Современное образование стремительно меняется под влиянием цифровых технологий. Одной из главных задач профессорско-преподавательского состава сегодня является эффективное использование программных продуктов для повышения качества обучения [1]. Внедрение таких инструментов, как ZuluGIS, не только улучшает восприятие учебного материала, но и позволяет обучающимся получать практические навыки, которые актуальны в современных условиях.

Данная система ZuluGIS разработана для создания карт, моделирования инженерных сетей и разработки ГИС-приложений. Инструментальная геоинформационная система для создания ГИС-приложений, электронных карт, планов, схем, информационно-справочных систем [2]. Имеет встроенный топологический редактор для построения моделей инженерных сетей. Поддерживает большинство известных картографических проекций.

Геоинформационная система ZuluGIS позволяет:

1. создавать всевозможные карты, включая схемы инженерных сетей;
2. формировать собственную структуру данных, в частности, свои слои, условные обозначения, таблицы с атрибутами, справочники, шаблоны отчетов, средства визуализации и т.п.;
3. использовать данные картографических веб-сервисов;
4. работать с большим количеством растров;
5. проводить совместный семантический и пространственный анализ графических и табличных данных;
6. создавать различные тематические карты;
7. осуществлять экспорт и импорт данных.

Использование программного обеспечения (ПО) ZuluGIS способствует развитию практических навыков, которые востребованы на рынке труда. Сегодня специалисты, владеющие ГИС-технологиями, пользуются большим спросом в самых разных областях [3]. Таким образом, обучающиеся, которые учатся с применением ZuluGIS, получают конкурентное преимущество, поскольку они знакомятся с реальными инструментами, которые будут использовать в будущей профессиональной деятельности.

Интегрировать ZuluGIS в учебный процесс возможно в различные направления подготовки, в частности в укрупненную группу 13.00.00 Электро- и теплоэнергетика. На рисунке № 1 представлена схема применения ПО ZuluGIS для специальностей 13.03.01 и 13.04.01 Теплоэнергетика и теплотехника.

Рисунок 1. Применение ZuluGIS в образовательном процессе

Целью внедрения ПО является формирование компетенций обучающихся в области теплоэнергетики, связанных с разработкой на базе действующих нормативов проектных решений по модернизации, улучшению эксплуатационных характеристик современного оборудования систем теплоснабжения; с технико-экономическими расчетами по оценке эффективности принятых проектных решений, с целью выбора оптимального состава оборудования и режимов эксплуатации систем теплоснабжения.

Простота пользовательского интерфейса, схожего с продуктами Microsoft Office и Autodesk, позволяет ZuluGIS использовать при написании выпускных квалификационных работ, связанных с инженерными коммуникациями (водоснабжение, теплоснабжение, газоснабжение, гидравлика и т.д.). ПО позволяет адаптировать учебный процесс под индивидуальные потребности обучающихся. С помощью этого программного продукта можно организовывать проектную деятельность, в рамках которой каждый обучающийся будет выполнять задания, соответствующие его интересам и уровню подготовки на практических и лабораторных занятиях. Это способствует более глубокому усвоению материала и развивает навыки самостоятельного исследования и анализа данных.

В виде модулей расширения ZuluGIS, реализованы приложения для гидравлических расчетов инженерных коммуникаций и модуль для построения пьезометрических графиков:

1. ZuluThermo – расчеты систем теплоснабжения;
2. ZuluHydro – расчеты систем водоснабжения;
3. ZuluDrain – расчеты систем водоотведения;
4. ZuluGaz – расчеты газовых сетей;
5. ZuluSteam – расчеты паропроводов.

Наибольший интерес для обучающихся по направлению подготовки 13.03.01 и 13.04.01 Теплоэнергетика и теплотехника представляет модуль ZuluThermo. Пример построения системы теплоснабжения в программе изображен на рисунке № 2.

Рисунок 2. Пример построения системы теплоснабжения в ZuluThermo

Состав задач ZuluThermo [4]:

1. наладочный расчет тепловой сети;
2. поверочный расчет тепловой сети;
3. калибровка тепловой сети;
4. конструкторский расчет тепловой сети;
5. расчет требуемой температуры на источнике;
6. расчет надежности системы теплоснабжения;
7. расчет резерва пропускной способности сети;
8. расчет нормативных потерь тепла через изоляцию;
9. анализ термограмм;
10. поиск утечек и дефектов;
11. коммутационные задачи;
12. построение пьезометрического графика.

