CC BY
0
Analysis and classification of simulation learning tools in Russia and abroad
Kotlov Maksim Igorevich, Postgraduate student
Zhdanov Semen Vladimirovich, Postgraduate student
Kotlov Igor Nikolaevich, Postgraduate student
Don State Technical University, Rostov-on-Don
The purpose of the study is to determine the level of Russian training complexes in terms of their compliance with world standards in the field of aviation personnel training and modeling of software systems for cockpit space visualization. The article discusses the classification of teaching aids and approaches of foreign manufacturers to consumers of the aviation industry. Particular attention is focused on the structure of the regulatory framework for aviation simulator building. Scientific novelty lies in the analysis of teaching methods, technical trends in software and hardware systems, as well as a comparative analysis of competitive foreign manufacturers of aviation equipment. As a result of the analysis of the documentation, the characteristics of the training systems, the software for the systems of the cockpit simulation of the situation, it can be concluded that modern domestic aviation simulators are at the level of world requirements for the technical means of training aviation people.
Keywords: classification; training systems; teaching aids; aviation simulator building; software; aviation personnel; support systems.
Цитировать: Котлов М.И., Жданов С.В., Котлов И.Н. Анализ и классификация имитационных средств обучения в России и за рубежом // KANT. – 2023. – №1(46). – С. 286-291. EDN: CKNXBW. DOI: 10.24923/2222-243X.2023-46.51
Котлов Максим Игоревич, аспирант
Жданов Семён Владимирович, аспирант
Котлов Игорь Николаевич, аспирант
Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону
Цель исследования – определить уровень российских тренажерных комплексов на предмет соответствия их к мировым стандартам в области обучения авиационного персонала и моделированию программных систем закабинной визуализации пространства. В статье рассматривается классификация средств обучения и подходов зарубежных производителей к потребителям авиационной промышленности. Особое внимание акцентировано на структуре нормативно-правовой базы авиационного тренажеростроения. Научная новизна заключается в разборе методов обучения, технических тенденций программно-аппаратных комплексов, а также сравнительном анализе конкурентоспособных зарубежных производителей авиационного оборудования. В результате анализа документации, характеристик учебно-тренировочных систем, программного обеспечения систем закабинной имитации обстановки можно сделать вывод, что современные отечественные авиационные тренажер, находятся на уровне мировых требований к техническим средствам подготовки авиационных специалистов.
Ключевые слова: классификация; учебно-тренировочные системы; средства обучения; авиационное тренажеростроение; программное обеспечение; авиационный персонал; системы обеспечения.
УДК 37.02
5.8.1
Котлов М.И., Жданов С.В., Котлов И.Н.
Анализ и классификация имитационных средств обучения в России и за рубежом
Введение
В настоящее время проблема классификации средств обучения не потеряла своей актуальности. Расширение перечня средств обучения затрагивает многие сферы социальной и профессиональной практик [1, 2, 3, 11]. К их числу относятся: медицина, подготовка специалистов железнодорожного, морского, авиационного транспорта, а также военных специалистов различного профиля. При систематизации средств обучения, имеющих имитационных характер, используются различные типологические основания и критерии [5, 7, 9, 10]. Рассмотрим данную проблему на примере авиационного тренажеростроения в России и за рубежом.
В настоящее время в США и Европе имеются различные подходы к структуре и содержанию нормативно-правовой базы авиационного тренажеростроения. В США классификация авиационных тренажеров определяется циркулярами Федеральной авиационной администрации (Federal Aviation Administration - FAA), а в европейских странах – требованиями европейской объединённой авиационной администрации (European Joint Aviation, JAA).
Основу номенклатуры технических средств профессиональной подготовки составляет понятие «учебно-тренировочная система» (Training Systems), которая определяется как «Учебно-тренировочные системы, включающие в себя все компоненты программы подготовки, в том числе учебно-методические материалы, непосредственно технические средства подготовки, используемые реальные образцы авиационной техники, преподавателей (инструкторов), системы обеспечения, а также обслуживающий и вспомогательный персонал». В настоящее время в классификацию учебно-тренировочных систем включаются:
- учебно-тренировочная система экипажа (Aircrew Training Systems- AFS);
- учебно-тренировочная система специфических задач по техническому обслуживанию (Maintenance Training Systems-MTS);
- учебно-тренировочная система специфических задач подготовки руководящего (командного) персонала к выполнению определённых задач (Operations-Specific Training Systems- OTS).
