基于目標導(dǎo)向的采油射孔培訓考試系統(tǒng)研究

尚福華 冀曉玲 曹茂俊

摘 要：?為了提高采油射孔培訓效率，增強工人培訓興趣，解決現(xiàn)有射孔工序操作培訓目標不清晰、培訓方式單一等弊端問題。根據(jù)目標導(dǎo)向的層次目標特點，開發(fā)了基于目標導(dǎo)向的射孔培訓考試系統(tǒng)。根據(jù)不同階段的不同目標，制定不同的實現(xiàn)方法。系統(tǒng)經(jīng)現(xiàn)場試用，效果顯著，實現(xiàn)了目標設(shè)定合理、考試結(jié)果反饋及時以及培訓效果突出等優(yōu)點，極大地提高了工人的培訓效率。

關(guān)鍵詞：?目標導(dǎo)向; 仿真培訓; 射孔工序

中圖分類號： TP 37

文獻標志碼： A

Research on Target-oriented Oil Production Perforation Training System

SHANG Fuhua， JI Xiaoling， CAO Maojun

（School of Computer & Information Technology， Northeast Petroleum University， Daqing， Heilongjiang 163318， China）

Abstract：

In order to improve the efficiency of oil production perforation training and enhance the training interest of workers， the problems of unclear training objectives and single training methods in existing perforation process operation are solved. According to the characteristics of goal-oriented hierarchical goals， this paper develops a goal-oriented perforation training examination system. According to the different goals of different stages， different realization methods are formulated. The system has been tested on the spot and achieved remarkable results. It has realized the advantages of reasonable goal setting， timely feedback of examination results， and outstanding training effect. It has greatly improved the training efficiency of workers.

Key words：

target orientation; simulation training; perforation process

0 引言

采油射孔作為石油工程中最為關(guān)鍵的工序之一，射孔培訓非常重要。然而，當前的射孔工序培訓無法達到預(yù)期員工培訓效果，員工培訓有效性差，培訓職能發(fā)揮并不明顯[1]。 為了提高培訓的有效性，增加培訓效率，在射孔施工的工序中應(yīng)積極采取相應(yīng)措施，進一步提高員工培訓有效性，強化員工培訓效果。

傳統(tǒng)培訓方式一般是師生面對面交流，但隨著時代的發(fā)展和科技的進步，結(jié)合射孔操作的特點，傳統(tǒng)的培訓存在很多不適應(yīng) ：一是傳統(tǒng)的“灌溉”培訓方式難以激發(fā)員工參與的積極性，不符合成人的學習方式[2];二是受訓工人的知識水平參差不齊，傳統(tǒng)的培訓方式難以兼顧每個人的培訓進度;三是培訓中沒有清晰的目標設(shè)定，缺乏完整的培訓評價體系;四是不能根據(jù)學習者的需要優(yōu)化學習內(nèi)容。通過一段時間調(diào)研和分析，培訓出現(xiàn)這些問題有教師的原因，也有學習者的原因，傳統(tǒng)的培訓中工人對自己的學習目標認識不清晰，對于工序整體沒有明確的認識，導(dǎo)致對于工序整體的目標感不強，對于知識結(jié)構(gòu)的整體理解力不足，導(dǎo)致培訓效率不高。

目標導(dǎo)向理論是激勵理論的一種，這一概念由教育心理學家Eison首先提出[3] ，是研究為達到目標所表現(xiàn)行為的一種管理理論。到了20世紀末，目標導(dǎo)向開始引起工業(yè)與組織心理學專家的注意，并把研究方向轉(zhuǎn)向工業(yè)組織，實驗研究對象也是組織中工作的員工。近年來，對于目標導(dǎo)向的研究非常廣泛，張冠男等進一步將目標導(dǎo)向的思想細化，把目標作為產(chǎn)品和用戶間的主要橋梁，提出了基于目標導(dǎo)向?qū)W習的使用背景模型，進一步強調(diào)了目標的重要性。鐘藝認為目標導(dǎo)向?qū)W習就是通過目標引導(dǎo)學生完成教學目標的學習活動。目標導(dǎo)向理論強調(diào)動機、情感和習慣的價值，具有較強的行為預(yù)測能力和解釋力，能夠更加系統(tǒng)深入地分析特定行為的生成機理，這也是目標導(dǎo)向?qū)W習廣泛應(yīng)用的原因。但是，目標導(dǎo)向在石油行業(yè)特別是在射孔培訓行業(yè)還尚未應(yīng)用。

