CC BY
12МОДУЛЬНОЕ ПОСТРОЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ АДАПТИВНЫХ
СИСТЕМ ПОДГОТОВКИ
MODULAR CONSTRUCTION OF MODERN ADAPTIVE PREPARATION
SYSTEMS
УДК 62-1/-9
DOI: 10.24411/2658-4964-2020-10240
Прасолов Вячеслав Сергеевич
студент
4 курс, факультет «Естественнонаучный» Кафедра О2 «Инжиниринг и менеджмент качества» БГТУ ВОЕНМЕХ им. Д. Ф. Устинова Россия, г. Санкт-Петербург
Prasolov Viacheslav Sergeevich
student
4-year, faculty of "Natural Science" Department of O2 "Engineering and Quality Management" BSTU «VOENMEH» named after D.F. Ustinov Russia, Saint-Petersburg
Prasolov.vyacheslav@yandex.ru
Аннотация
В статье описываются принципы построения адаптивных систем подготовки. Описываются автоматизированные системы обучения - средства профессиональной подготовки персонала, состоящие из одного или нескольких автоматизированных учебных курсов, комплексных обучающих систем и набора специализированных тренажеров, позволяющих осуществлять формирование у обучающего профессионально важных навыков и умений, принятия ими решений по управлению объектами. Изложены этапы процесса подготовки технического персонала. Производится математическая постановка задачи, сводящаяся к взаимному однозначному соответствию двух множеств. Описываются обучающие системы.
Annotation
The article describes the principles of constructing adaptive training systems. Automated training systems are described - professional training tools, consisting of
one or more automated training courses, comprehensive training systems and a set of specialized simulators that allow the training of professionally important skills and abilities, making decisions facility management. The stages of the process of training technical personnel are outlined. A mathematical formulation of the problem is performed, reduced to a one-to-one correspondence of two sets. Learning systems are described.
Ключевые слова: учебно-тренировочные средства, тренажерная подготовка, программные средства подготовки.
Keywords: educational and training facilities, simulator training, training software.
Одним из обязательных условий успешного продвижения современных сложных технических систем на отечественном рынке, а тем более, на внешних рынках является хорошо отлаженная система обучения и подготовки обслуживающего персонала заказчика.
В настоящее время при проведении подготовки операторов используются как традиционные средства подготовки, так и современные автоматизированные системы обучения (АСО) (см. рис. 1).
Автоматизированные системы обучения - это средства профессиональной подготовки персонала, состоящие из одного или нескольких автоматизированных учебных курсов (АУК), комплексных обучающих систем (КОС) и набора специализированных тренажеров, позволяющих осуществлять формирование у обучающего профессионально важных навыков и умений, принятия и выполнения ими решений по управлению (обслуживанию) различными объектами [1].
Процесс подготовки технического персонала, в частности оператора, состоит из трех специфических этапов:
- Общетехническая подготовка - предполагает получение обучающимся знаний по вопросам, связанным с теорией построения и принципом действия.
- Предтренажерная подготовка - направлена на приобретение обучающимися умений и первичных навыков в управлении;
- Тренажерная подготовка - предполагает формирование (совершенствование) профессиональных навыков и умений, необходимых операторам для управления.
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ОБУЧЕНИЯ
Программные средства подготовки Тренажерные средства подготовки
1 уровень
Интерактивное электронное техническое руководство
Автоматизированный учебный курс
2 уровень
Компьютерная обучающая система
Групповая обучающая система
Специализированный тренажер
Комплексный тренажер
Групповой тренажер
Полномасштабный тренажер
Рис. 1 Схема автоматизированной системы обучения
Первый и второй этапы процесса подготовки обеспечиваются программными средствами подготовки (ПСП).
Программные средства подготовки - функционально-психологические системы обучения, предназначенные для развития и поддержки требуемого уровня сформированности профессионально важных качеств и психических функций, необходимых оператору для выполнения задач управления в штатных и внештатных ситуациях [2].
В свою очередь, программные средства подготовки по объему передаваемой обучающимся информации, а также вырабатываемых профессиональных важных качеств и психических функций, могут быть разделены (см. рис. 1) на:
- Интерактивные электронные технические руководства (ИЭТР).
- Автоматизированные учебные курсы (АУК).
- Компьютерные обучающие системы (КОС).
- Групповые обучающие системы (ГОС).
Интерактивное электронное техническое руководство -взаимосвязанная совокупность определенного комплекта технической документации (эксплуатационной, ремонтной), выполненная в форме электронного документа и обладающая формами интерактивности.
Автоматизированный учебный курс- это программное средство профессиональной подготовки персонала, реализующее предъявление обучающемуся графического и текстового материала конкретного учебного курса и обеспечивающего контроль качества подготовки обучающегося.
