CC BY
42
Рыбакова. О.А., Гастёнина Л.В., Лапшин Э.В.
КОМПЬЮТЕРИЗАЦИЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ ЛЁТЧИКОВ ЗА РУБЕЖОМ
Появление первых тренажных средств для освоения навыков пилотирования летательными аппаратами относится к заре авиации. Более точным термином для тренажных средств является "автоматизированная система обучения" (АОС) Однако ввиду распространенности аббревиатуры АОС, сохраняем ее в данной книге.
Через многие десятилетия авиационное тренажёростроение и строительство исследовательских моделирующих стендов стали приоритетным направлением технического прогресса в авиации.
За рубежом более 100 фирм, среди которых крупнейшие самолётостроительные концерны, занято производством авиационных тренажёров и разработкой моделирующих стендов [1.1-1.4]. К числу наиболее крупных зарубежных тренажёростроительньх фирм относятся: Singer (США), Rediffusion (Великобритания), САЕ (Канада), Thomson- CSF (Франция), Link - Miels (Великобритания) и др.
Таблица 1.1
Отрасль Теоретическое обучение Практическое обучение
ЭВМ Локал. сети Локал. сети+ больш. экраны Проц. трен. Спец. трен. Комп трен. Групп трен.
Гражданская авиация пр ш нач пр пр ш пр
Морской и речной флот пр ш пр ш пр пр
Энергетика ш ш нач пр пр ш
Нефтегазовая промышленность ш ш пр пр пр
Автомобильный и тракторный транспорт пр пр пр пр пр
Машинисты горнодобывающей промышленности пр пр пр
Примечание. В табл. 1.1 применены сокращения: Локал. - локальные, больш. - большие, проц. трен. -процедурные тренажёры, спец трен. - специализированные тренажёры, комп трен. - комплексные тренажёры, групп трен. - групповые тренажёры.
Уже в 1970-х годах был достигнут высокий уровень реалистичности имитации в комплексных авиационных тренажёрах, после чего масштабы их применения существенно расширились. Рис. 1.1 иллюстрирует рост ассигнований ВВС США на разработку и закупку комплексных авиационных тренажеров в период !975-I9 90 гг, [1.1-1.4].
Рис. 1.1,а соответствует ассигнованиям на закупки, рис. 1.1,б -ассигнованиям на НИОКР. В целом в данный период ассигнования более чем удваивались каждые пять лет и, начиная с 1985 г. превысили 1 млрд. долларов в год. При этом если рост ассигнований на приобретение новых тренажёров в последнее пятилетие уменьшился, то рост затрат на НИО^ - возрос. Столь большие затраты на современные авиационные тренажеры окупаются высокой эффективностью их применения.
Современные AT позволяют обеспечить: повышение качества подготовки лётных экипажей к действиям
как в штатных, так в аварийных ситуациях; повышение безопасности полётов за счет выпуска в воздух летных экипажей, лучше подготовленных для действий в нормальных условиях, при отказах авиационной техники, авариях и боевых повреждениях; сокращение сроков и стоимости подготовки летного состава; сокращение расходов ресурсов авиационной техники, топлива, боеприпасов, затрат на эксплуатацию; уменьшение загрязнения окружающей среды и других отрицательных влияний на экологию.
Обеспечение высокой эффективности тренажёрной подготовки к боевому применению по наземным целям составляет одну из наиболее сложных в техническом отношении задач. Тем не менее, достигнуты положи-тельнье результаты таких тренировок [1.5, 1.1] . На рис. 1.2, приведены данные о влиянии предвари-
тельной тренажёрной подготовки на результативность стрельбы по наземным целям (с малым углом атаки) со штурмовика A-10. [1.5].
Верхняя кривая соответствует лётчикам (тренажёрная группа), прошедшим предварительную тренажёрную подготовку (три тренировки на стрельбу по наземным целям). Нижняя кривая соответствует группе лётчиков, не проходивших тренажёрной подготовки (контрольная группа). В пяти учебно-боевых вылетах тренажёрная группа показала существенно более высокие результаты, чем контрольная. Это же имело место при выполнении упражнений на бомбометание (рис. 1.3).
а)
Млн.
