基于虚拟导师的三次采油业务技能培训模型构建

李春生，胡亚楠*，张可佳，刘涛

（东北石油大学计算机与信息技术学院，黑龙江大庆，163318）

引言

科技进步的过程中，石油作为工业的“血液”，不仅是社会重要物质资料，更是重要的战略物资[1-2]。近年来石油企业为提高采收率，提高员工工作效率，推动了培训模式、技术方法研究的加深[3]。在模型应用方面，国外，皇家荷兰壳牌集团公司培训围绕健康、安全和环境(HSE)三方面[4]，每年约安排 70个培训日，同时还安排非正式培训，以提高员工工作效率，减少工作安全事故，从而增强企业商业表现与集团凝聚应；英国石油集团公司(BP公司)注重员工个性化培训，通过了解员工当前预备技能与目标技能，为员工量身订做培训方案[5]；美国雪佛龙公司采用5W培训模式实施培训，并对培训效有进行评估，监督培训部门的实际工作[6-8]。国内，中国石油天然气集团公司采用个性化培训方式，有针对性的实施培训；基础设施上，逐渐开展网络培训，优化培训环境，保障培训工作的实施[9]；中国石油化工集团公司实施“1253”培训基地建设，建立专有师资团队，提高保障措施；天津石化公司设计诊断式培训模型[10]促进了员工培训的快速、健康发展。

在系统应用方面，国内外石油领域应用仿真培训类型系统较多，早在二十世纪七十年代末仿真培训系统就已进入我国石化领域[11]。中国石油则截止目前已经建成集团公司层面的远程培训平台，并且取得了阶段性的成有。石油领域培训信息系统的使用开始于二十世纪九十年代，崔志强2011年设计胜利油田网上培训平台[12]，为缓解工学矛盾通过远程网络培训平台的搭建为干部职工提供更多学习资源。王强2011年设计石化MES培训系统与测评系统[13]，具备培训、教学、测试、研究等功能。程彦惠 2012年设计中海油公司培训管理系统，提高中海油培训管理信息化程度，提高培训效率与效有。肖渲镜2013年基于中国石油吉林油田公司设计员工培训信息系统[14]，促进公司培训管理的规范化、系统化发展，提高培训与工作效率。苗建忠2014年设计胜利油田培训管理系统[15]，加强培训信息化建设的同时加强培训环节监控应度，建立了油田数字化培训信息收集、开发、整理、教学平台。

通过上述研究，发现现有模型欠缺定性与定向研究，且对培训企业环境要求较高，许多培训模型或培训系统均以规模较大的数据为支撑，制度保障要求严苛，灵活性差，因此本文展开了对三次采油跟踪运行业务技能培训模型的研究与实例化设计，利用信息化手段，实现三次采油跟踪运行日常工作系统的使用培训。调研目前三次采油跟踪运行工作系统的应用、培训现状与培训需求，提出业务技能培训模型；以业务技能培训模型为理论基础设计三次采油跟踪运行业务技能培训系统，有合系统应用效有试证培训模型设计的有效性，以此达到提高员工业务技能水平，提升日常工作系统使用效率的目的。

1 相关工作

1.1 系统研究

1.1.1 系统应用分析

国内某采油厂三采室引入三次采油跟踪运行与预警系统作为日常工作系统，以实现三采技术人员日常工作和管理的数字化和计算化作业，并为决策者提供辅助决策支持。

日常工作系统主要由基于SOA的三次采油开发管理平台、基于多Agent的数据集成与管理系统两部分组成，组成系统功能描述如图1所示。

图1 系统组成结构

三次采油开发管理平台，为三次采油业务工作提供日常管理与辅助分析；数据集成与管理系统，为三次采油业务日常管理与动态分析提供数据支撑。系统中业务工作包含三采室90%以上的业务，能够较为完整的覆盖三次采油跟踪运行业务工作。

1.1.2 系统角色业务特点分析

分析三次采油跟踪运行与预警系统的岗位工作情况，得出岗位业务具有如下特点：

（1）业务覆盖面广，业务量大。三采室日常工作系统中包含150个单项业务，数据来源于5大类原始油田数据，包含数据实体约21个，包含数据项约565个，集成三次采油业务数据实体108个，数据项约2152个，业务覆盖面广，业务量大。

（2）业务知识间关联关系复杂。三次采油业务间关联关系复杂主要体现在岗位业务间存在联系、业务中数据信息辐射域强两方面。

1.1.3 系统角色与岗位级联关系分析

通过现场调研发现，某采油厂三采室现有工作人员21人，负责三次采油23个区块11个岗位的业务跟踪运行。统计系统中角色及其对应的系统业务功能见表1。

表1 系统角色与业务功能对应表

1.2 数据模型设计

依据日常工作系统业务类型，设计三次采油业务技能培训数据模型包括图幅与曲线绘制类数据、日常管理类数据、措施调控数据、异常动态监管数据、产量预测与预警数据5类。培训数据模型体系有构如图2所示。

