ИНТЕРАКТИВНАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ОБУЧЕНИЯ
INTERACTIVE AUTOMATED TRAINING SYSTEM

Изобретение относится к автоматизированным средствам обучения, предназначено, преимущественно, для подготовки электротехнического и электротехнологического персонала предприятий, а также обучения студентов энергетического профиля подготовки в учебных заведениях среднего и высшего профессионального образования и может быть использовано при создании систем для комплексного индивидуального и/или группового интерактивного обучения, а также проверки знаний и навыков работы на энергетическом оборудовании.
Известна интерактивная автоматизированная система обучения, состоящая из модуля группового и индивидуального обучения, модуля процедурного тренажера и модуля вычислительной системы, выполненных автономными и соединенными между собой коммуникационными связями и информационными входами и выходами, при этом модуль группового обучения содержит блок инструктора с процессорным блоком и блоком отображения учебных программ, модуль индивидуального обучения выполнен на базе персональных компьютеров, а модуль процедурного тренажера выполнен в виде макета рабочего места управления (патент RU №2271040, G09B 9/00, 27.02.2006).
Указанная система не обеспечивает возможности обучения на едином учебно-производственном информационном поле и не может быть использована для комплексного группового и/или индивидуального обучения и переподготовки специалистов в условиях удаленности объекта обучения от субъектов, т.е. обучаемых, например студентов и преподавателей высшего учебного заведения.
Прототипом является интерактивная автоматизированная система обучения (патент RU №2388060, МПК G09B 9/00, 27.04.2010), содержащая базу данных первичной информации об объекте, являющуюся входом системы, модули обработки параметрических данных, физических характеристик и механических свойств объекта, модуль моделирования динамических свойств объекта, модуль экономической оценки динамических свойств, модуль технологической оценки свойств объекта, модуль интегральной оценки и принятия решений и модуль визуализации итогового результата, являющийся выходом системы.
Прототип имеет недостаток, связанный с тем, что не обеспечивает требуемое качество обучения, так как не предусматривает возможность изучения конструкции и внутренних связей между составными частями оборудования в процессе обучения сложным техническим системам из-за отсутствия модуля конструктора, а также не обеспечивает развития навыков по обслуживанию и ремонту электротехнического и технологического оборудования и их составных частей из-за отсутствия модуля производственного инвентаря.
Задачей изобретения является разработка интерактивной автоматизированной системы обучения, в которой устранены недостатки аналога и прототипа.
Техническим результатом является обеспечение требуемого качества обучения за счет обеспечения возможности изучения конструкции и внутренних связей между составными частями оборудования в процессе обучения сложным техническим системам, а также за счет достижения навыков у обучающихся по обслуживанию и ремонту электротехнического и технологического оборудования и их составных частей.
Технический результат достигается тем, что интерактивная автоматизированная система обучения, содержащая базу данных первичной информации об исследуемом объекте, являющуюся входом системы, модуль обработки параметрических данных объекта, модуль физических характеристик объекта, модуль механических свойств объекта, модуль моделирования динамических свойств объекта, модуль интегральной оценки и принятия решений и модуль визуализации итогового результата, являющийся выходом системы, при этом модуль обработки параметрических данных объекта состоит из последовательно соединенных блока приема-передачи данных и блока обработки параметрических свойств, модуль обработки физических характеристик объекта состоит из последовательно соединенных блока приема-передачи данных и блока обработки физических свойств, модуль обработки механических свойств объекта состоит из последовательно соединенных блока приема-передачи данных и блока обработки механических свойств, модуль моделирования динамических свойств объекта состоит из последовательно соединенных блока обработки динамических данных и блока визуализации и представления данных, модуль интегральной оценки и принятия решения состоит из последовательно соединенных блока оценки параметрических и физических свойств объекта, блока визуализации и представления результатов оценки, блока сбора и представления информации о параметрических и физических свойствах объекта, который соединен с блоком обработки динамических данных модуля моделирования динамических свойств объекта, причем база данных первичной информации об объекте подключена к блоку приема-передачи данных модуля обработки механических свойств объекта и блоку приема-передачи данных модуля обработки параметрических данных объекта, который соединен с блоком обработки динамических данных модуля моделирования динамических свойств объекта и блоком оценки параметрических и физических свойств объекта модуля