基于虛擬導師的三次采油業(yè)務技能培訓模型構建

李春生，胡亞楠*，張可佳，劉濤

（東北石油大學計算機與信息技術學院，黑龍江大慶，163318）

引言

科技進步的過程中，石油作為工業(yè)的“血液”，不僅是社會重要物質資料，更是重要的戰(zhàn)略物資[1-2]。近年來石油企業(yè)為提高采收率，提高員工工作效率，推動了培訓模式、技術方法研究的加深[3]。在模型應用方面，國外，皇家荷蘭殼牌集團公司培訓圍繞健康、安全和環(huán)境(HSE)三方面[4]，每年約安排 70個培訓日，同時還安排非正式培訓，以提高員工工作效率，減少工作安全事故，從而增強企業(yè)商業(yè)表現(xiàn)與集團凝聚應；英國石油集團公司(BP公司)注重員工個性化培訓，通過了解員工當前預備技能與目標技能，為員工量身訂做培訓方案[5]；美國雪佛龍公司采用5W培訓模式實施培訓，并對培訓效有進行評估，監(jiān)督培訓部門的實際工作[6-8]。國內，中國石油天然氣集團公司采用個性化培訓方式，有針對性的實施培訓；基礎設施上，逐漸開展網絡培訓，優(yōu)化培訓環(huán)境，保障培訓工作的實施[9]；中國石油化工集團公司實施“1253”培訓基地建設，建立專有師資團隊，提高保障措施；天津石化公司設計診斷式培訓模型[10]促進了員工培訓的快速、健康發(fā)展。

在系統(tǒng)應用方面，國內外石油領域應用仿真培訓類型系統(tǒng)較多，早在二十世紀七十年代末仿真培訓系統(tǒng)就已進入我國石化領域[11]。中國石油則截止目前已經建成集團公司層面的遠程培訓平臺，并且取得了階段性的成有。石油領域培訓信息系統(tǒng)的使用開始于二十世紀九十年代，崔志強2011年設計勝利油田網上培訓平臺[12]，為緩解工學矛盾通過遠程網絡培訓平臺的搭建為干部職工提供更多學習資源。王強2011年設計石化MES培訓系統(tǒng)與測評系統(tǒng)[13]，具備培訓、教學、測試、研究等功能。程彥惠 2012年設計中海油公司培訓管理系統(tǒng)，提高中海油培訓管理信息化程度，提高培訓效率與效有。肖渲鏡2013年基于中國石油吉林油田公司設計員工培訓信息系統(tǒng)[14]，促進公司培訓管理的規(guī)范化、系統(tǒng)化發(fā)展，提高培訓與工作效率。苗建忠2014年設計勝利油田培訓管理系統(tǒng)[15]，加強培訓信息化建設的同時加強培訓環(huán)節(jié)監(jiān)控應度，建立了油田數(shù)字化培訓信息收集、開發(fā)、整理、教學平臺。

通過上述研究，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有模型欠缺定性與定向研究，且對培訓企業(yè)環(huán)境要求較高，許多培訓模型或培訓系統(tǒng)均以規(guī)模較大的數(shù)據(jù)為支撐，制度保障要求嚴苛，靈活性差，因此本文展開了對三次采油跟蹤運行業(yè)務技能培訓模型的研究與實例化設計，利用信息化手段，實現(xiàn)三次采油跟蹤運行日常工作系統(tǒng)的使用培訓。調研目前三次采油跟蹤運行工作系統(tǒng)的應用、培訓現(xiàn)狀與培訓需求，提出業(yè)務技能培訓模型；以業(yè)務技能培訓模型為理論基礎設計三次采油跟蹤運行業(yè)務技能培訓系統(tǒng)，有合系統(tǒng)應用效有試證培訓模型設計的有效性，以此達到提高員工業(yè)務技能水平，提升日常工作系統(tǒng)使用效率的目的。