Основная часть
Указанные учебно-тренировочные системы определяются следующим образом. Учебно-тренировочная система экипажа должна охватывать все аспекты подготовки каждого члена экипажа с учётом его роли в выполнении общей задачи полёта. Авиационные тренажеры должны включать все компоненты, необходимые для того, чтобы сформировать начальные навыки, а также навыки и умения согласно требований классной квалификации.
Учебно-тренировочная система по техническому обслуживанию должна охватывать все аспекты подготовки обслуживающего персонала, необходимые для поддержания авиационных систем в рабочем состоянии. МТS применяются по требованию в любом месте, в том числе в центрах обслуживания, на складах и т.д. МТS должны включать все компоненты, необходимые для формирования основных и продвинутых навыков, а также для поддержания квалификации в соответствии с требованиями заказа.
Учебно-тренировочная система специфических задач подготовки руководящего (командного) персонала должна охватывать все аспекты и компоненты, необходимые для формирования начальных и продвинутых навыков к выполнению определённых задач у указанного персонала.
Основным компонентом учебно-тренировочной системы является техническое средство подготовки (Training Devices), которое должно обеспечивать задачи и репетицию предстоящих полётов, распределённую подготовку к полётам, компьютерную сетевую операцию, задачи сертификации, а также отдельно оговоренные задачи». [4, 6]
Различаются:
- технические средства подготовки экипажей (Aircrew Training Devices - АТD);
- технические средства подготовки к полёту (Mission Rehearsal Devices- MRD);
- технические средства подготовки специалистов наземных систем (System Training Devices- STD);
- технические средства подготовки по техническому обслуживанию.
Технические средства подготовки экипажей включают в себя аппаратные средства, программное обеспечение, встроенное программное обеспечение и системы обеспечения, необходимые для обучения экипажа и подготовки к полётам, согласно требованиям заказа. Данные технические средства подготовки экипажей должны также поддерживать подготовку членов экипажа, не ответственных за управление самолётом, таких как штурманы, операторы систем управления вооружением и т.д.
Базовой тренажерной системой считается «simulator». Данное средство представляет собой полномасштабный макет определённого типа летательного аппарата, включающий в себя комплект оборудования и программного обеспечения, необходимый для воспроизведения характеристик самолёта (вертолёта) при движении по земле и в воздухе; систему визуализации, отображающую закабинную визуальную обстановку в реальном масштабе времени; систему имитации перемещений как минимум по трём степеням свободы. Данный класс тренажерных систем различается по типам ЛА: для самолётов «Airplane Simulator (AS)» и вертолётов «Helicopter Simulator (HS)». В зависимости от объёма обучающих возможностей тренажерные системы данного класса разделены на четыре уровня сложности – уровня А, В, С, D. Уровень D обладает наибольшими обучающими возможностями и обеспечивает полную подготовку лётных экипажей в наземных условиях.
Следующей тренажерной системой, предназначенной для обучения управлению самолётом, является система, обозначаемая термином «Training device». Рекомендуемыми циркулярами FAA определены два типа систем данного класса:
- «Airplane flight training device» (AFTD);
- «Personal computer-based aviation training devices» (РСАТD).
Согласно циркуляру FAA AC №120-45А система AFTD представляет собой полномасштабный макет приборного оборудования самолёта, панелей и органов управления, расположенный внутри кабины или вне её, включающий необходимое оборудование, аппаратуру и программное обеспечение, предназначенные для имитации функционирования самолёта (вертолёта) на земле и в воздухе в заданной степени; не требует системы подвижности и системы визуализации; отвечает требованиям стандарта и в нём можно отрабатывать любые учебные и проверочные задания. В зависимости от обучающих возможностей различают семь уровней сложности данных тренажерных систем. Уровень 7 является наиболее совершенным в ряду этих технических средств профессиональной подготовки.