интегральной оценки и принятия решений, блок обработки параметрических свойств модуля обработки параметрических данных объекта соединен с блоком оценки параметрических и физических свойств объекта модуля интегральной оценки и принятия решений и блоком приема-передачи данных модуля обработки физических характеристик объекта, блок обработки физических свойств модуля обработки физических характеристик объекта соединен с блоком оценки параметрических и физических свойств объекта модуля интегральной оценки и принятия решений, модуль визуализации итогового результата подключен к базе данных первичной информации об объекте и соединен с блоком обработки механических свойств модуля обработки механических свойств объекта, блоком визуализации и представления данных модуля моделирования динамических свойств объекта и блоком визуализации и представления результатов оценки модуля интегральной оценки и принятия решений, согласно настоящему изобретению дополнительно содержит модуль конструктора и модуль производственного инвентаря, при этом модуль конструктора состоит из последовательно соединенных блока приема-передачи данных, блока обработки данных конструкции объекта, блока визуализации и представления результатов обработки данных конструкции объекта, а модуль производственного инвентаря состоит из последовательно соединенных блока приема-передачи данных, блока обработки данных производственного инвентаря, блока визуализации и представления результатов обработки данных производственного инвентаря, причем блок приема-передачи данных модуля конструктора соединен с блоком обработки параметрических свойств модуля обработки параметрических свойств, блок визуализации и представления результатов обработки данных конструкции объекта модуля конструктора соединен с модулем визуализации итогового результата, а блок приема-передачи данных модуля производственного инвентаря соединен с блоком обработки параметрических свойств модуля обработки параметрических свойств, блок обработки данных производственного инвентаря соединен с блоком приема-передачи данных модуля обработки механических свойств объекта и с блоком обработки динамических данных модуля моделирования динамических свойств объекта, блок визуализации и представления результатов обработки данных производственного инвентаря модуля производственного инвентаря соединен с модулем визуализации итогового результата.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная блок-схема предлагаемой интерактивной автоматизированной системы обучения.
На чертеже цифрами обозначены:
1 - база данных первичной информации об исследуемом объекте;
2 - модуль обработки параметрических данных объекта;
3 - модуль обработки физических характеристик объекта;
4 - модуль обработки механических свойств объекта;
5 - модуль моделирования динамических свойств объекта;
6 - модуль интегральной оценки и принятия решений;
7 - модуль визуализации итогового результата;
8 - модуль конструктора;
9 - модуль производственного инвентаря;
10 - блок приема-передачи данных модуля обработки параметрических данных объекта;
11 - блок обработки параметрических свойств модуля обработки параметрических данных объекта;
12 - блок приема-передачи данных модуля обработки физических характеристик объекта;
13 - блок обработки физических свойств модуля обработки физических характеристик объекта;
14 - блок приема-передачи данных модуля обработки механических свойств объекта;
15 - блок обработки механических свойств модуля обработки механических свойств объекта;
16 - блок обработки динамических данных модуля моделирования динамических свойств объекта;
17 - блок визуализации и представления данных модуля моделирования динамических свойств объекта;
18 - блок оценки параметрических и физических свойств объекта модуля интегральной оценки и принятия решений;
19 - блок визуализации и представления результатов оценки модуля интегральной оценки и принятия решений;
20 - блок сбора и представления информации о параметрических и физических свойствах модуля интегральной оценки и принятия решений;
21 - блок приема-передачи модуля конструктора;
22 - блок обработки данных конструкции модуля конструктора;
23 - блок визуализации и представления результатов обработки данных конструкции модуля конструктора;
24 - блок приема-передачи модуля производственного инвентаря;
25 - блок обработки данных производственного инвентаря модуля производственного инвентаря;
26 - блок визуализации и представления результатов обработки данных модуля производственного инвентаря.
Интерактивная автоматизированная система обучения содержит базу 1 данных первичной информации об исследуемом объекте, являющуюся входом системы, модуль 2 обработки параметрических данных объекта, модуль 3 физических характеристик объекта, модуль 4 механических свойств объекта, модуль 5 моделирования динамических свойств объекта, модуль 6 интегральной оценки и принятия решений и модуль 7 визуализации итогового результата, являющийся выходом системы.
Модуль 2 обработки параметрических данных объекта состоит из последовательно соединенных блока 10 приема-передачи данных и блока 11 обработки параметрических свойств.