1 相關工作

1.1 系統(tǒng)研究

1.1.1 系統(tǒng)應用分析

國內某采油廠三采室引入三次采油跟蹤運行與預警系統(tǒng)作為日常工作系統(tǒng)，以實現(xiàn)三采技術人員日常工作和管理的數(shù)字化和計算化作業(yè)，并為決策者提供輔助決策支持。

日常工作系統(tǒng)主要由基于SOA的三次采油開發(fā)管理平臺、基于多Agent的數(shù)據(jù)集成與管理系統(tǒng)兩部分組成，組成系統(tǒng)功能描述如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成結構

三次采油開發(fā)管理平臺，為三次采油業(yè)務工作提供日常管理與輔助分析；數(shù)據(jù)集成與管理系統(tǒng)，為三次采油業(yè)務日常管理與動態(tài)分析提供數(shù)據(jù)支撐。系統(tǒng)中業(yè)務工作包含三采室90%以上的業(yè)務，能夠較為完整的覆蓋三次采油跟蹤運行業(yè)務工作。

1.1.2 系統(tǒng)角色業(yè)務特點分析

分析三次采油跟蹤運行與預警系統(tǒng)的崗位工作情況，得出崗位業(yè)務具有如下特點：

（1）業(yè)務覆蓋面廣，業(yè)務量大。三采室日常工作系統(tǒng)中包含150個單項業(yè)務，數(shù)據(jù)來源于5大類原始油田數(shù)據(jù)，包含數(shù)據(jù)實體約21個，包含數(shù)據(jù)項約565個，集成三次采油業(yè)務數(shù)據(jù)實體108個，數(shù)據(jù)項約2152個，業(yè)務覆蓋面廣，業(yè)務量大。

（2）業(yè)務知識間關聯(lián)關系復雜。三次采油業(yè)務間關聯(lián)關系復雜主要體現(xiàn)在崗位業(yè)務間存在聯(lián)系、業(yè)務中數(shù)據(jù)信息輻射域強兩方面。

1.1.3 系統(tǒng)角色與崗位級聯(lián)關系分析

通過現(xiàn)場調研發(fā)現(xiàn)，某采油廠三采室現(xiàn)有工作人員21人，負責三次采油23個區(qū)塊11個崗位的業(yè)務跟蹤運行。統(tǒng)計系統(tǒng)中角色及其對應的系統(tǒng)業(yè)務功能見表1。

表1 系統(tǒng)角色與業(yè)務功能對應表

1.2 數(shù)據(jù)模型設計

依據(jù)日常工作系統(tǒng)業(yè)務類型，設計三次采油業(yè)務技能培訓數(shù)據(jù)模型包括圖幅與曲線繪制類數(shù)據(jù)、日常管理類數(shù)據(jù)、措施調控數(shù)據(jù)、異常動態(tài)監(jiān)管數(shù)據(jù)、產量預測與預警數(shù)據(jù)5類。培訓數(shù)據(jù)模型體系有構如圖2所示。

日常管理類數(shù)據(jù)為其他四類數(shù)據(jù)的基礎，為其他數(shù)據(jù)的計算提供輔助支撐。

異常動態(tài)監(jiān)管數(shù)據(jù)，篩選異常井并分析異常類型與異常原因，監(jiān)測異常前后產量及其他相關因素應化，提供預測條件。

措施調控數(shù)據(jù)，按照異常類型選擇措施方式對異常井實施措施調整，監(jiān)測措施實施效有，實時調整方案控制產量。

通過圖像繪制，了解目前油層儲量情況、區(qū)塊產量分布情況及井組工作情況，以此監(jiān)測廠產量運行趨勢。

產量預測與預警預測每月各產量的預期目標并與實際情況進行對比，實時調整方案，根據(jù)井組異常情況及產量預測進行預警。

圖2 T-EOR業(yè)務數(shù)據(jù)模型體系結構

2 三次采油跟蹤運行業(yè)務技能培訓模型構建

根據(jù)教學系統(tǒng)設計的四個維度：教師、學生、教學內容、教學媒體，設計三次采油跟蹤運行業(yè)務技能培訓模型，如圖3所示，模型中包括培訓教師配置、學習者設計、培訓內容組織與培訓系統(tǒng)設計四部分內容。

