Metody szkolenia przy zastosowaniu symulatorów w nauce systemów sterowania procesami

Symulatory są kluczowym narzędziem w szkoleniu operatorów, jednak sposób ich wykorzystania ma istotny wpływ na końcowy efekt. Nie można dopuścić, by zdobycze technologiczne pozwoliły zapomnieć o znaczeniu czynnika ludzkiego.
Jeśli korzystacie z symulatorów lub zamierzacie je stosować w celu szkolenia operatorów sterowni, bardzo pomocne mogą się okazać różne punkty widzenia oraz metody nauki dorosłych, co pozwoli przygotować bardziej skuteczny program szkolenia. Metodologia szkoleń oraz działań została tutaj przedstawiona zarówno dla symulatorów specjalistycznych, jak i symulatorów ogólnego przeznaczenia.
W ostatnich 30 latach cyfrowe systemy sterowania znacząco zmieniły sposoby realizacji procesów przemysłowych. Te niezwykłe urządzenia stały się wyjątkowo skomplikowane, bardzo zautomatyzowane i wyjątkowo wymagające w procesie nauki.
Często próbujemy nauczać obsługi tych systemów poprzez stosowanie potężnych i innowacyjnych symulatorów. W celu skutecznego korzystania z tych urządzeń musimy bezwarunkowo stosować analogicznie innowacyjne metody szkolenia. Jakkolwiek ciągle utrzymuje się niewystarczająca percepcja i metoda nauki dorosłych oraz stosowanie przestarzałych metod szkolenia. Okoliczności te mogą pogorszyć skuteczność nauki bez względu na stopień skomplikowania stosowanego sprzętu.
„Jak wytłumaczyć przeciętność szkoleń w obliczu przytłaczającej podaży technologicznej? Częściowo odzwierciedla ona głębokie niedocenienie wymogu umiejętności związanego z wejściem technologii w przestrzeń informatyczną” (Zuboff, 1988). W rzeczywistości zrozumienie, jak wykonywana jest praca w cyfrowo skomputeryzowanym miejscu, nie nadąża za wzrostem technicznego skomplikowania. Dlategoteż, jako szkoleniowcy pracowników, musimy poszerzać nasze rozumienie oraz stosować właściwe metody edukacji dorosłych oraz metodykę szkoleń, jeśli mamy okazać się skuteczni w burzy technologicznych zmian.
Metody nauki dorosłych
Jeżeli zaawansowane systemy sterowania mają spełnić swoje zadanie, to ich operatorzy muszą być wyszkoleni dużo lepiej niż operatorzy minionych generacji. Jak stwierdza Zuboff:
– Umiejętności poznawcze wymagają, aby komputeryzacja była osiągnięta poprzez znaczący wysiłek edukacyjny, jeśli mają być wykorzystane możliwości technologii informatycznych. Generalnie nie podlega to dyskusji. Jednakże tradycyjne sposoby edukacji nie nadają się do tego zadania.
Pierwszym krokiem w kierunku kreowania bardziej innowacyjnych metod szkoleniowych jest zbadanie naszych własnych możliwości postrzegania i przypuszczania dotyczących nauczania i uczenia. Nasze spojrzenie na tę sprawę jest w znacznym stopniu zdeterminowane naszymi własnymi doświadczeniami edukacyjnymi i głęboko osadzone w naszym osobistym „punkcie odniesienia” (Mezirow, 2000). Nie można w prosty sposób zmienić tych fundamentalnych poglądów, jakkolwiek inne punkty widzenia mogą być brane pod uwagę dla porównania. Większość poglądów odnoszących się do nauki dorosłych znajduje się w jednej z wielu metod edukacjidorosłych. Jednakże filozoficzne i teoretyczne założenia szkolenia pracowników opierają się w większości na kryteriach zachowawczo-humanistycznych.
Zachowawczość
Współczesna zachowawczość została rozpowszechniona w latach 50. przez najbardziej wpływowego orędownika, B.F. Skinnera (Elias & Merriam, 1995). W dużym stopniu było to odkrycie Johna B. Watsona we wczesnych latach XX wieku. „Jako ekstremista ekolog Watson utrzymywał, że mógłby wybrać pierwsze zdrowe niemowlę i w warunkach środowiska naturalnego stworzyć każdego, od lekarza po żebraka” (Elias & Merriam, 1995). Oczywiście większość pamięta słynnego rosyjskiego psychologa Iwana Pawłowa i jego śliniącego się psa.
