Роль человека в автоматизированных системах
В связи с укрупнением металлургических агрегатов и повышением требований к качеству продукции, а также с повышением уровня автоматизации роль человека и требования к уровню его квалификации возрастают. Чем выше сложность автоматических систем, тем большие потери несет производство при их возможных отказах, так как операторы оказываются не готовыми к действиям в редко встречающихся ситуациях. Практическое обучение на реальных агрегатах сопряжено с большими потерями материальных и энергетических ресурсов из-за неизбежных при этом проб и ошибок.
Необходимость повышения уровня квалификации операторов
Очень показательными для оценки роли профессиональной квалификации являются индивидуальные результаты работы конкретных операторов конвертера (машинистов дистрибутора) в одних и тех же условиях, например, число плавок с исправлениями для лучших и худших операторов составляет 50 – 65 %. Если учесть, что каждая остановка для исправления затягивает сорокаминутный цикл плавки на 5 – 10 мин, можно оценить, сколь велики резервы повышения эффективности производства за счет повышения уровня профессиональной квалификации.
Использование тренажерных комплексов для повышения квалификации
Для успешного решения этой задачи, безусловно, необходимы новые методы и технические средства, к числу которых можно отнести создаваемые на основе математических моделей тренажерные комплексы, уже подтвердившие свою эффективность в ряде отраслей народного хозяйства: авиации, космонавтике, автомобильном транспорте, энергетике и др
Достоинства тренажеров, как средств обучения
Автоматизированные системы обучения на основе тренажерных комплексов внедряются и в металлургии. Тренажеры, как средство обучения, имеют целый ряд достоинств: замена реального объекта учебной информационной моделью, позволяющая выделить наиболее существенные для обучения стороны и элементы, в том числе редко встречающиеся и аварийные ситуации, вести подготовку пооперационно и поэтапно с постепенным переходом от простого к сложному; возможность изменения параметров моделируемого объекта и масштаба времени, позволяющая повысить интенсивность обучения, например, за счет многократного повторения необходимых ситуаций; резкое сокращение материальных и энергетических затрат, которые имеют место при обучении на реальном объекте начинающих и малоквалифицированных операторов; возможность объективной оценки знаний и автоматизации процесса обучения; возможность снижения, в случае необходимости, психологической напряженности операторов; приближение учебной обстановки к реальной производственной; повышение психологической готовности операторов к самостоятельной работе при доучивании на реальном агрегате, сокращение общего времени подготовки.
Основные навыки, отрабатываемые с помощью тренажеров
Тренажеры позволяют эффективно отрабатывать весь комплекс операторских навыков, среди которых основными являются восприятие информации, выделение в объекте отдельных признаков, отвечающих решаемой задаче, и увязка их в единую систему; оценка информации, ее анализ и обобщение на основе заранее заданных или самостоятельно сформулированных критериев; принятие решения об управляющих воздействиях; реализация принятого решения путем воздействия на органы управления; контроль за реакцией объекта на принятое управляющее воздействие. Обучение на тренажере позволяет вести отработку практических навыков в тесной увязке с теоретическими представлениями об объекте, что дает возможность обучаемому формировать достаточно цельный (системный) образ управляемого объекта и, следовательно, принимать более обоснованные управляющие решения.
Этапы обучения тренажеров «Сталевар» и «Конвертерщик»
Разработанные применительно к конкретным сталеплавильным агрегатам тренажеры «Сталевар» и «Конвертерщик» обеспечивают следующие этапы обучения:
- закрепление теоретических знаний и знакомство с объектом управления;
- формирование умения и навыков управления плавкой в следующих режимах: шихтовка плавки; динамическое управление и выбор управляющих воздействий по ходу плавки; попадание в заданные пределы по химическому составу и температуре; ведение плавки с минимальной стоимостью затрат на управление; оценка и использование косвенной информации (газовый анализ, шум, вибрация и т. д.); действие в аномальных и аварийных ситуациях; управление технологическими агрегатами и оборудованием (конвертером и фурмой, механизмами тракта сыпучих, маслонасосными станциями и дымососом, задвижками на кислородо- и водопроводах); действие при отказах оборудования и блокировок;
- анализ плавок с нарушениями технологии с отклонениями от оптимальных режимов;
- исследование и совершенствование технологических режимов с помощью машинного эксперимента на моделях – имитаторах, входящих в состав тренажеров.
