فناوری واقعیت مجازی برای آموزش ایمنی در مدیریت پروژه

مقدمه

نتایج حاصل از بررسی، شکاف بین وضعیت و انتظار صنعت در رابطه با ایمنی را نشان می‌دهد. برای محدود کردن این شکاف توسعه و استفاده از یک برنامه آموزشی که براساس شبیه‌سازی واقعیت مجازی (VR) می‌باشد بسیار موثر است. برنامه آموزش ایمنی مبتنی بر VR می‌تواند یک محیط کار ایمن را ارائه دهد که در آن کاربران می‌توانند به طور موثر وظایف خود را با خطرات حین کار تمرین کنند و در نهایت توانایی‌های خود را برای شناخت و مداخله خطرات ترویج دهند و شبیه‌سازی آن نیز می‌تواند موانع آموزشی ایجادشده را حذف کند.

خطای انسانی به عنوان عاملی برای تعیین حدود ۸۰ % خطرات شغلی در هوانوردی، پتروشیمی، مراقبت‌های بهداشتی، ساخت‌وساز، معدن و صنایع انرژی هسته‌ای در نظر گرفته شده است. این تأثیر خطای انسانی، به ویژه ناآگاهی و ابهام در یک وضعیت خطرناک، حداقل به ۴۹ درصد از خطرات ساختمانی کمک می‌کند. اشتباهات را نمی‌توان‌ حذف کرد، اما فرصت‌ها برای خطا را پدیدۀ هواییان‌ با آموزش مناسب و موثر کاهش داد . برنامه‌های آموزش ایمنی موثر، رویکردی برای کاهش خطاهای انسانی هستند و در نتیجه می‌تواند به حفظ هزینه‌های بزرگ از طریق جلوگیری از حوادث کمک کند.

واقعیت مجازی (VR) برای آموزش آتش‌نشان‌ها، امنیت در پالایشگاه‌ها و آموزش مهندسی عمران استفاده شده است. به طور خاص در صنعت ساخت‌وساز، فناوری VR برای تجزیه و تحلیل قابلیت ساخت برنامه‌های آنالیز ساختاری بتن پیش‌ساخته استفاده شده است، با این حال، چند تحقیق شناخته‌شده، VR را برای آموزش ایمنی الکتریکی در صنعت ساخت‌وساز به کاربردند. یک برنامه آموزشی مبتنی بر شبیه‌سازی VR می‌تواند یک ابزار تعاملی برای آموزش همه کارگران ساختمانی بر روی خطرات الکتریکی و دستورالعمل‌های کار ایمن ارائه دهد. هدف از این پژوهش مرور شیوه‌های آموزش ایمنی الکتریکی جاری در صنعت ساخت‌وساز از طریق تحلیل مقررات، روش‌های آموزش ایمنی صنعتی کنونی، و تحقیقات مرگبار خطرات است. بر اساس این بررسی، یک برنامه آموزشی VR نمونه‌سازی شده و یک نمونه کاربردی ارائه شده است. سبک‌های آموزشی موثر، رفتار یادگیری کاربر، محیط آموزشی ایمن و فرهنگ ایمنی نیز برای پشتیبانی استفاده از رویکرد آموزشی VR در صنعت ساخت‌وساز مورد بحث قرار می‌گیرند.

مقررات مربوط به آموزش ایمنی ساخت‌وساز

اداره ایمنی و سلامت شغلی (OSHA) الزامات آموزش همه کارگران ساخت و ساز را تعیین می‌کند. تحقق این الزامات، مسئولیت هر یک از کارفرماهای فردی است. برخی از کارفرمایان از برنامه‌های ایمنی ساختار یافته و مطالب ارائه‌شده توسط شرکت‌های رسانه‌ای که در آموزش تخصص دارند، استفاده می‌کنند، درحالی‌که برخی دیگر آموزش‌های خود را انجام می‌دهند. بخش مهم هر برنامه آموزشی این است که حداقل الزامات تنظیم‌شده توسط OSHA را برآورده کرده و برنامه آموزشی توسعه‌یافته به اندازه کافی هر کارمند را آموزش دهد تا بتوانند به طور ایمن وظایف خود را بر روی محل کار انجام دهد.
در سال ۱۹۲۶قانون فدرال، مقررات بهداشتی برای صنعت ساخت‌وساز را تحت پوشش قرار می‌داد. الزامات یافت شده در این قانون(CFR) و همچنین استانداردهای مرجع برای ارائه درک کارکنان از شیوه‌های ایمنی مربوطه برای استفاده و خطراتی که در هنگام کار بر روی تجهیزات الکتریکی یا سیستم‌های توزیع برق وجود دارند طراحی شده‌ بود.

