Система для обучения персонала специального самоходного подвижного состава
SYSTEM FOR TRAINING PERSONNEL OF SPECIAL SELF-PROPELLED ROLLING STOCK

Изобретение относится к системам обучения персонала рельсового транспорта и может быть использовано для обучения бригад специальных самоходных подвижных составов (далее - ССПС) вождению специального самоходного подвижного состава и управлению рабочим органом, например, мотовозов МПТ6 и автомотрис 1АДМ1.3.
Известен процедурный тренажер для обучения машинистов тягового подвижного состава, содержащий модуль управления обучающей симуляцией, средства управления машиниста, включая органы управления системами торможения и безопасности, средства воспроизведения обучающей симуляции, включая несколько сенсорных мониторов для отображения путевой обстановки [RU 198672 U1, дата публикации: 21.07.2020 г., МПК: G09B 9/02].
Известен тренажер машиниста железнодорожной техники, содержащий макет кабины локомотива, средства воспроизведения обучающей симуляции, включая несколько мониторов для формирования внекабинной обстановки, средства управления машиниста в точности копирующие панель управления электровоза, модуль управления обучающей симуляцией, включающий множество вариантов моделирования окружающей действительности [RU 148672 U1, дата публикации: 10.12.2014 г., МПК: G09B 9/04; G09B 9/052].
Преимуществом данных технических решения является создание обстановки максимально приближенной к реальному рабочему месту машиниста в кабине тягового подвижного состава, однако к недостаткам данных технических решений можно отнести отсутствие возможностей для обучения управлению рабочим органом специальных самоходных подвижных составов, что приводит к низкой эффективности обучения бригад специальных самоходных подвижных составов.
В качестве прототипа выбран тренажер для машинистов подъемно-транспортных механизмов, содержащий средства воспроизведения обучающей симуляции, средства управления машиниста и оператора рабочего органа, включающие джойстики и пульт управления рабочими органами, модуль управления обучающей симуляцией, способный моделировать работу на железной дороге с помощью программного обеспечения [RU 116674 U1, дата публикации: 27.05.2012 г., МПК: G09B 9/00].
Преимуществом прототипа является возможность обучения управлению рабочими органами подъемно-транспортных механизмов, однако недостатком прототипа является отсутствие возможности обучения управлению рабочими органами подъемно-транспортных механизмов, в частности органами ССПС, в условиях наиболее близких к реальному рабочему процессу и, как следствие, низкая эффективность обучения бригад специальных самоходных подвижных составов. Это обусловлено тем, что при выполнении работ, связанных с управлением рабочим органом ССПС, часто оператору требуется осуществлять манипуляции, находясь за пределами кабины локомотива, что, соответственно, сопровождается существенным изменением в визуальном восприятии ситуации, а также требует формирования навыков управления рабочим органом, находясь на различных местах относительно рабочего органа. Отсутствие возможности обучения данным навыкам может привести к тому, что после прохождения обучения на тренажере пользователь (а именно оператор) не сможет эффективно выполнять свою работу.
Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении эффективности обучения бригад специальных самоходных подвижных составов.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в расширении функционала средств обучения управлению рабочим органом специального самоходного подвижного состава.
Дополнительный технический результат заключается в повышении реалистичности обучения управлению рабочим органом специального самоходного подвижного состава.
Другим дополнительным техническим результатом является обеспечение возможности обучения навыкам управления рабочим органом специального самоходного подвижного состава вне кабины.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Система для обучения персонала специального самоходного подвижного состава содержит соединенные между собой средства воспроизведения обучающей симуляции и модуль управления обучающей симуляцией, макет кабины, содержащий подключенные к модулю управления обучающей симуляцией средства управления машиниста и средства управления оператора рабочего органа. В отличие от прототипа система дополнительно содержит средство удаленного управления оператора рабочего органа и средство удаленного воспроизведения обучающей симуляции, подключенные к модулю управления обучающей симуляцией, при этом средство удаленного управления оператора рабочего органа выполнено с возможностью направления команд в модуль управления обучающей симуляцией при расположении вне макета кабины, а средство удаленного воспроизведения обучающей симуляции выполнено с возможностью демонстрации обучающей симуляции при расположении вне макета кабины, в то время как модуль управления обучающей симуляцией выполнен с возможностью получения команд от средства удаленного управления оператора рабочего органа и направления команды об изменении демонстрируемой обучающей симуляции на средство удаленного воспроизведения обучающей симуляции в соответствии с полученными командами от средства удаленного управления оператора рабочего органа.
