CC BY
26
УДК 656.22, 656.25 й01: 10.17238^1998-5320.2021.15.1.15
М. В. Карелина1
'Российский университет транспорта (МИИТ), г. Москва, Российская Федерация
Современное состояние международного опыта использования транспортных высокотехнологичных тренажёров
Аннотация. В статье проанализирован международный опыт использования в учебном процессе технологических возможностей тренажёров, применяемых для подготовки будущих специалистов в различных видах транспортной деятельности: для обучения пилотов, которое варьируется от простых настольных систем до процедурных, двигательных тренажёров полного полёта, для обучения в судоходной отрасли, где симуляторы позволяют получить практический опыт управления, приближенный к реальным условиям, дополненный имитационным моделированием, как компьютерным, так и пилотируемым, электрически управляемыми моделями судов в бассейне, для подготовки специалистов железнодорожного транспорта и метрополитена, которые в рамках проекта 2TRAIN по уровню технической сложности тренажёров возможно сгруппировать на пять типов. Анализ применения тренажёров выявил большие перспективы этих средств обучения для подготовки будущих специалистов транспорта и необходимость подготовки квалифицированных специалистов с учётом формирования комплектации обучающего тренажёра не случайным образом, а в соответствии с видами профессиональной деятельности и квалификационными характеристиками.
Ключевые слова: высокотехнологичные тренажёры, образовательный процесс, формирование навыков, подготовка персонала.
Дата поступления статьи: 6 февраля 2021 г.
Для цитирования: Карелина М. В. (2021). Современное состояние международного опыта использования транспортных высокотехнологичных тренажёров // Наука о человеке: гуманитарные исследования. Т. 15. № 1. С. 134-144. DOI: l0.l72з8/issm998-5320.202l.l5.l.l5.
Проблема. В период современных научно-технических достижений высокотехнологичные тренажёры с элементами искусственного интеллекта становятся важным инструментом образовательной деятельности и профессиональной подготовки студентов транспортных вузов во многих странах мира. Совершенствование технологий искусственного интеллекта является актуальным направлением и в России, что подтверждается принятием на государственном уровне целого ряда документов: ФЗ от 28 июня 2014 г. № 172-ФЗ «О стратегическом планировании в Российской Федерации», указов Президента Российской Федерации от 7 мая 2018 г. № 204 «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 г.» (в т. ч. Национальная программа «Цифровая экономика Российской Федерации»), от 9 мая 2017 г. № 203 «О Стратегии развития информационного общества в Российской Федерации на 2017-2030 годы», от 1 декабря 2016 г.
№ 642 «О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации», от 10 октября 2019 г. № 490 «О развитии искусственного интеллекта в Российской Федерации». В указе Президента РФ [1] отмечено, что в числе прочих приоритетными направлениями развития и использования технологий искусственного интеллекта являются применение автономного интеллектуального оборудования и робототех-нических комплексов, а также повышение доступности аппаратного обеспечения. Решение названной задачи связано с внедрением, в т. ч. и в транспортных вузах, высокотехнологичных тренажёров, позволяющих реализовать возможности искусственного интеллекта для интенсификации обучения, повышения уровня практической подготовки и создания новых принципов и методов обучения.
В отечественных исследованиях и учебно-методической литературе (Д. Брокман, М. В. Голо-вицин, Д. А. Поспелов, И. В. Роберт, Т. Ш. Ших-
ISSN 12587-943Х (Online)
Part 2. Pedagogical Science
набиева, М. Мин, И. Ш. Мухаметзянов и др.) отмечается, что подготовка будущих специалистов с учётом возможностей применения реального и виртуально представленного автономного оборудования и устройств, функционирующих на базе технологий искусственного интеллекта и виртуального мира, необходима в условиях реализации психолого-педагогического и научно-методического сопровождения процессов создания и применения этих технологий [2, 3, 4, 5].
Цель исследования: выявить наиболее перспективные средства обучения предполагается путём сравнения использования в учебном процессе технологических возможностей тренажёров и методов обучения, применяемых для подготовки будущих специалистов различных видов транспорта.
Использование имитационных тренажёров в обучении насчитывает почти вековую историю и в настоящее время они нашли своё применение не только в виде традиционных аппаратных систем, таких, как симуляторы полного движения, но и в виде систем виртуальной и дополненной реальности. Если вспоминать историю создания транспортных тренажёров [6], то первыми известными устройствами можно считать моноплан «Антуанетта» - авиационный тренажёр моделирования полёта, разработанный в 1909 г., который в период Первой Мировой войны помогал пилотам моделировать полёт, управляя колесами перед полётом самолёта, и тренажёр Link Trainer (США), изготовленный в 1927 г. Link-тренажер представлял собой базовую пневматическую платформу движения, приводимую в движение надувными сильфонами, которые обеспечивали сигналы тангажа и крена. Применение этого тренажёра моделирования полёта ознаменовало начало мировой индустрии использования в процессе обучения тренажёрных систем: так как его ценность была признана в лётной подготовке пилотов, авиакорпус армии США приобрёл шесть лётных тренажёров и была впервые разработана концепция, согласно которой лётная подготовка не ограничивалась воздушно-десантной подготовкой, и было признано, что эффективная подготовка могла проводиться и на наземном тренажёре.