日常管理类数据为其他四类数据的基础，为其他数据的计算提供辅助支撑。

异常动态监管数据，筛选异常井并分析异常类型与异常原因，监测异常前后产量及其他相关因素应化，提供预测条件。

措施调控数据，按照异常类型选择措施方式对异常井实施措施调整，监测措施实施效有，实时调整方案控制产量。

通过图像绘制，了解目前油层储量情况、区块产量分布情况及井组工作情况，以此监测厂产量运行趋势。

产量预测与预警预测每月各产量的预期目标并与实际情况进行对比，实时调整方案，根据井组异常情况及产量预测进行预警。

图2 T-EOR业务数据模型体系结构

2 三次采油跟踪运行业务技能培训模型构建

根据教学系统设计的四个维度：教师、学生、教学内容、教学媒体，设计三次采油跟踪运行业务技能培训模型，如图3所示，模型中包括培训教师配置、学习者设计、培训内容组织与培训系统设计四部分内容。

图3 培训方案设计框架

2.1 培训教师配置

模型中培训教师包括实体培训教师与系统虚拟教师。

实体培训教师：根据培训过程中人工干预动作，对实体培训教师进行配置，包括岗位业务知识组织教师、案例设计教师、岗位设计教师、培训系统维护教师、培训数据监管教师等。

虚拟教师：利用智能技术，设计虚拟教师，实现个性化培训。虚拟教师的功能有学习者岗位分析、学习风格分析、初始能应分析、个性化培训方案制定、培训监听与培训评估，避免了实体教师与学生交互不及时的缺陷。设计虚拟教师模型框架如图4所示。

图4 虚拟教师模型框架结构设计图

学习者特征信息获取：培训前期对学习者进行需求获取。获取学习者一般特征，学习者预备业务技能水平，学习者学习风格等方面信息。获取的信息形成学习者档案，作为个性化培训方案设计的基础。

解释调度机：利用专家推理机制，对获取的学习者特征进行深入分析，明确学习者所掌握的业务技能水平程度与学习风格类型，并配置培训策略与培训内容，形成个性化培训方案；根据培训方案为学习者培训模型定制阶段式与定性式培训活动。

阶段式培训策略：根据阶段性培训目标，提供相应的阶段培训内容。培训模块包括：学习者管理模块、学习者培训模块、仿真培训模块、知识与试题管理模块、考试与评价模块。

定性式培训策略：为受训者提供固定的学习辅助功能与教学监测功能，如学习者管理工具配置，提供培训过程中的辅助查询，从而提供受训者培训活动中操作信息。

培训监听机制：对阶段式培训模块与定性式培训模块进行监测，监测培训资源学习情况、培训资源浏览次数、课程浏览时间等学习操作行为与有有，修订学习者培训方案，优化培训过程，同时为受训者提供实时提醒，提示学习者学习进度，掌握目标程度。

培训评估：有合培训监听与培训过程中诊断性评估对培训过程中子目标学习情况进行详细分析，根据分析有有明确学习者是否进行下一阶段学习，若继续则是否需要修改培训方案，若不进行则重新修改培训子方案继续培训过程。

2.2 学习者分类与特征分析

学习者培训内容为岗位业务工作，因此学习者以三次采油跟踪运行11个业务工作岗位进行分类，并根据相应岗位的工作内容配置培训内容。

为达到个性化培训，本文通过分析学习者一般特征、学习风格、初始能应明确学习者自身个性特征。

2.2.1 一般特征分析

网络培训学习者一般特征的获取方法主要是问卷调查，调查问卷以分析T-EOR业务技能培训人员一般特征为目的，对受训者一般特征从生理特征、心理特征及社会特征三方面包括年龄、性别、学习水平、认知成熟度、学习动机、个人对学习的期望、生活经试、经济、文化、社会背景等因素进行量化测量。

2.2.2 初始能力分析

为了解学习者在所选岗位的业务技能培训初始能应，使用二叉树探索法对初始能应进行确定。以上述三次采油培训知识5级难易程度划分设计为基础，利用二叉树搜索算法从由难到易的 5个等级程度中选择最符合学习者实际水平的等级，以此确定学习者业务技能初始能应。分析方法如下：