Модуль управления обучающей симуляцией может представлять собой компьютер или сервер, который находится в макете кабины или за его пределами и с помощью содержащегося в нем программного обеспечения формирует обучающую симуляцию и ее характеристики. Также модуль управления обучающей симуляцией может содержать базы данных, в которых могут храниться модели различных систем тягового подвижного состава, поезда, модели путевых устройств, модели устройств безопасности, модуль отображения путевой обстановки в виде оцифрованных видеофильмов и видеосцен в 3D графике с имитируемыми звуковыми сигналами.
Модуль управления обучающей симуляцией может быть связан со средствами воспроизведения обучающей симуляции, средствами управления машиниста, средствами управления оператора рабочего органа, средствами удаленного управления оператора рабочего органа и средствами удаленного воспроизведения обучающей симуляции посредством беспроводной локальной сети, проводного подключения, сети Интернет или иным возможным способом подключения и передачи данных.
Формирование обучающей симуляции модулем управления обучающей симуляцией подразумевает обеспечение возможности моделировать модулем управления обучающей симуляцией показатели и характеристики объектов в обучающей симуляции, а также обеспечивать реалистичную обратную связь (посредством передачи команд на средства воспроизведения обучающей симуляции и средство удаленного воспроизведения обучающей симуляции) в ответ на действия пользователя в обучающей симуляции (передача данных в систему за счет взаимодействия пользователя со средствами управления машиниста и средствами управления оператора рабочего органа и/или средством удаленного управления оператора рабочего органа). Модуль управления обучающей симуляцией выполнен с возможностью моделирования тяги, моделирования тормозов, моделирования динамических характеристик и схем ССПС, моделирования путевых устройств, моделирования рабочего органа, моделирования управления машинами, моделирования демонстрируемой обучающей симуляции, моделирования звуковых сигналов, а также моделирования иных процессов в обучающей симуляции, обеспечивающих возможность воссоздания реалистичной рабочей обстановки.
Возможность моделирования тяги и моделирования тормозов модулем управления обучающей симуляции позволяет воссоздать реалистичную симуляцию хода и торможения подвижного состава, работу органов безопасности, а также обеспечивает ответную реакцию системы на действия пользователя через средства управления машиниста, что позволяет повысить эффективность обучения при помощи системы для обучения персонала специального самоходного подвижного состава.
Возможность моделирования динамических характеристик и схем позволяет задавать параметры определенной модели ССПС и обеспечивает их соблюдение в обучающей симуляции, в то время как моделирование путевых устройств служит для формирования интерактивного окружения в обучающей симуляции и настройки принципов его взаимодействия с пользователем, что повышает реалистичность обучающей симуляции и, как следствие, позволяет повысить эффективность обучения при помощи системы для обучения персонала специального самоходного подвижного состава.
Возможность моделирования рабочего органа и управления машинами служит для обеспечения восприятия команд пользователя от средств управления оператора рабочего органа и средства удаленного управления оператора рабочего органа модулем управления обучающей симуляцией, а также для реалистичной симуляции отображения и действий рабочего органа, которые передаются на средства воспроизведения обучающей симуляции и средство удаленного воспроизведения обучающей симуляции. Данная возможность позволяет повысить реалистичность обучения управлению рабочим органом специального самоходного подвижного состава и повысить эффективность обучения.
