基于組態(tài)軟件的核電廠系統(tǒng)與設(shè)備可視化教材開發(fā)

胡明

摘要：針對核電廠系統(tǒng)與設(shè)備培訓(xùn)的特點，采用組態(tài)軟件開發(fā)了核電廠系統(tǒng)與設(shè)備可視化教材，并通過可視化教材管理平臺進行教材管理和學(xué)習(xí)，實現(xiàn)了該培訓(xùn)的可視化和網(wǎng)絡(luò)化。

關(guān)鍵詞：核電廠；組態(tài)軟件；可視化教材

中圖分類號：TP311.52 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）09-0169-02

核電廠培訓(xùn)活動的有效實施是確保其員工的資質(zhì)和工作能力滿足運營需求，保證核電廠安全、可靠運行的重要途徑。核電廠系統(tǒng)與設(shè)備培訓(xùn)是核電生產(chǎn)部門員工取得崗位授權(quán)的必修科目，該培訓(xùn)通常存在知識點多、理解難度高、培訓(xùn)教員有限、培訓(xùn)成本高、培訓(xùn)材料單一等難點。培訓(xùn)教材的質(zhì)量對培訓(xùn)效果起到了決定性作用，傳統(tǒng)的紙質(zhì)教材多以文字信息和平面圖片的形式呈現(xiàn)知識，為解決核電廠系統(tǒng)與設(shè)備培訓(xùn)的難點，就需要一種更為先進的教材。

1 可視化教材簡介

可視化技術(shù)最早是美國計算機成像專業(yè)委員會為解決種類繁多的信息源產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)遠遠超出了人腦分析能力的困境而提出的，通過可視化方式將知識轉(zhuǎn)化為圖形或圖像在屏幕上顯示并進行交互處理，有利于簡化復(fù)雜信息的表征，大幅降低學(xué)習(xí)者的負荷。[1]

可視化教材是使用專用軟件制作、通過Web進行發(fā)布和使用的電子教材。該教材將動畫、圖片、文字、音視頻等素材有機結(jié)合，針對知識點特點設(shè)計展示方式，用戶使用瀏覽器訪問教材頁面，通過多種交互方式進行在線學(xué)習(xí)。

相比于傳統(tǒng)教材，可視化教材自身的特性使其具備信息量大、交互性高、培訓(xùn)方式靈活、培訓(xùn)成本低和維護方便的特點。針對核電廠系統(tǒng)及設(shè)備開發(fā)和使用可視化教材，可為該項培訓(xùn)的諸多難點提供一個有效的解決方案。

2 開發(fā)軟件的選用

考慮到可視化教材設(shè)計特點和技術(shù)要求，經(jīng)過對比分析多種開發(fā)軟件，選用組態(tài)軟件作為教材開發(fā)軟件。組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。

組態(tài)軟件可提供可視化的風(fēng)格界面、豐富的工具欄和工程向?qū)Чδ?，具備便捷易用的圖形開發(fā)環(huán)境、豐富的動畫鏈接支持和強大的腳本系統(tǒng)，且有良好的開放性，提供多種數(shù)據(jù)接口。相比于常用的PPT、Flash、Authorware等軟件，使用組態(tài)軟件能大幅提高核電廠系統(tǒng)與設(shè)備培訓(xùn)教材開發(fā)效率，且利于教材的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布和使用。

3 可視化教材開發(fā)

3.1 開發(fā)過程

依據(jù)系統(tǒng)化培訓(xùn)方法[2]，建立核電廠系統(tǒng)與設(shè)備可視化教材開發(fā)過程模型，如圖1所示。按照該模型，通過知識點分析確定培訓(xùn)目標，進而有針對性地設(shè)計可視化方式，隨后按設(shè)計要求整理資料、編制腳本和開發(fā)教材，最后進行教材的試用和評價修改。

3.2 界面設(shè)計

按照核電廠系統(tǒng)與設(shè)備知識培訓(xùn)的特點將教材內(nèi)容分為概述、功能、系統(tǒng)參數(shù)、主要設(shè)備、閥門、儀表、控制邏輯和系統(tǒng)運行等多個模塊。同時為了直觀地展示系統(tǒng)位置和相互關(guān)系，使用系統(tǒng)總圖作為教材的入口界面，如圖2所示。

3.3 可視化方式設(shè)計

開發(fā)可視化教材的關(guān)鍵是設(shè)計教材知識點的可視化方式。知識點可分為陳述型和過程型兩類，并具備難度、重要程度和要求掌握程度三種屬性。陳述型知識點主要針對靜態(tài)知識，過程型知識點主要針對動態(tài)知識，且難度、重要程度和要求掌握程度越高的知識點，越需要通過更高的可視化程度進行展現(xiàn)。[3]

系統(tǒng)概述和系統(tǒng)功能模塊知識點主要為陳述性，理解難度不高，通過文本框和系統(tǒng)簡圖的方式顯示內(nèi)容。

在系統(tǒng)首頁點擊菜單或系統(tǒng)簡圖的熱區(qū)進入泵、容器、換熱器等主要設(shè)備介紹頁面，點擊設(shè)備組件熱區(qū)查看組件2D/3D結(jié)構(gòu)圖片，同時進行對設(shè)備功能和參數(shù)進行說明。

