使用仿真器进行过程控制系统培训

发布时间：2011-04-07 作者：Dr. Richard C. Ortloff ExxonMobil

        如果你使用了仿真器或者你正在考虑使用仿真器培训控制室里的操作人员，那么广泛听取多方意见和培训的方法将使你大受裨益，设计出更有效的培训程序。这里所谈的培训方法和行动对于定制仿真器和通用仿真器均适用。
        在过去30年里，过程工业数字控制系统的工作方式发生了翻天覆地的变化。这些功勋卓著的设备变得异常复杂、严行谨守，并且越来越难以学习。
        我们总是通过使用功能强大、功能创新的过程仿真器来教授人们如何操作这些系统。为了更好地使用这些仿真器，我们又需采用多种创新的方法来培训如何使用这些仿真器。然而，对成人教育方法的缺失和过时的培训方法仍旧是固疾难改，使培训的效果大打折扣，不论仿真器有多么精密。
        “在花费了如此大的科技支出之后，我们如何解释培训的不足？一方面来讲，这反映了我们对驾驭这些科技所需的相应技能的估计不足。”（Zuboff，1988）。很明显，我们对信息化车间作业方式的理解已经远远落后于不断复杂化的技术。因此，如果我们不想在这科技变革的浪潮中被淘汰，作为车间培训人员，我们必须更新知识体系，吸纳更成熟的培训经验和培训方法。

高精度定制仿真器必须绝对忠于实际，否则仿真器培训出来的操作人员就会使用不当的方法来应对异常情况。

        培训方法
        为了使精密的控制系统物尽其用，这些系统操作人员必须经过比那些上一代的“控制板”操作人员更严格的培训。Zuboof主张：“对智能化技能的认知需求表明，要想发掘这些信息时代技术的强大能力，必须进行严格的培训，掌握计算机技术。”这一点正在被逐步接纳。然而，传统教学理念和培训方法并不足以胜任此项工作。
        为了达到更加创新的培训方法，第一步就是审视自己在教学和学习上的理解和感悟。我们的观点很大程度上被我们以前的教学经验所影响，而且深植于我们的个人“参照系”（Mezirow，2000）。这些基本的观点无法轻易改变，然而，其他的观点却可再次雕琢。大多数和成人教育相关的观点都可以归类于几种不同的成人教育方法之一。但是，工厂培训的方法和原理基本就是行动主义和唯人主义两种。
        行动主义
        在20世纪50年代，因由B.F.Skinner的极力倡导，现代行动主义相当流行。很大程度上它是John B. Watson在上世纪早期的发明。“作为一个极端的环境论者，Watson主张他可以通过周围环境的作用，从一个健康婴儿培养出从医生到乞丐的任何人。” (Elias & Merriam, 1995)。当然，大多数人仍旧记得著名的俄国行为心理学家Ivan Pavlov和他声名狼藉的哈巴狗。
        行动主义培训方法通常开始于定义行动目标。“行动目标包括三个组成部分：学生所处的情况或者学生表现的激励措施；学生的行动，包括对于产品的大体认知；以及判断学生行动是可以接受、不可以接受、成功或者不成功的判据。”(Elias & Merriam, 1995)。然后，培训就着力于展示并补充所要达到的反应和行为。这种行动主义方法至少在工业和军事培训项目上效果显著，让人们逐渐接受了这样一种看法，基于行动主义的培训能够带来令人满意的结果：培训出别无二致的工人和士兵。
        人本主义
        早期的人本主义倡导者中包括著名的神学者和教育家，他们认为行动主义让人失掉人性。Malcolm Knowles可能是最富盛名的唯人主义成人教育家。Knowles普及了“成人教育法”这个概念，与青少年教学过程中所采用的“教育学”相对而立。虽然近期的研究和成果使成人教育和青少年教育方法之间的差别越来越小，人本主义成人教育的中心理念仍旧维持不变。“学生是整个过程的中心，教师只是辅助，学习的过程就是发现的过程……人本主义成人教育是以学生为中心的。在这种理念的指引下，教师并不一定要比学生做得好。”(Elias & Merriam, 1995)。人本主义教学方法和理念在商业和工业中找到了自己定位，在职业、管理、和执行上的培训收效甚广。
        建构主义
        在管理和专业开发领域并不采用人本主义的方法，而是直接采用行动主义的方法来做工人培训。简单地教授行为主义目标，不管怎样，都不让控制台操作员面对日益面临的高复杂度作业。经过5年的对于过程工业中计算机控制系统所带来的变革的学习，哈弗学者Shoshanna Zuboof总结道：“数据接口部分的工作变得越来越类似，就如同信息化进程的发展。在高级阶段，这些工作就变成了‘元工作’。”对于这些不同的甚至是分歧的成人教育方法来说，建构主义方法可能是针对这些元工作进行培训的最好方法。我们必须明白：“学习者并不是被动接受，也不是简单记录这些信息……从被动的学习意见向有认知的和建构主义观点发展，构建主义观点强调学习者在积极主动的学习过程中知道什么（知识）和他们的想法（认知过程）。” (Anderson & Krathwohl, 2001)
        定制高精度仿真器
        由于定制高精度仿真器的成本及对其的期望较高，培训计划人员必须花费更多的心思来设计并维持他们的仿真培训计划。最初的顾虑就是仿真器本身的质量。那些对仿真负责的人必须愿意努力使用户仿真器严格按照实际情况进行仿真，因为控制台操作人员一旦在模拟器上学习了和实际过程变化或者反应不一样的结果就有可能在“真实世界”做出错误的过程动作。简单地说，如果要搭建一对一定制仿真器，那么一定要搭建正确，否则干脆不做。
        在定制仿真培训设计上有一个重要的考虑，就是控制台操作员并不是独立于其他人进行作业的。在重要控制动作上需要引入一定数目的人工干预，特别是在非正常状态下，例如设备搭建阶段。工艺监管人员、其他控制台操作人员、现场操作人员、工程师和技师之间的相互协作应该动态进行并且是非常关键的。因此，对于那些计划在实际条件下安排多名控制台操作人员的培训活动应该包含尽可能多实际实践。通过了人员动态实践培训的控制台操作人员在作出重大决定的时候更愿意与其他人交换意见，在进行关键过程变更时也是一样。相反地，如果控制台操作人员独立培训，他或者她可能在实际过程控制工作中更倾向与独立作业。当需要团队合作的时候，问题就来了。培训应该尽可能多地仿真协同决策过程和人员沟通过程。尽可能多地使用案例模拟和角色扮演。
        关键人员之间的案例模仿和过程仿真比通常认为得更加有效。通过解决实际操作问题，他们有潜力实施积极的改动。很多时候，使用最为精密的仿真器进行的过程培训往往最终成为单纯的机械钻孔、钻孔又是钻孔，只解决了学习人员的表面需求。仿真案例需要能够挑战学习人员，使其考虑他们所作决定的潜在原因，考虑控制动作之间的不同效果，让学习人员对其负责的控制过程进行更深层次的思考。
        通用过程仿真器
        模仿石油加工、化学、造纸和一系列其他工业过程的通用仿真器价格低廉安装方便。学习人员仅需几分钟的指导，就可以先从通用仿真器开始培训。这些功能强大的工具可以便捷地安装，实现过程理论、过程化学、典型过程反应、仪器基础和控制台显示接口等知识的培训。这些通用仿真器所带来的对基本知识的理解的帮助不可小看。这些动态设备可以比CBT或者“电子学习”要功能强大得多。通用仿真器可以创造动态学习环境，提升受培训人员的主动合作能力。这些工具很实用、功能强大，如果创造性地使用，乐趣无穷。
        通用过程单元仿真器通常运行于网络上或者独立的PC上，通过鼠标和标准键盘操作。然而，通过将通用仿真程序与变送器件或者“黑盒”连接，他们可以在设备控制系统的控制台上显示。这里涉及到一些设备增加成本和授权成本，但是可以实现特定站点的设备结构、设备控制系统接口和过程控制的显示。而且，这样设置的通用仿真器可以在只读失效安全模式下与实际过程单元控制并排显示。这样一来，受培训人员可以在通用仿真数据和实际过程数据、示意图显示和相应过程单元中独特的设置界面中任意切换。可以为受培训人员提供仿真单元和实际过程之间的比照。