Использование высокотехнологичных тренажёров остаётся важным элементом образовательного процесса во многих технических вузах
мира, и большинство исследователей [7, 8] считают, что тренажёры:
- применимы в обучении студентов как бакалавриата, так и магистратуры и в зависимости от поставленных задач помогают развивать профессиональные качества будущего специалиста и участвовать в сложных технологических процессах, которые связаны с использованием дорогостоящего оборудования или проведением опасных экспериментов;
- позволяют построить процесс обучения в прикладной манере, ориентированной на информационное взаимодействие (восприятие, усвоение, контроль и т. д.);
- предоставляют возможность студентам решать комплексные технологические проблемы с учётом использования личностно ориентированной профессиональной ситуации;
- обеспечивают практико-ориентированное обучение и формирование навыков в изучаемых областях при безопасных условиях подготовки;
- предоставляют возможность более глубокого понимания последствий своих и чужих ошибок и действий, с перспективой их дальнейшего предотвращения;
- обеспечивают незамедлительную обратную связь с распознаванием причин ошибок и методов улучшения результатов;
- предоставляют возможность повторять и отрабатывать на тренажёрах определённые навыки так часто, как это необходимо;
- позволяют улучшить мотивацию к обучению, помогают студенту стать экспертом в изучаемых областях;
- обеспечивают возможность глубокого анализа, включая видеосъёмку и рецензирование, что является ключевыми особенностями этой стратегии обучения;
- являются экономически эффективными, сокращая сроки и стоимость подготовки при обеспечении качества подготовки;
- позволяют снизить отрицательное воздействие на окружающую среду реальных технических средств, которые могли быть использованы для обучения вместо тренажёров.
Наиболее эффективное в международной практике применение высокотехнологичные тренажёры находят в учебном процессе подготовки специалистов в следующих видах деятельности:
- в гражданской, военной и космической авиации - для подготовки пилотов (авиационное управление);
- в судовождении на водном транспорте;
- на метрополитене, в железнодорожном и автомобильном транспорте - для специальностей, связанных с эксплуатационной деятельностью;
- в вооружённых силах - для специальностей, связанных с подготовкой операторов различных образцов вооружения.
Рассмотрим применение высокотехнологичных тренажёров и их технологических возможностей для подготовки специалистов авиации [9]. Спектр тренажёров для обучения пилотов варьируется от простых настольных систем до процедурных, двигательных тренажёров полного полёта. Во многих странах мира были разработаны тренажёры полного полёта, с помощью которых собраны массивы данных об управлении и реагировании различных типов самолётов, подробно исследована производительность пилотов и экипажей [10], сформированы видео-и аудиозаписи, иногда дополняемые прямым наблюдением в кабине тренажёра и послеполётными интервью. Тренажёрные исследования сочетают в себе преимущества высокореалистичных полётных операций и экспериментального управления, с учётом манипулирования событиями и условиями при использовании контрольных групп, что практически невозможно при наблюдении за фактическим полётом. Современные высокотехнологичные тренажёры предоставляют возможность точно смоделировать лётные характеристики практически любой категории самолёта, их вспомогательные системы, двигатели, гидравлику, индикаторы и элементы управления, а также визуальные эффекты, модели аэропортов, воспроизведение любой погоды и местности в штатном и нештатном режимах. Многие авторы [10, 11] пришли к выводу, что лётные тренажёры представляют собой также идеальную платформу для отработки процедур взаимодействия и совершенствования подготовки лётных экипажей к реагированию на опасные ситуации и таким образом обеспечивают их готовность к реальным лётным чрезвычайным ситуациям. Признанием эффективности использования высокотехнологичных тренажёров в процессе обучения пилотов является то, что Федеральное авиационное управление ^АА)
проводит обучение на тренажёрах вместо реальной подготовки на воздушных судах и многие авиационные страховые компании либо требуют обучения на тренажёрах, либо предлагают сниженные страховые взносы для компаний, использующих обучение на тренажёрах. FAA публикует консультативные циркуляры (ACs), которые используются для руководства авиационными учебными устройствами и тренажёрами. Например, FAA-S8081-XX Airline Transport Pilot and Type Rating for Airplane and Helicopter Practical Test Standards включает таблицу (Task vs Simulation Device Credit), которая формирует критерии, конкретные условия и стандарты для прохождения определённого уровня обучения пилотов. Точно так же военные лётчики способны отрабатывать сложные полёты и навыки пилотирования на тренажёрах, которые могут быть неприемлемы в мирное время или являются слишком дорогостоящими, например требовать выпуска нового оружия. Все тренажёры и учебно-имитационные устройства полёта (рекомендованные полномочными органами FSTD) проектируются и изготавливаются в соответствии с действующими нормативными стандартами, критериями и требованиями воздушного законодательства, и в т. ч. с документом «требования к конструкции и эксплуатационным характеристикам тренажёра для моделирования полёта», который является отраслевым стандартом для требований к данным FSTD.
В зависимости от целей обучения высокотехнологичные авиационные тренажёры делятся на категории и типы пилотируемых кабин, работающих на платформе движения и создающих полную имитацию полёта.
Наиболее эффективным высокотехнологичным тренажёром полного полёта, одобренным для обучения пилотов по классификации FAA или Type VII ИКАО признана кабина пилота с платформами движения «гексапод» на шесть степеней свободы. Технологическими возможностями данного тренажёра являются движущаяся платформа для получения угловых перемещений до ±30° и линейных смещений около 6,5 футов / 2 м, преобразование алгоритмов движения самолёта в движение платформы, с учётом исключения больших перемещений, вызывающих заметные ложные сигналы (Nahon and Rei), воспроизводство только временных сиг-
ISSN 12587-943Х (Online)
Part 2. Pedagogical Science
налов, связанных с изменениями в движении, генерация некоторых специальных эффектов движения для имитации «движения помех» (например, удары хвоста, отказ двигателя, турбулентность), для получения ощущения ускорения во время взлёта. Этот метод, известный как «координация наклона», использует перцептивную двусмысленность между наклоном тела и переводом и показывает, что ограниченное пространство движения симулятора иногда можно превзойти, когда знание восприятия движения человека принимается во внимание.