В отличии от ИЭТР, АУК должен содержать дополнительный учебный материал (графический и текстовой), методическое обеспечение, алгоритмы
действий оператора на всех режимах и средства контроля за качеством подготовки обучающегося.
АУК дают возможность, обучаемому усвоить устройство, принцип действия оборудования, особенности его эксплуатации, получить понятийные навыки управления этим оборудованием и ознакомиться с технологией его технического обслуживания и ремонта.
С точки зрения технического обеспечения (аппаратных средств) - для исполнения АУК необходима локальная вычислительная сеть, включающая в себя рабочее место руководителя обучения (РМРО) и рабочие места обучаемых на базе персональных компьютеров промышленного стандарта, типового программного обеспечения, унифицированных сетевых и коммуникационных средств, и гибкой модульной конструкции [3].
Комплексная обучающая система - это программное средство профессиональной подготовки персонала с динамическими мнемосхемами на базе адекватных математических моделей объектов и окружающей среды, с помощью которого в наглядном виде воспроизводится структура и динамика состояний объекта или процесса, а также алгоритм управления ими в условиях реального или масштабного времени. Информационное и моторное поле обучаемого имитируется на базе электронных средств отображения. Программа обеспечивает контроль над действиями обучаемого при управлении оборудованием на различных режимах работы и оценку его действий.
Групповая обучающая система - это программное средство профессиональной подготовки персонала, предназначенное для одновременной подготовки операторов взаимосвязанных комплексных обучающих систем, позволяющее осуществлять тактическую подготовку в объеме различных групп или корабельных боевых расчетов.
Процесс обучения представляет собой активное взаимодействие обучаемого и обучающегося. Это взаимодействие бывает более эффективным при использовании тренажеров, где процесс обучения и поведения оператора принимает целевой и организованный характер.
В наше время наибольшее распространение получили два вида тренажерной техники: это компьютерные тренажеры и тренажеры-имитаторы.
Практика использования существующих тренажеров показывает, что за несколько дней тренажерной подготовки может быть отработано большое количество сложных маневров, для выполнения которых на реальном объекте при благоприятных условиях потребовался бы не один месяц [4].
Одним из основных требований, предъявляемых к автоматизированным системам обучения, является обязательное наличие автоматического контроля работы оператора, позволяющее оценивать уровень обученности по показателям безошибочности и времени выполнения операций управления.
Рассмотрим один из возможных подходов к формализации ошибок оператора при отработке навыков управления на тренажере, который базируется на известном методе ветвей и границ.
Если разработанную проектантом инструкцию по управлению сложными техническими средствами взять за эталон, то отклонения от нее при обучении оператора будут его ошибками [5].
В математическом плане постановка задачи сводится к взаимному однозначному соответствию двух множеств: ^ А ^ В, где
А = а1; а2, • • •, ат - цепочка эталонной структуры; В = Ь1; Ь2, • • •, Ьп- цепочка реальной структуры; тип- число операций А и В.
На первый взгляд т = п, но при отработке ошибки типа пропуска (т < п), или добавления (т > п). Тогда обратная функция Г-1:А^В становится не всюду определена, и взаимно однозначное соответствие нарушается.
Определим условие существования функции ^ которое назовем условием строгого следования: для любых пар операций (а^а^еА и (Ь,!, Ь|2) е В, для которых ^а^) = Ь^; Г(ай) = Ь^ при условии ^ < 12; ^ <
12.
Если оператор при управлении КТС на тренажере не допускает ошибок, тогда очевидно В = А(т = п, ах = Ьх, I = 1, т).
Если ошибки есть, то множество операций А и В необходимо сгруппировать на чередующиеся подмножества совпадающих и не совпадающих операций.
Для обоснования дальнейших рассуждений введем понятия индикатора совпадений (ИС) и индикатора несовпадений (ИН).
Индикатор совпадений (ИС) - пара совпадающих подмножеств (а11, а12, , а1+1) е А и (Ьд, Ь|2, ••• е В, ограниченная несовпадающими
операциями слева (а^ ф Ь^) и справа (а|+|+х ф Ь|+1+1), или началом и концом множеств А и В. Длина индикатора совпадений I =
Индикатор несовпадений (ИН) - пара несовпадающих подмножеств (а^, а^, —, а}+у) е А и(Ьд, Ь|+х, —, Ь|+№) е В,ограниченная совпадающими
операциями слева (ai-1 = bi-1) и справа (aj+y+i = bj+w+x), или началом и концом множеств А и В. Величина m(v, w) называют длиной индикатора несовпадений ИН = dHH.
Очевидно, что границами ИН будут: левая - между парами совпадающих и несовпадающих операций; правая - между парами несовпадающих и совпадающих операций.
