Опыт разработки учебно-тренировочных средств для военно-морского флота Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 004.5 Дата подачи статьи: 25.12.15

DOI: 10.15827/0236-235X. 113.027-031

ОПЫТ РАЗРАБОТКИ УЧЕБНО-ТРЕНИРОВОЧНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ ВОЕННО-МОРСКОГО ФЛОТА

А.Ф. Базлов, зав. отделом, [email protected]; В.Б. Рисунков, к.т.н., зав. отделом, [email protected]; С.Н. Соколов, к.э.н., зам. генерального директора, гл. конструктор, [email protected]; А.М. Стручков, кт.н., доцент, гл. научный сотрудник, [email protected]

(НИИ «Центрпрограммсистем, просп.. 50 лет Октября, 3а, г. Тверь, 1 70024, Россия)

Появление высокопроизводительных средств вычислительной техники и высокоразвитого инструментального ПО, телекоммуникационных и мультимедийных технологий, технологий интерактивного взаимодействия, новейших средств воспроизведения и представления информации с цифровых носителей не только изменило требования к разработке учебно-тренировочных средств, но и позволило открыть новые возможности этих средств, возможности реализации современных инновационных технологий в образовании и боевой подготовке.

Одно из основных направлений деятельности НИИ «Центрпрограммсистем» (г. Тверь) - проектирование, разработка, изготовление учебно-тренировочных средств. Работа предприятия по созданию учебно-тренировочных средств для ВМФ ведется по четырем основным направлениям: автоматизированные системы обучения, специализированные тренажеры, комплексные тренажеры, тренажерные комплексы.

Ключевые слова: учебно-тренировочные средства, автоматизированная система обучения, компьютерная обучающая программа, специализированный тренажер, комплексный тренажер, тренажерный комплекс.

Задачи обеспечения заданной боевой готовности ВМФ можно успешно решить только при эффективном функционировании системы военно-морского образования и системы боевой подготовки. В свою очередь, эффективность образования и боевой подготовки зависит от наличия учебно-тренировочных средств (УТС), соответствующих современному состоянию ВМФ [1].

В своем развитии УТС прошли несколько этапов. Наиболее значимый этап связан с внедрением современных информационных технологий [2].

НИИ «Центрпрограммсистем» (г. Тверь) разрабатывает УТС для ВМФ более 25 лет. Это одно из ключевых направлений деятельности предприятия, которое прошло путь от разработки первой автоматизированной системы обучения (АСО) ВМФ с использованием первых локальных вычислительных сетей персональных компьютеров (АСО 101, 1992 г.) до создания тактических тренажерных комплексов, предназначенных для подготовки экипажей кораблей ВМФ (2013 г.).

Общие технические решения и применяемые технологии:

- использование средств вычислительной техники Intel общепромышленного исполнения и локальных вычислительных сетей, в том числе в защищенном исполнении, с применением интерфейсов ЕШегле^

- кроссплатформенная программная реализация [3];

- защита от несанкционированного доступа;

- использование моделирующих систем и технологии распределенного моделирования;

- практически неограниченные возможности по модернизации за счет как разработки и внедрения нового ПО, так и замены аппаратной части на

более современные программно совместимые средства;

- унификация программно-технических решений, используемых при разработке УТС, позволяющая полностью или частично включать их в состав других изделий;

- использование унифицированного аппаратно-программного комплекса руководства обучением и комплексирования (АПК РОК) [4];

- использование инструментальных программных средств собственной разработки, которые постоянно совершенствуются, а их перечень пополняется новыми средствами.

Работа предприятия по созданию УТС для ВМФ ведется по четырем основным направлениям: АСО, специализированные тренажеры, комплексные тренажеры, тренажерные комплексы.

Автоматизированные системы обучения

Данные системы предназначены для обеспечения процесса группового теоретического обучения под руководством преподавателя [5].

