К задаче разработки киберфизической системы имтаторов тренажёра, моделирующих пространство за остеклением кабины

9. Обработка информационных потоков в авиационных тренажерах / А.И. Годунов, М.В. Петухов, В.Р. Роганов, Г.Н.Серёгин. Актуальные проблемы авиационных и аэрокосмических систем.: Казанский Государственный Технический Университет иМ.: А.Н. Туполева (КАИ), Embry-Riddle Aeronautical University (ERAU), Академия Космонавтики им.: К.Э. Циолковского, Академия Наук авиации и Воздухоплавания №2(4), 1997. С. 37-47.

10. Асмолова Е.А., Короп Г.В., Михеев М.Ю., Нечай Т.А., Ремонтов А.П., Роганов В.Р. Модели и алгоритмы систем планирования технологических процессов локального железнодорожного комплекса промышленного предприятия//Монография, Пенза, 2016, ПензГТУ. - 112 с.

11. Михеев М.Ю., Гудков К.В., Гудкова Е.А., Володин К.И., Пискаев К.Ю. Математическое моделирование технических систем//Пенза, 2015. - 92 С.

12. Роганов В.Р., Михеев М.Ю., Четвергова М.В., Жашкова Т.В., Гудков К.В., Гудкова Е.А., Мещерякова Е.Н., Асмолова Е.А. Формирование виртуальной реальности/Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2016. № 2. С. 328-332.

13. Роганов В.Р. К вопросу о выборе имитатора визуальной обстановки/Современные информационные технологии. 2014. № 19. С. 159-162.

14. Михеев М.Ю., Лепешев А.А., Лысенко К.Н Синтез обобщенных информационно-логических и математических моделей состояний и процессов в сложных эргатических системах/Современные информационные технологии. 2016. № 23 (23). С. 36-40.

15. Роганов В.Р. Система объемного телевидения/патент на изобретение RUS 2146856 30.12.1997

УДК 004.02

Роганов В.Р., Михеев М.Ю.

ФГБОУ ВО «Пензенский государственный технологический университет, Пенза, Россия

К ЗАДАЧЕ РАЗРАБОТКИ КИБЕРФИЗИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ИМТАТОРОВ ТРЕНАЖЁРА, МОДЕЛИРУЮЩИХ ПРОСТРАНСТВО ЗА ОСТЕКЛЕНИЕМ КАБИНЫ

Проведён анализ киберфизических систем имитаторов визуальной обстановки тренажёров, на примере наиболее развитого авиационного тренажёра. В исследованных авиационных тренажёрах визуально наблюдаемое изображение за остеклением кабины изображение окружающего пространства является следствием использования когнитивной графики. Получаемая при этом информация о перемещении модели летательного аппарата в модели пространства дублируется информацией, получаемой обучаемым от других имитаторов кабинного оборудования. Показано, что в настоящее время для моделирования изображения за остеклением кабины используются как псевдообъемные эргатические оптико-программно-технические системы, так и системы с использованием обычных индикаторов высокой чёткости. Так как тренажёр не может создать полную модель транспортного средства, возможны случаи, когда обучаемый получает кроме профессиональных навыков управления нежелательные ложные навыки управления. В статье показано, как уменьшить вероятность привития ложных навыков

Ключевые слова:

информационные технологии, киберфизическая система, эргатическая оптико-программно-техническая система

Актуальность использования когнитивной графики при создании киберфизической системы моделирования пространства окружающего тренажёр подготовки пилотов летательных аппаратов и водителей транспортных средств

В известных тренажерах подготовки пилотов летательных аппаратов, машинистов локомотивов, водителей транспортных средств задача формирования перед обучаемым визуально наблюдаемого трёхмерного пространства решается за счет использования псевдообъёмных эргатических оптико-программно-технических систем. Термин псевдообъемная оптико-аппаратно-программная система моделирования визуально наблюдаемого трёхмерного изображения относится к имитаторам визуальной обстановки тренажеров подготовки пилотов летательных аппаратов и водителей транспортных средств, создающих для человека трёхмерную модель окружающего пространства с качеством достаточным для тренировки глазомера. В этом случае в процесс формирования у человека эффекта наблюдения трёхмерного пространства включается зрительный аппарат конкретного человека (из-за этого могут возникнуть случаи, когда человек с необученным зрительным аппаратом не будет видеть объёмного изображения [4]). Такие системы включают 3Dиндикаторы и компьютерные генераторы изображения [1] с визуальными базами данных [2]. В визуальных базах данных хранится информация о всех видимых моделях района визуализации и об управляющих примитивах [3]. Управляющие примитивы позволяют исключить эффект просвечивания, при подвижном наблюдателе, и повысить насыщенность наблюдаемого района моделями объектов и огней, за счёт исключения, на первом этапе синтеза, из рассмотрения той части сцены визуализации, которая, при таком расположении наблюдателя, не видна [4]. Такие псевдообъёмные эрга-тические оптико-программно-технические системы получили название «Имитатор визуальной обстановки» (ИВО) [5].