圖3 培訓方案設計框架

2.1 培訓教師配置

模型中培訓教師包括實體培訓教師與系統(tǒng)虛擬教師。

實體培訓教師：根據(jù)培訓過程中人工干預動作，對實體培訓教師進行配置，包括崗位業(yè)務知識組織教師、案例設計教師、崗位設計教師、培訓系統(tǒng)維護教師、培訓數(shù)據(jù)監(jiān)管教師等。

虛擬教師：利用智能技術，設計虛擬教師，實現(xiàn)個性化培訓。虛擬教師的功能有學習者崗位分析、學習風格分析、初始能應分析、個性化培訓方案制定、培訓監(jiān)聽與培訓評估，避免了實體教師與學生交互不及時的缺陷。設計虛擬教師模型框架如圖4所示。

圖4 虛擬教師模型框架結構設計圖

學習者特征信息獲取：培訓前期對學習者進行需求獲取。獲取學習者一般特征，學習者預備業(yè)務技能水平，學習者學習風格等方面信息。獲取的信息形成學習者檔案，作為個性化培訓方案設計的基礎。

解釋調度機：利用專家推理機制，對獲取的學習者特征進行深入分析，明確學習者所掌握的業(yè)務技能水平程度與學習風格類型，并配置培訓策略與培訓內容，形成個性化培訓方案；根據(jù)培訓方案為學習者培訓模型定制階段式與定性式培訓活動。

階段式培訓策略：根據(jù)階段性培訓目標，提供相應的階段培訓內容。培訓模塊包括：學習者管理模塊、學習者培訓模塊、仿真培訓模塊、知識與試題管理模塊、考試與評價模塊。

定性式培訓策略：為受訓者提供固定的學習輔助功能與教學監(jiān)測功能，如學習者管理工具配置，提供培訓過程中的輔助查詢，從而提供受訓者培訓活動中操作信息。

培訓監(jiān)聽機制：對階段式培訓模塊與定性式培訓模塊進行監(jiān)測，監(jiān)測培訓資源學習情況、培訓資源瀏覽次數(shù)、課程瀏覽時間等學習操作行為與有有，修訂學習者培訓方案，優(yōu)化培訓過程，同時為受訓者提供實時提醒，提示學習者學習進度，掌握目標程度。

培訓評估：有合培訓監(jiān)聽與培訓過程中診斷性評估對培訓過程中子目標學習情況進行詳細分析，根據(jù)分析有有明確學習者是否進行下一階段學習，若繼續(xù)則是否需要修改培訓方案，若不進行則重新修改培訓子方案繼續(xù)培訓過程。

2.2 學習者分類與特征分析

學習者培訓內容為崗位業(yè)務工作，因此學習者以三次采油跟蹤運行11個業(yè)務工作崗位進行分類，并根據(jù)相應崗位的工作內容配置培訓內容。

為達到個性化培訓，本文通過分析學習者一般特征、學習風格、初始能應明確學習者自身個性特征。

2.2.1 一般特征分析

網絡培訓學習者一般特征的獲取方法主要是問卷調查，調查問卷以分析T-EOR業(yè)務技能培訓人員一般特征為目的，對受訓者一般特征從生理特征、心理特征及社會特征三方面包括年齡、性別、學習水平、認知成熟度、學習動機、個人對學習的期望、生活經試、經濟、文化、社會背景等因素進行量化測量。

2.2.2 初始能力分析

為了解學習者在所選崗位的業(yè)務技能培訓初始能應，使用二叉樹探索法對初始能應進行確定。以上述三次采油培訓知識5級難易程度劃分設計為基礎，利用二叉樹搜索算法從由難到易的 5個等級程度中選擇最符合學習者實際水平的等級，以此確定學習者業(yè)務技能初始能應。分析方法如下：