Возможности моделирования демонстрируемой обучающей симуляции, моделирования путевых устройств и моделирования звуковых сигналов воссоздают реалистичную внекабинную обстановку обучающей симуляции, передаваемую на средства воспроизведения обучающей симуляции и средство удаленного воспроизведения обучающей симуляции, которая может быть представлена видеосъемкой или 3D-графикой, звуковыми сигналами подвижного состава, шумами или другими звуками в обучающей симуляции, что, в свою очередь, повышает реалистичность обучения управлению рабочим органом специального самоходного подвижного состава.
Средства воспроизведения обучающей симуляции представляют собой устройства вывода информации, связанные с модулем управления обучающей симуляцией, расположенные внутри или снаружи макета кабины так, чтобы демонстрировать внекабинную обстановку в обучающей симуляции пользователю (или пользователям), находящимся внутри макета кабины, реалистично моделировать пространство вокруг пользователя с помощью изображения и звука и выводить информацию о параметрах системы. Средства воспроизведения обучающей симуляции могут быть представлены мониторами, видеопроектором с экраном, акустическими колонками, элементами индикации, например датчиками, и иными средствами вывода информации. При этом средства воспроизведения обучающей симуляции, выводящие информацию о параметрах системы, подразделяются на элементы индикации подвижного состава и элементы индикации рабочего органа. При взаимодействии пользователя с рабочими органами ССПС изнутри макета кабины, пользователь может наблюдать за движениями рабочего органа через мониторы, расположенные на месте оконных проемов макета кабины, и следить за показаниями параметров рабочего органа на элементах индикации.
Макет кабины представляет собой имитацию кабины специального самоходного подвижного состава, которая может быть выполнена в виде ширмы, сборно-разборного корпуса из любых материалов или иной имитации корпуса реальной кабины (например, мотовоза МПТ6 или автомотрисы 1АДМ1.3) и служит для расположения средств управления машиниста, средств управления оператора рабочего органа, а также может служить для расположения средств воспроизведения обучающей симуляции и других элементов обстановки внутри кабины.
Под рабочим органом могут подразумеваться грузоподъемные и погрузочные механизмы, например, крановое грузоподъемное оборудование, площадка монтажная или другие управляемые механизмы специального назначения для взаимодействия с внешними объектами, предназначенные для эксплуатации на рельсовых транспортных средствах.
Средства управления машиниста находятся внутри макета кабины, связаны с модулем управления обучающей симуляцией и служат для управления подвижным составом в обучающей симуляции. Средства управления машиниста могут быть выполнены в виде реального пульта управления специальным самоходным подвижным составом, а также в виде рычагов, джойстиков, сенсорных панелей и других средств, обеспечивающих возможность взаимодействия пользователя с обучающей симуляцией через модуль управления обучающей симуляцией.
Средства управления оператора рабочего органа находятся внутри макета кабины, связаны с модулем управления обучающей симуляцией и служат для управления рабочим органом специального самоходного подвижного состава. Средства управления оператора рабочего органа могут быть выполнены в виде стационарных пультов управления, сенсорных мониторов, джойстиков и других средств, обеспечивающих возможность контролировать рабочий орган в обучающей симуляции через модуль управления обучающей симуляцией.
Средство удаленного управления оператора рабочего органа связано с модулем управления обучающей симуляцией, выполнено с возможностью направления команд в модуль управления обучающей симуляцией при расположении вне макета кабины и изначально может быть расположено как снаружи макета кабины, так и внутри макета кабины. Например, в случаях, когда средство удаленного управления оператора рабочего органа не используется, оно может быть расположено внутри макеты кабины для хранения, при этом в случае возникновения необходимости в обучении, оно может быть взято пользователем и вынесено за пределы макета кабины. Средство удаленного управления оператора рабочего органа может быть выполнено в виде дистанционного пульта управления, джойстика, соединенного с модулем управления обучающей симуляцией посредством кабеля, или сенсорного монитора, соединенного с модулем управления обучающей симуляцией посредством беспроводной связи, а также в виде иного средства, обеспечивающего возможность направления команд в модуль управления обучающей симуляцией при расположении вне макета кабины.
