CC BY
83
2007
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Авионика и электротехника
№ 115
УДК 629.735
ЗАДАЧИ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕРАКТИВНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ОБУЧЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПИЛОТАЖНО - НАВИГАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ
И.Р. НЕВСКАЯ
Статья представлена доктором технических наук, профессором Кузнецовым С.В.
Рассматривается роль человеческого фактора в системе поддержания летной годности пилотажнонавигационного оборудования (ПНО) и повышения безопасности полетов. Предлагается использовать в качестве современного учебного средства для летного и инженерно-технического персонала при освоении им ПНО интерактивные электронные средства обучения (ИЭСО), построенные на компьютерных технологиях и сочетающие в едином программном продукте руководство по эксплуатации и встроенный тренажер. Предлагаемое ИЭСО должно разрабатываться одновременно с ПНО и входить в систему его логистической поддержки.
В структуре эксплуатации авиационной техники, в целом, и пилотажно-навигационного оборудования (ПНО), в частности, верхним уровнем иерархии является безопасность полетов, которая обеспечивается процессом поддержания летной годности ПНО. Данный процесс определяется техническими факторами, т.е. состоянием оборудования, и человеческим фактором, а именно уровнем подготовки, профессионализмом летного и инженерно-технического персонала (рис. 1).
Безопасность полетов
_____________
Поддержание летной годности
Технические факторы Самолет Двигатели
Человеческий фактор
Летный
персонал
Инженерно-
технический
персонал
Рис. 1. Структура эксплуатации ПНО
Очевидно, что для повышения уровня безопасности полетов необходимо обеспечить сбалансированный рост эффективности (технического уровня) авиационной техники и подготовки летного и инженерно-технического персонала, эксплуатирующего эту технику. Подготовка и переподготовка летного и инженерно-технического персонала является одной из составляющих процесса обеспечения и поддержания летной годности самолета и его оборудования, в частности, ПНО.
Мировая и отечественная практика показывает, что в вопросах повышения уровня подготовки авиационных специалистов огромную роль играют тренажеры. Однако комплексные тренажеры с подвижной кабиной самолета и реальным бортовым оборудованием очень дороги в изготовлении и эксплуатации. Это делает их труднодоступными, особенно для средних и мелких российских авиакомпаний. Как показывает российская и мировая статистика, именно на долю последних приходится наибольший процент летных происшествий и катастроф.
В настоящее время в международной организации «Евроконтроль» развивается практика создания крупных тренажерных центров для централизованного обучения персонала различных авиакомпаний. В России такой практики не существует. Не приходится также ожидать появления в европейских центрах тренажеров для авиалайнеров российского производства.
Современное бортовое самолетное оборудование, в том числе авионика, является интеллектуальным продуктом высоких технологий. Изделия авионики позволяют существенно снизить нагрузку на летный экипаж, что позволило на современных авиалайнерах ГА сократить экипаж до двух человек. Совершенное владение авионикой и ее эффективная летная эксплуатация с использованием всех возможностей, в том числе в нештатных ситуациях, требует постоянного тренажа. Техническое обслуживание авионики также требует высокой квалификации. Модернизация авионики требует переквалификации как летного, так и обслуживающего персонала. Однако использование дорогостоящего комплексного тренажера для получения квалификационных навыков при работе с отдельными бортовыми системами, тем более для инженернотехнического персонала, представляется экономически нецелесообразным.
Традиционным учебным средством для приобретения квалифицированных знаний по использованию ПНО в полете, а также по его техническому обслуживанию и ремонту, т.е. поддержанию летной годности, по-прежнему является техническая документация в виде Руководств по эксплуатации (РЭ). На фоне распространения компьютеризации во все сферы человеческой деятельности использование традиционной «бумажной» документации в области подготовки авиационного персонала является архаичным и неэффективным, даже если эта документация сделана в виде электронного файла редактора Word.
Наличие в учебных заведениях (штурманском классе, центре подготовки инженернотехнического персонала, вузовской лаборатории) аппаратуры ПНО в натуральном виде, помимо дороговизны такой аппаратуры и необходимости создания специальных стендов для ее функционирования, само по себе дает возможность освоения авионики только в статических режимах работы. Динамические, интерактивные режимы требуют моделирования условий реального полета, введения отказов и наглядной демонстрации методики поиска и устранения неисправностей.