Немаловажную роль в применении лётных тренажёров играет экономическая составляющая подготовки пилотов. В зависимости от их характеристик, класса сертификации и авиационных властей различных стран высокотехнологичные тренажёры для авиации могут быть чрезвычайно дорогостоящими. Лётные тренажёры (FTDs), также известные как стационарные базовые тренажёры, могут стоить от нескольких сотен тысяч долларов до нескольких миллионов, полные лётные тренажёры (FFSs), или тренажёры на основе движения, стоят от нескольких миллионов долларов до десятков миллионов. British Airways потратила 10 млн фунтов стерлингов (14 млн доларов США) на новейший тренажёр для обучения пилотов, которые будут летать на самолёте Airbus A380 Superjumbo, но если учесть стоимость полёта авиалайнера (топливо, техническое обслуживание, экипаж) (от 6000 долларов США в час для однофюзеляжных авиалайнеров до более 8000 долларов США для широкофюзеляжных реактивных самолётов), то лётные тренажёры являются достаточно экономичным способом обучения экипажей на многих этапах в долгосрочной перспективе, если сравнивать обучение на них с проведением реальных воздушных операций, по крайней мере в 10 раз превосходящих стоимость тренировок на тренажёрах [11]. Однако в некоторых случаях высокотехнологичные тренажёры, являясь сложными техническими системами, имеют стоимость, значительно превышающую затраты на реальную систему, и в связи с этим возникает проблема обеспечения необходимого высокого уровня реализма технических устройств тренажёра и оптимального соотношения его с уровнем затрат на обучение.
С появлением иммерсивных образовательных технологий (под которыми, как и [12], мы
будем понимать совокупность методов и способов, обеспечивающих взаимодействие обучающихся с виртуальными объектами, полное или частичное их погружение в виртуальный мир в условиях одновременного понимания объектов и процессов реальной действительности и виртуальной реальности для реализации познавательной активности обучающихся) применяется более экономичный новый тип лётных тренажёров: основанные на технологии VR [13] лётный тренажёр, использующий HMD, гибкий, мобильный, занимающий меньше места, чем обычный аппаратный тренажёр (Moroney & Moroney), и симулятор полёта виртуальной реальности (VRFS), который был разработан и используется в компании Airbus Group Innovations. Современным и недорогим VR-симулятором полёта является также быстро реконфигурируемая исследовательская кабина Джойса и Робинсона, симулятор полёта в виртуальной реальности VRFS, который состоит из оптической системы слежения за головкой и рукой, HMD и моделирования полёта системы слежения. Устройство, которое используется для данного исследования, имеет диагональ FOV 60 и разрешение 1280 х 1,024 пикселя для каждого глаза. На основе входного сигнала отслеживания создаётся трёхмерная сцена визуализации с помощью моделирования полёта, которая включает в себя виртуальный кокпит, внешний визуальный образ и изображение человеческой руки. Кроме того, в систему интегрированы некоторые важные аппаратные элементы, такие, как ручка управления полётом или панели управления полётом. Размещённые точно в том же положении, что и в виртуальной кабине, эти аппаратные элементы создают так называемый смешанный макет и обеспечивают лёгкое взаимодействие в виртуальной среде. Аппаратное обеспечение VRFS может варьироваться, поскольку система является универсальной и независимой от конкретных устройств ввода и вывода. Модули VRFS работают на высокопроизводительных рабочих станциях с многоядерными процессорами и графическими процессорами. Многие исследователи [9, 10, 11] считают прогресс, достигнутый авиационным обучением на тренажёрах, моделью для использования в других областях промышленности.
В настоящее время пилот стал своего рода контролёром различных автоматизированных про-
цессов и должен действовать только в том случае, если эти процессы не работают по плану, тогда как водитель автотранспорта в гораздо большей степени является оператором, т. е. должен действовать сам в менее предсказуемой среде.
Рассмотрим применение высокотехнологичных тренажёров для подготовки специалистов автотранспорта [14]. Во многих европейских странах тренажеры для автотранспорта типизированы в зависимости от сложности применяемого в них технологического оборудования и, как следствие, их стоимости. Более простые тренажёры состоят из кресла водителя, педалей, рычага переключения передач, рулевого колеса, приборной панели, только одного монитора, с полем зрения всего 40°, находящегося прямо перед водителем, и звукового генератора. У него нет движущегося основания, но есть педали и противовес рулевого колеса. Более сложные тренажёры имеют ту же конфигурацию, но с зD-мониторами, поле зрения около 120° и движущееся основание. В настоящее время в программу подготовки к вождению включена мультимедийная и тренажёрная тренировка, но некоторые исследователи [6, 15, 16] считают, что обучение на автотренажёре является экономически неэффективным в связи с высокой стоимостью тренажёров вождения.
Применение в обучении высокотехнологичных тренажёров в судоходной отрасли позволяет постоянно совершенствовать методы повышения стандартов безопасности в ней, эксплуатации и управления. Международная морская организация (ИМО), специализированное учреждение ООН, отвечающее за охрану и безопасность судоходства и предотвращение загрязнения морской среды судами, поддерживает обучение с использованием имитационных и пилотируемых моделей судов. Резолюция ИМО А.960(23) гласит, что «подготовка должна включать практический опыт, накопленный под пристальным наблюдением опытных пилотов. Этот практический опыт, полученный на судах в реальных условиях пилотирования, может быть дополнен имитационным моделированием, как компьютерным, так и пилотируемым моделированием». Углублённая практическая подготовка экипажей машинного отделения, мостиков судов и пилотов проводится на тренажёрах в специальных школах и центрах, находящихся в ведении морских международных профессиональных ассоциаций,
Морского синдиката (для Великобритании и некоторых стран Атлантики), а также таких производителей морской техники, как Kongsberg Maritime AS, Transas и др.
Технологическими возможностями морского тренажёра SPSA [17] являются иллюминатор мостика, отображающийся на панорамном экране с углом обзора 280°, высотой 18 футов диаметром 52,5 фута (5,5 мх1б м), два короткофокусных проектора, показывающих вид сзади из пилотской рубки, четыре 3,3-футовых (1 м) жидкокристаллических экрана, размещённых по обе стороны крыльев мостика для оптимизации имитации операций причаливания и отправления, и навигационный мостик, установленный непосредственно над проекторами, по размерам соответствующий среднему судну, оснащённый всеми навигационными средствами. Хотя система не имеет движущейся части, она настолько реалистична, что некоторые пользователи чувствуют морскую болезнь.