طبق CFR ۲۹ بخش از (OSHA) برای تمام کارمندانی که ممکن است  با خطر و آسیب ناشی از شوک الکتریکی و یا دیگر خطرات الکتریکی مواجه شوند، نیاز به تمرین دارد. این آموزش باید به هر کارگر این امکان را بدهد که شیوه‌های کاری مربوط به ایمنی را به دست آورند. این شامل آموزش کارکنانی است که مستقیماً بر روی تجهیزات الکتریکی کار نمی‌کنند اما در مجاورت تجهیزات الکتریکی و سیستم‌های توزیع برق هستند. این افراد مسئول شناسایی خطرات موجود در محیط کار و شیوه‌های مناسب مربوطه هستند. مقررات OSHA قوانین حفاظت از کارگران و تجهیزاتی را که ممکن است کارگران دیگر را در معرض خطر قرار دهند و کار کردن با طناب و کابل‌ها، و ابزارهای متصل به دستگاه‌های الکتریکی را پوشش می‌دهد. در این مقررات رویه‌هایی برای برچسب‌گذاری تجهیزات، شناسایی محصولات زیست‌محیطی در تجهیزات و همچنین استفاده از تجهیزات الکتریکی موقت، باتری‌ها، و شارژ باتری وجود دارد.

آموزش ضمن خدمت

OJT روشی برای آموزش مهارت‌ها، دانش و شایستگی لازم برای انجام یک کار خاص در محیط کار است. OJT اغلب کارگران را آموزش می‌دهد تا وظایف خود را با استفاده از ابزار، ماشین‌آلات و اسناد موجود تجربه کنند. کارآموزان OJT معمولاً توسط یک کارمند دیگر آموزش داده می‌شوند که می‌تواند به طور شایسته‌ای این کار را انجام دهد.

بررسی اثر الکتریکی در ساخت‌وساز ساز

مرگ‌ومیر جدی‌ترین نقص ایمنی در صنعت ساخت‌وساز و تحلیل این شکست‌ها و یادگیری از آن‌ها به عنوان یک روش موثر برای تشخیص عیوب ایمنی موجود است. محققان یک گزارش تحقیق در اثر برق‌گرفتگی را بررسی کردند که از سال ۱۹۸۹ تا ۲۰۱۲ از نظر محتوا و آنالیز آماری تهیه شده بود. این توصیه‌ها انعکاس عوامل تصادفی و نقص کاربردهای ایمنی فعلی بودند که به شرح زیر است :
 2/69% گزارش‌ها حاکی از آن است که " آموزش ایمنی کافی و برنامه‌های ویژه آموزش ایمنی الکتریکی، باید برای افزایش شناخت خطر الکتریکی و اجتناب از شرایط ناامن در محل کار، به اجرا در آید. "
7/47%  توصیه شد "یک بررسی خطر الکتریکی در محیط کار برای شناسایی خطرات بالقوه الکتریکی و اقدامات مداخله قبل از کار" انجام شود.
7/47% پیشنهاد شد که تجهیزات حفاظتی شخصی، غیر رسانا (PPE)، تجهیزات ارتباطی، و تجهیزات پشتیبانی باید برای کارگران در محل کار فراهم شود.
این نتایج حاکی از آن است که نقص شناخت خطر الکتریکی و رفتار نامناسب کارگر باید مسئول اغلب خطرات ساخت‌وساز باشد. همچنین کارگران بازتابی از نقشی هستند که آموزش در ایمنی الکتریکی ساخت‌وساز ایفا می‌کند.