Автоматизированная система обучения как двухуровневая система управления
Автоматизированная система обучения (АСО) на основе тренажера представляется в виде двухуровневой системы управления (рис. 6.21). На первом (условно нижнем) уровне решается задача передачи обучаемому необходимых теоретических знаний и выработки у него в процессе многократных тренировок на модели необходимых умений и навыков.
Рис. 6.21 Двухуровневая модель замкнутой системы
Модель в этом контуре играет роль объекта, а обучаемый выступает в качестве управляющего звена. Целью управления является достижение обучаемым требуемых значений технологических критериев 
(например, попадание в заданные пределы по химсоставу и температуре стали) и формирование у него за счет этого определенного уровня обученности. Критерии качества управления задаются вторым уровнем АСО, в котором решается задача управления процессом обучения оператора. Роль объекта в этом контуре играет оператор (человек), в качестве управляющего устройства могут выступать инструктор, программа, ЭВМ или их совокупность.
Управление здесь заключается в оптимизации процесса обучения, т. е. в движении по кратчайшему, с точки зрения принятого критерия 
(например, времени обучения, прочности усвоения знаний и т. д.), пути перевода обучаемого из начального состояния 
в состояние 
, которое обеспечивает требуемый уровень подготовки, численно определяемый критерием 
.
Функционально-техническая структура тренажерного комплекса «Конвертерщик»
Анализ функционально-технической структуры, например, тренажерного комплекса «Конвертерщик» (рис. 6.22), показывает, насколько широкий круг задач приходится решать при создании столь сложной системы.
Рис. 6.22 Функционально-техническая структура тренажера «Конвертерщик»
Кроме математических моделей взаимосвязанных процессов, протекающих в агрегате, необходима разработка ряда имитаторов, устройств наглядного отображения информации и др. Укрупненно тренажер представляет собой щит контрольно – измерительных приборов (КИП) с динамическими мнемосхемами, близкий к реальному, пульт оператора с органами управления, пульт инструктора и средства реализации моделей (аналоговые и цифровая ЭВМ).
Отличие моделей, предназначенных для тренажерных комплексов от моделей для управления
Модели, предназначенные для тренажерно – исследовательских комплексов, имеют некоторые особенности по сравнению с моделями для управления. К ним предъявляются менее жесткие требования по количественной адекватности, но зато необходима более высокая степень качественной аналогии. Кроме того, здесь возникают задачи создания ряда моделей (точнее подмоделей), необходимость разработки которых ранее не ставилась. Так, например, наряду с моделями основных процессов (окисления примесей, нагрева, шлакообразования) здесь требуются модели косвенных процессов (газовыделение, шум, вибрация и т. п.), системы загрузки сыпучих материалов, наглядного отображения информации и др. модели, предназначенные для имитации реального объекта.
Для эффективного использования этих средств в учебном процессе необходимо решать также ряд инженерно – психологических и педагогических задач, которые заслуживают отдельного рассмотрения.
Автоматизированная система обучения для конвертерного процесса
Кроме рассмотренных выше полномасштабных тренажеров на кафедре информационных технологий в металлургии СибГИУ создан ряд специализированных обучающих систем (программных средств) для реализации на персональных ЭВМ. На рис.6.23 представлен один из фрагментов интерфейса АОС для конвертерного процесса.
Рис. 6.23 Пример базового кадра на экране дисплея
Благодаря практически неисчерпаемому числу ситуаций, содержащихся в моделях, и использованию конкретных технологических критериев, эта система открывает возможность для индивидуального обучения студента в течение нескольких часов при минимальном вмешательстве преподавателя.