В качестве отдельного типа рассматриваются тренировочные системы, выполненные на базе персонального компьютера (РСАТD). Данное техническое средство подготовки по своим обучающим возможностям функционально обеспечивает подготовку в объёме процедурных аспектов обучения полётам по приборам.
Технические средства подготовки к полёту предназначены для поддержки репетиции миссии на основе интеграции моделирования, реальных планов предстоящих полётов и разведывательных данных.
В настоящее время в ВВС США применяются следующие тренажные системы данного класса:
- Full Mission Trainer (FMT) ˗ позволяет осуществить подготовку к полёту в полном объёме решаемых задач;
- Weapon Tactic Trainer (WTT) ˗ позволяет отрабатывать задачи, связанные с применением в предстоящем полёте вооружения самолёта (вертолёта);
- Part-Task Trainer (РТТ) ˗ позволяет отрабатывать задачи по применению в предстоящем полёте самолётных систем.
Технические средства подготовки специалистов наземных систем включают в себя аппаратные средства, программное обеспечение, встроенное программное обеспечение и системы обеспечения, предназначенные для подготовки персонала, не относящегося к экипажу самолёта и базирующихся на земле. К таковым относятся системы управления воздушным движением, системы наведения и т.д.
Технические средства подготовки специалистов по техническому обслуживанию (ТО) (Maintenance Training Devices -MTD) включают в себя аппаратные средства, программное обеспечение, встроенное программное обеспечение и системы обеспечения, необходимые для подготовки и сертификации обслуживающего персонала согласно квалификационным требованиям. Когда необходимо, технические средства подготовки по ТО могут включать реальные средства обеспечения полётов.
С середины 90-х годов в странах Западной Европы планомерно проводятся работы по стандартизации и гармонизации нормативно-правовой базы, касающейся основополагающих аспектов разработки и применения авиационных тренажеров.
Международной рабочей группой в Лондоне был принят ряд документов, которые затем были переданы на утверждение в ИКАО как международный стандарт для входящих в эту организацию стран. Со времени опубликования этих стандартов большинство регламентирующих организаций в Европе заявили, что внесут изменения в свои соответствующие руководства. К этим странам относятся: Великобритания (1995), Франция (1996), Германия (1996), Швейцария (1996), Австрия (1997), Ирландия (1997), Нидерланды (1997), Швеция (1998).
В настоящее время страны ˗ члены Объединённой авиационной администрации приняли ряд международных стандартов, основными из которых являются:
- JAR-STD IA – определяет требования к тренажерным системам класса «Full Flight Simulator» для самолётов;
- JAR-STD 1Н – определяет требования к тренажерным системам класса «Full Flight Simulator» для вертолётов;
- JAR-STD 2А – определяет требования к тренажерным системам класса «Full Flight Devices» для самолётов;
- JAR-STD 2Н – определяет требования к тренажерным системам класса «Full Flight Devices» для вертолётов;
- JAR-STD 3А – определяет требования к тренажерным системам класса «Flight and Navigation Procedures Trainer» для самолётов;
- JAR-STD 2Н – определяет требования к тренажерным системам класса «Full Flight Devices» для вертолётов;
- JAR-STD 4А/Н – определяет требования к тренажерным системам класса «Basic Instrument Training Device».
Основу данных стандартов составляет понятие «Синтетическое техническое средство подготовки» (Synthetic Training Device) (STD), к которым отнесены тренажерные системы следующих классов:
«Лётный тренажер» (Full Flight Simulator (FFS)), Full Flight Devices (FTD);
«Навигационный процедурный тренажер» (Flight and Navigation Procedures Trainer /FNPT/);
«Базовое инструментальное техническое средство подготовки» (Basic Instrument Training Device /BITD/).
Лётный тренажер (Full Flight Simulator /FFS/) представляет собой полную и точную копию самолёта (вертолёта), включая всё оборудование и содержащую компьютер, который программирует всё необходимое для представления летательного аппарата на земле и в полёте, визуальную систему, отображающую внекабинную обстановку, и систему подвижности.
В зависимости от обучающих возможностей различают четыре квалификационных уровня FFS ˗ А, В, С, D. При этом наибольшие обучающие возможности присущи квалификационному уровню D.