В общем случае АСО - это среда, в которой автоматизированные учебные занятия реализуются как процесс функционирования единой системы, объединяющей обучающего, обучающихся и средства автоматизации. Обеспечиваются создание занятий любой тематики и различных видов (теоретические, практические, контрольные), их проведение, изменение плана проведения занятия и дополнение их новым учебным материалом. Средства поддержки проведения занятий позволяют преподавателю обеспечить индивидуальный подход к обучающемуся и оперативно воздействовать на процесс обучения.

В основу разработки АСО положен подход, предполагающий проведение автоматизированных учебных занятий на базе компьютерных обучающих программ, которые представляют собой набор информационных файлов, обеспечивающих в процессе занятий выдачу учебной информации, интерактивное управление ею, а также контроль (входной, промежуточный, выходной) в соответствии с алгоритмом, заданным разработчиком сценария компьютерных обучающих программ. Разработчиком сценария являлся специалист в конкретной предметной области с достаточным педагогическим опытом (как правило, преподаватель учебного заведения).

В общем виде специальное ПО (СПО) АСО включает комплексы программ инструментальных средств разработки компьютерных обучающих программ, поддержки проведения автоматизированных учебных занятий, поддержки учебного процесса [6].

В состав АСО включен набор опорных (базовых) компьютерных обучающих программ, на которые могут ориентироваться пользователи при разработке средствами АСО собственных компьютерных обучающих программ.

С помощью инструментальных средств предприятием создана база компьютерных обучающих программ различной тематики, состоящая на данный момент из нескольких тысяч компьютерных обучающих программ, которые обеспечивают информационную поддержку теоретического обучения практически по всем военно-учетным специальностям ВМФ. Работы по созданию компьютерных обучающих программ по заказу МО РФ продолжаются.

В НИИ «Центрпрограммсистем» разработано несколько поколений АСО, которые приняты на снабжение ВС РФ и широко используются при подготовке специалистов ВМФ. К ним относятся АСО-101 (1993 г., поставлено 62 серийных образца), «Обзор-АСО» (2012 г., поставлено 13 образцов) и АСО МСК (2014 г., поставлен 1 образец).

Основные технические решения:

- технология единой информационно-дидактической среды теоретического обучения;

- технология создания электронного образовательного ресурса (компьютерные обучающие программы, электронные учебники, интерактивная электронная документация) с использованием оригинальных инструментальных программных средств, рассчитанная на широкий круг пользователей;

- сертификация программных комплексов для разработки и использования информации ограниченного доступа;

- наличие специального редактора тестов для разработки контрольных вопросов, обеспечивающего возможность проведения входного, промежуточного и итогового контроля;

- применение специальных шаблонов и библиотеки учебно-информационных фрагментов, позволяющих снизить трудоемкость разработки компьютерных обучающих программ;

- поддержка всех распространенных форматов данных и форм представления информации, в том числе 3D-графики, перечень которых постоянно расширяется;

- возможность подключения внешних программ (например, отдельных частей программных имитаторов пультовых приборов образцов военного вооружения и специальной техники (ВВСТ) для предтренажерной подготовки);

- открытость системы как для конечного пользователя, так и для модернизации, имеющей гибкую настройку, что позволяет потребителю использовать нужную комплектацию.

Специализированные тренажеры

Данные тренажеры предназначены для практической подготовки к эксплуатации образцов ВВСТ, то есть к техническому обслуживанию, ремонту, борьбе за живучесть технических средств и решению функциональных задач управления.

Основной целью практической подготовки является отработка, в первую очередь, моторных навыков операторов, поэтому АРМ обучающихся (АРМО) в специализированных тренажерах основаны на использовании корабельного оборудования или, как правило, аппаратно-программных имитаторов (действующих макетов) пультовых приборов образцов ВВСТ, достоверно воспроизводящих эргономику штатного оборудования. Для обеспечения подготовки по техническому обслуживанию в состав специализированных тренажеров входят имитаторы инженерных панелей и пультов, выполненные с использованием или действующих макетов, или программных комплексов в виде программных имитаторов.