Существуют тренажёры, позволяющие получить практический опыт управления электрически управляемыми моделями судов в бассейне. Один из таких тренажёров в порте Ревель (Франция), имеет флот из 11 судов масштаба 1:25, представляющих 20 судов, и 5 радиоуправляемых буксиров, которые могут маневрировать на участке воды площадью 5 гектаров [12 акров]. Техническое оснащение этих кораблей включает обычные функции, скопированные с реального корабля, встроенное программное обеспечение, регулируемые двигатели, которые могут воспроизводить дизель или турбину. Такое моделирование используется для обучения морских поисково-спасательных и спасательных экипажей, а также для портовых операций. Навыки, полученные на таких тренажёрах, являются полезным при внедрении дистанционно управляемых беспилотных кораблей. Очень важную роль во всех тренажёрных системах, используемых для обучения экипажей кораблей, играют компоненты, которые дают обучаемым ощущение реальности и сенсорную, даже физическую, обратную связь, своего рода высококлассную виртуальную реальность через анимацию и звуки в дополнение к системам, воспроизводящим движение. Имитационные системы для подготовки специалистов гражданских и вооружённых сил в области морских и связанных с ними береговых
ISSN 12587-943Х (Online)
Part 2. Pedagogical Science
операций опираются на международные стандарты, разработанные многими IEC TCs и SCs, работающими со специализированными учреждениями, такими как IMO или ИКАО, на отраслевые и другие стандарты.
По данным Международной палаты судоходства [17], во всём мире численность моряков, работающих на международных торговых судах, насчитывает в 1 647 500 чел., из которых 774 000 являются офицерами и 873 500 - рядовыми. Обучение на высокотехнологичных стационарных тренажёрах достаточно затратно, и в них наблюдается определённый дефицит, поэтому существует множество преимуществ применения в обучении технологии VR [18]. При применении технологии VR стоимость обучения становится дешевле в зависимости от групп обучения, его частоты и места. Это тренажёры SAYFR, CSMART, MarSEVR, которые позволяют использовать реалистичную судовую среду и технологические решения для обеспечения морской подготовки и обучения будущего экипажа реагированию в различных ситуациях, которые могут произойти на борту и на берегу, в т. ч. планированию и выполнению навигационных обязательств, уклонению от столкновений, отслеживанию состояния оборудования и настроек, а также осуществлению экстренных мер и защите от ошибок в штатных и нештатных ситуациях. Например, тренажёр MarSEVR может быть использован для обучения как стажёров, так и профессионалов: учебная среда полностью конфигурируема со спектром настраиваемых функций и уровней сложности, предложена педагогическая поддержка и мгновенная обратная связь по поводу предпринимаемых действий с анализом ошибок. Технологические возможности тренажёра следующие: очки с разрешением, схожим с человеческим глазом, которые предоставляют возможность сосредоточиться на решениях, где подробная текстовая или другая визуальная информация является важной частью аспектов обучения в морском образовании.
Примером повышения спроса на имитационное обучение могут служить данные из морской академии Абоа Маре [19], которая проводит сегодня около 900 имитационных учебных дней обучения на различных видах тренажёров, стремясь за ближайшие десять лет (к 2030 г.) достичь 225 000.
Использование высокотехнологичных тренажёров для подготовки специалистов железнодо-
рожного транспорта и метрополитена в странах Европы осуществляется в рамках проекта 2ТКАШ, созданного для развития общей технологии и содержания обучения в железнодорожном сообщении [20, 21, 22]. Рассмотрим методы обучения, содержание, технологии и модели обучения, используемые в 18 крупнейших европейских компаниях, эксплуатирующих поезда. В основном для обучения используются тренажёры модулей СВТ / ШВТ, CD, MAV и 1Е для отработки нарушений в работе железнодорожного транспорта (например, неисправности технического оборудования), подготовки к работе с системами управления поездом и его вождению. Тренажёры делятся на пять типов: программный интерфейс, система для отработки определённых производственных навыков, частичная кабина машиниста, полная реплика кабины машиниста без системы движения, полная копия кабины машиниста с системой движения. Технологические особенности систем таковы.
Полная копия кабины машиниста без системы движения, система для отработки определённых производственных навыков и программные интерфейсы оборудования кабины машиниста - каждый такой симулятор имеет разный размер экрана: часть тренажёров работают с общим 19-дюймовым экраном, другие имеют большой проекционный экран (10x4 м).
Тренажёры с проекционными системами -около 80 % симуляторов имеют частоту визуализации 60 кадров в секунду, ещё 20 % работают с частотой визуализации 60 кадров в секунду.
Тренажёры для отработки определённых производственных навыков обычно не представляют собой определённое транспортное средство, состоят из общей панели с несколькими ручками, рычагами или кнопками, которые расположены близко к оригинальному устройству.
Тренажёр-симулятор частичной кабины машиниста способен имитировать общую логику транспортного средства, оснащён сенсорным компьютером, который имитирует в том числе оборудование, расположенное в задней части оригинальной кабины машиниста, в моторном отсеке или снаружи вдоль поезда, не имеет закрытой кабины. В основном визуальное представление сценария осуществляется с помощью проекции.
Симуляторы типа «полная копия кабины машиниста», с системой движения или без неё,
представляют собой копию кабины в соответствии с реальным транспортным средством, способны имитировать общую логику транспортного средства, включая поведение водителя, и в основном также оснащены компьютером с сенсорным экраном, который имитирует оборудование, расположенное в моторном отсеке или снаружи вдоль поезда. Если реплика кабины установлена на системе движения, машинист получает точное представление о поведении поезда.
Тренажёры типа «полная реплика кабины машиниста без системы движения» и «полная копия кабины машиниста с системой движения» воспроизводят различные звуки, например зуммеры, звуковые сигналы или звуковые сообщения, электромагнитные тормоза, звуки внутреннего окружения поезда (например, двери, связь, пневматическую систему или вентиляцию), внешние звуки железной дороги (например, колокола или объявления о станции) или внешние окружающие звуки (например, дождь, ветер).