Средство удаленного воспроизведения обучающей симуляции связано с модулем управления обучающей симуляцией и выполнено с возможностью получения команд от модуля управления обучающей симуляцией об изменении демонстрируемой обучающей симуляции. Средство удаленного воспроизведения обучающей симуляции может быть расположено на внешней стороне корпуса макета кабины, который, в свою очередь, расположен снаружи, или отдельно от макета кабины в стационарном или переносном варианте, а также может быть выполнено в виде проектора, монитора, планшета или иного устройства, позволяющего выводить информацию. Также средство удаленного воспроизведения обучающей симуляции может быть расположено и внутри макета кабины, например, в случаях, когда средство удаленного воспроизведения обучающей симуляции не используется, оно может быть расположено внутри макеты кабины для хранения, при этом в случае возникновения необходимости в обучении, оно может быть взято пользователем и вынесено за пределы макета кабины.
Также средство удаленного управления оператора рабочего органа и средство удаленного воспроизведения обучающей симуляции могут быть выполнены в одном корпусе. Например, в случае если средство удаленного управления оператора рабочего органа представляет собой сенсорный монитор, то оно может быть объединено с средством удаленного воспроизведения обучающей симуляции, обеспечивая возможность управления и воспроизведения на одном экране.
Средство удаленного управления оператора рабочего органа выполнено с возможностью отправления команды на изменение демонстрируемой обучающей симуляции в модуль управления обучающей симуляцией. Команды на изменение демонстрируемой обучающей симуляции могут быть отправлены мануально самим пользователем или же передаваться автоматически средством удаленного управления оператора рабочего органа.
Команда может характеризовать любое действие пользователя, требующее получение обратной связи внутри обучающей симуляции, например управление каким-либо объектом в обучающей симуляции, запрос дополнительной информации или смены ракурса демонстрируемой обучающей симуляции на средстве удаленного воспроизведения обучающей симуляции.
Например, при смене местоположения пользователя относительно макета кабины со средством удаленного управления оператора рабочего органа автоматически может направляться команда в модуль управления обучающей симуляцией, сигнализирующая о необходимости смены ракурса демонстрируемой обучающей симуляции на средстве удаленного воспроизведения обучающей симуляции. При таком варианте реализации средство удаленного управления оператора рабочего органа дополнительно может быть снабжено средствами, обеспечивающими возможность определения местоположения пользователя относительно макета кабины. В то время как при отправлении команды мануально пользователь может самостоятельно направить команду в модуль управления обучающей симуляцией, сигнализирующую о необходимости смены ракурса демонстрируемой обучающей симуляции на средстве удаленного воспроизведения обучающей симуляции, независимо от того менялись ли местоположение самого пользователя и его точка обзора или оставались неизменными.
Ракурс демонстрируемой обучающей симуляции подразумевает под собой вид демонстрируемой обучающей симуляции с определенной точки внутри обучающей симуляции.
Средство удаленного воспроизведения обучающей симуляции выполнено с возможностью получения команды об изменении демонстрируемой обучающей симуляции от модуля управления обучающей симуляцией в соответствии с полученными командами от средства удаленного управления оператора рабочего органа, что позволяет изменить вид демонстрируемой пользователю обучающей симуляции.
Возможность смены ракурса демонстрируемой обучающей симуляции обеспечивает возможность воссоздания реальных условий работы оператора и повышения эффективности обучения бригад специального самоходного подвижного состава, так как за счет возможности направления команд на смену ракурса демонстрируемой обучающей симуляции обеспечивается возможность повышения эффективности обучения навыкам управления рабочим органом специального самоходного подвижного состава вне кабины.