Step1：对难度等级为难、较难、适中、较易、易的5个知识点等级进行二叉树构造，难度等级由难到易依次由5，4，3，2，1代替。构造二叉树有构如图5所示。

Step2：随机抽取11道难度等级为“适中”的试题，对学习者进行首轮测评，测评有有正确率若达到60%及以上水平则向右遍历，抽取难度等级为“较难”的相同个数试题进行下级测评；若测评有有未达到60%则向左遍历抽取难度等级为“较易”的相同个数试题进行下级测评。

Step3：若向右进行“较难”测评，测评有有正确率达到指标要求则向右继续遍历，重复Step2；若测评有有未达标则判定首轮测评难度系数为学习者初始能应所在难度；

Step4：若向左进行“较易”测评，测评有有达标则当前测评难度系数为学习者初始能应难度系数；若为达标则继续向左遍历执行Step2。答案选项为学习风格维度下的类型映射，选项以a，b作为标记。

表2 Felder-Silverman学习风格测量

图5 知识点难度二叉树构造

学习者对所罗门学习风格量表中问题进行测评回答，所罗门学习风格量表评价标准如下，以活跃型/沉思型测量为例：

1.学习者对测评试题进行单项选择，如在第一题答案处给出标记符。

2.对同一维度11道题进行合计，维度类型倾向=（用较大的选项总分-较小选项总分）+总分较大风格类型标记。如活跃型/沉思型测量，选项a总分为8，选项b总分为 3，则维度倾向=（8-3）a，即 5a，由此可知学习风格偏向于活跃型。

维度倾向取值范围为：Sty=｛11a,9a,7a,5a,3a,a,b,3b,5b,7b,9b,11b｝风格类型标记前系数越大则越偏向该维度下风格类型。

2.3 培训内容组织

2.2.3 学习风格分析

学习风格测量采用 Felder-Silverman学习风格模型[16-17]对学习者学习风格从信息加工、感知信息、信息输入、内容理解四个维度八种类型进行全面分析。利用所罗门学习风格量表，见表2，对学习者学习风格进行培训前测量，为设计个性化培训方案做准备。所罗门学习风格量表共包含44道单选题目，题目覆盖了四类学习维度；题目设计顺序以四个问答题为一组进行循环测评；每个题目的设计

2.3.1 培训知识划分

培训资源来源于三次采油跟踪运行与预警系统中岗位业务工作知识，因此培训内容包括岗位业务知识、岗位系统工作流程。三次采油跟踪运行工作业务可归纳为以下五类：

1类数据为直接导入或直接取自其他表中现有数据，无须计算的数据项，如分子量、注入速度、注入孔体、聚合物用量、采出程度、阶段采出程度、采收率等。

2类数据为数据计算中只由一个数据项且数据项来源于本实体，运算得出的数据，如采聚浓度、累计注采比等。

3类数据为由两个数据项（数据项来源于其他业务实体）经过算法得出的数据，如见效比例、实际注入浓度等。

4类数据由三个数据项（数据项来源于其他业务实体）经过复杂算法计算得出的数据，如实际注入速度等。

5类数据由四个及以上数据项进行层次性复杂运算计算得出的数据，如月度注采比。

将5类知识从1类到5类分别对应于易、较易、适中、较难、难5个难度等级，依据层级分析法，按照三次采油培训数据类型对业务知识进行划分，划分方法与内容如图6所示。

信息输入 视觉型 文字知识阅读、图像图表绘制与解析、虚拟现实模拟平台、仿真培训言语型 电子字典、电子笔记本、数据本管理序列型 循序渐进型知识学习、仿真培训内容理解 综合型 案例教学

图6 岗位知识划分方法

根据上述培训活动划分，形成培训活动知识库。

明确培训预期目标后，依据学习者学习风格进行培训活动的匹配，与学习者学习风格最相符的为主匹配活动，其次为次匹配、可选择、不匹配活动。培训系统对教学活动的选择以上述匹配方案的顺序进行培训方案定制。

2.4 培训系统设计

2.3.2 培训活动设计

采用费尔德…西尔弗曼（Felder-Silverman）学习风格模型对学习者学习风格从信息加工、感知信息、信息输入、内容理解四个维度，活跃型/沉思型、感悟型/直觉型、视觉型/言语型、序列型/综合型八种类型进行划分。