توسعه برنامه آموزش ایمنی مبتنی بر VR  

توجیه هدف

بر اساس بررسی‌های قبلی، یک برنامه آموزشی ایده‌آل که برای ایمنی الکتریکی در ساخت‌وساز اهمیت دارد، باید به کارگران اجازه دهد تا وظایف مرتبط با برق را تمرین کنند و با خطرات موجود در محیط کار آشنا شوند. با این حال، اکثر برنامه‌های آموزشی فعلی کم‌تر قادر به پاسخگویی به این نیازها هستند. هم چنین خطرات الکتریکی تا حد زیادی شانس کارگران برای تشخیص و عمل در زندگی واقعی را کاهش می‌دهد.
اثربخشی یک برنامه آموزشی باید رفتار یادگیری کارگر را در نظر بگیرد. در نتیجه آموزش مشارکتی به طور گسترده‌ای پذیرفته شده است.

محققان دریافتند که تجربه حادثه شبیه‌سازی شده آن‌ها یک کمک آموزشی بهتر از نشان دادن یا توصیف آن است, زمانی که معیار"حوادث" و حفظ در طول زمان مورد استفاده قرار گرفت آن‌ها ادعا کردند که بهترین راه برای آموزش و یادگیری این است که کار واقعی انجام دهند و وظایف اصلی برای کسب تجربه را شبیه‌سازی کنند. همانطورکه درشکل 1 نشان داده‌شده, هرم اثربخشی یادگیری یک سلسله‌مراتب سبک آموزشی و اثربخشی آن را به کارآموزان نشان می‌دهد. می توان نشان داد که تجربه دست اول از وظایف زندگی واقعی و تجربه کاری به دست‌ آمده از  شبیه‌سازی‌ها راه  موثرتری نسبت به یادگیری هستند.

آموزش فعال و تعاملی، اغلب دارای سطح بالاتری از درک است درحالی‌که روش‌های غیرفعال یادگیری به این اندازه موثر نیستند. اکثر برنامه‌های آموزشی ایمنی الکتریکی مانند فیلم‌های ویدئویی، کمک‌های مبتنی بر کاغذ، و یا نمایش اسلایدی به سختی می‌توانند خطرات الکتریکی را به طور واضح به کارآموزان نشان دهند و از سوی دیگر، کارآموزان فرصت کافی برای شرکت در این فعالیت‌ها را ندارند. در حقیقت، باور بر این است که یک برنامه آموزشی فعال و تعاملی می‌تواند منجر به درک بهتر از مطالب آموزشی شود چنین آموزش مشارکتی جنبه زندگی واقعی را به این آموزش می‌دهد و به کارآموزان اجازه می‌دهد تا با شرایط و مقررات بااهمیت زندگی مانند مرگ ارتباط برقرار کنند. بهترین شیوه زمانی است که افراد مجبور نباشند آگاهانه از روش‌های ایمنی پیروی کنند چون این دومین ماهیت برای آن‌ها است.