通過在系統(tǒng)簡圖上建立相應(yīng)熱區(qū)，對閥門的功能和聯(lián)鎖邏輯、儀表的功能和整定值等內(nèi)容進行介紹。

系統(tǒng)的控制和保護邏輯是系統(tǒng)學(xué)習(xí)過程中的重難點內(nèi)容，在此部分內(nèi)容頁面中并列設(shè)置邏輯圖和系統(tǒng)流程圖，通過動畫的方式將設(shè)備啟動、保護動作、模式切換等邏輯判斷流程與系統(tǒng)設(shè)備動作對照顯示和說明，從而幫助學(xué)習(xí)者建立邏輯與系統(tǒng)設(shè)備控制之間的直觀聯(lián)系。

系統(tǒng)運行包括正常運行和事故運行，此類過程性知識信息量較大，可通過動畫或模擬操作的方式進行展現(xiàn)。針對運行方式復(fù)雜的系統(tǒng)，使用動畫來演示其各種模式下的不同運行方式，學(xué)習(xí)者可利用步序按鈕靈活選擇畫面進行學(xué)習(xí)。針對操作過程較為復(fù)雜和重要的系統(tǒng)，通過模擬操作方式來演示系統(tǒng)運行內(nèi)容。針對事故運行較為復(fù)雜的系統(tǒng)，通過動畫的方式對異常或事故運行工況下的系統(tǒng)響應(yīng)及處理過程進行演示。

3.4 開發(fā)過程關(guān)鍵環(huán)節(jié)

在教材開發(fā)過程中，需要完成以下關(guān)鍵環(huán)節(jié)的技術(shù)性工作：

（1）梳理知識點：需要知識點分類整理，確定每個知識點的呈現(xiàn)和互動方式，并按照統(tǒng)一的格式列出知識點的具體信息，以便于在開發(fā)教材時直接引用。（2）繪制系統(tǒng)簡圖：按照教材設(shè)計，需在首頁、設(shè)備介紹、系統(tǒng)運行等多個模塊使用系統(tǒng)簡圖，因此，需要對系統(tǒng)關(guān)鍵流程進行整合，適量簡化非關(guān)鍵流程，將系統(tǒng)多份P&ID;圖繪制為一張簡圖，以便于學(xué)員對整個系統(tǒng)有直觀的認知。（3）提煉關(guān)鍵步驟：動畫和模擬操作的目標是讓學(xué)員盡快理解系統(tǒng)運行、事故響應(yīng)等知識點，因此需要對系統(tǒng)說明書、運行規(guī)程進行深入的消化，提煉系統(tǒng)和設(shè)備運行的關(guān)鍵步驟，如主要設(shè)備的啟停、重要參數(shù)的變化、流程的切換、運行模式的變化、保護的投退等信息，并將這些關(guān)鍵步驟反映到動畫和模擬操作的詳細設(shè)計中。（4）收集和處理素材：制作教材所需的素材有廠家說明書、設(shè)計文件、現(xiàn)場照片、紙質(zhì)版教材和PPT課件等多種來源，在搜集素材方面需要投入較多精力。同時為了保持教材界面風(fēng)格的統(tǒng)一，需要對素材的顏色、大小等屬性進行調(diào)整，部分素材需要進行重新繪制。

4 可視化教材管理系統(tǒng)

為了將可視化教材有效應(yīng)用于核電廠系統(tǒng)與設(shè)備培訓(xùn)，同時對教材進行管理，在借鑒國內(nèi)成熟e-Learning解決方案的基礎(chǔ)上，設(shè)計和開發(fā)了B/S架構(gòu)的可視化教材管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)功能模塊設(shè)置如圖3所示。

該系統(tǒng)設(shè)計了教材維護員、教材審批員、信息管理員、普通用戶和系統(tǒng)管理員五種角色。用戶可通過IE瀏覽器訪問登錄，并根據(jù)不同角色權(quán)限使用不同地模塊，從而對平臺、教材進行維護或進行系統(tǒng)知識學(xué)習(xí)。

5 結(jié)語

基于組態(tài)軟件開發(fā)的核電廠系統(tǒng)可視化教材，在教材形式、內(nèi)容組織方式和學(xué)習(xí)模式上進行了創(chuàng)新，實現(xiàn)了核電廠系統(tǒng)與設(shè)備培訓(xùn)的網(wǎng)絡(luò)化、高效率和低成本。此類可視化教材還可拓展到技能培訓(xùn)、安全培訓(xùn)等多個培訓(xùn)領(lǐng)域，從而有效擴充和完善現(xiàn)有培訓(xùn)教材體系，其廣泛應(yīng)用可為核電人才培養(yǎng)提供重要的輔助工具。

參考文獻

[1]牟小令.可視化技術(shù)在教育中的應(yīng)用探索[J].電子制作，2013，（8）：173-175.

[2]張瑋，等.系統(tǒng)化培訓(xùn)方法在核電廠崗位培訓(xùn)中的應(yīng)用[J].核安全，2005，（4）：19-26.

[3]鄧一貴.基于知識點的課件組織的研究[D].重慶大學(xué)計算機學(xué)員，2002.