Full Flight Devices (FTD) представляет собой полную и точную копию кабины самолёта (вертолёта), включающую её оборудование, органы управления и содержащую программное обеспечение, которое программируют всё необходимое для представления летательного аппарата на земле и в полёте. FTD и при этом не требует наличия подвижности и визуализации. В зависимости от обучающих возможностей различают первый и второй квалификационные уровни FTD.
Навигационный процедурный тренажер (Flight and Navigation Procedures Trainer (FNPT) – техническое средство подготовки, которое представляет собой часть кабины с необходимым оборудованием, а также компьютер, который моделирует все происходящие процессы для представления функционирования систем на борту самолёта (вертолёта) летательного аппарата. В зависимости от обучающих возможностей различают три типа FNPT:
- FNPT-1 – наземное техническое средство подготовки, моделирует условия полёта определённого класса самолётов;
- FNPT- II – наземное техническое средство подготовки, моделирует условия полёта определённого типа летательного аппарата;
- FNPT- II МСС – наземное техническое средство подготовки, моделирует условия полёта многодвигательного летательного аппарата. Включает систему визуализации.
Базовое инструментальное техническое средство подготовки (Basic Instrument Training Device /BITD/) представляет собой расположенное на земле рабочее место пилота определённого класса самолётов. Может использовать отображаемые на экране компьютера приборные панели и устройства контроля полёта, обеспечивая подготовку в объёме процедурных аспектов приборного полёта.
С точки зрения современных концепций развития тренажерной подготовки можно указать следующий вариант соответствия отечественной классификации авиационных тренажеров и зарубежной классификации:
- наиболее близкими к понятию «комплексный тренажер» в зарубежной классификации можно считать Simulator (FAA) и Full Flight Simulator (JAА);
- наиболее близкими к понятию «специализированный тренажер» в зарубежной классификации можно считать Airplane Flight Training Device (FAA) и Flight Training Device (JAA);
- наиболее близкими к понятию «процедурный тренажер» в зарубежной классификации можно считать Flight and Navigation Procedures Trainer (JAA).
В качестве примера конкретной реализации современных зарубежных тренажерных технологий профессиональной подготовки лётного состава рассмотрим тренажерную систему для нового самолёта ВВС США F-22А.
Тренажерная система F-22А включает три компонента:
- учебно-тренировочная система для лётного состава (Pilot Training System – PTS);
- учебно-тренировочная система инженерно-технического состава (Maintenance Training System - MTS).
PTS включает в себя учебный компьютерный класс, именуемый системой компьютерного тренинга (Computer-Based Training) и три типа тренажеров:
- тренажер для отработки покидания самолёта (Egress Procedure Trainer - EPT);
- тренажер боевого применения (Weapon Tactic Trainer - WTT);
- комплексный тренажер самолёта (Full Mission Trainer - FMT);
Особенностью данной тренажной системы является то, что и тренажер WTT, и тренажер FMT выполнены на неподвижном основании (без динамического стенда). Система визуализации FMT – синтезирующая с куполообразным проекционным экраном, у тренажера WTT – на основе монитора персонального компьютера.
Первоначальное обучение предполагает на тренажере ЕРТ, на котором приобретаются навыки эксплуатации внутрикабинного оборудования, систем обеспечения жизнедеятельности и покидания самолёта, как в штатных условиях эксплуатации, так и при возникновении типовых отказов и аварийных ситуаций. На втором этапе с использованием тренажера WTT лётчики приобретают навыки боевого применения самолёта и выполнения заданных тактических приёмов. На третьем этапе на тренажерах типа FMT осуществляется отработка полётного задания в целом. Отметим, что планируется размещение нескольких тренажеров типа FMT и WTT на каждой из авиабаз базирования самолётов F-22А, что позволяет организовывать локальные тренажерные системы в рамках одной авиабазы.
В качестве примера обучающих возможностей современных тренажеров можно привести также пример тренажной системы бомбардировщика В-2, при создании которой ставилась задача обеспечить лётную подготовку экипажей путём выполнения двух реальных полётов и пяти тренажерных полётов в месяц.