Для подготовки к использованию отдельных образцов ВВСТ, особо сложных для имитации (моделирования) в обеспечение выработки умений и навыков по их эксплуатации, допускается применение специализированных тренажеров, обеспечивающих отработку только операторских навыков по решению функциональных задач управления. В этом случае подготовка по техническому обслуживанию и другим вопросам выполняется в режиме теоретического обучения (режим АСО) с помощью программных имитаторов инженерно-технических панелей, пультов и с имитацией режимов автоматических систем технической диагностики (АСТД). Специализированные тренажеры обеспечивают быструю адаптацию обучающихся к реальным образцам ВВСТ за счет высокой степени достоверности моделирования физических сред, имитаторов пультовых приборов образцов ВВСТ и реальных действий при их использовании.

В последние годы НИИ «Центрпрограммси-стем» является основным российским производителем специализированных тренажеров радиоэлектронных средств подводных лодок ВМФ. Линейка разработанных специализированных тренажеров включает специализированные тренажеры радиолокационных комплексов дизельных и атомных подводных лодок 4-го поколения.

Основные технические решения:

- технология создания аппаратно-программных имитаторов образца ВВСТ, которые включают макет(ы) пульта(ов) имитируемого изделия, устройство сопряжения с оборудованием и управляющую ПЭВМ; устройство сопряжения обеспечивает обмен данными по протоколу ТСР/1Р с управляющей ПЭВМ о положениях органов управления и состоянии индикаторов; в качестве управляющих программ используется доработанный в части обмена данными с устройством сопряжения программный имитатор;

- использование программных имитаторов и программных комплексов «подыгрыша» для имитации функционирования штатных периферийных приборов и взаимодействующих образцов ВВСТ;

- имитация работы встроенных систем технической диагностики, инженерных панелей, технологических пультов, моделирование включения диагностических тестов, позволяющих контролировать параметры и обнаруживать неисправности;

- использование ПО АСО для обеспечения теоретической подготовки.

Комплексные тренажеры

Подобные тренажеры предназначены для подготовки расчетов боевых постов и командных пунктов различных уровней по решению тактических и оперативных задач. Отличительным признаком комплексных тренажеров является их направленность на отработку взаимодействия и слаженности между специалистами в составе командных пунктов, боевых и корабельных боевых расчетов по вопросам решения тактических задач, использования оружия и образцов ВВСТ, а также решения задач по борьбе за живучесть корабля и его технических средств.

Для отработки операторских (без сенсомотор-ных) навыков обучающихся применяются программные имитаторы пультовых приборов образцов ВВСТ, а также стилизованные интерфейсы для отработки навыков функциональной деятельности.

Комплексные тренажеры могут быть универсальными.

Направленность универсальных тренажеров -подготовка по образцам ВВСТ одинакового функционального назначения, по общим видам деятельности в составе боевого расчета, в том числе командира боевого расчета, командного пункта (ГКП, ФКП, БИЦ и др.), дежурной смены. Универсаль-

ность достигается перестройкой имитационных моделей, сменой лицевых панелей АРМО, возможностью программными методами, исходя из учебных целей, конфигурировать состав и различные сочетания АРМО [7].

За последние годы НИИ ЦПС разработало для МО РФ несколько комплексных тренажеров, три из которых приняты на снабжение. Их серийные образцы поставляются в учебные классы, центры и заведения МО, к ним относятся комплексные тренажеры боевого использования РТС «Обзор» (2012 г., поставлено 13 образцов), радиотехнического подразделения «Тест» (2013 г., поставлено 14 образцов), а также тактический тренажер ПВО «Охта» (2012 г., поставлено 7 образцов).