針對射孔工人在培訓過程中目標模糊，效率低下的問題。研究基于目標導(dǎo)向設(shè)計的射孔虛擬仿真培訓考試系統(tǒng)，為學習者設(shè)定明確目標，提供不同階段的實現(xiàn)方法。增強了培訓效果，提高了培訓效率。

1 目標導(dǎo)向與目標層次分析

1.1 目標導(dǎo)向設(shè)計

目標導(dǎo)向旨在處理并滿足用戶的目標和動機，這種為滿足用戶目標的設(shè)計（Goal-Orientation? Design），我們稱之為目標導(dǎo)向設(shè)計[4]。目標導(dǎo)向設(shè)計集合了人種學、市場調(diào)研、用戶模型、用戶場景設(shè)計的技術(shù)，是一個明確而系統(tǒng)的設(shè)計過程。這種面向目標的設(shè)計方法是 Alan Cooper提出的一套產(chǎn)品開發(fā)的方法[5]。該方法即可以滿足用戶的需要和目標，又可以滿足業(yè)務(wù)和技術(shù)需求的支持。

1.2 目標層次分析

理解目標導(dǎo)向設(shè)計的前提是對用戶目標的充分理解，以及如何以這些目標為指導(dǎo)進行交互行為設(shè)計。目標導(dǎo)向設(shè)計的最終結(jié)果是為了滿足用戶目標，但是用戶在系統(tǒng)使用的過程中，階段不同對使用的目標也不同，目標不同則實現(xiàn)用戶目標的方法也不相同，所以不同層次的用戶目標可直接映射出不同層次系統(tǒng)的功能，Don Norman指出人類的認知情感可分為3個層次：本能層、行為層、反思層[6]， Alan Cooper將本能層、行為層、反思層應(yīng)用到交互設(shè)計研究的過程中，描述出3種對應(yīng)的用戶目標，即體驗性目標、目的性目標和生活性目標[7]。它們之間的關(guān)系和具體特點，如表1所示。

以目標為導(dǎo)向的設(shè)計通過提供不同層面的服務(wù)滿足用戶目標，用戶目標是用戶期望實現(xiàn)的結(jié)果，并且驅(qū)動用戶達成目標的內(nèi)在動力則是“動機”，用戶的需求產(chǎn)生動機，動機觸發(fā)用戶的某種行為實現(xiàn)特定的目標。用戶在不同層次的目標下有著不同的特點，體驗性目標，對應(yīng)本能層，是一個立即的直接反應(yīng)，反應(yīng)最初對系統(tǒng)的需求;目的性目標，對應(yīng)中間的行為層，反應(yīng)工人使用系統(tǒng)的行為活動。生活性目標，對應(yīng)反思層，即用戶要實現(xiàn)的結(jié)果。

2 仿真培訓考試系統(tǒng)設(shè)計

2.1 培訓考試系統(tǒng)框架

目標導(dǎo)向設(shè)計有獨特的交互設(shè)計過程，目的是將研究者和設(shè)計者相融合，打破傳統(tǒng)研究者和設(shè)計者之間的隔閡。目標導(dǎo)向設(shè)計將用戶需求作為溝通橋梁，避免設(shè)計者太過于關(guān)注設(shè)計過程中的問題。目標導(dǎo)向設(shè)計獨有的設(shè)計過程綜合了多種方法，其中最為著名的就是 “六階段”法[8]。依據(jù)目標導(dǎo)向設(shè)計的研究、建模、需求定義、定義框架、細化和支持“六階段”法構(gòu)建仿真培訓考試系統(tǒng)框架。

如圖1所示。

1）研究階段主要分為兩個階段，第一深入了解用戶的需求和分析用戶目標，探討如何滿足用戶需求和實現(xiàn)用戶目標。根據(jù)這些研究，在系統(tǒng)設(shè)計過程中做出有針對性的功能設(shè)計。第二是進行設(shè)計開發(fā)過程相關(guān)資料的調(diào)查和研究。

2）建模階段主要是抽象用戶的目標模型，并對用戶目標和要求進行更直觀的描述。根據(jù)相關(guān)資料的研究對所用場景進行設(shè)計以及工具模型進行制作。