Тренажёры типа «полная копия кабины машиниста с системой движения» представляют собой полноценные системы движения кабины с пятью или шестью степенями свободы (DOF). На экране тренажёров имитируется реальное движение и транспортные средства, в зеркалах заднего вида воспроизводится соответствующее динамическое изображение вагонов поезда, создаются различные штатные и нештатные ситуации, встречающиеся неисправности и их видимые проявления, изменяются условия окружающей среды [23].
В рамках начального обучения используют тренажёры с программным интерфейсом, систему для отработки определённых производственных навыков и частичную кабину транспортного средства, и в среднем продолжительность обучения одного человека составляет примерно 30 часов. В рамках повышения квалификации используют следующие типы тренажёров: полная реплика кабины машиниста без системы движения, полная копия кабины машиниста с системой движения; продолжительность обучения примерно 60 часов.
На тренажёрах осуществляется обучение следующим навыкам:
1) подготовка к работе в чрезвычайных ситуациях;
2) подготовка к вождению в нормальных условиях;
3) подготовка к поездке по определённому маршруту;
4) подготовка к поездке с учётом человеческого фактора;
5) энергосберегающее вождение;
6) нештатные нарушения в работе поездов;
7) проверка компетентности машиниста поезда.
Для обучения на тренажёрах большинство
компаний используют централизованные учебные центры simulat, разработка учебных модулей в основном осуществляется внутренними инструкторами.
При использовании в обучении тренажёров многие компании столкнулись со следующими проблемами: сложность поддержания тренажёра в актуальном состоянии, отсутствие базы данных и недостаточная система оценки, относительно высокие затраты на одного обучаемого, высокая стоимость симулятора с большой степенью реалистичности, проблемы и ошибки программного обеспечения, отсутствие возможности воспроизведения предыдущих ситуаций, относительно небольшое количество учебных мероприятий, которые могут быть смоделированы, проблемы с системой движения и неудовлетворительное моделирование погодных условий.
Некоторые европейские железнодорожные компании заявили [24, 25, 26], что реалистичная система движения необходима для достижения высокого уровня погружения обучаемых, однако более высокий уровень реалистичности не стоит более высоких затрат на эти системы. Препятствием к оптимальному использованию существующей технологии обучения является отсутствие возможности создавать новые упражнения и сценарии без поддержки производителя и слабая оценочная способность тренажёров, в частности качество отчётов тренажёра.
Исследователями [24, 25, 26] отмечается, что применение тренажёров имеет большой потенциал для структурирования учебного процесса, вовлечения студентов в активное «глубокое обучение», которое способствует пониманию, в отличие от «поверхностного обучения», требующего только запоминания. Использование в учебном процессе высокотехнологичных тренажёров включает в себя также процесс рефлексии, который вызывает у студентов необходимость осмысления того, как и почему они вели себя определённым образом во время работы на
ISSN 1998-5320 (Print) ISSN 12587-943Х (Online)
Part 2. Pedagogical Science
тренажёрах и даёт им возможность научиться переносить полученные знания на новые проблемы и ситуации.
Выводы. Анализ применения в учебном процессе технологических возможностей тренажёров, используемых в различных видах транспорта, выявил большие перспективы этих средств обучения, способных решать важнейшие проблемы формирования компетентности будущих специалистов. Наиболее разнообразной и совершенной является методическая подготовка лётного состава, тем более что технический уровень авиационных тренажёров многообразен и высок. На автомобильном транспорте технический уровень тренажёров и методики обучения является наиболее упрощёнными, предназначенными для отработки определённых практических навыков. Применение тренажёров на железнодорожном транспорте развивается очень активно, для отработки навыков создаются сложные программно-адаптированные системы, в состав
которых входят элементы симуляции и моделирования изучаемых процессов, физические или программные модели и совершенствуется методика обучения на них.
Для подготовки квалифицированных специалистов транспорта, таких как авиационный, водный, автомобильный, железнодорожный, необходимо адекватно учебным задачам подбирать комплектацию обучающего тренажёра не случайным образом, а в соответствии с видами профессиональной деятельности и квалификационными характеристиками, формируя методику обучения. Необходимо организовывать профессиональную подготовку будущих специалистов транспорта на тренажёрах таким образом, чтобы методы и средства обучения позволили реализовать поставленные образовательные цели и личностный потенциал обучающегося, его способность к освоению совокупности компетенций (профессиональной, содержательно-методической, дизайн-эргономической, технико-технологической).
Источники
1. Президент Российской Федерации (31.12.1999-07.05.2008, с 07.05.2012 по настоящее время -Путин В. В.). Указы. О развитии искусственного интеллекта в Российской Федерации : от 10.10.2019 № 490 [Электронный ресурс] // Официальный сайт Президента России www.kremlin.ru : [портал]. URL: http://www.kremlin.ru/acts/bank/33514 (дата обращения: 10.10.2019).
2. Мухаметзянов И. Ш. Цифровое пространство в образовании: ожидания, возможности, риски, угрозы // Россия: тенденции и перспективы развития : ежегодник. Вып. 15 : матер. XIX Национальной науч. конф. с междунар. участием «Модернизация России: приоритеты, проблемы, решения» / отв. ред. В. И. Герасимов. М.: ИНИОН РАН, 2020. Ч. 1. С. 571-574.
3. Роберт И. В. Аксиологический подход к развитию образования в условиях цифровой парадигмы // Педагогическая информатика. М.: Академия информатизации образования, 2020. № 2. С. 106-142.
4. Роберт И. В. Направления развития информатизации отечественного образования периода цифровых информационных технологий // Электронные библиотеки. Математическое образование в школе и вузе : тематический выпуск. Казань: КФУ, 2020. Т. 23, № 1-2. Ч. 3. С. 145-164.
5. Шихнабиева Т. Ш. Методология формализации и представления знаний в интеллектуальных обучающих системах. 2-е изд., испр. и доп. М.: ИУО РАО, 2017. 107 с.
6. Tischer E., Nachtigall P., Siroky J. (2020) The use of simulation modelling for determining the capacity of railway lines in the Czech conditions [Electronic resource]. Open Engineering, 2020, vol. 10, issue 1, pp. 224-231. DOI: https://doi.org/10.1515/eng-2020-0026 Available at: https://www.degruyter.com/view/ journals/eng/10/1/article-p224.xml?language=en (accessed 10.12.2020).