Работа с ПО, таким как ZuluThermo, требует от обучающихся не просто усвоения информации, но и умения ее анализировать и интерпретировать. Это развивает их критическое мышление и способность к решению сложных задач [5]. Обучающиеся учатся работать с большими объемами данных, выявлять закономерности и делать выводы на основе фактов.

ZuluThermo значительно упрощает выполнение сложных теплотехнических расчетов, которые в ручном режиме занимают много времени и сопряжены с риском человеческой ошибки. Программа автоматизирует процессы расчета тепловых потоков, коэффициентов теплопередачи, распределения температур и других параметров. Это не только сокращает время, необходимое для выполнения расчетов, но и повышает их точность, что важно, как для образовательных целей, так и для реальных проектов в профессиональной практике.

ПО предоставляет широкие возможности для визуализации расчетных данных. С помощью программы можно не только увидеть численные результаты, но и просмотреть графики, схемы и диаграммы тепловых процессов (рисунок № 3) [6]. Такая наглядность особенно полезна в учебном процессе, так как помогает лучше понять механизмы теплообмена, разницу между различными режимами работы оборудования, влияние тех или иных параметров на результаты и т.д.

Рисунок 3. Пример построения пьезометрического графика в ZuluThermo

ZuluThermo поддерживает работу с комплексными тепловыми системами, что позволяет обучающимся моделировать и анализировать теплообмен в многоступенчатых процессах. Программа может быть полезна для проектирования систем отопления, горячего водоснабжения и вентиляции, а также для оптимизации процессов генерации и распределения тепловой энергии на промышленных предприятиях. Это даёт возможность оценить эффективность различных вариантов конфигурации оборудования и выбрать оптимальные решения [7].

ПО значительно сокращает время, необходимое для проектирования и расчета теплотехнических систем. В учебных условиях это позволяет сосредоточиться на более сложных задачах анализа и интерпретации результатов, а в профессиональной деятельности – ускоряет разработку проектов и снижает издержки на инженерные расчеты. Благодаря точности и скорости расчетов, предприятия могут быстрее вводить новые системы в эксплуатацию и минимизировать риски, связанные с проектированием. Программа поддерживает как базовые, так и углубленные сценарии расчета, что делает ее подходящей для использования на разных этапах обучения – от введения в основы теплоэнергетики до специализированных задач в магистратуре и аспирантуре. Обучающиеся могут поэтапно осваивать более сложные расчеты и модели, что способствует постепенному и систематическому обучению.

ZuluThermo может стать важным инструментом для выполнения научных исследований в области теплоэнергетики и теплотехники. В частности, программа позволяет проводить теоретическое моделирование новых технологий, разрабатывать инновационные методы теплообмена или анализировать эффективность новых материалов [8]. Возможность работы с большими объемами данных и сложными моделями делает ZuluThermo ценным ресурсом для выполнения научных проектов. Программа помогает обучающимся развивать навыки решения реальных инженерных задач.

Для выполнения расчетов в ZuluThermo необходимо разработать тепловую сеть. Это можно сделать либо через заранее заданные условные обозначения, либо самостоятельно, что повысит навыки обучающихся в графическом представлении элементов теплоснабжения (рисунок № 4). Рекомендуется заранее подготовить несколько схем для расчетов, что позволит оценить уровень усвоения материала.

Рисунок 4. Схема теплоснабжения Санкт-Петербурга в ZuluThermo

Основные виды расчетов для обучения:

1. конструкторский расчет;

Определение диаметра трубопровода, располагаемого напора, расхода и потери напора.

2. наладочный расчет;

Оптимизация сети, например, моделирование аварии для обеспечения тепловой энергии оставшихся потребителей.

3. поверочный расчет;

Определение фактического расхода теплоносителя и получаемой потребителем тепловой энергии.

4. расчет резервов.

Использование ПО ZuluThermo в учебном процессе и профессиональной деятельности предоставляет множество преимуществ. Программа автоматизирует сложные теплотехнические расчеты, улучшает точность и наглядность результатов, способствует развитию профессиональных навыков и помогает решать реальные инженерные задачи. В образовательной среде ZuluThermo играет важную роль в подготовке квалифицированных специалистов, а также способствует оптимизации и модернизации рабочего процесса.