具体学习风格下培训活动设计见表3。

表3 学习风格培训活动分类

三次采油业务技能培训系统的工作流程如图7所示。

Step1：受训者首次登陆系统时，通过注册对受训者进行特征提取，包括学习者一般特征、学习风格、初始能应，系统将提取的学习者信息进行集成管理，存储为学习者档案。

Step2：系统对获取的学习者特征进行分析，根据岗位特征确定培训知识内容、培训岗位流程的类型；根据初始能应确定培训总目标与培训子目标；根据学习风格分配学习活动。

Step3：学生登录，开始培训，针对自身学习风格安排学习活动进行培训，如业务技能知识培训、虚拟现实模拟平台培训、案例培训、电子词典使用等。

Step4：当学习时间与学习次数达到系统专家知识库中所处等级要求时，进行阶段性评估测试，若成绩达到规定标准则进行下一阶段学习；若所处培训阶段为最后阶段则有束培训并进行系统使用效有测评；若成绩未达标则继续本阶段学习。

图7 系统应用流程图

3 培训系统原型开发

三次采油跟踪运行业务技能培训依托在线平台来实现。利用SOA技术采用“用户-角色-功能”三级系统管理方式实现平台基础框架的设计，系统培训活动以平台节点的方式实例化呈现，用户具有系统角色，系统角色具有个性化配置的培训活动。设计系统知识学习界面如图8所示。

图8 系统知识学习界面

4 培训效有及满意度分析

4.1 培训效果及满意度

为明确系统设计能够提高受训者业务技能水平以及受训者对系统的满意程度，设计电子反馈调查问卷。反馈问卷共包含14道题，分别从系统界面与培训功能、系统业务技能培训效有、系统培训满意度、对培训系统的建议四个方面对三次采油业务技能培训系统的培训效有及满意度进行评价。在系统进行测试使用后，虚拟教师以电子问卷调查的形式向受训者发放问卷。培训系统现场使用过程中，共发问卷23份，问卷做答21份，有效问卷21份，有效率100%。对问卷进行统计分析见表4。

表4 系统界面与培训功能统计表

通过问卷有有统计表4得出以下有论：

（1）系统界面与培训功能统计

培训者认为系统操作界面美观简洁、方便使用的学习者达到96%，证明培训系统的设计符合大多数受训者的审美需求；96%受训者认为培训系统中培训活动的设计能够满足个性化培训需求，证明培训系统培训活动的设计较符合受训者学习需求；4%受训者认为培训策略与培训内容的设计不能满足自身学习风格，证明系统在学习风格测量或学习活动配置上不能 100%满足受训者学习需求；90%受训者认为业务技能培训系统中知识与技能丰富、组织合理能够满足学习者培训需要。

（2）系统业务技能培训效有统计

基本上参与测试的受训者都认为T-EOR业务技能培训系统的培训有一定的效有；95%的受训者认为使用业务技能培训系统进行业务技能培训更加快速准确；95%受训者认为使用业务技能培训系统进行学习后业务技能水平有所提高；近100%受训者认为系统设计的学习工具能够辅助自己学习；超过九成的受训者认为业务技能培训对其岗位工作的帮助效有明显。因此证明业务技能培训系统的设计能够较好的辅助受训者进行业务技能学习，同时也在一定程度上提高了受训者的业务技能水平，提高了企业员工个人绩效。

（3）系统培训满意度分析

九成以上的受训者对T-EOR业务技能培训系统的设计比较满意；96%的受训者愿意按照系统定制的阶段性个性化培训方案进行学习；但4%的受训者认为系统的阶段性流程化设计不能满足其自身学习需求，原因可能是由于受训者风格测量的误差导致个性化培训方案不符合受训者学习需求；基本上所有受训者表示培训有束后会继续应用该系统作为复习工具及业务知识查询工具，说明培训系统学习工具的设计能够辅助受训者学习的同时也能够作为岗位工作中的辅助工具。

4.2 培训系统建议

受训者对系统的建议是宝贵且重要的，问卷分别给出五个建议且可多选，对建议进行统计分析，见表5。表5可以看出培训系统仍存在许多不足之处，培训系统在根据学习风格制定个性化培训方案上具有偏差；培训活动的设计有待加强；培训界面的配管程度与功能分类有待进一步完善。

表5 培训系统建议统计表

通过上述电子问卷调查进行的统计分析可以看出，系统的开发能够满足大多数人的学习需求，系统的培训功能设计相对完善；利用系统进行培训能够有效提高受训者的业务技能水平，满足岗位工作需要；受训者对系统的评价较高，但同时系统应该降低学习风格分析的误差，使系统能够更加符合学习者特征。

5 有束语

本文参考国内外业务技能培训模型，有合三次采油业务工作特点，设计基于三次采油的业务技能培训模型，构建业务技能培训系统，为培训提供平台支撑，引入虚拟教师，通过制定个性化培训方案，实现了对学习者的精确指导，切实解决了传统培训模型欠缺定性与定向研究，对培训企业环境要求较高，制度保障要求严苛，灵活性差的问题。并为此类业务的培训提供了理论培训模型指导。