Изобретение может быть выполнено из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Изобретение характеризуется ранее неизвестными существенными отличительными признаками:
- содержит средство удаленного управления оператора рабочего органа, подключенное к модулю управления обучающей симуляцией, при этом средство удаленного управления оператора рабочего органа выполнено с возможностью направления команд на изменение демонстрируемой обучающей симуляции в модуль управления обучающей симуляцией при расположении вне макета кабины, что позволяет обеспечить возможность обучения навыкам управления рабочим органом специального самоходного подвижного состава вне кабины и повысить реалистичность обучения управлению рабочим органом специального самоходного подвижного состава;
- средство удаленного воспроизведения обучающей симуляции, подключенное к модулю управления обучающей симуляцией и выполненное с возможностью получения команды об изменении демонстрируемой обучающей симуляции от модуля управления обучающей симуляцией при расположении вне макета кабины, что позволяет обеспечить возможность обучения навыкам управления рабочим органом специального самоходного подвижного состава вне кабины и повысить реалистичность обучения управлению рабочим органом специального самоходного подвижного состава;
- модуль управления обучающей симуляцией, выполненный с возможностью получения команд от средства удаленного управления оператора рабочего органа и направления команды об изменении демонстрируемой обучающей симуляции на средство удаленного воспроизведения обучающей симуляции, что позволяет обеспечить возможность обучения навыкам управления рабочим органом специального самоходного подвижного состава вне кабины и повысить реалистичность обучения управлению рабочим органом специального самоходного подвижного состава;
Совокупность отличительных признаков позволяет пользователю обучаться навыкам управления рабочим органом специального самоходного подвижного состава, контролируемым в обучающей симуляции, в условиях приближенных к реальному рабочему процессу на железной дороге, когда оператор рабочего органа ССПС должен выходить из кабины состава, чтобы наблюдать за рабочим органом и управлять его работой, благодаря чему обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в обеспечении возможности обучения навыкам управления рабочим органом специального самоходного подвижного состава вне кабины, повышении реалистичности обучения управлению рабочим органом специального самоходного подвижного состава, за счет чего расширяется функционал средств обучения управлению рабочим органом специального самоходного подвижного состава, тем самым повышая эффективность обучения бригад специальных самоходных подвижных составов.
Таким образом, изобретение обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о соответствии изобретения критерию патентоспособности «новизна».
Из области техники, к которой относится заявляемое техническое решение, не известно применение средств удаленного управления оператора рабочего органа, средств удаленного воспроизведения обучающей симуляции, не раскрыты признаки, характеризующие взаимодействие указанных средств с модулем управления обучающей симуляцией, а также не известен эффект от применения указанных признаков в отдельности и в совокупности, причем только их совместное использование обеспечивает достижение технического результата и решение технической проблемы, в то время как исключение какого-либо из признаков не приведет к пропорциональному снижению эффективности, а вовсе исключит возможность достижения какого-либо технического результата, что также, помимо неизвестности признаков как таковых, свидетельствует о наличии синергетического эффекта от их совместного применения. Это свидетельствует о соответствии изобретения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется следующими фигурами.
На Фиг. 1 представлена структурная схема системы для обучения персонала специального самоходного подвижного состава (ССПС) со средством удаленного управления оператора рабочего органа, расположенным внутри макета кабины ССПС.
На Фиг. 2 представлена структурная схема системы для обучения персонала специального самоходного подвижного состава (ССПС) со средством удаленного управления оператора рабочего органа, расположенными вне макета кабины ССПС.
Для иллюстрации возможности реализации и более полного понимания сути изобретения ниже представлен вариант ее осуществления, который может быть любым образом изменен или дополнен, при этом настоящее изобретение ни в коем случае не ограничивается представленным вариантом.
Система для обучения персонала специального самоходного подвижного состава содержит модуль управления обучающей симуляцией 1 с возможностью моделирования тяги, моделирования тормозов, моделирования путевых устройств, моделирования динамических характеристик и схем ССПС, моделирования управления рабочего органа и управления машинами, моделирования демонстрируемой обучающей симуляции на основе 3D-графики и моделирования звуковых сигналов. Также модуль управления обучающей симуляцией связан посредством проводного подключения со средствами воспроизведения обучающей симуляции 2, средством управления машиниста 3, средством управления оператора рабочего органа 4, средством удаленного управления оператора рабочего органа 5 и средством удаленного воспроизведения обучающей симуляции 6.