„Metoda szkolenia zachowawczego zaczyna się od zdefiniowania zamierzeń zachowawczych. Zamierzenia zachowawcze zawierają trzy komponenty: warunki obojętne lub bodźce, zgodnie z którymi uczeń powinien postępować. Zachowanie, które ma prezentować uczeń, łącznie z odniesieniem do produktu swojego zachowania [i] opisem kryteriów, w oparciu o które zachowanie będzie oceniane, jako akceptowalne, nieakceptowalne, udane lub nieudane” (Elias & Merriam, 1995). Następnie szkolenie koncentruje się na prezentowaniu oraz wzmocnieniu spodziewanych czynności i zachowań. Wysoka pozycja metod zachowawczych, przynajmniej w przemysłowych i militarnych programach szkoleniowych, wynika z ogólnie akceptowanego założenia, że szkolenie oparte na zachowaniu przynosi pożądane efekty: pracownicy lub wojownicy, którzy zachowują się zgodnie ze schematem szkolenia.
Humanizm
Inicjatorzy idei humanistycznych, zaliczając prominentnych teologów i nauczycieli, reagowali na coś, co postrzegali jako dehumanizujące elementy zachowawcze. Malcolm Knowles jest prawdopodobnie najszerzej znanym humanistycznym edukatorem dorosłych. Knowles spopularyzował pojęcie edukacji dorosłych jako andragogikę będącą w opozycji do pedagogiki – teoretyczne podstawy i metody stosowane w edukacji dziecięcej (Knowles, 1980). Pomimo tego, że badania i nauka zminimalizowały różnice pomiędzy nauką dorosłych i dzieci, centralni beneficjenci filozofii humanistycznej edukacji dorosłych pozostają konsekwentni. „Uczeń stanowi centrum procesu, nauczyciel jest koordynatorem, a uczenie odbywasię poprzez odkrywanie…. Humanistyczna edukacja dorosłych jest skoncentrowana na uczniu. W tym rozumieniu nauczyciel niekoniecznie wie najlepiej” (Elias & Merriam, 1995). Filozofia humanistycznego nauczania oraz metodologie znajdują swój wyraz w biznesie i przemyśle w formie profesjonalnych, menedżerskich oraz wykonawczych programów rozwojowych.
Konstruktywizm
Wydaje się nie mieć sensu wykorzystywanie metod humanistycznych w zarządzaniu i rozwoju zawodowym, a następnie sprytne przeniesienie szkolenia pracowniczego do dziedziny zachowawczej. Nauczanie celów zachowawczych, nieważne, jak obszernie zdefiniowanych, nie przygotuje operatora pulpitu sterowniczego na złożoności, z którymi ma codziennie do czynienia. Po przeprowadzeniu pięcioletnich studiów, dotyczących zmian dokonanych przez nowe komputerowe systemy sterowania w procesach technologicznych, naukowiec z Harvardu Shoshanna Zuboff stwierdziła, że „prace przy interfejsach danych stały się coraz bardziej podobne do siebie w czasie rozwoju procesu informatycznego. Na zaawansowanych etapach stały się one zawodami opisującymi inne zawody „metajobs”. Podejście konstruktywistów do zastosowania urozmaiconych, a nawet różniących się metod edukacji dorosłych może okazać się najtrafniejszym fundamentem, na którym można zbudować szkolenie dotyczące tych zawodów „metajobs”. Musimy zrozumieć, że „uczniowie nie są jedynie pasywnymi odbiorcami, ani prostymi rejestratorami informacji…. Tym sposobem odchodzimy odpasywnego poglądu na uczenie się w kierunku bardziej poznawczego oraz konstruktywistycznego spojrzenia akcentującego, co uczący się wiedzą (wiedza) i jak rozumują (procesy poznawcze) o tym, co wiedzą, kiedy aktywnie angażują się w sensowną naukę” (Anderson & Krathwohl, 2001).
Specjalistyczne symulatory hi-fi
Ponieważ koszty oraz oczekiwania względem specjalistycznej symulacji hi-fi (high-fidelity) są stosunkowo wysokie, projektanci szkoleń powinni dołożyć wszelkich starań do jakości projektu oraz podtrzymywania ich symulacyjnych programów szkoleń. Pierwsza uwaga dotyczy jakości samych symulacji. Odpowiedzialni za próbę symulacji muszą zrobić wszystko, co jest niezbędne z technicznego punktu widzenia, by najwierniej odtworzyć realny proces technologiczny. Rozważmy potencjalną sytuację operatorów pulpitów, którzy przenoszą skutki wirtualnego procesu do realnego świata. Jeśli szkolili się oni na systemie symulacji, który wyświetla różne wyniki wynikające ze zmiany procesu lub reakcji. W skrócie, stwarzając specjalistyczny pełnowymiarowy symulator, zbuduj go właściwie lub nie buduj go wcale.