7. Laukkanen S., Lehto P., Lauronen J., Luimula M., Markopoulos E. (2019) Maritime Safety Education with VR Technology (MarSEVR). Future internet. [Electronic resource] Available at: https://www. researchgate.net/publication/336892334_future_internet_Evangelos_Markopoulos_Jenny_Lauronen_ Mika_Luimula_Pihla_Lehto_and_Sami_ (accessed 10.12.2020).
8. Papa S., Lanzotti A., Di Gironimo G., Balsamo A. (2018) A new interactive railway virtual simulator for testing preventive safety [Electronic resource]. Computers in Railways, XVI, pp. 367-378. DOI: 10.2495/ CR180331. Available at: https://www.researchgate.net/publication/328643873_a_new_interactive_ railway_virtual_simulator_for_testing_preventive_safety (accessed 10.12.2020).
9. Oberhauser M., Dreyer D., Braunstingl R., Koglbauer I. (2018). What's real about virtual reality flight simulation? Comparing the fidelity of a virtual reality with a conventional flight simulation environment [Electronic resource]. Aviation Psychology and Applied Human Factors, vol. 8 (1), pp. 22-34. Available at: https://doi.org/10.1027/2192-0923/a000134 (accessed 10.12.2020).
10. Trinon H. (2019) Immersive technologies for virtual reality - Case study : flight simulator for pilot training [Electronic resource]. Available at: http://hdl.handle.net/2268.2/6443 (accessed 10.12.2020).
11. Aslandere T., Dreyer D., Pankratz F., Schubotz R. (2014) Generic Virtual Reality Flight Simulator [Electronic resource]. Available at: https://www.researchgate.net/publication/312170014_A_Generic_ Virtual_Reality_Flight_Simulator (accessed 10.12.2020).
12. Роберт И. В. Перспективы использования иммерсивных образовательных технологий // Педагогическая информатика. М.: Академия информатизации образования, 2020. № 3. С. 141-159.
13. YavrucukI lkay, Kubali Eser, Tarimci Onur (2016) A Low Cost Flight Simulator Using Virtual Reality Tools [Electronic resource]. IEEE Aerospace and Electronic Systems, 2016, vol. 26, pp. 10-14. DOI: 10.1109/ MAES.2011.5763338. Available at: https://www.researchgate.net/publication/252060342_A_Low_Cost_ Flight_Simulator_Using_Virtual_Reality_Tools (accessed 10.12.2020)
14. Newell A., Rosenbloom P. S. (1980) Mechanisms of skill acquisition and the law of practice. Department of Computer Science, Carnegie-Mellon University Pittsburgh, Pennsylvania 15213, to be published in Anderson, J. R. (Ed), Cognitive Skills and their Acquisition, HQlsdale, NJ: Eribaum, in press. [Electronic resource]. Available at: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.910.5264&rep=rep1&t ype=pdf (accessed 10.12.2020).
15. Sharma M. K. (2020) Augmented Reality Navigation. International Journal of Engineering Research and technology, vol. 9 (06), pp. 670-675. [Electronic resource]. DOI: 10.17577/IJERTV9IS060441 Available at: https://www.researchgate.net/publication/342383348_Augmented_Reality_Navigation (accessed 10.12.2020).
16. Christie R. (2001) The Effectiveness of Driver Training as a Road Safety Measure: A review of the literature. Prepared for RACV, 2001. [Electronic resource]. Available at: https://www.racv.com.au/ content/dam/racv/images/public-policy/reports/2016%20- %20The %20effectiveness%20of%20driver %20training.pdf (accessed 10.12.2020).
17. Lukas U., Vahl M., Mesing B. (2014) Maritime Applications of Augmented Reality - Experiences and Challenges. In: Shumaker R., Lackey S. (eds) Virtual, Augmented and Mixed Reality. Applications of Virtual and Augmented Reality. VAMR 2014. Lecture Notes in Computer Science, vol 8526, Springer, Cham. [Electronic resource]. Available at: https://doi.org/10.1007/978-3-319-07464-1_43 (accessed 10.12.2020).
18. Markopoulos E., Luimula M. (2020) Immersive safe oceans technology: developing virtual onboard training episodes for maritime safety. Future Internet, 2020, vol. 12, p. 80. DOI: 10.3390/Ш2050080. [Electronic resource]. Available at: https://www.researchgate.net/publication/340984119_Immersive_ Safe_Oceans_Technology_Developing_Virtual_Onboard_Training_Episodes_for_Maritime_Safety (accessed 10.12.2020).
19. Vasilijevic A., Borovic B., Vukic Z. (2017) Augmented Reality in Marine Applications. Brodogradnja, 2017, no. 2, pp. 136-142. [Electronic resource].Available at: https://www.researchgate.net/ publication/286882399_Augmented_Reality_in_Marine_Applications (accessed 10.12.2020).
20. Digital ships project supporting business finland to drive faster export success by improving insight on trends. Frost & Sullivan, Team Finland Market Opportunities [Electronic resource]. Available at: https:// www.businessfinland.fi/49e303/globalassets/finnish-customers/02-build-your-network/digitalization/ smart-mobility/future-watch_digital-ships-report.pdf (accessed 10.12.2020).
21. Naweed A. (2013) Simulator integration in the rail industry: the Robocop problem. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Journal of Rail and Rapid Transit, part F, 2013, no. 227(5): pp. 407-418. [Electronic resource]. Available at: https://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/0954409713488365 (accessed 10.12.2020).
22. Scmitz M., Maag C. (Eds.) (2008). Benchmarking report on computer-based railway training in Europe. 2TRAIN Project report. [Electronic resource]. Available at: https://www.cdcargo.cz/ documents/10179/827499/2TRAIN_Benchmarking_Report_on_computer-based_Railway_Training_in_ Europe. pdf/ffedface-d1d1-4369-bdea-721e472ac015 (accessed 10.12.2020).