Доступным в организационном, экономическом и функциональном смыслах решением проблемы создания современного учебно-тренировочного средства является разработка специализированного интерактивного электронного средства обучения (ИЭСО), которое предлагается включать в систему поддержания летной годности ПНО (рис. 2).
Взгляд на проблему создания электронных учебных средств с точки зрения производителя бортового оборудования освещает еще одну сторону вопроса. В настоящее время в мировой практике электронные средства обучения рассматриваются как неотъемлемая часть конкурентоспособной продукции. Интерактивное обучение с помощью компьютеров входит в программу эксплуатационной послепродажной поддержки выпускаемых фирмами изделий высоких технологий, в рассматриваемом случае - ПНО (рис. 3).
В технические задания на вновь разрабатываемую отечественную авионику отдельными пунктами включаются требования на сопровождающую документацию в электронном виде и на наличие учебно-тренировочных средств в виде специального пакета программ.
Система поддержания летной годности ПНО
Подготовка и переподготовка летного и инженерно-техического персонала - Повышение эффективности летной
Теоретическая Практические подготовка знания эксплуатации ПНО
Обеспечение
технической
Электронные средства обучения 1 исправности 1
Рис. 2. Функции ИЭСО в системе поддержания летной годности ПНО
И Э С О
Обеспечение
интерактивного
компьютерного
обучения
Производитель ПНО Эксплуатант ПНО
Послепродажная Подготовка
эксплуатационная и переподготовка
поддержка летного и инженерно-
технического персонала
Рис. 3. Задачи ИЭСО с точки зрения производителя и эксплуатанта ПНО
Принцип построения интерактивного электронного средства обучения ПНО
ИЭСО, предназначенное для обеих категорий эксплуатантов - летного состава и инженернотехнического персонала, предлагается реализовывать в виде единого программного продукта, инсталлированного на персональном компьютере.
Разделы ИЭСО, предназначенные для инженерно-технического персонала, представляют собой интерактивное электронное техническое руководство (ИЭТР) по обслуживанию, материально-техническому обеспечению и ремонту системы авионики.
Согласно рекомендациям по стандартизации [1] ИЭТР включает в себя базу данных и электронную систему отображения, предназначенную для визуализации данных и обеспечения интерактивного взаимодействия с пользователем. В базе данных хранятся текстовая информация (теоретические разделы, РЭ), графическая, анимационная, фото- и видеоинформация, архив изменения данных.
Программное обеспечение ИЭТР должно выполнять следующие функции:
• обеспечивать доступ к различным разделам РЭ через меню;
• предоставлять по запросу краткое или полное содержание необходимых разделов;
• сопровождать описательные части РЭ демонстрацией соответствующих статических и динамических видеокадров (графических материалов, фотографий, мультипликаций, видеофильмов);
• дополнять представляемую на экране информацию звуковым сопровождением;
• обеспечить изображение на экране РС виртуальных панелей блоков управления и индикационных систем с возможностью активизации виртуальных кнопок или других органов управления;
• обеспечить демонстрацию действий оператора с аппаратурой при обслуживании и ремонте ПНО, в том числе в интерактивном режиме;
• формировать подсказки и рекомендации по последовательности изучения различных разделов РЭ, по быстрому нахождению необходимых разделов при возникновении сложностей в процессе эксплуатации;
• обеспечить возможность обновления версий ИЭСО ПНО (при доработках самого ПНО и/или его документации) с архивацией истории производимых доработок.
Разделы ИЭСО, предназначенные для летного персонала, должны выполнять все перечисленные выше функции с окраской, присущей руководству по летной эксплуатации. Кроме того, данная часть ИЭСО включает встроенный тренажер, реализующий имитацию виртуальных полетов самолета под управлением ПНО. Специальные имитационные программные модули обеспечивают для обучаемых взаимодействие с виртуальным ПНО, адекватное взаимодействию экипажа с ПНО в реальном полете.