Основные технические решения:

- технология создания программных имитаторов образцов ВВСТ, в которых органы управления и индикации имитируются на дисплеях компьютеров, при этом использование органов управления осуществляется с помощью стандартных манипуляторов или сенсорных мониторов; предприятие разработало большое количество программных имитаторов образцов ВВСТ надводных кораблей, подводных лодок и морской авиации ВМФ, используемых в различных тренажерах и тренажерных комплексах [8];

- технология создания моделей радиоэлектронных средств наблюдения на основе универсального имитатора функционирования, который позволяет достаточно легко настраивать модель под конкретные характеристики реальных прототипов;

- технология эмуляции программно-технического окружения для обеспечения использования штатного функционального ПО сложных образцов ВВСТ (например боевые информационно-управляющие системы), что позволяет значительно снизить материальные и временные затраты на разработку имитаторов данных средств и обеспечить их полную адекватность;

- возможность создания замкнутых контуров управления с «подыгрышем» за отсутствующие источники и/или потребители.

Тренажерные комплексы

Построение единой информационно-моделирующей среды и обеспечение единого управления на основе архитектуры распределенного моделирования - главная проблема при интеграции в тренажерные комплексы УТС различного функционального назначения и различных производителей.

В «Центрпрограммсистем» разработана концепция построения архитектуры распределенного моделирования и создания единого информационно-моделирующего пространства, которые обеспечивают интеграционные процессы, направленные на объединение специализированных и такти-

ческих тренажеров, созданных различными производителями, в тренажерные комплексы (системы), функционирующие под единым управлением на единой тактической обстановке.

Системообразующим элементом тренажерных комплексов является АПК РОК [4], который обеспечивает

- управление конфигурацией комплекса, составом и размещением рабочих мест обучающихся и преподавателей в зависимости от цели учебного мероприятия;

- проведение учебных мероприятий в едином информационно-моделирующем пространстве, в едином масштабе времени и под единым руководством;

- интеграцию отдельных тренажеров в комплекс и взаимодействие комплекса и его составных частей с внешними УТС;

- мониторинг состояния технических средств комплекса при подготовке и в процессе проведения учебного мероприятия.

АПК РОК включает три подсистемы: моделирования, руководства обучением, комплексирования.

Подсистема моделирования предназначена для имитационного моделирования объектов тактической обстановки, процессов и явлений, функционирования технических средств корабля и развития аварийных ситуаций в соответствии с исходной обстановкой и действиями обучающихся, а также для обеспечения управления и документирования учебного мероприятия.

При моделировании тактической обстановки осуществляется моделирование

- земной поверхности с использованием картографической информации, включая очертания береговой черты, глубину, рельеф местности, грунт, температуру и соленость морской воды;

- гидрометеорологических условий, включая облачность, волнение моря, ледовую обстановку, течение и ветер;

- радиолокационной среды с учетом облачности, осадков, состояния морской поверхности и прочих гидрометеорологических условий;

- гидроакустической среды с учетом заданных гидрометеорологических и гидроакустических условий, биологических шумов и шумов дальнего судоходства;

- радиотехнической обстановки с учетом излучающих средств наблюдения, средств связи и радиоэлектронной борьбы;

- взаимодействующих и противодействующих сил, алгоритмов их поведения с возможностью использования средств обнаружения, применения средств радиоэлектронной борьбы и оружия в соответствии с их моделями и тактико-техническими характеристиками.

Подсистема руководства обучением предназначена для формирования задания на учебное мероприятие, управления ходом мероприятия и тактической обстановкой, ручного и автоматического управления взаимодействующими и противодей-

ствующими силами, а также при проведении разбора демонстрации развития тактической ситуации и действий обучающихся в реальном, замедленном или ускоренном времени.

Подсистема комплексирования тренажеров предназначена для проведения тренировок на нескольких тренажерах одновременно на базе единой тактической обстановки и под единым управлением.