Известны также решения, когда вместо псевдообъемных эргатических оптико-программно-технических систем применяются обычные телевизионные

плоские экраны [6], высвечивающие изображение синтезированной обычным компьютером двухмерной центральной проекции части модели местности перед макетом кабины тренажёра, или изучаемого объекта, который выглядит как неплоский (Рис.1).

Рисунок 1 - Пример "неплоского" изображения

Отличие этих двух подходов в гипотезе использования киберфизической системы моделирования пространства, окружающего кабину тренажёра [7]. Псевдообъемные системы моделирования трёхмерного пространства вокруг кабины тренажёра с качеством, достаточным для тренировки глазомера применял лидер советского тренажёростроения НПО «ЭРА» и «Донской центр тренажеростроения и обучения персонала» (Рис.2) [8].

Сейчас ряд фирм используют дешёвые системы визуализации примером могут тренажёры подготовки машинистов локомотива, выпускаемые ПКБ ЦТ, ориентированные на использование широкоугольные индикаторы, с разрешением 1366*768

пикселем на которые высвечивается изменяющаяся, в реальном масштабе времени, двухмерная проекция трехмерной сцены (Рис.3,4) [9]. В зависимости от задач, поставленных перед разработчиками тренажёров оба подхода могут иметь место [10].

Задачей имитатора визуальной обстановки является моделирование для человека визуально наблюдаемого перемещения модели кабины тренажёра в трёхмерной визуально наблюдаемой модели узнаваемого участка земли [11]. В тренажёрах подготовки пилотов и водителей транспортных средств этот эффект создаётся за счёт использования когнитивной графики реализуемой киберфи-зической системой моделирования пространства окружающего тренажёр [2,12] . Имитатор визуаль-

ной обстановки является одним из нескольких имитаторов, объединённых в единый комплекс для решения задач обучения машинистов действиям в конкретных ситуациях [13]. Так как тренажёр не может быть полной моделью реального аналога, обучение на тренажёре создаёт условия для привития кроме профессиональных навыков управления ещё нежелательных ложных навыков, проявление которых в реальной жизни может привести к аварии или катастрофе [14]. Для снижения вероятности привития ложных навыков при создании тренажёра оговариваются учебные ситуации, с полным описанием как должна вести себя модель летательного аппарата или транспортного средства в модели внешней среды [15].

Рисунок 1 — Структурная схема тренажера подготовки машиниста локомотива ЧС-47

Рисунок 2 — Расположение экрана имитатора визуальной обстановки тренажера подготовки машиниста локомотива

Рисунок 3 — Изображение видимое в макете кабины тренажера подготовки машиниста локомотива

Учитывая, что 90% процентов информации необходимой для управления летательным аппаратом или транспортным средством обучаемый получает с помощью зрительного анализатора, к имитаторам, синтезирующим для обучаемого внешний вид окружающего пространства, предъявляются особые требования. Критерием качества моделирования визуального изображения является достаточность привития обучаемому профессиональных навыков визуальной ориентировки для выработки навыков управления летательным аппаратом [16] или транспортным средством [17].

Анализируя опыт разработки и эксплуатации авиационных тренажеров, имеющих наиболее длительную историю [18], можно сделать вывод, что тренажёрные комплексы [19] создаются для решения

конкретных учебных задач, заданных в ТЗ на тренажёр [20], или задач управления беспилотными летательными аппаратами [17]. Учитывая, что обучение лётчиков и водителей транспортных средств проводится в определённых учебных ситуациях [21], целесообразно, в зависимости от поставленной задачи обучения выбрать конкретный тип ИВО [22].

