ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОБЛАЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ КОМПЬЮТЕРНОГО ТРЕНАЖЕРА ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Использование современных информационных технологий является обязательным условием эффективной работы любого образовательного учреждения, в особенности научно-исследовательских институтов, связанных с нефтехимией и нефтепереработкой. Содержание и развитие собственной IT-инфраструктуры в ВУЗе обходится очень дорого. На первый взгляд определение облачных вычислений выглядит очень запутанно: это модель предоставления повсеместного и удобного сетевого доступа к общему пулу конфигурируемых вычислительных ресурсов (например, серверы, приложения, сети, системы хранения и сервисы), которые могут быть быстро предоставлены и освобождены с минимальными усилиями по управлению и необходимости взаимодействия с провайдером. Облачные вычисления характеризуются: самообслуживанием по требованию, высокой гибкостью сервисов, возможностью объединения ресурсов, учетом потребления ресурсов и оплатой по факту использования, и. т. д.

Существует три модели обслуживания облачных вычислений:

Программное обеспечение как услуга (SaaS, Software as a Servise). Потребителю предоставляются программные средства — приложения провайдера, выполняемые на облачной инфраструктуре.

Платформа как услуга (PaaS, Platform as a Service). Потребителю предоставляются средства для развертывания на облачной инфраструктуре создаваемых потребителем или приобретаемых приложений, разрабатываемых с использованием поддерживаемых провайдером инструментов и языков программирования.

Инфраструктура как услуга (IaaS, Infrastructure as a Service). Потребителю предоставляются средства обработки данных, хранения, сетей и других базовых вычислительных ресурсов, на которых потребитель может развертывать и выполнять произвольное программное обеспечение, включая операционные системы и приложения.

Данные автоматически синхронизируются между всеми устройствами, подключенными к облачному сервису. Весь трафик между клиентом и «облаком» шифруется по протоколам SSL или RSA+AES, поэтому уровень безопасности работы с данными выше, чем, например, при отправке обычным письмом по электронной почте.

Для образовательного учреждения использование онлайн-сервисов хранения данных является экономически выгодным. Для создания сетевого файлового хранилища своими силами необходимо: приобрести сетевое и серверное оборудование; разработать политики хранения и общего доступа к информации; произвести первоначальную установку и настройку программного обеспечения; обеспечить регулярное резервное копирование данных и возможность быстрого восстановления; выделить рабочий персонал для администрирования файлового хранилища. Пользователю доступно от 2 до 15 ГБ в файловом хранилище.

Некоторые часто путают облачные вычисления с технологиями Веб 2.0, ошибочно полагая, что облачные вычисления — это любые сервисы, предоставляемые с помощью Интернет. К приложениям Веб 2.0 относятся: социальные сети (например, https://plus.google.com),онлайн-энциклопедии (например, http://ngpedia.ru/), блоги (например, http://blogspot.com ) и. т. д.

Современная практика программирования предполагает активное использование специализированных интегрированных средств разработки (IDE– Integrated Development Environment)

В настоящее время существуют большое количество онлайн-IDE, которые не требуют установки на компьютер. К сожалению, онлайн-IDE Ideone позволяет реализовать не все функции традиционных офлайн-IDE. Например, отсутствует возможность использовать функции работы с сетью, обращения к файлам и некоторые другие. Также невозможно запустить программу, время выполнения которой займёт более 15 секунд или потребности в оперативной памяти превысят 256 МБ, или объём программы превысит 64 КБ, что для образовательных целей более чем приемлемо. В качестве аналогов ideone можно рассматривать Cloud9 IDE и CodeRun.

Такие операции, как отладка, анализ результатов выполнения в консольном режиме, компиляцию под разные платформы и операционные системы можно выполнить в режиме онлайн. В идеале окончанием работы программиста будет скачивание готовых бинарных файлов с работающей программой. Такой подход позволяет сэкономить дисковое пространство, а также позволяет компилировать проект быстрее, чем на стареньком пользовательском компьютере.