3）需求定義階段是進行學習者特征分析，明確所需研究主要受眾的目標和需求，并對實現(xiàn)用戶目標進行任務(wù)設(shè)計上的思考。

4）定義框架和細化主要是根據(jù)目標設(shè)計系統(tǒng)功能框架和功能模塊，對表現(xiàn)形式和學習內(nèi)容進行分類研究。

5）支持階段主要是對系統(tǒng)的功能進行測試使用，對操作進行說明和最后使用結(jié)果進行反饋。

2.2 培訓考試系統(tǒng)構(gòu)建

采油射孔工序作為石油工序最為關(guān)鍵的工序之一，射孔工序的培訓非常重要，下面以射孔培訓為例，進行仿真培訓考試系統(tǒng)的構(gòu)建。

2.2.1 研究和建模

基于目標導(dǎo)向設(shè)計的研究，首先對射孔工人進行相應(yīng)的調(diào)查，了解他們的目標和動機，分析他們的培訓需求，了解要達到的培訓效果，通過分析抽象出工人的整體目標，根據(jù)這些研究進行相應(yīng)目標的設(shè)定。其次要進行系統(tǒng)的整體規(guī)劃，確定需要開發(fā)的工序。對制作流程資料進行調(diào)研和收集，進行相關(guān)模型的制作和交互場景的設(shè)計。

2.2.2 需求定義

通過工人學習者進行特征分析，了解到參加油田企業(yè)培訓的員工大部分都是在職工人或是剛開始工作的大學生，他們之前接受過的教育程度不相同，個人經(jīng)歷經(jīng)驗也不同。

射孔工人培訓是針對射孔工序需求而進行的有側(cè)重性和有針對性地培訓教育?？紤]到學習者的認知差異，基于目標導(dǎo)向的培訓系統(tǒng)在設(shè)計上遵循著：不要讓使用者思考，減少他們在操作和體驗產(chǎn)品時的思考過程，提高產(chǎn)品的使用效率;為核心人群設(shè)計，在系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的過程中，找到各個用戶群體之間合適的平衡點;用戶參與到設(shè)計中，目標導(dǎo)向設(shè)計是為用戶目標設(shè)計的過程，設(shè)計過程中用戶需要作為設(shè)計的引導(dǎo)者和評判者;功能層級結(jié)構(gòu)的扁平，減少用戶在功能操作時不必要步驟等設(shè)計原則，減少用戶的使用差異。

2.2.3 定義框架和細化

系統(tǒng)的整個框架和功能模塊的設(shè)計上是在Alan Cooper提出的認知層次以及所對應(yīng)目標的基礎(chǔ)上，結(jié)合成人自導(dǎo)學習的達成目標、形成計劃、付諸行動學習過程，提出符合射孔工人的功能框架：目標設(shè)定、本能層、行為層、反思層和目標完成，如圖2所示。

在課程的內(nèi)容安排上也遵循制定目標、體驗性目標、目的性目標、生活性目標和目標實現(xiàn)循序漸進的培訓模式和圖文并茂的學習方式。充分遵循學習過程從簡單形象到復(fù)雜抽象、從視覺呈現(xiàn)到反思反饋的規(guī)律來設(shè)計開發(fā)培訓系統(tǒng)和安排培訓內(nèi)容。

1）目標的設(shè)定：工人在最初選擇相應(yīng)工序培訓的時候，會有一個分數(shù)的設(shè)定，即大于等于x分，工人根據(jù)自身的情況設(shè)定相應(yīng)的分數(shù)，如果最后考核的分數(shù)超過設(shè)定的分數(shù)會有相應(yīng)的榮譽稱號，分數(shù)越高，相應(yīng)的榮譽等級越高。

2）本能層：本能層目標即用戶最初的體驗?zāi)繕?，學習者在使用培訓系統(tǒng)時的第一反應(yīng)，起主導(dǎo)作用的是注視、感受和聲音等生理特征。在培訓系統(tǒng)來說，即系統(tǒng)界面的視覺呈現(xiàn)、動效、聲音、內(nèi)容等方面，借助理論學習模塊用視覺呈現(xiàn)學習資料和演示模塊用視頻形象直觀的模擬仿真動作，工人能夠在觀摩示范中，對最初的目標進行實現(xiàn)。