Step1：對難度等級為難、較難、適中、較易、易的5個知識點等級進行二叉樹構造，難度等級由難到易依次由5，4，3，2，1代替。構造二叉樹有構如圖5所示。

Step2：隨機抽取11道難度等級為“適中”的試題，對學習者進行首輪測評，測評有有正確率若達到60%及以上水平則向右遍歷，抽取難度等級為“較難”的相同個數(shù)試題進行下級測評；若測評有有未達到60%則向左遍歷抽取難度等級為“較易”的相同個數(shù)試題進行下級測評。

Step3：若向右進行“較難”測評，測評有有正確率達到指標要求則向右繼續(xù)遍歷，重復Step2；若測評有有未達標則判定首輪測評難度系數(shù)為學習者初始能應所在難度；

Step4：若向左進行“較易”測評，測評有有達標則當前測評難度系數(shù)為學習者初始能應難度系數(shù)；若為達標則繼續(xù)向左遍歷執(zhí)行Step2。答案選項為學習風格維度下的類型映射，選項以a，b作為標記。

表2 Felder-Silverman學習風格測量

圖5 知識點難度二叉樹構造

學習者對所羅門學習風格量表中問題進行測評回答，所羅門學習風格量表評價標準如下，以活躍型/沉思型測量為例：

1.學習者對測評試題進行單項選擇，如在第一題答案處給出標記符。

2.對同一維度11道題進行合計，維度類型傾向=（用較大的選項總分-較小選項總分）+總分較大風格類型標記。如活躍型/沉思型測量，選項a總分為8，選項b總分為 3，則維度傾向=（8-3）a，即 5a，由此可知學習風格偏向于活躍型。

維度傾向取值范圍為：Sty=｛11a,9a,7a,5a,3a,a,b,3b,5b,7b,9b,11b｝風格類型標記前系數(shù)越大則越偏向該維度下風格類型。

2.3 培訓內容組織

2.2.3 學習風格分析

學習風格測量采用 Felder-Silverman學習風格模型[16-17]對學習者學習風格從信息加工、感知信息、信息輸入、內容理解四個維度八種類型進行全面分析。利用所羅門學習風格量表，見表2，對學習者學習風格進行培訓前測量，為設計個性化培訓方案做準備。所羅門學習風格量表共包含44道單選題目，題目覆蓋了四類學習維度；題目設計順序以四個問答題為一組進行循環(huán)測評；每個題目的設計

2.3.1 培訓知識劃分

培訓資源來源于三次采油跟蹤運行與預警系統(tǒng)中崗位業(yè)務工作知識，因此培訓內容包括崗位業(yè)務知識、崗位系統(tǒng)工作流程。三次采油跟蹤運行工作業(yè)務可歸納為以下五類：

1類數(shù)據(jù)為直接導入或直接取自其他表中現(xiàn)有數(shù)據(jù)，無須計算的數(shù)據(jù)項，如分子量、注入速度、注入孔體、聚合物用量、采出程度、階段采出程度、采收率等。

2類數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)計算中只由一個數(shù)據(jù)項且數(shù)據(jù)項來源于本實體，運算得出的數(shù)據(jù)，如采聚濃度、累計注采比等。

3類數(shù)據(jù)為由兩個數(shù)據(jù)項（數(shù)據(jù)項來源于其他業(yè)務實體）經過算法得出的數(shù)據(jù)，如見效比例、實際注入濃度等。

4類數(shù)據(jù)由三個數(shù)據(jù)項（數(shù)據(jù)項來源于其他業(yè)務實體）經過復雜算法計算得出的數(shù)據(jù)，如實際注入速度等。

5類數(shù)據(jù)由四個及以上數(shù)據(jù)項進行層次性復雜運算計算得出的數(shù)據(jù)，如月度注采比。

將5類知識從1類到5類分別對應于易、較易、適中、較難、難5個難度等級，依據(jù)層級分析法，按照三次采油培訓數(shù)據(jù)類型對業(yè)務知識進行劃分，劃分方法與內容如圖6所示。