Istotnym aspektem w projektowaniu szkoleń dla specjalistycznych symulacji hi-fi jest fakt, że operatorzy pulpitów nie wykonują swojej pracy w oderwaniu od innych. Decyzje odnoszące się do istotnych działań nadzorujących pociągają za sobą znaczące wzajemne oddziaływanie ludzi, szczególnie w czasie nietypowych warunków takich jak rozruch urządzenia. Współpraca pomiędzy kontrolerami procesu, innymi operatorami pulpitu, operatorami technicznymi, personelem inżynierskim oraz technikami jest dynamiczna i kluczowa. Dlatego działania szkoleniowe, które są zaprojektowane w celu umieszczenia operatora konsoli w realnej sytuacji, powinny zawierać tak wiele komponentów ludzkich, jak to jest możliwe do wdrożenia. Operatorzy konsoli, przeszkoleni grupowo, łatwiej zaangażują się we współpracę z innymi podczas podejmowania istotnych decyzji i przed rozpoczęciem krytycznych zmian w procesie technologicznym. I na odwrót, jeśli operator pulpitu jest szkolony w odosobnieniu od innych osób, może potraktować pracę związaną z realną kontrolą procesu indywidualnie. Może powodować to znaczące utrudnienie, jeśli wymagana jest współpraca zespołowa. Czynności szkoleniowe powinny symulować w jak największym stopniu zespołowe metody podejmowania decyzji oraz ludzkie interakcje. Należy jak najczęściej symulować takie scenariusze.
Interakcje wynikające z realnego scenariusza pomiędzy kluczowymi uczestnikami, osobami trzecimi oraz symulacje procesu mają znacznie większe znaczenie od tego, które im się przypisuje. Zawierają potencjał motywowania realnych pozytywnych zmian, ukazując realne kwestie operacyjne. Zbyt częste szkolenie procesu przy użyciu nawet najbardziej wyszukanych symulatorów zniża go do schematu drylu, który jedynie zarysowuje potrzeby ucznia. Symulowany scenariusz powinien prowokować uczniów do myślenia o powodach ich decyzji, rozważać konsekwencje działania oraz motywować do treningu w celu lepszego zrozumienia procesów, które kontrolują.
Symulatory procesu ogólnego przeznaczenia
Symulatory ogólnego przeznaczenia, odzwierciedlające typową rafinację ropy naftowej, przemysł chemiczny, celulozowy oraz różnorodność innych procesów przemysłowych, mogą uzyskiwać relatywnie niskie ceny i być instalowane w prosty sposób. Uczniowie rozpoczynają swoje zajęcia szkoleniowe na takich symulatorach od kilkunastominutowego instruktarzu. Te niewielkie, lecz o dużych możliwościach urządzenia mogą być w prosty sposób stosowane do nauczania teorii procesów, zależności procesów, typowych reakcji procesowych, podstaw oprzyrządowania oraz interakcji wyświetlacza pulpitu. Nie można niedoceniać poznawczych podstaw osiąganych przy zastosowaniu symulatorów ogólnego przeznaczenia. Te dynamiczne urządzenia mogą być znacznie potężniejszymi narzędziami szkoleniowymi niż typowe szkolenia z wykorzystaniem komputera lub eLearning. Symulatory ogólnego przeznaczenia angażują uczniów, wprowadzają dynamiczne środowisko uczenia się oraz promują aktywną interakcję wśród uczestników. W pewnym sensie mogą stanowić źródło świetnej zabawy, jeśli są stosowane w sposób kreatywny.
Symulacje procesu ogólnego przeznaczenia są najczęściej zainstalowane na sieciowym lub wolno stojącym osobistym komputerze obsługiwanym za pomocą myszy i zwykłej klawiatury typu QWERTY. Większość programów symulacji typu ogólnego przeznaczenia może być wyświetlanych na prawnie zastrzeżonych pulpitach systemu sterowania przez połączenie ich razem z urządzeniami translatorskimi lub „czarnymi skrzynkami”. To zwiększa nieco koszty sprzętowe i licencyjne, jednak pozwala na znajdującą się na miejscu architekturę sprzętu szkoleniowego, interakcje zastrzeżonych systemów sterowania oraz wyświetlanie kontroli procesu. Ponadto w takim układzie symulacje te mogą być przedstawiane w sąsiadujących oknach ekranów realnego urządzenia kontroli procesu w trybie bezawaryjnym. W ten sposób uczniowie mogą przełączać się do tyłu i przodu pomiędzy tymi symulacjami i danymi w czasie rzeczywistym, realnymi obrazami schematów oraz różnymi konfiguracjami ekranu odpowiadającymi stanowi urządzeń procesowych. Umożliwia to uczniowi poznanie związków pomiędzy symulowanym urządzeniem a realnością.