3）行為層：行為層即用戶的目的性目標，主要是培訓內(nèi)容的構(gòu)建、交互設(shè)計培訓等方面來表現(xiàn)，借助交互式學習模塊，受訓者能夠深入虛擬場景，利用Unity的UGUI交互技術(shù)實現(xiàn)工人在虛擬井場中進行相關(guān)的射孔操作演練，這種交互式學習通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)將真實世界與虛擬場景融合在一起，構(gòu)建一個虛擬仿真的射孔工序施工環(huán)境，通過鼠標點擊操作來實現(xiàn)與虛擬井場中的工具設(shè)備進行交互操作，從而獲得實現(xiàn)“目的”的練習。

4）反思層：反思層即用戶的生活性目標，反思層目標的實現(xiàn)就是工人可進行上井操作。借助用戶考評模塊和效果反饋模塊，受訓者能夠在學習結(jié)束后，展開自我評測，并從中獲得正確的反饋，以服務(wù)于未來學習計劃的制定;在學習過程中，受訓者可結(jié)合學習所需，不受時間限制地利用用戶考評系統(tǒng)，對學習效果加以檢查，實現(xiàn)對培訓操作的練習，達到良好的學習效果，進行上井施工作業(yè)。通過效果反饋，對學習需求進行重新審視，并對未來的學習進行規(guī)劃。

5）目標的實現(xiàn)就是實現(xiàn)工人當初定下的目標即完成工序的培訓，即完成所有的工序的培訓和考核，系統(tǒng)會根據(jù)操作給出相應(yīng)的信息反饋，頒發(fā)相應(yīng)的榮譽稱號，完成培訓的目標，即可以進行上井作業(yè)。

2.2.4 支持

支持階段就是將系統(tǒng)投入到射孔培訓工作中，進行使用 測試效果。

通過對射孔工人虛擬學習系統(tǒng)需求的分析，設(shè)計并開發(fā)了系統(tǒng)各功能，經(jīng)過一年的努力，射孔工人虛擬仿真培訓考試系統(tǒng)已取得初步的成效，系統(tǒng)的基本功能己經(jīng)開發(fā)完成，并迅速投入到射孔分公司進行測試、試用，如圖3所示。

通過對射孔分公司工人進行為期兩個月的調(diào)查分析系統(tǒng)的使用效果，調(diào)查結(jié)果顯示，基于目標導(dǎo)向的仿真培訓考試系統(tǒng)符合工人的認知方式，通過系統(tǒng)的使用，工人明確了培訓目標，制定了適合自己的培訓計劃，提高了培訓效率，滿足了使用需求。

通過發(fā)放50份問卷對工人的使用效果進調(diào)查，76%工人能明確自己學習的目標;76%工人認為該培訓系統(tǒng)符合使用的需求;96%的工人認為這種培訓方式優(yōu)于傳統(tǒng)的培訓方式;86%工人認為培訓系統(tǒng)開發(fā)的模式符合自己的學習方式;80%工人通過該培訓系統(tǒng)提高了學習技能。結(jié)果如表2所示。

綜合以上數(shù)據(jù)可以得出，使用基于目標導(dǎo)向的培訓系統(tǒng)工人能明確學習目標，快速上手，并熟練的通過培訓測評，快速的上井工作;工人參與的設(shè)計模式使培訓系統(tǒng)更加符合工人的使用需求，結(jié)構(gòu)安排更加合理;培訓系統(tǒng)模塊符合成人的學習方式，反思層模塊能更好指出工人考核練習中錯誤的步驟，并給出相應(yīng)的意見和學習建議;系統(tǒng)培訓層次的設(shè)置提高了工人的學習效率 ，增加了培訓的興趣。

3 總結(jié)

結(jié)合工人的意愿和目標，提出了基于目標導(dǎo)向的系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)方式，并利用Unity交互開發(fā)工具建立了基于目標導(dǎo)向的射孔仿真培訓系統(tǒng)。系統(tǒng)目標設(shè)定合理、虛擬場景逼真、交互操作便捷、結(jié)果反饋及時和培訓效果突出。經(jīng)現(xiàn)場使用證明，本系統(tǒng)可極大提高工人的培訓效率。將目標導(dǎo)向理論應(yīng)用于仿真培訓系統(tǒng)尚屬首次，因此，基于目標導(dǎo)向的設(shè)計思路可為仿真系統(tǒng)培訓提供一種有益的借鑒。

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（收稿日期： 2019.06.07）