فرآیند توسعه برنامه آموزشی

روند توسعه برنامه آموزش ایمنی مبتنی بر VR شامل شش مرحله پس از نتیجه منابع، محتوا، شبیه‌سازی، و برنامه نهایی می‌شود (شکل ۲ را ببینید). ورودی‌ها پردازش می‌شوند و خروجی‌ها به صورت دایره‌ای در هر مرحله تولید می‌شوند.
شش مرحله پردازش به شرح زیر فهرست شده‌اند:
مرحله ۱: اطلاعات خطر الکتریکی از منابع و شیوه‌ها استخراج‌شده‌ و یک انبار عناصر آموزشی برای ذخیره اطلاعات استخراج‌شده ایجاد می‌شود.
مرحله ۲: اطلاعات خطر ذخیره‌شده در فرآیند ساختاربندی برنامه فیلتر و دسته‌بندی می‌شوند. این فرآیند محتوای آموزشی مجدد را در قالب متعدد تولید می‌کند که در بخش بعدی مورد بحث قرار می‌گیرد.
مرحله ۳: بر اساس محتوای آموزشی ساخته‌شده در مرحله ۲، یک ماژول آموزشی آزمایشی (ماژول ۱) از طریق مدل‌سازی و شبیه‌سازی سه‌بعدی نمونه‌برداری می‌شود. یک ماژول یک محیط کار مجازی شبیه‌سازی شده است که در آن چندین خطر الکتریکی وجود دارد.
مرحله ۴: نمونه کامل (پیمانه ۱) چندین دور ارزیابی و پالایش می‌شود تا زمانی که صلاحیت آن به دست آید. در طول این ارزیابی، از بازخورد جمع‌آوری شده برای اصلاح نمونه اولیه از نظر قابلیت استفاده و عقلانیت اطلاعاتی استفاده می‌شود. پالایش نهایی باید در تسهیل تعامل محیطی، تکمیل بودن عناصر آموزشی، و قابل‌فهم بودن اطلاعات، رضایت حاصل شود.
مرحله ۵: بر اساس مدل نهایی (پیمانه ۱)، ماژول‌های آموزشی بیشتری به طور مکرر مدل‌سازی و شبیه‌سازی می‌شوند تا اینکه کل برنامه شامل تمام محتوای آموزشی کامل شود.
مرحله ۶: برنامه آموزشی کامل برای ارزیابی مجدد به پروژه ارسال می‌شود. قابلیت استفاده تکنیکی برنامه و محتوای آموزشی به عنوان یک کل مورد آزمایش قرار می‌گیرد درحالی‌که کار آیی و اثربخشی در این مرحله تاکید دارند. همچنین بازخوردها برای بهبود و اولویت‌بندی برنامه جمع‌آوری خواهد شد.

محتوای آموزش

• اصول برق ، که شامل اصول اساسی مانند جریان جاری و منابع شوک برق می‌شود.
• کار کردن در اطراف برق ، که مقررات ایمنی را برای کار در اطراف منابع برق مرتبط می‌سازد و چه اقدامات احتیاطی لازم است انجام شود.
• کار با برق ، که شامل موضوعات استفاده مناسب است قدرت ، سیم رابط ، ابزارهای الکتریکی و تشخیص خرابی تجهیزات و تخریب محیطی
• روش‌های پاسخ اضطراری ایمن که شامل روش‌های درست پاسخ برای استفاده در هنگام تلاش برای ارائه کمک به فردی که در تماس با خطر الکتریکی است .

مدل‌سازی و شبیه‌سازی

وقتی مجموعه تنظیمات کامل شود، محتوای آموزشی وارد فرآیند مدل‌سازی سه‌بعدی و شبیه‌سازی می‌شود. فرآیند مدل‌سازی شامل دو بخش مجزا می‌شود: مدل‌سازی سه‌بعدی شی سه بعدی و مدل‌سازی محیط سه بعدی. اشیا سه‌بعدی شامل ساختمان‌ها، ماشین‌آلات، تجهیزات، ابزار، مواد، اجزای الکتریکی، تنظیمات پس‌زمینه و فعالان کارگری می‌شوند. مدل‌سازی محیط سه‌بعدی شامل طراحی زمین ناحیه، ابرهای آسمان، نقطه خورشید، باد، باران (در صورت لزوم)، چیدمان نور، چشم‌انداز و همچنین صداهای نسبی است. این فرآیند مدل‌سازی در موتور گشتاور GarageGames به اجرا در می‌آید.
اشیا سه بعدی برای استفاده مشترک تمامی ماژول‌ها مدل‌سازی شده‌اند درحالی‌که محیط ۳ بعدی بر پایه layermodule طراحی شده است. این به این معنی است که هر محل کار در یک لایه مسئول یک ماژول منحصربه‌فرد است و هر ماژول یک محیط مجازی منحصربه‌فرد دارد. محیط ۳ بعدی در هر ماژول به طور جداگانه بر اساس عناصر آموزشی مربوطه آن طراحی می شود.

شبیه‌سازی در موتور سه بعدی  با استفاده از Cþþ برنامه‌ریزی می‌شود. قبل از اینکه مدل‌های سه‌بعدی کامل وارد محیط کار شوند، کل آن منجر به ایجاد یک سناریوی آموزشی می‌شود. هر خطر الکتریکی و وظایف واکنش آن به صورت رویدادهای تعاملی از طریق خطوط کدگذاری شبیه‌سازی شدند. رخدادها و رویدادها با انیمیشن مرتبط هستند. سناریوهای آموزشی، شامل طرح سه بعدی اشیا و محیط‌های سه‌بعدی، و رویدادهای آموزشی یکپارچه باهم متشکل از یک ماژول آموزشی هستند.