б)
Рис. 1.1 Экономические показатели тренажёростроения %
Число упражнений Число вылетов на самолёте
на тренажёре
Рис. 1.2 Влияние тренажёрной подготовки на результаты стрельбы по наземным целям
Число вылетов
Рис. 1.3 Влияние тренажёрной подготовки на результаты бомбометания по наземным целям
Первое и второе из приведенных выше положений (повышение качества подготовки летных экипажей и безопасности, выживаемости) иллюстрирует рис.1.4 [1.5]. Здесь показаны результаты тренировок на тре-
нажере самолета A-10 по преодолению ПВО и поражению наземных целей. Динамика изменения доли "вернувшихся экипажей" и доли "поразивших цели" убедительно показывает эффективностъ тренировок.
Экономическую эффективность AT иллюстрирует рис 1.5[1.6]. По оси абсцисс здесь отложена стоимость эксплуатации тренажёра в долл./ч, по оси ординат - стоимость эксплуатации в воздухе имитируемого самолёта. Три наклонные прямые ^ответствуют: военным самолётам (верхняя прямая), гражданским самолётам и учебно-тренировочным самолётам (нижняя прямая). Эти прямые построены методом наименьших квадратов по данным эксплуатации самолётов 33 типов в 1975-197 6 финансовом году. Точки, соответствующие конкретным самолётам (см.[1.6]), здесь опущены. Отношение стоимости часа эксплуатации комплексного авиационного тренажёра к стоимости 1 часа полёта имитируемого ЛА составляет от 1/3 до 1/30.
За последние десять лет соотношение времени обучения на тренажёрах и в полётах неманёвренных самолётов США возросло с 6:7 до 8:1.
Тренажёризация и компьютеризация обучения в ВВС США позволило, по мнению ряда американских специалистов в 1990-х годах, в несколько раз снизить стоимость подготовки лётчиков. AT могут поступать в войска с опережением и сокращать сроки освоения новой авиационной техники.
Наряду с этим необходимо отметить, что тренажеростроение и практика применения AT столкнулись в последнее десятилетие с рядом проблем и трудностей.
На первое место здесь можно поставить рост стоимости комплексных тренажёров традиционной централизованной архитектуры (с центральной вычислительной системой).
Диаграммы рис. 1.6 иллюстрируют рост стоимости (млн. марок), количества единиц оборудования, объема программного обеспечения (в строках программ), занимаемой площади (в м2) для немецких тренажёров caмoлётoв трёх поколений: F - 104Б, F - 4F, "Торнадо". Тренажёр самолёта "Торнадо" в 9 раз дороже
тренажёра самолета F - 4F, имеет в 2,7 раза больший объем программного обеспечения, в 6 раз больший
комплект единиц оборудования, занимает в 2,2 раза большую площадь.
2 4 6 8 10 12 14 16 18
Число тренировок
Рис. 1.4 Результаты тренировок на тренажёре самолёта А-10
Стоимость эксплуатации АТ, долл/час Рис.1.5 Экономическая эффективность авиационных тренажёров
111 млн. марок
5,4 млн. марок 1103000 к°мя
|9100 ед.оборуд I 210м2 I
380000 команд
16300 ед. оборуд.
|1025000 команд
96500 ед. оборуд.
Е - 104Б Е - 4Е “Торнадо"
Рис.1.6 Диаграмма технических и экономических показателей КТС трёх поколений
Рис.1.7 показывает рост стоимости комплексных тренажёров самолётов (КТС) США на примере четырех КТС разных поколений. Видно, что при переходе к следующему поколению стоимость увеличивается почти в геометрической прогрессии [1.1 - 1.4].
575 м
254 м
млн.
долл.
100
10
0
1970 г. 1980 г. 1990 г.
Рис. 1.7 Рост стоимости КТС разных поколений
Этим трудности не ограничиваются. При централизованной архитектуре комплексных AT их модернизация затруднена, а техническая эксплуатация требует значительных затрат. Тренажёрный парк обновляется медленно.
Фундаментальным фактором является рост сложности самих авиационных комплексов, имитируемых в AT, рост объёма программного обеспечения бортовых комплексов авионики. Это создает немало проблем.
При господствовавшей до недавнего времени теоретической подготовке лётных экипажей с помощью традиционных ТСО возникал разрыв между подтренажёрной теоретической подгототкой и практической тренажёрной и лётной подготовкой. Лётные экипажи, прошедшие теоретическое обучение, испытывали при переходе к тренажёрной подготовке чувство недостаточности своих знаний, их отрыв от реальных потребностей, непонятности сложного "организма" АК, механизмов его функционирования.