Использование облачных вычислений в области образования имеет ряд преимуществ. Например, масштабируемость (эластичность), т. е. образовательное учреждение может постепенно наращивать объем используемых услуг без значительных предварительных вложений. Высокая доступность. Облачные сервисы доступны в течение 99,5 % времени, а некоторые провайдеры гарантируют доступность на уровне 99,9 %. Это очень удобно, так как пользователи не зависят от локальных информационно-образовательных ресурсов учреждения. Уменьшение воздействия на окружающую среду. Например, компания Google заявляет об увеличении энергоэффективности в 80 раз при использовании её облачных технологий (Google Apps for education). Удовлетворение потребностей конечных пользователей. Пользователям не нужно заботиться о резервных копиях, данные безопасно хранятся в «облаке». Концентрация на ключевых задачах. В любой сфере образования главная задачей является концентрация усилий на образовании и исследованиях. При использовании облачных технологий сокращаются издержки на развертывание и поддержку используемых в работе приложений, высвобождаются человеческие ресурсы, которые могут быть задействованы в образовательном процессе. Облачные технологии появились сравнительно недавно, поэтому у некоторых складывается ощущение недоверия к ним. Не каждый руководитель согласится передать на сохранение конфиденциальную информацию третьим лицам.

Облачные технологии обладают огромным потенциалом и открывают широкие возможности не только для образовательных учреждений, но и для любого человека, который заинтересован в получении качественного образования. Одним из практических направлений использования облачных технологий стала разработка компьютерных тренажеров.

При комплексной автоматизации производств, ключевую роль отводят автоматизированным системам управления технологическими процессами (АСУТП), являющимися базовым уровнем в иерархической структуре АСУ. Одним из «слабых» звеньев в структуре АСУТП, при постоянном развитии технического обеспечения, был и остается оперативный персонал, являющийся неотъемлемой ее частью. Квалификация операторов приобретает особую значимость в условиях взрыво- и пожароопасных производств, когда цена ошибки многократно увеличивается.

Не вызывает сомнения необходимость совершенствования квалификации операторов путем проведения регулярных тренировок по отработке навыков поведения при нештатных ситуациях, а также в штатных ситуациях, требующих глубоких знаний и умений. Одним из эффективных подходов к обучению и повышению квалификации операторов является применение компьютерных тренажеров. Обязательное применение которых, зафиксировано Госгортехнадзором РФ в нормативной документации по безопасной эксплуатации оборудования.

Работы над созданием и внедрением компьютерных тренажеров (КТ) для химических производств ведутся с начала 80-х годов ХХ века как отечественными, так и зарубежными специалистами. Обеспеченность российских предприятий КТ составляет 25 %. Наработки в этой области зарубежных производителей носят закрытый характер, представляя собой объект интеллектуальной собственности.

В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009—2013 годы был разработан КТ для приобретения практических навыков безопасного ведения работ, отработки действий персонала по ПЛАС для цеха № 2107.

Рисунок 1. Руководство пользователя в электронном виде

Для компьютерного обучения и тренировки промышленного персонала правильным действиям в моделируемых аварийных ситуациях и при аварийной остановке технологической схемы были разработаны тренажерные комплексы действующих производств:

·     распределенный компьютерный тренажерный комплекс цеха углеводородного сырья производств дивинила и бутилкаучука.

Примеры создания визуального отображения технологических схем теплообменного оборудования (рис. 2) и технологической схемы узла хранения углеводородов (рис. 3) позволяют ознакомиться с уровнем визуализации.

Рисунок 2. Окно создания визуального отображения технологических схем

Рисунок 3. Пример создания технологической схемы узла хранения углеводородов

·     распределенный компьютерный тренажерный комплекс цеха выделения бутадиена из пиролизной фракции углеводородов С₄ завода Этилен.

В окне общего вида (рис. 4) можно выделить следующие логические элементы:

1.  рабочая область, в которой происходит управление технологической схемой.