对受培训者所使用的动态仿真必须和他们将会在实际控制室中遇到的情况一致，并且让他们尽量多地完成协同决策。

        通用仿真培训的设计模式比定制仿真培训模式更加灵活多变。游戏、角色扮演、竞赛、冒险和自由试验都可以作为培训方式。这并不意味着培训人员或者培训设计人员无需严格执行或者无需费心使用这些培训方法。它仅仅意味着基于过程和以控制台为基础的培训具有更广泛的实施空间，可以在更多数量的工作站点中对更多数量的人进行培训。这一基础提供了更多指导性设计的可能。团队合作和协同决策的概念也可以在通用仿真中得以传达。这些特性超出了定制仿真培训的范畴。
        学习模式，参数选择和能力
        视觉、听觉和触觉等学习模式已被广泛运用，不过仍旧建议使用多种不同的认知、情感和精神领域的方法。一些受培训人员比较主动，他们愿意呆在仿真实验室里接受培训（Brookfield，1986）。其他人喜欢被动接受，依照指导接受培训。某些人认为自发学习模式甘之如饴，另一些人则视之如鸡肋。虽然表面看来采用不同学习模式和参数选择的培训模式变得毫无必要地复杂和不实用，但是在实际使用中却远非如此。通过提供一定数量的不同种类的培训方案和学习资源，培训设计人员就可以包含大多数参与人员的学习模式和参数选择。而所谓一法多用的动态培训设计方法则过于简单无法胜任。这种以偏概全的方法肯定会限制培训的效果。一句话，不要这样。
        总结
        仿真器越来越复杂、便宜和普遍。然而，到底如何使用仿真器对工厂控制台操作人员进行培训才能彻底发挥其作用仍未被广泛认知。正是因为这样，在工厂中才到处摆放着堆满灰尘的废弃无用的仿真器。作为21世纪的工厂教育人员，要想成功履行我们的职责，将后现代劳动力培训并武装起来，我们必须首先反观我们自己的培训和学习的观点与方法。如果必要的话，我们可以选择更多的基础以建立起培训课程。我们必须明白仿真器不是一台培训机，不是仅仅使用了仿真器就可以坐享其成。培训靠人来完成，仿真器只是工具。
        我们应该研究、思考、发现或者发明各种各样的方法，利用这些复杂的仿真器来对过程控制进行培训，然后将其付诸实践。最后，我们就可以创新数字控制系统的培训方法，甚至和那些数字控制系统的发明者一样。我们可以见证过程仿真器真正被物尽其用。