечение предусматривает изменение типа и состава горных пород, выбор бурового инструмента и настройку геологических условий бурения. Пользователь может задавать разрез, состоящий из семи слоёв, указывая мощность каждого слоя и выбирая описание горной породы из предусмотренных вариантов.

При выполнении операций виртуальная буровая установка реагирует на изменение характеристик горных пород, что позволяет изучать влияние геологических условий на процесс бурения и работу оборудования.

Моделирование предаварийных и аварийных ситуаций

В тренажёре предусмотрена имитация предаварийных и аварийных ситуаций, возникающих в процессе работы буровой установки. Обучаемые могут отрабатывать навыки своевременного обнаружения изменений в работе оборудования, контроля технологических параметров и выполнения необходимых действий при возникновении нештатных условий.

Виртуальная модель воспроизводит реакции основных механизмов буровой установки на управляющие воздействия, а также сопровождает работу оборудования звуковыми сигналами, шумами двигателя и отдельных агрегатов.

Предусмотрена возможность изменения параметров насосного и компрессорного оборудования, а также задания неисправностей для оценки их влияния на ход технологического процесса.

Использование таких сценариев позволяет изучать взаимосвязь между техническим состоянием оборудования, действиями оператора и параметрами бурения без необходимости воспроизводить опасные ситуации на действующей буровой установке.

Автоматическая оценка и контроль результатов обучения

Программное обеспечение тренажёра ZBO S15 предусматривает автоматическую фиксацию ошибок, допускаемых оператором при выполнении упражнений, и сохранение результатов обучения.

Преподаватель может выбирать учебные упражнения, задавать начальные условия, управлять подготовкой и началом выполнения заданий, а также вносить изменения в ход упражнения.

Система предусматривает регистрацию обучаемых, формирование учебных групп и ведение базы результатов прохождения тренажёра. Для каждого пользователя доступны сведения о выполненных заданиях и попытках прохождения упражнений.

Функции отчётности позволяют получать информацию о количестве запусков, количестве попыток, завершённых оценкой, общем времени работы в тренажёре и средней продолжительности выполнения упражнений. Анализ результатов может осуществляться по отдельным учебным сценариям и группам пользователей.

Дополнительно предусмотрены хранение и экспорт результатов обучения с использованием стандарта Experience API (xAPI), а также возможность взаимодействия с внешними системами хранения учебных записей.

Для изучения конструкции и работы буровой установки предусмотрена интерактивная методичка, обеспечивающая переход от текстового описания оборудования к соответствующим элементам трёхмерной модели и обратно.