شبیه‌سازی از طریق یک رشته از رویدادهای تعاملی مستقل ارائه شده است. این رویدادها بسته به واکنش مورد نظر، توسط رویکردهای مختلف راه‌اندازی می‌شوند. برای مثال، از یک رویکرد تماس برای راه‌اندازی رویداد آموزشی برای واکنش‌های اضطراری ایمنی در "خط انتقال قدرت" زمانی که کاربر یک خط انتقال را لمس می‌کند، استفاده می‌شود. این رویدادها ترکیبی از انیمیشن و متن مورد استفاده برای ارائه محتوای آموزشی به کاربر هستند. همه روش‌های ابراز احساسات مورد استفاده در این سناریو، افزایش کارایی یادگیری و افزایش اثربخشی آموزش است. کارایی یادگیری و اثربخشی آموزش از طریق ارزیابی در تحقیقات آینده مورد مطالعه قرار خواهند گرفت.

محیط آموزشی ایمن

فن‌آوری VR یک دیدگاه جدید از آموزش ایمنی برای خطرات فراهم می‌کند. یک برنامه آموزشی VR نه تنها توانایی ایجاد یک تمرین یادگیری مبتنی بر مشکل در محیطی را دارد که  کار کارگران را تکرار می‌کند بلکه  این یک تجربه تعاملی، فعال، و شناختی به دور از واقعیت و بر اساس تجربه برای کاربران ارائه می‌دهد.

فرهنگ ایمنی

فرهنگ ایمنی در ساخت‌وساز یک نیروی قدرتمند است که می‌تواند اثربخشی کلی یک شرکت را شکل داده و موفقیت طولانی مدت را به تعهد ایمنی خود برساند. فرهنگ تقریباً تمام جنبه‌های زندگی سازمانی را در تعامل مردم، عملکرد کاری، و حتی تصمیم‌گیری تحت‌تاثیر قرار می‌دهد .فرهنگ ایمنی کلید یک پروژه ساخت‌وساز موفق است، زمانی که به طور گسترده و به طور جهانی پذیرفته شده است که هر کارگر متوجه می‌شود که تمام فعالیت‌های کاری ایمن هستند.
برخی از تحقیقات علوم اجتماعی اخیر، به جای تنها مجموعه‌ای از باورها، نگرش‌ها و ارزش‌ها، به عنوان "کل روش زندگی" بحث می‌کنند. این مجموعه‌ای از استعدادها است که دغدغه‌ها را در کارهای روزمره هدایت می‌کند در این رابطه، فرهنگ ایمنی در ساخت‌وساز را می‌توان‌ به عنوان اقدامات ایمن از سوی همه پرسنل پروژه و کارکنان در روال روزانه آن‌ها در نظر گرفت. به جای ارزش‌ها، نگرش‌ها و اعتقادات، فرهنگ ایمنی را می‌توان‌ به صورت مستند پرورش داد و به عنوان یک روش عادی قلمداد کرد.
در حقیقت، در تجارت ساخت‌وساز، بسیاری از فن‌آوری‌ها برای بهبود سلامت و افزایش ایمنی در یک چشم‌انداز فنی وجود دارند، اما یکپارچه‌سازی فرهنگ ایمنی را نادیده می‌گیرند. اتخاذ سریع روش‌های ارگونومیک و ایمنی بااهمیت که حتی نوآوری‌های آشکار مانند مهار ایمنی ممکن است موجب ناراحتی، ممانعت و کند شدن کارگران فردی شود، بسیار مهم است. بنابراین ارتقا ایمنی موثر در ساخت‌وساز باید براساس پرورش فرهنگ ایمنی باشد و درعین‌حال فن‌آوری‌های پیشرفته را در این سیستم ایمنی بکار برد.
یکپارچه‌سازی فن‌آوری اطلاعات مدرن مانند شبیه‌سازی VR, در کارهای عملی ایمن کارگران ساخت‌وساز می‌تواند تلاشی برای افزایش فرهنگ ایمنی باشد. یک برنامه آموزش مبتنی بر VR به کارگران ساخت‌وساز امکان آشنا کردن خطرات مشترک, از جمله خطرات الکتریکی, و عملیات پیش‌گیری مرتبط بدون آسیب واقعی را می‌دهد. این امر نه تنها آگاهی کارگران از خطرات بالقوه در محیط کاری واقعی را بهبود می‌بخشد, بلکه بر رفتارهای روزمره آن‌ها نیز تأثیر می‌گذارد که منجر به فرهنگ ایمنی می‌شود.