Другим примером является разрешение FАА авиакомпаниям, эксплуатирующим комплексный тренажер самолёта В-727-100 (Airplane Simulator, уровень D) осуществлять полностью тренажерное переучивание лётчиков на данный тип самолёта. После выполнения тренажерного переучивания обучаемый пилот приступает к выполнению реальных полётов в качестве второго пилота.
Заключение
В последние годы произошел ряд изменений в расстановке зарубежных компаний-разработчиков и производителей авиационных тренажеров.
Из общих тенденций можно отметить, что в отдельную группу выделились фирмы, специализирующиеся на производстве систем имитации закабинной визуальной обстановки.
Другая важная тенденция заключается в повышенном спросе на тренажеры, образованные системами визуализации на базе персональных графических станций с 3D-ускорителями. Эти системы за последнее время достигли значительного прогресса и позволяют создавать визуальные картины высокого качества. В данном классе систем имитации закабинной визуальной обстановки отечественные разработчики успешно конкурируют с зарубежными фирмами и поставляют свои изделия на экспорт.
Следующая тенденция заключается в интенсивном внедрении в тренажерное имитационное моделирование технологии загрузки унифицированных текущих баз данных о виртуальном мире (внешней среде) через сетевое взаимодействие с единым сервером, постоянно отслеживающим их состояние.
Еще одна тенденция заключается в обязательном требовании ко всем, вновь разрабатываемым тренажерам, поддерживать технологию распределённого тренажа и моделирования (в США в качестве базовой технологии в настоящее время выбрана НLA).
Внедрение распределённых тренажерных технологий и современных тренажеров, поддерживающих данные технологии без ограничений, привело к внутреннему перераспределению времени на отработку различных соответствующих упражнений.
Обзор тенденций развития мирового авиационного тренажеростроения свидетельствует о том, что программы модернизации эксплуатируемых типов отечественных авиационных тренажеров и новые российские разработки тренажеров находятся на уровне современных мировых требований к техническим средствам профессиональной подготовки авиационных специалистов.
Литература:
1. Бакиев Н.З., Наджафов А.Ф. Авиационные тренажеры в России и за рубежом // Школа-семинар молодых ученых и специалистов в области компьютерной интеграции производства. - Оренбург, 2016. - С. 22-24.
2. Белокопытов М.Л., Григорьев А.П., Козырев Г.И., Кокорев А.В., Овчинникова Ю.С. Современные авиационные тренажеры как средство непрерывной подготовки авиационных специалистов // Труды Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского. - 2020. - № 672. - С. 336-346.
3. Волков В.Г. Авиационные тренажеры для работы с приборами визуализации изображения // Спецтехника и связь. - 2015. - № 4. - С. 2-12.
4. Котлов И.Н., Лекомцев В.С., Божко С.В. Облик современного тренажера и тенденции его развития // X Международная научно-практическая конференция молодых ученых, посвященная 59-ой годовщине полета Ю.А. Гагарина в космос: сборник научных статей. - Краснодар, 2020. - С. 54-59.
5. Кузнецов В.Ю. Категориальная система и классификационная проблема // Философия и общество. - 2018. - № 1 (86). - С. 93-94.
6. Лагкуев М.С., Котлов И.Н., Судаков М.А., Шевченко А.В. Эффективность подготовки интерактивный процедурный тренажёр первоначальной подготовки авиационного персонала с использованием виртуальной реальности. // Вестник военного образования. - 2021. - № 1 (28). - С. 59-62.
7. Обухов В.В., Осетрин К.Е. Классификационные проблемы в теории гравитации. - Томск, 2007.
8. Стрелков А.Ю., Сапункова А.В. Стенды-тренажеры для изучения авиационных приборов ориентации. // Инновационные научные исследования. - 2022. - № 9-1 (21). - С. 108-117.
9. Сукиасян Э.Р. Классификационная практика в России. проблемы мнимые и реальные // Научные и технические библиотеки. - 2002. - № 2. - С. 59-64.
10. Федотова О.Д., Еровенко В.Н. Классификационная проблема в современной педагогике // Вестник Томского государственного университета. - 2007. - № 302. - С. 208-210.
11. Хоронько Л.Я., Бондаренко Е.В. Возможности симуляционного обучения при подготовке специалистов в условиях арктической зоны // Научный вестник Арктики. - 2021. - № 11. - С. 76-79.