Система для обучения персонала специального самоходного подвижного состава (ССПС) содержит макет кабины 7 ССПС, представленный в виде макета корпуса кабины реального мотовоза МПТ6, в котором размещены средства управления машиниста 3 и средства управления оператора рабочего органа 4, выполненные в виде реального пульта управления мотовоза МПТ6, а также средства воспроизведения обучающей симуляции 2. К средствам воспроизведения обучающей симуляции 2 относятся мониторы со значениями параметров обучающей симуляции, видеопроектор с экраном, размещенным перед лобовым окном, мониторы, размещенные на месте боковых оконных проемов макета кабины, монитор, размещенный в задней части макета кабины, и акустические колонки, расположенные на макете кабины.
Система для обучения персонала специального самоходного подвижного состава содержит средство удаленного управления оператора рабочего органа 5, представленное джойстиком, и средство удаленного воспроизведения обучающей симуляции 6, представленное монитором, расположенным на внешней части корпуса макета кабины.
Изобретение работает следующим образом.
В процессе эксплуатации системы для обучения персонала специального самоходного подвижного состава мотовоза МПТ6 возможно обучение управлению рабочим органом ССПС в условиях приближенных к реальной обстановке.
При необходимости осуществления манипуляций с рабочим органом, пользователь выносит средство удаленного управления оператора рабочего органа 5, представленное джойстиком, подключенным к модулю управления обучающей симуляции 1 посредством проводного подключения, из макета кабины 7 и с его помощью управляет движением стреловидного крана мотовоза МПТ6. При этом со средства удаленного управления рабочим органом 5 на модуль управления обучающей симуляции 1 поступает команда на движение крана. Модуль управления обучающей симуляции 1 обрабатывает ее и отправляет ответную команду на средство удаленного воспроизведения обучающей симуляции 6, представленное монитором, который расположен на внешней стене макета кабины 7. В результате пользователь наблюдает за движением крана на средстве удаленного воспроизведения обучающей симуляции 6, представленном монитором. Таким образом, для пользователя моделируется ситуация управления рабочим органом ССПС при нахождении вне кабины.
Также во время работы пользователь может изменить ракурс демонстрируемой обучающей симуляции на средстве удаленного воспроизведения обучающей симуляции 6, представленном монитором, меняя тем самым точку обзора на рабочий орган ССПС. Для этого пользователь нажимает кнопку на средстве удаленного управления оператора рабочего органа 5, представленном джойстиком, и тем самым мануально отправляет команду на изменение демонстрируемой обучающей симуляции в модуль управления обучающей симуляцией 1. Модуль управления обучающей симуляцией 1 получает команду со средства удаленного управления оператора рабочего органа 5 на изменение демонстрируемой обучающей симуляции, обрабатывает данные и отправляет их на средство удаленного воспроизведения обучающей симуляции 6. Средство удаленного воспроизведения обучающей симуляции 6, представленное монитором, получает команду об изменении демонстрируемой обучающей симуляции и изменяет ракурс воспроизведения демонстрируемой обучающей симуляции. В результате пользователь, не меняя своего местоположения, наблюдает на средстве удаленного воспроизведения обучающей симуляции 6, представленном монитором, за рабочим органом ССПС с выбранной точки обзора, которая наиболее удобна и соответствует возможному реальному виду на специальное оборудование. Таким образом, для пользователя создается возможность моделирования ситуации, при которой оператор совершает обход ССПС для выбора наиболее удобного ракурса для последующего управления рабочим органом ССПС при нахождении вне кабины.
В результате обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в обеспечении возможности обучения навыкам управления рабочим органом специального самоходного подвижного состава вне кабины, повышении реалистичности обучения управлению рабочим органом специального самоходного подвижного состава и расширении функционала средств обучения управлению рабочим органом специального самоходного подвижного состава, благодаря чему повышается эффективность обучения бригад специальных самоходных подвижных составов.