Уточним понятие ошибки оператора при управлении КТС: пропуск к операций (v = к; w = 0); добавление к операций(у = 0; w = к); перестановка к операций (v = k;w = k); замена к операций другими операциями (v = кх; w = к2). Информация о видах ошибок содержится в ИН.
Предположим, что G - множество вариантов разбиения подмножеств А и В на чередующиеся ИС и ИН. В теоретическом плане оператор может ошибаться на каждой операции управления. На практике же наиболее предпочтительным является вариант gj = G для которого требуется наименьшее число операций по устранению ошибок в подмножестве В, что совпадает с целевой установкой обучения оператора на тренажере.
Таким образом, вариант gj = йявляется предпочтительным, если он выявляет такие ИН, для которых R(gi) = S=i ^Hij ^ min , где
R(gi) - общее число операций в подмножестве В, выполненных с ошибками, при варианте сравнения gj = G dmij - длинаьго ИН в варианте gj = G Nj - количество ИН в варианте gj = G
Процесс генерации вариантов gj = G в F — сети представляется узлами (вершинами), которые соответствуют ИС, и дугами, которые соответствуют ИН. Истоку сети соответствует первый ИС в сравниваемых подмножествах А и В. Если ф то узел, соответствующий истоку, является фиктивным. Каждому узлу сети (кроме истока) соответствует единственный путь, состоящий из дуг, ведущих от истока в этот узел. Длина дуги является суммой длин ИН, соответствующих дугам, из которых образован путь [6, 7].
Литература
1. Ильюшин Ю. В. Проектирование распределенной системы со скалярным воздействием/ Ю. В. Ильюшин // Научное обозрение №4. - Москва, 2011. - С. 85- 90.
2. Ильюшин Ю. В. Моделирование температурного поля восходящего для процесса бурения нагнетательных скважин добычи полезных
ископаемых/ Ю. В. Ильюшин, И. А. Кучеренко // Научное обозрение №4
- Москва, 2013. - С. 98 -101.
3. Ильюшин Ю. В. Синтез импульсной системы управления/ Ю. В. Ильюшин // Научное обозрение № 7 - Москва, 2015 С 58-62
4. Ильюшин Ю. В., Сикстус М. А. Исследование устойчивости теплового поля туннельной печи конвейерного типа/ Ю. В. Ильюшин, М. А. Сикстус // Научное обозрение № 7 - Москва, 2015 С 63-68
5. Ильюшин Ю. В. Методика синтеза нелинейных регуляторов для распределенного объекта управления./ Ю. В. Ильюшин // Научное обозрение. 2012. №5. - С. 14- 17.
6. Ильюшин, Ю. В., Кучеренко И.А., Моделирование температурного поля восходящего для процесса бурения нагнетательных скважин добычи полезных ископаемых / Ю. В. Ильюшин // Научное обозрение. 2013. №4.
- С. 98- 101.
7. Первухин Д.А. Повышение качества обучения путем использования автоматизированных обучающих систем в современных образовательных технологиях вуза/ Д.А. Первухин, О.В. Афанасьева, И.Н. Киваев// Сборник трудов VIII Санкт-Петербургского конгресса «Профессиональное образование, наука, инновации в XXI веке». - СПб.: Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», 2014. -С.120-125.
Literature
1. Ilyushin Yu. V. Design of a distributed system with scalar exposure / Yu. V. Ilyushin // Scientific Review No. 4. - Moscow, 2011 .-- S. 85-90.
2. Ilyushin Yu. V. Modeling of the temperature field ascending for the drilling process of injection wells for mining / Yu. V. Ilyushin, I. A. Kucherenko // Scientific Review No. 4 - Moscow, 2013. - P. 98 -101.
3. Ilyushin Yu. V. Synthesis of an impulse control system / Yu. V. Il-yushin // Scientific Review No. 7 - Moscow, 2015 P 58-62
4. Ilyushin Yu. V., Sixtus M. A. Investigation of the stability of the thermal field of a conveyor-type tunnel furnace / Yu. V. Ilyushin, M. A. Sixtus // Scientific Review No. 7 - Moscow, 2015 P 63-68
5. Ilyushin Yu. V. Method for the synthesis of nonlinear controllers for a distributed control object. / Yu. V. Ilyushin // Scientific Review. 2012. No5. -S. 14-17.
6. Ilyushin, Yu. V., Kucherenko IA, Modeling the temperature field ascending for the drilling process of injection wells for mining of minerals / Yu. V. Ilyushin // Scientific Review. 2013. No4. - S. 98-101.
7. Pervukhin D.A. Improving the quality of training through the use of automated teaching systems in modern educational technologies of the university / D.A. Pervukhin, O.V. Afanasyeva, I.N. Kivaev // Proceedings of the VIII St. Petersburg Congress "Vocational education, science, innovation in the XXI century." - St. Petersburg: National Mineral Resources University "Gorny", 2014. - S.120-125.