23. Simulator for professional training of locomotive operators and maintenance personnel. Google Patents. Application RU2015114910/11A. Inventor: А. М. Базюк, В. В. Висков, А. В. Гурьянов, А. Е. Шу-хин. [Electronic resource]. Available at: https://patents.google.com/patent/RU2596042C1/en (accessed 10.12.2020).
24. Petrenko V. (2016) Simulation of railway vehicle dynamics in universal mechanism software. International Scientific Conference Transbaltica, Vilnius, Lithuania. Procedia Engineering, 2016, vol. 134, pp. 23-29. [Electronic resource]. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S1877705816000369 (accessed 10.12.2020).
25. D'Ariano A., Corman F., Fujiyama T., Meng L., Pellegrini P. Simulation and optimization for railway operations management. Journal of Advanced Transportation, vol. 2018, article ID 4896748. [Electronic resource]. Available at: https://www.hindawi.com/journals/jat/2018/4896748/ (accessed 10.12.2020).
26. Hindawi, Meng, Lingyun, Cui, Yong, Martin, Ullrich, Liang, Jiajian. Simulation Tool for Railway Planning and Operations. Journal of Advanced Transportation, 2018. [Electronic resource]. Available at: https://www.railwaygazette.com/news/training-signallers-through-simulation/31008.article (accessed 10.12.2020).
ISSN 12587-943Х (Online)
Part 2. Pedagogical Science
Информация об авторе
Карелина Мария Владимировна
Кандидат технических наук, доцент. Российский университет транспорта (МИИТ) (644099, РФ, г. Москва, ул. Образцова, 9, стр. 9). ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-1488-8173. E-mail: [email protected]
M. V. Karelinа1
'Russian University Of Transport (MIIT), Moscow, Russian Federation
The current state of international experience in the use of high-tech
transport simulators
Abstract. The article analyzes the international experience of using in the educational process the technological capabilities of simulators used to train future specialists in various types of transport activities (aviation, for training pilots; navigation on water and sea transport; on rail and road transport, for specialties related to operational activities). The application of foreign simulators is studied in detail: for pilot training, which ranges from simple desktop systems to procedural, full-flight motor simulators; for training in the shipping industry, which allows you to get practical control experience on simulators, close to real conditions, supplemented by simulation modeling, both computer and manned modeling of electrically controlled models of vessels in the pool; for training of railway transport and underground, which in the context of the 2TRAIN project are divided into five types: software-based interface; a system for practicing certain skills; with partial cab; with a full replica cab without motion system with a full copy of the driver's cab with motion system. It is concluded that the training of qualified transport specialists should be formed adequately to the training tasks, select the complete set of the training simulator not randomly, but in accordance with the types of professional activity and qualification characteristics, building the training methodology.
Keywords: high-tech simulators, educational process, skills formation, personnel training.
Paper submitted: February 6, 2021.
For citation: Karelina M. V. (2021). The current state of international experience in the use of high-tech transport simulators. The Science of Person: Humanitarian Researches, vol. 15, no. 1, pp. 134-144. DOI: I0.i7238/issni998-5320.2021.15.1.15.
References
1. Decree of the President of the Russian Federation "On the development of artificial intelligence in the Russian Federation" dated 10. 10. 2019 No. 490/ Official Website of the President of Russia www.kremlin.ru: [portal]. [Electronic resource]. Available at: http: www. kremlin. ru/acts/bank/33514 (accessed on: 10.10.2019)
2. Mukhametzyanov I. S. Digital space in education: expectations, opportunities, risks, threats . Russia: trends and prospects of development. Yearbook. Issue 15. Materials of the XIX National scientific Conference with international participation Modernization of Russia: priorities, problems, solutions, ed. V. I. Gerasimov. Moscow: INION RAS, 2020, part 1, pp. 571-574.
3. Robert I. V. Axiological approach to the development of education in the digital paradigm. Pedagogical informatics, 2020, no. 2, pp. 106-142.
4. Robert I. V. Directions of development of informatization of domestic education in the period of digital information technologies. Electronic libraries. Thematic issue Mathematical education in school and university, 2020, vol. 23, no. 1-2, part 3, pp. 145-164.
5. Shikhnabieva T. Sh. Methodology of formalization and representation of knowledge in intellectual learning systems. Moscow: iuo RAO, 2017.
6. Tischer E., Nachtigall P., Siroky J. (2020) The use of simulation modelling for determining the capacity of railway lines in the Czech conditions [Electronic resource]. Open Engineering, 2020, vol. 10, issue 1, pp. 224-231. DOI: https:// doi.org/10.1515/eng-2020-0026 Available at: https://www.degruyter.com/view/journals/eng/10/1/article-p224. xml?language=en (accessed 10.12.2020).
7. Laukkanen S.,Lehto P., Lauronen J., Luimula M., Markopoulos E. (2019) Maritime Safety Education with VR Technology. Future internet. [Electronic resource]. Available at: https://www.researchgate.net/publication/336892334_future_ internet_Evangelos_Markopoulos_Jenny_Lauronen_Mika_Luimula_Pihla_Lehto_and_Sami_ (accessed 10.12.2020).
8. Papa S., Lanzotti A., Di Gironimo G., Balsamo A. (2018) A new interactive railway virtual simulator for testing preventive safety. Computers in Railways, XVI, pp. 367-378. DOI: 10.2495/CR180331. Available at: https://www. researchgate.net/publication/328643873_a_new_interactive_railway_virtual_simulator_for_testing_preventive_safety.
Раздел 2. Педагогические науки
9. Oberhauser M., Dreyer D., Braunstingl R., Koglbauer I. (2018). What's real about virtual reality flight simulation? Comparing the fidelity of a virtual reality with a conventional flight simulation environment [Electronic resource]. Aviation Psychology and Applied Human Factors, vol. 8 (1), pp. 22-34. Available at: https://doi.org/10.1027/2192-0923/a000134 (accessed 10.12.2020).
10. Trinon H. (2019) Immersive technologies for virtual reality - Case study : flight simulator for pilot training [Electronic resource]. Available at: http://hdl.handle.net/2268.2/6443 (accessed 10.12.2020).
