Ташлыков
О.Л., Лукьяненко В.Ю.
Уральский
федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина, Россия
О роли виртуальных
технологий в подготовке персонала для атомной энергетики
В статье рассмотрены
вопросы, связанные с внедрением виртуальных технологий в процесс подготовки
специалистов для атомной отрасли на кафедре «Атомные станции и возобновляемых
источников энергии» Уральского федерального университета.
Развитие атомной
энергетики России требует значительного числа высококвалифицированных
специалистов, среди которых весомую долю занимают специалисты по техническому
обслуживанию и ремонту (ТОиР).
Спецификой АЭС является
то, что некоторые работы (ремонт, техническое обслуживание и т.д.) проводятся в
условиях воздействия ионизирующих излучений. Хотя в последние годы интегральное
плановое облучение персонала снижается благодаря комплексу организационных и
технических мероприятий, для всех АЭС в мире характерно усложнение решения
задачи поддержания облучения персонала на низком уровне в связи со старением
оборудования и систем. Кроме того, в ближайшие годы предстоят значительные
объемы работ по демонтажу радиационно загрязненного оборудования при выводе АЭС
из эксплуатации. Поэтому вопрос минимизации дозовых затрат персонала не теряет
своей актуальности [1].
Уменьшение времени
пребывания в радиационных полях является одним из способов снижения облучемости
персонала и может быть достигнуто тщательным планированием, эффективным
управлением работами, тренировками по выполнению операций на макетах и
компьютерных моделях оборудования в чистой зоне, а также применением
высокопроизводительного оборудования.
Для сокращения времени выполнения работ важны
выбор и обучение персонала. Продолжительность ремонтных операций может быть
минимизирована отбором для них сотрудников, показавших при обучении лучшие
результаты. Подготовка на тренажерах позволяет работникам многократно выполнять
операции в чистой зоне, исключая переоблучение и ущерб в случае ошибочных
действий, а также сократить время пребывания работника в зоне повышенного
уровня излучения. На многих АЭС тренировки ремонтного персонала входят в
перечень основных мероприятий по снижению облучаемости [2].
Высокий уровень сложности оборудования современных АЭС, наличие
радиоактивного загрязнения, не допускающие использование общеэнергетических
технологий ремонта, требуют создания специального учебно-методического
обеспечения для подготовки ремонтного персонала, включающего в себя:
·
теоретическую
часть по основному оборудованию и системам;
·
компьютерную
диалоговую систему контроля усвоения информации;
·
систему
связанных графических и технологических модулей, позволяющую эмуляцию ремонтных
процедур в реальном и ускоренном масштабах времени;
·
тренажеры-имитаторы.
Кафедра «Атомные станции и ВИЭ» (до 2012 года – «Атомная
энергетика») Уральского федерального университета имеет 50-летний опыт
подготовки специалистов для атомной отрасли. С середины 1990-х годов на кафедре
разрабатываются учебно-методические комплексы в виде электронных ресурсов для
обеспечения подготовки специалистов по различным направлениям атомной науки и
техники.
Для качественной
подготовки специалистов на кафедре имеются специализированные мультимедийные
аудитории, учебно-тренировочный комплекс, оснащенный действующими учебными
стендами, демонстрационными макетами и схемами, образцами техники для
дистанционного контроля и ремонта оборудования АЭС [3].
Особое внимание при
подготовке специалистов, особенно для атомной энергетики, где многие системы и
оборудование недоступны для непосредственного изучения, обращается на визуализацию,
как средство донесения и лучшего усвоения информации. В современной науке и
технике визуализация – неотъемлемый элемент обработки сложной информации о
пространственном строении объектов.
Методы визуализации
могут быть разделены на представления данных в одном, двух и трёх измерениях. Наиболее
распространена двумерная визуализация — изображение на плоскости, на листе
бумаги — или на экране. Однако, благодаря развитию компьютерной техники и
программного обеспечения всё большую роль играют методы объёмной (3D)
визуализации, как динамической так и стереоскопической. В полной мере это относится к сфере
образования и конкретно, к подготовке специалистов для атомной энергетики.
С развитием компьютерной
техники и созданием графических прикладных программ появилась возможность
разработки объемных моделей и виртуального изучения недоступных по причине радиоактивного
загрязнения систем и оборудования АЭС.
Как было отмечено выше,
электронные ресурсы, особенно виртуальные технологии, имеют важное значение при
подготовке специалистов к работам на радиоактивном оборудовании, так как
позволяют изучать конструкции, последовательность операций разборки и сборки и
т.д. в условиях учебных аудиторий без опасности облучения.
На
рис.1. приведен фрагмент мультимедийной лекции с использованием 3D – технологии
по изучению конструкции запорной арматуры Ду300 для АЭС с реакторами РБМК-1000.
Рис.1. Фрагмент объемной
разборной модели узла затвора задвижки Ду300
Для повышения
эффективности процесса обучения используется параллельная демонстрация фото- и
видеоматериалов изучаемых узлов оборудования при проведении реальных работ [4].