Czynności stosowane w szkoleniu symulacji ogólnego przeznaczenia mogą się okazać bardziej swobodne i spontaniczne niż w symulacjach specjalistycznych. Gry, odgrywanie ról, kompletność, poznawanie oraz swobodne eksperymentowanie może stać się częścią pakietu szkoleniowego. To nie znaczy, że wykładowca lub twórca szkolenia nie powinien być zdyscyplinowany i stosować właściwie przeanalizowane działania. Znaczy to, że nauka podstaw procesu oraz obsługi symulatora uwzględnia wiele zagadnień i uczestniczy w nich znacznie więcej uczniów z większą liczbą dostępnych stanowisk komputerowych. To otwiera dłuższą listę szkoleniowych możliwości projektu. Koncepcja pracy zespołowej oraz wspólne podejmowanie decyzji może być równieżnauczane przy zastosowaniu symulatorów ogólnego przeznaczenia. To nie są jedynie kompetencje tych, którzy wykorzystują symulatory specjalistyczne.
Style uczenia się, preferencje oraz możliwości
Spektrum rodzajów wizualnych, słuchowych, motorycznych stylów uczenia się jest szeroko rozpowszechnione. Rekomendacje do analizy różnych dziedzin poznawczego, emocjonalnego oraz psychomotorycznego aspektu wiedzy są powszechne. Niektórzy uczniowie są samodzielni i z zaangażowaniem będą korzystać z symulatora, aby aktywnie pogłębiać wiedzę (Brookfield, 1986). Inni preferują ćwiczenia przygotowujące i przewodnictwo instruktora, który organizuje zajęcia. Instruktarz dostosowany do tempa pracy ucznia jest mile widziany przez jednych, a odrzucany przez drugich. Pomimo tego, że projektowanie zajęć szkoleniowych dostosowanych do różnych stylów uczenia się i preferencji wydaje się być niepotrzebnie skomplikowane i niepraktyczne, to w rzeczywistości praktyka pokazuje inaczej. Projektanci szkoleń potrafią dostosować większość stylów uczenia się oraz preferencji uczestników poprzez udostępnienie różnego rodzaju zajęć szkoleniowych oraz materiałów edukacyjnych. Dogmatyczne podejście do projektowania szkoleń mówiące „jedno dopasowane do wszystkich”, jest niewłaściwe i upraszczające. Tak krótkowzroczna wizja prawie z pewnością ograniczy skuteczność szkolenia. Krótko mówiąc, uwzględnij wszystkie style uczenia.
Podsumowanie
Symulatory stały się bardziej wyszukane, dostępne oraz powszechne. Jednakże metody efektywnego korzystania z symulatorów w celu nauczania obsługi pulpitu procesu technologicznego nie rozwinęły się wystarczająco, by wykorzystać ich pełny potencjał. Z tego powodu przemysłowy krajobraz zakładowy obfituje w pokryte kurzem instalacje porzuconych i bezużytecznych symulatorów. Jeśli my, jako edukatorzy miejsc pracy w XXI wieku, mamy osiągnąć sukces w szkoleniu i wyposażaniu postmodernistycznej siły roboczej, najpierw musimy dokonać samorefleksji na temat naszych wizji i sposobów nauczania i uczenia. Jeśli to konieczne, możemy wybrać właściwsze podstawy, na których opracujemy nasze szkolenia. Musimy zrozumieć, że symulatory nie są maszynami szkolącymi, które po prostu podłączymy, a one wyszkolą nam ludzi. Ludzie uczą ludzi przy użyciu symulatorów.
Powinniśmy przeprowadzać badania, zastanawiać się, znajdować lub wymyślać różne sposoby w celu zastosowania tych wyszukanych symulatorów do nauki kontroli procesu, a następnie zastosować je w pracy. W końcu, jeśli będziemy potrafili być tak innowacyjni w nauczaniu cyfrowych systemów kontroli, jak ci, którzy je skonstruowali, doświadczymy pełnej dynamiki symulatorów procesu.
Dr Richard C. Ortloff jest realizatorem szkoleń w przemyśle petrochemicznym od ponad 15 lat i aktualnie pełni funkcję starszego doradcy szkoleniowego dla ExxonMobil w Beaumont, TX. Uzyskał doktorat na Uniwersytecie Columbia w Nowym Jorku. W 2001 r. uzyskał certyfikat w Honeywell Automation College do nauczania obsługi konsoli symulacyjnych. Dr Ortloff był również przez dwa lata instruktorem w Pacific Northwest Technical College.
CE