Рассматриваемое ИЭСО условно можно считать состоящим из статических и динамических разделов (таблица).
Таблица
Разделы ИЭСО
И Э С О
Статические разделы
Динамические разделы (встроенный тренажер)
1. База данных ИЭСО (хранение информации):
- текстовой (РЭ, теоретических разделов),
- графической, анимационной,
- фото-, видео-,
- архива изменений данных.
2. Меню, поиск, подсказки.
3. Звуковое сопровождение.
4. Комментарии действий оператора.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Имитационные модели Реальное ПО отдельных систем ПНО или его фрагменты
Программные объекты моделирования виртуальных полетов в варьируемом масштабе времени Средства введения отказов ПНО Регистратор полетной информации Средство послесеансного анализа виртуальных полетов
7. Средства демонстрации действий при обслуживании и ремонте ПНО
Виртуальные объекты: пульты управления ПНО экраны бортовых индикаторов
Диалоговая оболочка: интерфейс оператора с ИЭСО - манипулятор «мышь», экран ЭВМ
Как видно из таблицы, виртуальные объекты в виде изображений на экране лицевых панелей пультов управления систем ПНО и индикаторов присущи обоим разделам. Интерактивный режим работы обучаемого человека-оператора (Ч-О) с ЭСО обеспечивается интерфейсом: «манипулятор «мышь» - виртуальные пульты управления -виртуальные экраны системы электронной индикации СЭИ».
Структура динамических разделов (встроенного тренажера) ИЭСО
Функции встроенного тренажера в ИЭСО обеспечиваются при использовании реального бортового программно-математического обеспечения (ПМО) пилотажно - навигационного оборудования, инсталлированного на персональном компьютере, в сочетании с имитационными программными модулями, согласно структуре динамических разделов ИЭСО, показанной на рис. 4.
Человек-оператор
Виртуальные пульты управления и индикации
Имитационные модели
Информационных систем и ошибок измерений
Динамики и кинематики движения ЛА
Управляющих
систем
Бортовое
ПМО
Вирту-
альные
экраны
СЭИ
Эмулятор БЦВМ
Регистрация
«полетных»
данных
Модуль переменного масштаба времени
Модуль введения отказов ПНО
Звуковое и текстовое сопровождение
Рис. 4. Структура динамических разделов ИЭСО
В составе традиционных комплексных тренажеров или моделирующих стендов для воспроизведения реальных условий полета используются полноразмерные модели динамики и кинематики движения самолета, навигационной обстановки, громоздкие модели измерений информационных систем и динамики управляющих систем. В рассматриваемом случае перед имитационным ПМО стоит задача воспроизведения таких условий для работы реальных борто-
вых программ пилотажно-навигационного оборудования, которые позволят обучаемому оператору наблюдать на виртуальных информационных полях ПНО параметры самолетовождения, адекватные имеющим место в реальном полете на реальных индикаторах ПНО. Аналогичным образом реакция объекта «бортовое ПМО - виртуальный самолет» на управляющие команды оператора должна быть адекватна реакции реального объекта управления на действия экипажа.
В ряде работ автора были рассмотрены соответствующие компактные редуцированные модели, которые позволили обеспечить имитационные режимы, встроенные в бортовые системы самолетовождения лайнеров Ан-70 и Ан-148. Проведенные исследования процессов самолетовождения в имитационных режимах позволяют говорить о достаточной, с точки зрения Ч-О, адекватности управляемых и наблюдаемых параметров виртуальных и реальных полетов.
В наземном ИЭСО предлагается реализовать аналогичные имитационные модели, дополнив их модулями введения отказов ПНО, звукового и текстового сопровождения и регистрации параметров виртуальных полетов согласно структуре рис. 4.
В учебных виртуальных полетах используется реальный масштаб времени. Однако при длительных тренировочных полетах по протяженным трассам представляется удобным использование ускоренного времени, например, при полете по ортодромии на постоянной высоте, с переходом на реальное время на сложных участках траектории.
В процессе виртуального полета необходимо предусмотреть регистрацию:
- измеряемых параметров, на основе которых обеспечивается индикация данных оператору (экипажу в реальном полете);
- фактических параметров, показывающих истинные скорости движения и местоположение самолета относительно земной поверхности.