Модуль 3 обработки физических характеристик объекта состоит из последовательно соединенных блока 12 приема-передачи данных и блока 13 обработки физических свойств.
Модуль 4 обработки механических свойств объекта состоит из последовательно соединенных блока 14 приема-передачи данных и блока 15 обработки механических свойств.
Модуль 5 моделирования динамических свойств объекта состоит из последовательно соединенных блока 16 обработки динамических данных и блока 17 визуализации и представления данных.
Модуль 6 интегральной оценки и принятия решения состоит из последовательно соединенных блока 18 оценки параметрических и физических свойств объекта, блока 19 визуализации и представления результатов оценки, блока 20 сбора и представления информации о параметрических и физических свойствах объекта.
Блок 20 сбора и представления информации о параметрических и физических свойствах объекта соединен с блоком 16 обработки динамических данных модуля 5 моделирования динамических свойств объекта
База 1 данных первичной информации об объекте подключена к блоку 14 приема-передачи данных модуля 4 обработки механических свойств объекта и блоку 10 приема-передачи данных модуля 2 обработки параметрических данных объекта.
Блок 10 приема-передачи данных модуля 2 обработки параметрических данных объекта соединен с блоком 16 обработки динамических данных модуля 5 моделирования динамических свойств объекта и блоком 18 оценки параметрических и физических свойств объекта модуля 6 интегральной оценки и принятия решений.
Блок 11 обработки параметрических свойств модуля 2 обработки параметрических данных объекта соединен с блоком 18 оценки параметрических и физических свойств объекта модуля 6 интегральной оценки и принятия решений и блоком 12 приема-передачи данных модуля 3 обработки физических характеристик объекта.
Блок 13 обработки физических свойств модуля 3 обработки физических характеристик объекта соединен с блоком 18 оценки параметрических и физических свойств объекта модуля 6 интегральной оценки и принятия решений
Модуль 7 визуализации итогового результата подключен к базе 1 данных первичной информации об объекте и соединен с блоком 15 обработки механических свойств модуля 4 обработки механических свойств объекта, блоком 17 визуализации и представления данных модуля 5 моделирования динамических свойств объекта и блоком 19 визуализации и представления результатов оценки модуля 6 интегральной оценки и принятия решений.
Предлагаемая интерактивная автоматизированная система обучения отличается тем, что она дополнительно содержит модуль 8 конструктора и модуль 9 производственного инвентаря.
Модуль 8 конструктора состоит из последовательно соединенных блока 21 приема-передачи данных, блока 22 обработки данных конструкции объекта и блока 23 визуализации и представления результатов обработки данных конструкции объекта, при этом блок 21 приема-передачи данных модуля 8 конструктора соединен с блоком 11 обработки параметрических свойств модуля 2 обработки параметрических свойств, а блок 23 визуализации и представления результатов обработки данных конструкции объекта модуля 8 конструктора соединен с модулем 7 визуализации итогового результата.
Модуль 9 производственного инвентаря состоит из последовательно соединенных блока 24 приема-передачи данных, блока 25 обработки данных производственного инвентаря, блока 26 визуализации и представления результатов обработки данных производственного инвентаря, при этом блок 24 приема-передачи данных соединен с блоком 11 обработки параметрических свойств модуля 2 обработки параметрических свойств, блок 25 обработки данных производственного инвентаря соединен с блоком 14 приема-передачи данных модуля 4 обработки механических свойств объекта и с блоком 16 обработки динамических данных модуля 5 моделирования динамических свойств объекта, блок 26 визуализации и представления результатов обработки данных производственного инвентаря соединен с модулем 7 визуализации итогового результата.
Разъяснение работы предлагаемой интерактивной системы обучения показано на примере изучения конструктивных особенностей масляного трансформатора 110/10 кВ при выполнении студентом или студентами оперативных переключений в интерактивной среде - компьютерной модели районной понизительной подстанции 110/10 кВ.