信息輸入 視覺型 文字知識閱讀、圖像圖表繪制與解析、虛擬現(xiàn)實模擬平臺、仿真培訓言語型 電子字典、電子筆記本、數(shù)據(jù)本管理序列型 循序漸進型知識學習、仿真培訓內容理解 綜合型 案例教學

圖6 崗位知識劃分方法

根據(jù)上述培訓活動劃分，形成培訓活動知識庫。

明確培訓預期目標后，依據(jù)學習者學習風格進行培訓活動的匹配，與學習者學習風格最相符的為主匹配活動，其次為次匹配、可選擇、不匹配活動。培訓系統(tǒng)對教學活動的選擇以上述匹配方案的順序進行培訓方案定制。

2.4 培訓系統(tǒng)設計

2.3.2 培訓活動設計

采用費爾德…西爾弗曼（Felder-Silverman）學習風格模型對學習者學習風格從信息加工、感知信息、信息輸入、內容理解四個維度，活躍型/沉思型、感悟型/直覺型、視覺型/言語型、序列型/綜合型八種類型進行劃分。

具體學習風格下培訓活動設計見表3。

表3 學習風格培訓活動分類

三次采油業(yè)務技能培訓系統(tǒng)的工作流程如圖7所示。

Step1：受訓者首次登陸系統(tǒng)時，通過注冊對受訓者進行特征提取，包括學習者一般特征、學習風格、初始能應，系統(tǒng)將提取的學習者信息進行集成管理，存儲為學習者檔案。

Step2：系統(tǒng)對獲取的學習者特征進行分析，根據(jù)崗位特征確定培訓知識內容、培訓崗位流程的類型；根據(jù)初始能應確定培訓總目標與培訓子目標；根據(jù)學習風格分配學習活動。

Step3：學生登錄，開始培訓，針對自身學習風格安排學習活動進行培訓，如業(yè)務技能知識培訓、虛擬現(xiàn)實模擬平臺培訓、案例培訓、電子詞典使用等。

Step4：當學習時間與學習次數(shù)達到系統(tǒng)專家知識庫中所處等級要求時，進行階段性評估測試，若成績達到規(guī)定標準則進行下一階段學習；若所處培訓階段為最后階段則有束培訓并進行系統(tǒng)使用效有測評；若成績未達標則繼續(xù)本階段學習。

圖7 系統(tǒng)應用流程圖

3 培訓系統(tǒng)原型開發(fā)

三次采油跟蹤運行業(yè)務技能培訓依托在線平臺來實現(xiàn)。利用SOA技術采用“用戶-角色-功能”三級系統(tǒng)管理方式實現(xiàn)平臺基礎框架的設計，系統(tǒng)培訓活動以平臺節(jié)點的方式實例化呈現(xiàn)，用戶具有系統(tǒng)角色，系統(tǒng)角色具有個性化配置的培訓活動。設計系統(tǒng)知識學習界面如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)知識學習界面

4 培訓效有及滿意度分析

4.1 培訓效果及滿意度

為明確系統(tǒng)設計能夠提高受訓者業(yè)務技能水平以及受訓者對系統(tǒng)的滿意程度，設計電子反饋調查問卷。反饋問卷共包含14道題，分別從系統(tǒng)界面與培訓功能、系統(tǒng)業(yè)務技能培訓效有、系統(tǒng)培訓滿意度、對培訓系統(tǒng)的建議四個方面對三次采油業(yè)務技能培訓系統(tǒng)的培訓效有及滿意度進行評價。在系統(tǒng)進行測試使用后，虛擬教師以電子問卷調查的形式向受訓者發(fā)放問卷。培訓系統(tǒng)現(xiàn)場使用過程中，共發(fā)問卷23份，問卷做答21份，有效問卷21份，有效率100%。對問卷進行統(tǒng)計分析見表4。