2.  Область просмотра всей схемы для визуального обзора (миникарта).

3.  Рамка текущей рабочей области.

4.  Кнопки действий — «Старт», «Далее», «Стоп», «Найти», «Панель», «Помощь», «Выход».

5.  Окно сообщений, в котором отражается правильность/неправильность каждого выполненного пользователем действия, а также выполнение действия по ожиданию.

Рисунок 4. Окно общего вида

Для создания компьютерного тренажера выбрана среда разработки Embarcadero Delphi XE2. Среда является инструментом для создания новой программной оболочки, в которой разрабатывается тренажерный комплекс.

Создание и проектирование инструмента по разработке компьютерных тренажеров является актуальной проблемой, решение которой ищут крупнейшие научно-исследовательские центры, компании по разработке и производству средств управления и автоматизации. На рынке компьютерных тренажеров сложилась ситуация, когда часть продуктов производится разработчиками систем управления. Такие комплексы имеют максимальную интеграцию к существующим распределенным системам управления (РСУ) и SCADA системам. Разработка таких систем является наилучшим решением, представленным среди производителей тренажеров. Они позволяют обучаться работе с системами управления в условиях, полностью идентичных реальным, ведь в обучении задействуются средства управления и визуализации, алгоритмы управления, контроллеры и программное обеспечение, а также рабочие места, оформленные в точности с таковыми на объекте управления. Все это позволяет решить множество проблем, присущих разработчикам компьютерных тренажеров второй группы. Вторая группа компьютерных тренажеров является более универсальной и недостатки перед первой группы здесь превращаются в достоинства. Данные комплексы разрабатываются сторонними разработчиками и в большинстве случаев не зависят от существующей системы управления. При пожелании заказчика в таком комплексе меняется лишь пользовательский интерфейс, что позволяет приблизить среду обучения к существующей системе управления. Логика работы данного комплекса, создаваемые математические модели, принципы обучения не зависят от существующей системы управления. Из этого появляется возможность создания тренажерных систем на производствах, эксплуатирующих системы управления различных производителей. Подобные комплексы являются более универсальными и с успехом используются даже там, где не существует современной системы управления, а используется система управления на релейной логике либо на пневматических устройствах.

Этапом создания тренажерного комплекса является разработка сценариев, руководствуясь которыми пользователь будет проходить обучение. Сценарий разрабатывается для каждого пользователя, согласно регламенту пуска, останова или плана ликвидации аварийных ситуаций. Сценарий определяет перечень действий, которые пользователю необходимо выполнять для успешного прохождения тестирования. Структура тренажера разработана таким образом, что пользователь может выполнять действия только в соответствие со сценариями. Любое отклонение от него считается ошибкой и фиксируется в базе данных. Уровень разработки сценариев находится во вкладке «Scheme» (рис. 5).

Рисунок 5. Окно ввода перечня выполняемых действий

Взаимодействие большой группы разработчиков происходило с использованием облачных технологий от Google. Разработчик имел возможность редактирования файлов проекта из любой точки доступа (из дома, института, с рабочего места). При этом изменения были видны остальной группе разработчиков. Данная технология позволила оперативно решить многие проблемы, возникающие при реализации крупного проекта.

Список литературы:
1.    Мущинин А.В. Разработка компьютерных тренажеров по ликвидации аварийных ситуаций в химической промышленности / А.В. Мущинин, Д.В. Елизаров // Вестн. Казан. гос. технолог. ун-та. — 2012. — Т. 15. № 8. — С. 348—351.
2.    Мущинин А.В. Имитационная модель для компьюторного тренажера управления технологическим процессом ректификации узлом предварительной очистки бутадиена-сырца / А.В. Мущинин, А.В. Долганов, И.М. Валеев, Н.Г. Смолин // Вестн. Казан. гос. технолог. ун-та. — 2013. — Т. 16. № 12. — С. 273—277.
3.    http://intuit.ru.
4.    http://ru.wikipedia.org.
5.    https://kontur.ru.