В настоящее время наиболее качественные ИВО были разработаны для авиационных тренажеров [23]. Это объясняется необходимостью учить пилотов выполнению ряда задач не подвергая их жизни опасности (например, обучая визуальной посадке на укороченную взлетно-посадочную полосу авианосца, или обучение процессу дозаправки самолёта в воздухе). При разработке АТ внимание

уделяется синхронизации информации о режиме полёта который лётчик получает от имитаторов ка-бинного оборудования и визуально, рассматривая изменяемое изображение сцены визуализации через остекление кабины тренажёра [24]. Тогда лётчик получает Qi информацию от М имитаторов, работающих в режиме реального времени [25]. Так как каждый ^й имитатор ^ = 1, ... , М) разрабатывается независимо от других [26], то возможен вариант, когда

О/ Л Ц

П 7 = о.

еМ jeM9j*i

что приводит к невозможности использовать данный тренажер для выработки профессиональных навыков управления летательным аппаратом ЛА или транспортным средством [27].

Любая информация О1, принимаемая обучаемым при работе на тренажёре, формируется программно-техническим системами и начинается или с обработки базы данных конкретной ^ой программно-технической системы, или с работы программы реализующей ]-ую математическую модель соответствующего узла летательного аппарата или транспортного средства и заканчиваются выводом информации в виде Mi = f (ОО, аналогичном принятому в реальной действительности.

Совокупность обработанных информационных потоков должна давать обучаемому целостную картину окружающей среды S. Это возможно при совпадении получаемой информационной модели 1т (^ от имитаторов тренажёра с имеющейся у обучаемого информационной моделью полета 1о^), выработанной его опытом [1]:

N N

¡Т (г) = £/, (М), ¡а (0 = £ /о (М),

i=1 3=1

где ^(МО - информация, поступающая к обучаемому от i-й подсистемы тренажера в процессе его работы (Ы — число информационных подсистем тренажера);

fo(Mj) — информация, поступающая к обучаемому от ]-й подсистемы реального ЛА в процессе полета, или прогнозируемая им на основе его жизненного опыта (М — число информационных систем, формирующих у обучаемого его собственное представление об окружающей среде и взаимодействии транспортного средства с ней, N с M).

В момент времени ) "эксплуатации транс-

портного средства" на тренажере 8 не должна искажать взаимодействие находящихся в ней моделей пассивных 8р элементов числом V (модели участков земной поверхности с инженерными сооружениями, видимые всегда) и моделей активных элементов 8а числом Я (модели радиомаяков, подвижных объектов и т. д.) с моделью транспортного средства 81. Т.е.

5 = при //(5/)П/0(5') = 1.

р=1

а=1

Учитывая, что показания К-го числа приборов в кабине, как правило, дублируются в каждый момент времени 1^1), информация от этих приборов должна быть согласована. В противном случае будет выполняться (1), что недопустимо.

При обучении на АТ могут быть как отдельные моменты времени так и интервалы Д^, когда

выполняется (1). Эти ситуации целесообразно исключить из списка учебных. Устранить (1) можно несколькими способами:

- ввести обратную связь с целью корректировки относительно показаний 1-го имитатора начальных условий формирования рассматриваемого информационного потока О1(1т);

- задать время коррекции всех О1(1т) для исключения (1);

- ограничить время обучения на тренажере, задав расчетный интервал Д1т, при котором (1 не выполняется, или этим можно пренебречь;

- использовать математические модели обработки информационных потоков, не допускающих появление (1), например, прогнозируя предполагаемое место наблюдателя в 1 +1 момент времени.

ЛИТЕРАТУРА

1. Крамаренко Т.Д., Деменков И.А., Михеев А.М. Выбор клиент-серверной субд для реализации информационной системы/Современные информационные технологии. 2016. № 24 (24). С. 11-15.

2. Роганов В.Р. Анализ теоретических аспектов формирования когнитивной модели ориентации в визуально наблюдаемой среде и их применение для совершенствования авиационных тренажёров/XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2015. № 4 (26). С. 88-93.

3. Асмолова Е.А., Роганов В.Р. Моделирование визульно наблюдаемой трёхмерной модели окружающего пространства вокруг кабины авиационного тренажёра/В сборнике: Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажёров. Сборник статей международной научно-практической конференции. 2016. С. 16-28.

4. Левин В.И., Роганов В.Р., Буркина Е.Ю. Математические и компьютерные методы в медицине, биологии и экологии//Пенза, 2012.

5. Роганов В.Р. К вопросу о выборе имитатора визуальной обстановки/Современные информационные технологии. 2014. № 19. С. 159-162.

6. Интеллектуальные системы и технологии//Учебное пособие / Пенза, 2015.-67 C.