При проведении интерактивного группового обучения можно выделить роли: преподаватель и студент, причем последних может быть несколько. В зависимости от полученного задания от преподавателя студент может выполнять роль члена ремонтной бригады, быть выдающим наряд и отдающим распоряжение, допускающим, производителем работ, наблюдающим, ответственным руководителем работ, сотрудником из числа оперативного персонала на объекте или выполнять согласно действующим нормативным документам несколько ролей. Преподаватель дает студенту или студентам задание на выполнение оперативных переключений в интерактивной среде - компьютерной модели районной понизительной подстанции 110/10 кВ (энергоустановки) по выводу масляного трансформатора в ремонт и проведение ремонта устройства РПН (регулирования под напряжением), при этом требуется рассмотреть конструктивные особенности и связи составных частей отсеков устройства РПН масляного трансформатора.
Для этого преподавателем из базы 1 данных первичной информации выбирается интерактивная среда - компьютерная модель районной понизительной подстанции 110/10 кВ с размещенными в ней моделями масляных трансформаторов 110/10 кВ. При выборе соответствующей интерактивной среды - компьютерной модели информация поступает через блок 10 приема-передачи модуля 2 обработки параметрических данных объекта в блок 11 обработки параметрических свойств, который устанавливает каталожные данные всего электрооборудования, средств индивидуальной и/или групповой защиты от поражения электрическим током, а также требуемых для проведения работ на объекте (с установленным на нем электрооборудованием) инструментов, устройств и механизмов, модели которых находятся в выбранной интерактивной среде - компьютерной модели. Далее каталожные данные электрооборудования поступают через вход блока 12 приема-передачи модуля 3 обработки физических характеристик объекта в блок 13 обработки физических свойств и через вход блока 21 приема-передачи модуля 8 конструктора в блок 22 обработки данных конструкции. Информация из базы 1 данных первичной информации также передается через блок 14 приема-передачи модуля 4 в блок 15 обработки механических свойств объекта.
Каталожные данные средств индивидуальной и/или групповой защиты от поражения электрическим током, а также требуемых для проведения работ на объекте (с установленным на нем электрооборудованием) инструментов, устройств и механизмов, через модуль 2 обработки параметрических данных объекта и вход блока приема-передачи 24 модуля 9 производственного инвентаря поступают на вход блока обработки данных производственного инвентаря 25.
Результаты исполнения блоков 11 и 13 передаются на входы блока 18 оценки параметрических и физических свойств объекта модуля 6 интегральной оценки и принятия решения и используются для моделирования среды компьютерной модели, в том числе и оборудования, находящегося внутри компьютерной модели, через блок 19 визуализации и представления результатов оценки, блок 20 сбора и представления информации о параметрических и физических свойствах.
Информация с блока 20 сбора и представления информации о параметрических и физических свойствах модуля 6 интегральной оценки и принятия решения передается на вход блока 16 обработки динамических данных модуля 5 моделирования динамических свойств объекта, который, в свою очередь, передает информацию на вход последовательно соединенного блока 17 визуализации и представления данных. Далее информация с выхода блока 17 визуализации и представления данных модуля 5 моделирования динамических свойств объекта, так же как и информация с выхода блока 19 визуализации и представления результатов оценки модуля 6 интегральной оценки и принятия решения передается на вход модуля 7 визуализации итогового результата.
Тем самым осуществляется представление через модуль 7 визуализации итогового результата компьютерной модели энергоустановки в интерактивной среде, включая модели индивидуальных и/или групповых средств защиты от поражения электрическим током, модели требуемых для проведения работ на районной понизительной подстанции 110/10 кВ (с установленным на ней электрооборудованием), инструментов, устройств и механизмов, а также модели объектов, с учетом их физических и механических свойств, изменения их состояния и состояния всей интерактивной среды, которые могут быть наперед заданы преподавателем. Вместе с тем информация с выхода блока 22 обработки данных конструкции модуля 8 конструктора передается на вход последовательно соединенного с ним блока 23 визуализации и представления результатов обработки данных конструкции. Информация с блока 23 визуализации и представления результатов обработки данных конструкции модуля 8 передается на вход модуля 7 визуализации итогового результата.
Студент или студенты, получая задание от преподавателя осуществляют действия в соответствии со своей ролью (члена ремонтной бригады, выдающего наряд и отдающего распоряжение, допускающего, производителя работ, наблюдающего, ответственного руководителя работ, сотрудника из числа оперативного персонала на объекте) в интерактивной среде - компьютерной модели районной понизительной подстанции 110/10 кВ (энергоустановки) динамически изменяя физическое и механическое состояние объектов в среде.