11. Aslandere T., Dreyer D., Pankratz F., Schubotz R. (2014) Generic Virtual Reality Flight Simulator [Electronic resource]. Available at: https://www.researchgate.net/publication/312170014_A_Generic_Virtual_Reality_Flight_ Simulator (accessed 10.12.2020).
12. Robert I. V. Prospects for the use of immersive educational technologies. Pedagogical informatics, 2020, no. 3.
pp. 141-159.
13. YavrucukI lkay, Kubali Eser, Tarimci Onur (2016) A Low Cost Flight Simulator Using Virtual Reality Tools [Electronic resource]. IEEE Aerospace and Electronic Systems, 2016, vol. 26, pp. 10-14. DOI: 10.1109/MAES.2011.5763338. Available at: https://www.researchgate.net/publication/252060342_A_Low_Cost_Flight_Simulator_Using_Virtual_ Reality_Tools (accessed 10.12.2020)
14. Newell A., Rosenbloom P. S. (1980) Mechanisms of skill acquisition and the law of practice. Department of Computer Science, Carnegie-Mellon University Pittsburgh, Pennsylvania 15213, to be published in Anderson, J. R. (Ed), Cognitive Skills and their Acquisition, HQlsdale, NJ: Eribaum, in press. [Electronic resource]. Available at: http:// citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.910.5264&rep=rep1&type=pdf (accessed 10.12.2020).
15. Sharma M. K. (2020) Augmented Reality Navigation. International Journal of Engineering Research and technology, vol. 9 (06), pp. 670-675. [Electronic resource]. DOI: 10.17577/IJERTV9IS060441 Available at: https:// www.researchgate.net/publication/342383348_Augmented_Reality_Navigation (accessed 10.12.2020).
16. Christie R. (2001) The Effectiveness of Driver Training as a Road Safety Measure: A review of the literature. Prepared for RACV, 2001. [Electronic resource]. Available at: https://www.racv.com.au/content/dam/racv/images/ public-policy/reports/2016%20- %20The %20effectiveness%20of%20driver %20training.pdf (accessed 10.12.2020).
17. Lukas U., Vahl M., Mesing B. (2014) Maritime Applications of Augmented Reality - Experiences and Challenges. In: Shumaker R., Lackey S. (eds) Virtual, Augmented and Mixed Reality. Applications of Virtual and Augmented Reality. VAMR 2014. Lecture Notes in Computer Science, vol. 8526, Springer, Cham. [Electronic resource]. Available at: https:// doi.org/10.1007/978-3-319-07464-1_43 (accessed 10.12.2020).
18. Markopoulos E., Luimula M. (2020) Immersive safe oceans technology: developing virtual onboard training episodes for maritime safety. Future Internet, 2020, vol. 12, p. 80. DOI: 10.3390/Ш2050080. [Electronic resource]. Available at: https://www.researchgate.net/publication/340984119_Immersive_Safe_Oceans_Technology_Developing_ Virtual_Onboard_Training_Episodes_for_Maritime_Safety (accessed 10.12.2020).
19. Vasilijevic A., Borovic B., Vukic Z. (2017) Augmented Reality in Marine Applications. Brodogradnja, 2017, no. 2, pp. 136-142. [Electronic resource].Available at: https://www.researchgate.net/publication/286882399_Augmented_ Reality_in_Marine_Applications (accessed 10.12.2020).
20. Digital ships project supporting business finland to drive faster export success by improving insight on trends. Frost & Sullivan, Team Finland Market Opportunities [Electronic resource]. Available at: https://www.businessfinland. fi/49e303/globalassets/finnish-customers/02-build-your-network/digitalization/smart-mobility/future-watch_ digital-ships-report.pdf (accessed 10.12.2020).
21. Naweed A. (2013) Simulator integration in the rail industry: the Robocop problem. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Journal of Rail and Rapid Transit, part F, 2013, no. 227 (5), pp. 407-418. [Electronic resource]. Available at: https://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/0954409713488365 (accessed 10.12.2020).
22. Scmitz M., Maag C. (Eds.) (2008). Benchmarking report on computer-based railway training in Europe. 2TRAIN Project report. [Electronic resource]. Available at: https://www.cdcargo.cz/documents/10179/827499/2TRAIN_Benchmarking_ Report_on_computer-based_Railway_Training_in_Europe. pdf/ffedface-d1d1-4369-bdea-721e472ac015 (accessed 10.12.2020).
23. Simulator for professional training of locomotive operators and maintenance personnel. Google Patents. Application RU2015114910/11A. Inventor: А. М. Базюк, В. В. Висков, А. В. Гурьянов, А. Е. Шухин. [Electronic resource]. Available at: https://patents.google.com/patent/RU2596042C1/en (accessed 10.12.2020).
24. Petrenko V. (2016) Simulation of railway vehicle dynamics in universal mechanism software. International Scientific Conference Transbaltica, Vilnius, Lithuania. Procedia Engineering, 2016, vol. 134, pp. 23-29. [Electronic resource]. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705816000369 (accessed 10.12.2020).
25. D'Ariano A., Corman F., Fujiyama T., Meng L., Pellegrini P. Simulation and optimization for railway operations management. Journal of Advanced Transportation, vol. 2018, article ID 4896748. [Electronic resource]. Available at: https://www.hindawi.com/journals/jat/2018/4896748/ (accessed 10.12.2020).
26. Hindawi, Meng, Lingyun, Cui, Yong, Martin, Ullrich, Liang, Jiajian. Simulation Tool for Railway Planning and Operations. Journal of Advanced Transportation, 2018. [Electronic resource]. Available at: https://www.railwaygazette. com/news/training-signallers-through-simulation/31008.article (accessed 10.12.2020).
Information about the author
Maria V. Karelina
Cand. Sc. (Engineering), Associate Professor. Russian University Of Transport (MIIT) (9 bld., 9 Obraztsova st., Moscow, 127994, Russian Federation). ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-1488-8173. E-mail: [email protected]
© М. В. Карелина, 2021