7. Роганов В.Р., Михеев М.Ю., Асмолова Е.А., Жашкова Т.В. Имитаторы визуальной обстановки для тренажеров подготовки водителей транспортных средств/Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2016. № 2. С. 326-328.

8. Роганов В.Р., Михеев М.Ю., Четвергова М.В., Жашкова Т.В., Гудков К.В., Гудкова Е.А., Мещерякова Е.Н., Асмолова Е.А. Формирование виртуальной реальности/Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2016. № 2. С. 328-332.

9. Roganov V.R., Asmolova E.A., Seredkin A.N., Chetvergova M.V., Andreeva N.B., Filippenko V.O. Problem of virtual space modelling in aviation simulators//Life Science Journal. 2014. Т. 11. № 12. С. 1097.

10. Михеев М.Ю., Лепешев А.А., Лысенко К.Н. Синтез обобщенных информационно-логических и математических моделей состояний и процессов в сложных эргатических системах/Современные информационные технологии. 2016. № 23 (23). С. 36-40.

11. Роганов В.Р. Постановка задачи совершенствования эргатического-оптико-аппартно-программного комплекса моделирования визуально наблюдаемой части виртуального пространства для авиационного тренажёра/В сборнике: Методы и средства измерений в системах контроля и управления сборник статей международной конференции. Под редакцией Жашковой Т.В.. 2016. С. 126-138.

12. Жашкова Т.В., Михеев М.Ю., Роганов В.Р. Интеллектуальные системы и технологии//Учебно-мето-дическое пособие / Пенза, 2015. Том Часть 1.- 65 C.

13. Роганов В.Р., Филиппенко В.О., Асмолова Е.А., Михеев М.Ю. Расширение списка задач обучения на авиационном тренажере при полётах в режиме постоянной видимости земли/Современные информационные технологии. 2016. № 24 (24). С. 49-55.

14. Михеев М.Ю., Лепешев А.А., Лысенко К.Н. Разработка математических моделей процессов функционирования и технического состояния систем ТСО/Современные информационные технологии. 2016. № 23 (23). С. 31-36.

15. Роганов В.Р. К вопросу о выборе имитатора визуальной обстановки/Современные информационные технологии. 2014. № 19. С. 159-162.

16. Михеев М.Ю., Лепешев А.А., Лысенко К.Н Синтез обобщенных информационно-логических и математических моделей состояний и процессов в сложных эргатических системах/Современные информационные технологии. 2016. № 23 (23). С. 36-40.

17. Полтавский А.В., Жумабаева А.С., Бикеев Р.Р. Многофункциональные комплексы беспилотных летательных аппаратов: развитие в системе вооружения/Надёжность и качество сложных систем. №1 (13). 2016. - с. 39-45.

18. Асмолова Е.А., Короп Г.В., Михеев М.Ю., Нечай Т.А., Ремонтов А.П., Роганов В.Р. Модели и алгоритмы систем планирования технологических процессов локального железнодорожного комплекса промышленного предприятия//Монография, Пенза, 2016, ПензГТУ. - 112 с.

19. Роганов В.Р., Сёмочкин А.В., Филиппенко В.О., Асмолова Е.А., Михеев А.М. К вопросу о расчетах основных параметров оптико- аппаратного устройства индикации, позволяющего реализовать безочковый 3D индикатор/XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2015. № 4 (26). С. 182-199.

20. Жашкова Т.В., Михеев М.Ю., Роганов В.Р. Интеллектуальные системы и технологии//Учебно-мето-дическое пособие / Пенза, 2015. Том Часть

21. Серёдкин А.Н., Роганов В.Р., Филиппенко В.О. Основы защиты информации и информационные технологии//Учебное пособие в 3-х частях. / Под ред. А.Н. Серёдкина. Пенза, 2013. Том Кн. 1 Основные определения и общие вопросы защиты информации.

22. Роганов В.Р. Система объемного телевидения/патент на изобретение RUS 2146856 30.12.1997.

23. Роганов В.Р., Филиппенко В.О., Асмолова Е.А., Михеев М.Ю. Расширение списка задач обучения на авиационном тренажере при полётах в режиме постоянной видимости земли/Современные информационные технологии. 2016. № 24 (24). С. 49-55.

24. Михеев М.Ю., Лепешев А.А., Лысенко К.Н. Синтез обобщенных информационно-логических и математических моделей состояний и процессов в сложных эргатических системах/Современные информационные технологии. 2016. № 23 (23). С. 36-40.

25. Щербань А.Б. Способы представления обобщенной структурной модели/Современные информационные технологии. 2016. № 23 (23). С. 65-69.