Для этого в блоке 10 обработки параметрических свойств модуля 2 обработки параметрических свойств, в блоке 13 обработки физических свойств модуля 3 обработки физических характеристик объекта и в блоке 15 обработки механических свойств модуля 4 обработки механических свойств объекта происходит перезадание студентом или студентами величин, определяющих физические, параметрические и механические свойства объектов, в том числе энергооборудования, внутри интерактивной среды.
Такое перезадание может осуществляться за счет применения моделей индивидуальных и/или групповых средств защиты от поражения электрическим током, моделей инструментов, устройств и механизмов, посредством изменений через блок 11 обработки параметрических свойств модуля 2 обработки параметрических данных объекта, блок 24 приема-передачи модуля 9 производственного инвентаря, блок 25 обработки данных производственного инвентаря, в блоке 15 обработки механических свойств 15 модуля 4.
Применение моделей средств индивидуальных и/или групповых средств защиты от поражения электрическим током, моделей инструментов, устройств и механизмов может привести к изменению параметров блока 16 обработки динамических данных модуля 5 моделирования динамических свойств объекта, в обход изменений величин, определяющих физические, параметрические и механические свойства объектов в модуле 2 обработки параметрических данных объекта и модуле 3 обработки физических характеристик объекта.
Результат применения моделей индивидуальных и/или групповых средств защиты от поражения электрическим током, моделей инструментов, устройств и механизмов отражается в блоке 26 визуализации и представления результатов обработки данных производственного инвентаря модуля 9.
Информация с блока 26 визуализации и представления результатов обработки данных производственного инвентаря модуля 9 передается на вход модуля 7 визуализации итогового результата.
В результате всех вышеуказанных изменений по известному алгоритму происходит изменение информации на входе модуля 7 визуализации итогового результата и студент или студенты, а также преподаватель в режиме реального времени контролируют результаты своих манипуляций с объектами в интерактивной среде, причем в максимально близкой к реальности и достоверной форме.
При осуществлении оперативных переключений по выводу масляного трансформатора в ремонт, а также дальнейших операций по ремонту устройства РПН масляного трансформатора студент или студенты осуществляют манипулирование объектами в интерактивной среде, в том числе применяя модели индивидуальных и/или групповых средств защиты от поражения электрическим током, модели инструментов, устройств и механизмов, и, в режиме реального времени, отслеживают изменения коммутационных аппаратов: высоковольтных разъединителей, выключателей, и их приводов в интерактивной среде. При этом каждый этап переключений приводит к изменениям в блоке 11 обработки параметрических свойств модуля 2 обработки параметрических данных объекта, в блоке 13 обработки физических свойств модуля 3 обработки физических характеристик объекта и в блоке 15 обработки механических свойств модуля 4 обработки механических свойств объекта. Помимо модуля 7 результаты динамических манипуляций студент или студенты, а также преподаватель могут проследить по изменениям в блоке 17 визуализации и представления данных модуля 5 моделирования динамических свойств объекта.
Для подробного изучения конструктивных особенностей и связей составных частей отсеков устройства РПН масляного трансформатора студент или студенты выбирают в блоке 23 визуализации и представления результатов обработки данных конструкции модуля 8 конструктора из всей совокупности информации данные, относящиеся к заданному преподавателем модели (типу) масляного трансформатора, и через модуль 7 визуализации итогового результата получают доступ к виртуальной максимально приближенной к реальности и достоверной модели выбранного трансформатора.
При этом через блок 22 обработки данных конструкции модуля 8 конструктора такая модель допускает любые манипуляции - виртуальная разборка-сборка, перемещение составных частей, а также просмотр динамики изменения составных частей трансформатора при осуществлении тех или иных, предусмотренных конструкцией трансформатора, перемещений, вращений или иных изменений его составных частей, в том числе находящихся внутри бака трансформатора.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволит достичь требуемого качества обучения за счет включения в интерактивную автоматизированную систему обучения (ИСАО) модуля 8 конструктора, позволяющего изучить и рассмотреть конструкцию и внутренние связи между составными частями оборудования, а также обеспечит развитие навыков по обслуживанию и ремонту электротехнического и технологического оборудования и их составных частей за счет включения в ИСАО модуля 9 производственного инвентаря.