Основные технические решения и технологии:

- универсальный вычислительно-моделирующий комплекс (реализует сервер тактической обстановки, обеспечивает доступ к тактической обстановке по универсальному протоколу, управление и документирование);

- универсальный пост руководства обучением (обеспечивает создание заданий на тренировки, их проведение и разбор);

- универсальный редактор БД моделей (позволяет создавать и корректировать БД тактико-технических характеристик объектов и их образцов ВВСТ, параметров среды и др.);

- модульный принцип построения системы моделирования с возможностью расширения номенклатуры моделей, их адаптации к конкретным учебным задачам;

- организация моделей в единую иерархическую структуру с произвольным числом уровней; вершиной иерархии является модель тактической обстановки, в которую в качестве дочерних элементов включаются модели объектов и групповых формирований; иерархическая структура моделей обеспечивает механизм построения сложных моделей объектов с использованием набора более простых моделей, при этом количество уровней структуры определяет глубину моделирования;

- множество готовых базовых компонентов для реализации как отдельных моделей, так и целых рабочих мест;

- гибкий настраиваемый современный пользовательский интерфейс программ подсистемы руководства обучением;

- возможность программного задания не только различных вариантов строев, ордеров, боевых и походных порядков объектов тактической обстановки, движения их по различным типам траекторий и профилям полетов, но и различных алгоритмов развития тактической обстановки [9];

- система автоматизированного управления объектами обстановки на основе планов, созданных пользователем из команд, и широкого спектра готовых алгоритмов тактических действий [10];

- эффективная система записи и воспроизведения проведенных тренировок (с точки зрения объема сохраняемых данных и быстродействия);

- гибкая система протоколирования различных событий тренировки с возможностью включения в протоколы изображений и звуковых файлов, сформированных на различных УТС комплекса;

- минимальные требования к комплексирова-нию УТС, возможность различных вариантов ком-

плексирования (с помощью сетевого протокола либо готового программного клиента);

- системы диагностирования программных сбоев и автосохранения, обеспечивающие надежность проведения длительных тренировок;

- использование открытых протоколов и форматов обмена данными (хт1, json);

- максимальная унификация, модульность и масштабируемость системных и прикладных программных средств, а также использование унифицированных программных интерфейсов;

- создание АПК РОК как унифицированного комплекса, предназначенного для использования как в комплексах (системах), так и в отдельных УТС с целью обеспечения их автономной работы.

Концепция использования АПК РОК впервые была реализована в 2013 г. при создании НИИ «Центрпрограммсистем» тактического тренажерного комплекса Учебного центра ВМФ (г. Обнинск). В дальнейшем данная технология прошла апробацию и нашла применение и развитие в работах по созданию новых тренажерных комплексов и систем.

Литература

1. Захаров В.Л., Ильин В.А., Кушнарев А.Г. Оперативно-тактическая система ВУНЦ ВМФ. Какой ей быть? // Оборонный заказ. 2010.№ 28.

2. Довженко В.Н., Стручков А.М., Туровский О.М. Использование современных информационных технологий в системе подготовки кадров для ВМФ // Морской сборник. 2009. № 12. С. 44-51.

3. Прохоров А.А., Карпов А.А. Подход к разработке крос-сплатформенного программного обеспечения // Программные продукты и системы. 2009. № 1. С. 109-111.

4. Базлов А.Ф., Рисунков В.Б., Соколов С.Н., Стручков А.М. Построение архитектуры распределенного моделирования при создании тренажерных комплексов ВМФ // Программные продукты и системы. 2013. № 2 (102). С. 5-11.

5. Малеваный А.С., Яковлева Н.Б., Маштарова И.В. Опыт разработки автоматизированных систем обучения для теоретической подготовки // Программные продукты и системы. 2009. № 1. С. 121-124.

6. Базлов А.Ф., Гурьева И.С., Максимов М.А., Смирнова Л.Н. Программный комплекс поддержки учебного процесса // Программные продукты и системы. 2009. № 1. С. 118-121.

7. Ильин В.А., Кравчук В.Г., Прохоров А.А. Тактические тренажеры для подготовки к ведению противовоздушной обороны кораблей // Оборонный заказ. 2007. № 13. С. 16-17.

8. Рисунков В.Б. Разработка учебно-тренировочных средств радиоэлектронного вооружения и средств радиоэлектронной борьбы ВМФ // Оборонный заказ. 2007. № 15.