Еще одним направлением,
требующим использования виртуальных технологий обучения, является опережающая подготовка специалистов для новых проектов
энергоблоков АЭС, сооружаемых впервые. Так, для подготовки персонала для
сооружаемого на Белоярской АЭС инновационного энергоблока с реактором на
быстрых нейтронах БН-800 на кафедре «Атомные станции и ВИЭ» была разработана 3D-модель главного корпуса
энергоблока (рис.2).
Отличительным качеством
разработанной 3D-модели является возможность изучения компоновочных решений энергоблока в любых вертикальных и
горизонтальных плоскостях (сечениях). Использованная для создания 3D-модели энергоблока с реактором БН-800 трёхмерная система автоматизированного проектирования
дает возможность вращать объект (энергоблок) и рассматривать его под любым
углом, что для современных CAD-систем является нормой. Это значительно повышает
наглядность и повышает эффективность понимания [5].
Рис.2. Фрагмент 3D-модели энергоблока с БН-800
В настоящее время на
кафедре ведутся работы по подготовке проектов производства работ по демонтажу
оборудования выводимых из эксплуатации энергоблоков АЭС [6]. При этом особое
внимание уделяется подготовке персонала, в том числе построению 3D-моделей
систем, подлежащих демонтажу (рис.3). Создаваемые 3D-модели позволяют изучать
особенности компоновки оборудования в необходимых ракурсах, получать необходимую информацию по видам
соединений и материалам, планировать
последовательность демонтажа (отрезки) отдельных элементов трубопроводов и
оборудования, возможность их перемещения по имеющимся проходам.
Дополнительной функцией создаваемых
моделей является наличие встроенной фотобиблиотеки, позволяющей изучать
отдельные элементы оборудования, окружающей обстановки и т.д. (рис.4). В
перспективе возможно включение видеофрагментов.
Все это позволяет
работнику получить визуальное представление об устройстве и компоновке
оборудования, что позволит сократить время пребывания в зоне действия
ионизирующих излучений, а значит и сократить полученную дозу облучения.
Рис. 4. Совмещение
объемного моделирования с фотографиями отдельных узлов и элементов (изображение
опоры насоса)
Выводы:
1.
Обучение
и тренировки являются эффективным способом сокращения времени пребывания
ремонтного персонала в радиационных полях.
2.
Особенностью
подготовки ремонтного персонала АЭС является недоступность оборудования и
систем, контактирующих с радиоактивными средами, для непосредственного изучения
конструкции и тренировок по выполнению отдельных операций на оборудовании и
системах.
3.
Использование
компьютерного моделирования позволяет изучать конструкции и технологии
проведения ремонтных операций оборудования
радиоактивных систем АЭС в чистой зоне без воздействия ионизирующего
излучения.
4.
Использование
виртуальных технологий обучения позволило решить ряд проблем, связанных с
визуализацией учебного процесса опережающей подготовки специалистов для проектируемого впервые
энергоблока АЭС с реактором на быстрых нейтронах БН-800
5.
Объемное
моделирование повышает эффективность планирования последовательности демонтажа
элементов радиоактивных систем энергоблоков АЭС, выводимых из эксплуатации.
Литература
1. Ташлыков О.Л. Дозовые
затраты персонала в атомной энергетике. Анализ. Пути снижения. Оптимизация /
О.Л.Ташлыков: монография. Saarbrüсken, Germany: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. RG. 2011.
232 c.
2. Наумов А.А., Ташлыков
О.Л. Минимизация дозовых затрат при ремонтном обслуживании систем и
оборудования АЭС // Известия вузов. Ядерная энергетика. -2010. №1. С.80-88.
3. Ташлыков О.Л., Щеклеин
С.Е., Шастин А.Г., Кадников А.А. Использование современных технологий
подготовки персонала для технического обслуживания и ремонта тепломехнического
оборудования АЭС / Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики
// Сборник докладов шестой
международной научно-технической конференции 21-23 мая 2008 г. – Москва,
2008. С.332-335
4. Ташлыков О.Л., Щеклеин
С.Е. Виртуальные технологии обучения в решении проблемы снижения облучаемости
ремонтного персонала // Дистанционное и виртуальное обучение. 2010. №8.
С.48-57.
5. Ташлыков О.Л., Щеклеин
С.Е., Борисова Е.В. Использование 3D-технологий при подготовке специалистов для инновационного энергоблока
Белоярской АЭС с реактором на быстрых нейтронах БН-800 Дистанционное и виртуальное обучение. 2010.
№10. С.28-37
6. Батенков Д.И., Гущин
П.С., Фиш Н.А., Федоров К.Ю., Ташлыков О.Л. Оптимизация демонтажа
радиоактивного оборудования при выводе АЭС из эксплуатации / Энерго- и
ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники
энергии: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции с
международным участием студентов, аспирантов и молодых ученых 18-21 декабря
2012 г. Екатеринбург: УрФУ, 2012. С.326-329