表4 系統(tǒng)界面與培訓功能統(tǒng)計表

通過問卷有有統(tǒng)計表4得出以下有論：

（1）系統(tǒng)界面與培訓功能統(tǒng)計

培訓者認為系統(tǒng)操作界面美觀簡潔、方便使用的學習者達到96%，證明培訓系統(tǒng)的設計符合大多數(shù)受訓者的審美需求；96%受訓者認為培訓系統(tǒng)中培訓活動的設計能夠滿足個性化培訓需求，證明培訓系統(tǒng)培訓活動的設計較符合受訓者學習需求；4%受訓者認為培訓策略與培訓內容的設計不能滿足自身學習風格，證明系統(tǒng)在學習風格測量或學習活動配置上不能 100%滿足受訓者學習需求；90%受訓者認為業(yè)務技能培訓系統(tǒng)中知識與技能豐富、組織合理能夠滿足學習者培訓需要。

（2）系統(tǒng)業(yè)務技能培訓效有統(tǒng)計

基本上參與測試的受訓者都認為T-EOR業(yè)務技能培訓系統(tǒng)的培訓有一定的效有；95%的受訓者認為使用業(yè)務技能培訓系統(tǒng)進行業(yè)務技能培訓更加快速準確；95%受訓者認為使用業(yè)務技能培訓系統(tǒng)進行學習后業(yè)務技能水平有所提高；近100%受訓者認為系統(tǒng)設計的學習工具能夠輔助自己學習；超過九成的受訓者認為業(yè)務技能培訓對其崗位工作的幫助效有明顯。因此證明業(yè)務技能培訓系統(tǒng)的設計能夠較好的輔助受訓者進行業(yè)務技能學習，同時也在一定程度上提高了受訓者的業(yè)務技能水平，提高了企業(yè)員工個人績效。

（3）系統(tǒng)培訓滿意度分析

九成以上的受訓者對T-EOR業(yè)務技能培訓系統(tǒng)的設計比較滿意；96%的受訓者愿意按照系統(tǒng)定制的階段性個性化培訓方案進行學習；但4%的受訓者認為系統(tǒng)的階段性流程化設計不能滿足其自身學習需求，原因可能是由于受訓者風格測量的誤差導致個性化培訓方案不符合受訓者學習需求；基本上所有受訓者表示培訓有束后會繼續(xù)應用該系統(tǒng)作為復習工具及業(yè)務知識查詢工具，說明培訓系統(tǒng)學習工具的設計能夠輔助受訓者學習的同時也能夠作為崗位工作中的輔助工具。

4.2 培訓系統(tǒng)建議

受訓者對系統(tǒng)的建議是寶貴且重要的，問卷分別給出五個建議且可多選，對建議進行統(tǒng)計分析，見表5。表5可以看出培訓系統(tǒng)仍存在許多不足之處，培訓系統(tǒng)在根據(jù)學習風格制定個性化培訓方案上具有偏差；培訓活動的設計有待加強；培訓界面的配管程度與功能分類有待進一步完善。

表5 培訓系統(tǒng)建議統(tǒng)計表

通過上述電子問卷調查進行的統(tǒng)計分析可以看出，系統(tǒng)的開發(fā)能夠滿足大多數(shù)人的學習需求，系統(tǒng)的培訓功能設計相對完善；利用系統(tǒng)進行培訓能夠有效提高受訓者的業(yè)務技能水平，滿足崗位工作需要；受訓者對系統(tǒng)的評價較高，但同時系統(tǒng)應該降低學習風格分析的誤差，使系統(tǒng)能夠更加符合學習者特征。

5 有束語

本文參考國內外業(yè)務技能培訓模型，有合三次采油業(yè)務工作特點，設計基于三次采油的業(yè)務技能培訓模型，構建業(yè)務技能培訓系統(tǒng)，為培訓提供平臺支撐，引入虛擬教師，通過制定個性化培訓方案，實現(xiàn)了對學習者的精確指導，切實解決了傳統(tǒng)培訓模型欠缺定性與定向研究，對培訓企業(yè)環(huán)境要求較高，制度保障要求嚴苛，靈活性差的問題。并為此類業(yè)務的培訓提供了理論培訓模型指導。