Еще одним недостатком существовавшей системы подготовки, включая тренировки на AT, являлась ограниченность баз данных ТСО традиционного типа.
Эти недостатки и трудности вызвали разработку и реализацию новых концепций в тренажёростроении и компьютеризации профессиональной подготовки лётных экипажей [1.7 - 1.10].
В последнее время всё больше проявляется тенденция перехода от создания отдельных тренажёров к созданию комплексных, или как их называют иногда, "тотальных" [1.7], компьютеризованных систем подготовки специалистов, систем, в которых комплексный AT является только звеном, правда, важнейшим. Для теоретической подготовки разрабатываются автоматизированные учебные курсы (АУК), обучающие программы, реализуемые на персональных компьютерах. Создаются компьютерные классы теоретического и первоначального практического обучения с локальными сетями персональных компьютеров, экранами коллективного пользования. В практической подготовке лётных экипажей комплексную систему составляют процедурные, специализированные, комплексные, групповые, бортовые AT.
Компьютеризация профессиональной подготовки позволяет интенсифицировать процесс обучения за счёт повышения активности обучаемого, адаптации к его индивидуальным особенностям в диалоговом (интерактивном) режиме, наглядности предъявляемой информации. Все это позволяет учить тому, что действительно необходимо в профессиональной деятельности специалиста.
Однако высокоэффективная комплексная компьютеризация профессиональной подготовки требует огромных затрат интеллектуального труда. Поэтому, а также вследствие многих других причин, частично упомянутых выше, все большее признание получает концепция модульного построения ТСО.
Согласно этой концепции вся гамма ТСО строится на основе в значительной мере унифицированных алгоритмических, программных и аппаратных модулей. Комплексные AT и другие ТСО с централизованными вычислительными системам на базе мини ЭВМ, больших ЭВМ уступают место ТСО с микро ЭВМ, локальными сетями микро ЭВМ. Микро ЭВМ, микропроцессоры, однокристальные ЭВМ являются аппаратными модулями ТСО модульной архитектуры.
Модульное построение обеспечивает возможность относительно лёгкой модернизации AT и наращивания их имитационных возможностей, сокращает сроки разработки, повышает надёжность, снижает затраты на техническую эксплуатацию AT, резко уменьшает занимаемую площадь.
В сочетании с другими мерами модульная архитектура ведёт к снижению стоимости AT.
Еще одна новая тенденция в зарубежном тренажёростроении и тренажёрной подготовке заключается в расширении баз данных и оперативном информационном обеспечении, соответствующем конкретному географическому району. В ВВС США подобные широкомасштабные разработки ведутся в рамках программы "Проект 2851" [1.7]. Несомненно, что реализация этих концепций позволит создать новое поколение высокоэффективных ТСО. Однако необходимым условием является существенное развитие теоретических основ AT и систем компьютеризации профессионалъной подготовки вообще. Дело в том, что до настоящего времени в данной области, как, впрочем, и для других человеко-машинных систем, целостной теории нет. Есть лишь теоретические основы отдельных имитаторов, фрагментов ТСО и опытные данные. Эмпирический путь синтеза ТСО, крайне трудоёмкий, дорогой и несовершенный, к сожалению, преобладает в мировой практике.
Между тем можно утверждать, что проблема высокоэффективной комплексной компьютеризации профессиональной подготовки не может быть решена без органического соответствия процессов обучения и тренировок естественным структурам познавательной и сенсомоторной деятельности человека. Это требует как описательных, так и формализованных описаний таких структур. Последнее связано с использованием новейших методов теории оптимального автоматического управления. Далее, модульная архитектура ТСО становится подлинно прогрессивным принципом построения чаще всего лишь при условии синтеза новых быстрых алгоритмов имитации различных процессов и систем. Это требует соответствующих теоретических методов.
Резкое увеличение и быстрое обновление оперативных баз данных требует новых информационных технологий, создать которые нельзя без развития теоретического базиса.
КТС В - 1В ©
^КТС В - 520
КТС Е - 16 ®
® КТС ЕВ - 111
Здесь нет необходимости продолжать перечисление потребностей в теоретических основах AT и компьютеризации профессиональной подготовки, т.к. они будут освещены ниже. Развитие этих основ является основной целью данной книги.