9. Прохоров А.А. Разработка модели средств автоматизации формирования сценария действий воздушного противника для тренажера противовоздушной обороны кораблей // Программные продукты и системы. 2013. № 2. С. 85-87.

10. Андреев В.Ю., Новиков И.В., Шорин А.Б. Автоматизированный сценарий тренировки в тактическом тренажере // Программные продукты и системы. 2009. № 1. С. 116-118.

DOI: 10.15827/0236-235X. 113.027-031 Received 25.12.15

AN EXPERIENCE IN DEVELOPMENT OF EDUCATIONAL TRAINING EQUIPMENT FOR THE NAVY

Bazlov A.F., Head of Department, [email protected];

Risunkov V.B., Ph.D. (Engineering), Head of Department, [email protected]);

Sokolov S.N., Ph.D. (Economics), Deputy Director General, Chief Designer, [email protected];

Struchkov A.M., Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Chief Researcher, [email protected] (R&D Institute Centerprogramsystem, 50 let Oktyabrya Ave. 3a, Tver, 170024, Russian Federation)

Abstract. The advent of high-performance computer equipment and software tools, telecommunication and multimedia technologies, interactive technologies, new tools for data playback and presentation from digital media changed the requirements to development of training facilities. They also showed new opportunities of training facilities, the feasibility of modern innovative technologies in education and combat training.

One of the main directions of the Research Institute Centerprogramsystem activities (Tver) is design, development, production of training equipment. The company has four main areas in the work connected to creation of naval training facilities: automated training systems, special simulators, complex training devices, training complexes.

Keywords: educational training equipment, automated training system, computer training program, task specific simulator, full-scale trainer, simulator complex.

References

1. Zakharov V.L., Ilin V.A., Kushnarev A.G. An operational-tactical system of the Navy Military Academic Center. What should it be? Oboronnyzakaz [Defence Order]. 2010, no. 28 (in Russ.).

2. Dovzhenko V.N., Struchkov A.M., Turovsky O.M. Using modern information technologies in a personnel training system for the Navy. Morskoy sbornik. 2009, no. 12, pp. 44-51 (in Russ.).

3. Prokhorov A.A., Karpov A.A. An approach to development of crossplatform software. Programmnyeprodukty i sistemy [Software & Systems]. 2009, no. 1, pp. 109-111 (in Russ.).

4. Bazlov A.F., Risunkov V.B., Sokolov S.N., Struchkov A.M. Distributed simulation architecture design when creating navy training set. Programmnye produkty i sistemy [Software & Systems]. 2013, no. 2 (102), pp. 5-11 (in Russ.).

5. Malevany A.S., Yakovleva N.B., Mashtarova I.V. Practice in the development of automated training systems for theoretical training. Programmnye produkty i sistemy [Software & Systems]. 2009, no. 1, pp. 121-124 (in Russ.).

6. Bazlov A.F., Gureva I.S., Maksimov M.A., Smirnova L.N. A training process support software suite. Programmnye produkty i sistemy [Software & Systems]. 2009, no. 1, pp. 118-121 (in Russ.).

7. Ilin V.A., Kravchuk V.G., Prokhorov A.A. Tactical trainers for training in ship air defense. Oboronny zakaz [Defence Order]. 2007, no. 13, pp. 16-17 (in Russ.).

8. Risunkov V.B. Development of educational training equipment for naval electronic warfare systems. Oboronny zakaz [Defence Order]. 2007, no. 15 (in Russ.).

9. Prokhorov A.A. Development of the automation equipment model of formation of the scenario of air opponent actions for the ships air defence simulator. Programmnye produkty i sistemy [Software & Systems]. 2013, no. 2, pp. 85-87 (in Russ.).

10. Andreev V.Yu., Novikov I.V., Shorin A.B. An automated scenario of training in a tactical trainer. Programmnye produkty i sistemy [Software & Systems]. 2009, no. 1, pp. 116-118 (in Russ.).