مناسب بودن و انعطاف‌پذیری

یک مساله با توسعه یک برنامه آموزشی ایمنی این است که بسیاری از خطرات، از نوع وظیفه یا محیط‌زیست هستند. هر کارمند باید باهر خطر آشنا باشد. برنامه آموزشی VR اجازه انتخاب وظایف و محیط‌های کاری خاص را برای سفارشی کردن آموزش کارگران به نیازهای آن‌ها می‌دهد. این امر آموزش وظایف و مواد مربوطه را فراهم می‌کند و از اضافه‌بار اطلاعات به کاربر جلوگیری می‌کند .
مساله دیگر انعطاف‌پذیری سازمان ماژول است که به دلیل آن عناصر جدید می‌توانند برای شرکت‌های خاص اضافه شوند و همه سناریوهای آموزشی باید بلافاصله توسعه یابند. این سناریوها می‌توانند در یک سیستم بادی‌های برنجی عناصر آموزشی انتخاب و فیلتر شوند تا کاربر بتواند وظایف محوله را در محیط‌های واقعی تکمیل نماید.
هدف اصلی این پژوهش ارائه رویکرد شبیه‌سازی مبتنی بر VR برای آموزش ایمنی ساخت‌وساز است. در این پژوهش بر روی تجزیه و تحلیل ضرورت نظری و ارائه فرآیند توسعه تاکید می‌شود.در این زمینه، محدودیت به عنوان فقدان ارزیابی اثربخشی بلندمدت وجود دارد. علاوه بر این، این محدودیت در مطالعات آینده با ترکیبی از مشاهدات عملکرد ایمنی کاربران تکمیل خواهد شد.

نتیجه‌گیری و کار آینده

شبیه‌سازی‌های VR با موفقیت برای آموزش ایمنی در صنعت ساخت‌وساز مورد استفاده قرار گرفته است. یک برنامه آموزشی ایمنی در VR یک فرم تعاملی ارائه می‌دهد که به کاربر اجازه می‌دهد تا با محیط سه‌بعدی شبیه‌سازی شده تعامل داشته باشد. VR همچنین ممکن است به طور موثر خطرات الکتریکی نامریی را به تصویر بکشد بدون اینکه کارگران را در زندگی واقعی به خطر اندازد. این آموزش تعاملی امکان توسعه توانایی‌ها و آگاهی شناختی را فراهم می‌کند که به طور معمول درک کاربران از مطالب آموزشی را بهبود می‌بخشد. همچنین ممکن است به ایجاد فرهنگ ایمنی کمک کند که روال‌های عملی ایمنی کارگران را ترویج می‌دهد. به جای یک کاربرد ثابت، این برنامه می‌تواند به طور مداوم به دلیل ویژگی‌های مناسب بودن و انعطاف‌پذیری خود رشد کند.
مشاهده و ارزیابی بلندمدت نیز برای موفقیت یک برنامه آموزشی به خصوص در زمینه کاربردی بودن و اثربخشی مهم است. این به مشارکت صنعت و ارزیابی عملکرد ایمنی کاربران واقعی نیاز دارد. داده‌ها از هر دو سابقه مشاهده ایمنی و پرسشنامه از کاربران جمع‌آوری خواهد شد. تحلیل‌ها برای اعتبارسنجی بلندمدت و ارزیابی باید در کار انجام شود. همچنین، واحدهای آموزشی بیشتر باید زمانی شبیه‌سازی شوند که عناصر آموزشی معتبر دیگر تعمیم داده شوند. افزایش پوشش خطر، مسیر دیگری برای بهبود کار آینده خواهد بود.