В реальном полете регистрация истинных параметров невозможна без внешнетраекторных измерений. Однако это возможно в ИЭСО, поскольку имитационные модели строятся на основе формирования фактических данных (называемых иногда «идеальными измерениями») с добавлением ошибок измерений.
ИЭСО должно предусматривать просмотр осуществленного обучаемым Ч-О виртуального полета с индикацией зарегистрированных данных на виртуальных информационных полях, но уже без возможности интерактивных действий оператора. Для этого необходимо в структуру ИЭСО добавить «проигрыватель» (рис. 5).
Банк
данных
виртуальных
полетов
Модуль
воспроизведения
данных
виртуального
полета
«Проигрыватель»
Виртуальные
экраны
СЭИ
Виртуальные пульты управления и индикации
Рис. 5. Структура модулей послесеансного «разбора полетов»
При проведении послеполетного анализа действий обучаемого необходимо предусмотреть индикацию на электронной карте (если она входит в состав ПНО) или просто на экране измеренной (индицируемой) и моделируемой фактической траектории движения самолета (рис. 6).
Р! град 50,5
50,0
49,5
49,0
48,5 +28,5
Рис. 6. Индицируемая (1) и фактическая (2) траектории
Предложенный принцип построения ИЭСО позволит обеспечить авиакомпании различного уровня (крупные, средние, мелкие), расположенные в разнообразных географических регионах, экономически и организационно доступным учебным средством, сочетающим в едином программном продукте электронную документацию и встроенный тренажер.
ИЭСО ПНО должно входить в состав и быть программно совместимым с общей для данного самолета интерактивной автоматизированной системой обучения и тренажа (ИАСОТ) [5], которая, в свою очередь, должна входить в систему управления жизненным циклом изделия, обеспечивая его интегрированную логистическую поддержку.
ЛИТЕРАТУРА
1. Р 50.1.029 — 2001 Рекомендации по стандартизации. Интерактивные электронные технические руководства. Общие требования к содержанию, стилю и оформлению. - М.: Госстандарт России, 2001.
2. Невская И.Р. Алгоритм имитационного моделирования в БЦВМ. // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Авионика, № 48, 2002.
3. Перегудов Г.Е., Кузнецов С.В. Методические аспекты разработки электронных тренажеров авионики. // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Авионика и электротехника, № 71, 2003.
4. Невская И.Р. Алгоритмическое обеспечение имитатора траекторного движения самолета в электронном средстве обучения вычислительной системы самолетовождения // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Авионика и электротехника, № 71, 2003.
5. Невская И.Р. Аспекты разработки электронного средства обучения вычислительной системы самолетовождения. // Сборник трудов Международного симпозиума «Аэрокосмические приборные технологии». - С-П.: ГУАП, 2004.
6. Пономаренко А.В., Василец В.М. Совершенствование технических средств подготовки летного и обслуживающего персонала маневренных самолетов. // Международная научно-техническая конференция «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники общества». Тезисы. - М.: МГТУ ГА, 2006.
ПМ 22
ПМ 21
ПМ 23
2
ПМ 2
4
29,0
29,5
30,0
30,5 Ьа град
PROBLEMS AND PRINCIPLES OF INTERACTIVE ELECTRONIC TRAINING MEANS CONSTRUCTION FOR AVIONICS MAINTENANCE
Nevskaja I.R.
The paper addresses human factor element to support flight-and-navigation equipment (FNE) airworthiness and increase flight safety. Computer technology-based Interactive Electronic Training Means (IETM) combining an operation manual and a built-in training simulator in a single software product is proposed to be used as an up-to-date training aid for pilots and maintenance personnel for study FNE. The proposed IETM shall be developed in parallel with FNE and included into its logistic support system.
Сведения об авторе
Невская Ирина Романовна, окончила МИЭМ (1969), кандидат технических наук, заместитель руководителя программы ОАО «Московский институт электромеханики и автоматики», автор 17 научных работ, область научных интересов - аэронавигация, электронные средства обучения для авионики.