26. Михеев М.Ю., Ларкин А.С Технологии реализации обмена данными в информационно-ориентированных web-приложениях/Современные информационные технологии. 2016. № 21 (21). С. 104-109.

27. Птицын А.А. Параллельный поиск правил в базе знаний интеллектуальной системы обнаружения конфиденциальной информации/Современные информационные технологии. 2016. № 21 (21). С. 110-114.

УДК:616.71:669.295

Шайко-Шайковский1 А.Г., Олексюк2 И.С., Билык2 С.В., Зинченко2 А.Т., Василов2 В.В.

1Черновицкий национальный университет им. Юрия Федьковича, Черновцы, Украина

2Буковинский государственный медицинский университет, Черновцы, Украина

НАКОСТНАЯ МАЛОКОНТАКТНАЯ ПЛАСТИНА ДЛЯ ОСТЕОСИНТЕЗА С ПОВЫШЕННОЙ ЖЁСТКОСТЬЮ И СНИЖЕННОЙ МАССОЙ

Рассмотрена новая конструкция накостного фиксатора для остеосинтеза переломов длинных костей опорно-двигательного аппарата. Масса пластины значительно уменьшена по сравнению с имеющимися аналогами. Конструкция фиксатора имеет повышенную жёсткость и способность к сопротивлению деформациям кручения и изгиба во фронтальной и сагиттальной плоскостях. Накостный фиксатор также является мало контактным, что даёт возможность не повреждать периост и беспрепятственно осуществлять кровоснабжение участка перелома

Ключевые слова:

остеосинтез, накостный фиксатор, жёсткость

Введение. В тенденциях и характере современного бытового и производственного травматизма, наблюдается увеличение удельного веса травм, которые возникли вследствие действия большой ударной силы (так наз. высокоэнергетические травмы). Это, в частности, - осколочные, раздробленные, двойные, винтовые, множественные переломы, политравма. Все эти обстоятельства обуславливают появление существенных объективных трудностей при их лечении.

Консервативные методы лечения с использованием гипсовых повязок, как известно, в большинстве случаев не обеспечивают полноценного восстановления всех функций повреждённой кости, сопровождаются длительной потерей работоспособности и в 8 - 30% случаев приводят к инвалидности [1].

Сокращение срока пребывания на больничной койке и общей нетрудоспособности с нескольких месяцев (а в некоторых случаях - лет) до нескольких недель - актуальная задача, которая в современных условиях требует научного теоретического и экспериментального обоснования и соответствующего инженерно-технического обеспечения. Решение этой задачи возможно лишь при объединении усилий врачей и инженерно-технических работников, специалистов в области материаловедения, сопротивления материалов, конструкторов и технологов.

Так, например, у больных с переломами бедренной кости общий срок нетрудоспособности в 94,7% случаев достигает 3-8,5 месяцев [2].

Одним из актуальных проблемных вопросов остеосинтеза является инженерно-техническое обеспечение - создание механических устройств и

систем для осуществления стабильного и надёжного блокирующего остеосинтеза [3].

Материалы и методы. При оперативном лечении переломов и повреждений длинных костей широко используется накостный остеосинтез, как наиболее дешёвый, доступный вид остеосинтеза. Использование именно этого вида остеосинтеза может осуществляться в условиях районных больниц и клиник, полевых госпиталей. Для проведения соответствующих операций не является необходимой работа врачей высшей квалификации. В наше время наметилась тенденция к использованию мало контактных пластин для накостного остеосинтеза, которые в достаточной степени обеспечивают поступление к зоне перелома крови, физиологических жидкостей, в минимальной степени повреждают периост. Это способствует эффективному образованию первичного мозоля и сращению отломков кости.

Существующие накостные конструкции, как правило, в большинстве случаев являются одноплос-костными. Это сопряжено с существенным недостатком - неудовлетворительным, низким сопротивлением деформациям изгиба во фронтальной плоскости, а также - низким сопротивлением деформациям кручения. Для обеспечения высокого сопротивления деформациям растяжения, сжатия, кручения и изгиба во фронтальной плоскости (т.е. всем простым видам деформаций) такие конструкции должны быть достаточно массивными. Увеличение массы конструкции также является одним из существенных недостатков таких пластин. Для устранения этого недостатка используются различного рода двух-плоскостные конструкции, а также - так называемые пластины с угловой стабильностью.

Для установки двухплоскостной пластины необ-ходимоО отслаивать мягкие ткани на довольно