Автоматизированное рабочее место для обучения расчета топопривязчика
AUTOMATED WORKSTATION FOR THE SURVEYING SYSTEM CREW TRAINING

Изобретение относится к военной технике, а именно к тренажерам для обучения расчетов использованию комплексов топопривязки и навигации в условиях боевого применения.
Известен тренажер для подготовки расчетов комплекса управляемого вооружения (см. патент RU №2328692 С1, F41G 7/00, 10.07.2008 г.), принятый за прототип. Изобретение относится к средствам подготовки операторов комплексов управляемого вооружения и может быть применено в составе учебно-тренировочных средств, в частности, для подготовки расчетов боевых машин зенитных ракетно-пушечных комплексов. Тренажер содержит устройство для имитации визуальной обстановки, рабочие места оператора, командира и инструктора, устройство переговорной связи и аппаратно-программный комплекс для управления процессом обучения. Он выполнен в виде нескольких рабочих модулей, каждый из которых содержит рабочие места оператора и командира, а рабочее место инструктора выполнено в виде отдельного модуля. Пульт командира выполнен в виде видеомонитора, имитаторов органов управления и наведения, контроллера и аппаратно-программного комплекса, выполненного в виде трех персональных электронно-вычислительных машин.
Недостатками тренажера, принятого за прототип, являются:
- высокая сложность оборудования;
- большие габариты учебно-тренировочных средств и необходимость их постоянного технического обслуживания;
- отсутствие возможности реализации переносного автоматизированного рабочего места для обучения;
- отсутствие компактности исполнения, обеспечивающей удобное хранение и транспортирование, в т.ч. вместе с изделием;
- большой объем эксплуатационной документации, которую необходимо изучить перед использованием изделия;
- отсутствие имитации работы топопривязчика в полном объеме, что не позволяет исключить риски, возникающие при эксплуатации неопытным экипажем;
- разобщенность в одном занятии теоретической и практической части;
- недостаточная степень гибкости системы обучения при изменении алгоритма функционирования изделия после модернизации.
Предлагаемым изобретением решается задача по повышению качества подготовки расчетов подвижных комплексов топогеодезической привязки и навигации.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в создании автоматизированного рабочего места для обучения расчета топопривязчика, обеспечивающего подготовку расчета к выполнению основных штатных обязанностей, возникающих при эксплуатации топопривязчика, представление назначения и основных функций топопривязчика, его составных частей, имитацию работы с вычислительными средствами, модульное построение обучающей программы АРМ, содержащей теоретические знания, практическую часть для их закрепления и тест для проверки усвоения знаний по проведенным занятиям, возможность наращивания для доработки при изменении состава или модернизации топопривязчика.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом автоматизированном рабочем месте для обучения расчета топопривязчика, содержащем имитационные устройства, функциональные рабочие места оператора, командира и инструктора, программно-аппаратный комплекс для управления процессом обучения, построенный по модульному принципу, и средства вычислительной техники, новым является то, что автоматизированное рабочее место, включающее в свой состав компьютер-моноблок, используемый для имитации программных интерфейсов, реализованных в топопривязчике, манипулятор-трекбол, USB-накопитель, специальное программное обеспечение и комплект монтажных частей, выполнено с возможностью обеспечения выполнения следующих основных задач: подготовка расчета к выполнению штатных обязанностей, ознакомление с назначением, основными функциями, составными частями топопривязчика, имитация работы с вычислительными средствами топопривязчика, программное обеспечение автоматизированного рабочего места состоит из модулей (занятий), содержащих теоретические знания, практические навыки для их закрепления, тесты для проверки усвоения знаний и справочные материалы, и выполнено с возможностью наращивания для доработки при изменении состава или модернизации топопривязчика, обучающая программа состоит из следующих модулей (занятий): модуль, содержащий описание состава, назначения и технических характеристик топопривязчика, модуль по изучению компоновки и назначения оборудования, размещенного на наружных поверхностях кузова-фургона и шасси, модуль по изучению компоновки и назначения оборудования, размещенного внутри кузова-фургона, модуль по изучению состава, назначения, размещения и функционирования составных частей топопривязчика: навигационной аппаратуры, программно-аппаратного комплекса, спецаппаратуры, выносной аппаратуры, системы связи и передачи данных, системы электроснабжения, системы жизнеобеспечения, оборудования для бытового обеспечения, дополнительного оборудования и принадлежностей, модуль, обучающий навыкам по подготовке топопривязчика к работе, модуль по порядку проведения технического обслуживания, модуль по составу, размещению, компоновке и назначению содержит указание места размещения составной части, выделение области расположения составной части, отображение названия изделия и его описание, модуль по изучению навигационной аппаратуры содержит сведения о работе автономной инерциальной навигационной системы, спутниковой навигационной системы, датчиков скорости, системы определения высоты, модуль по изучению программно-аппаратного комплекса выполнен с возможностью полной имитации возможностей программного обеспечения программно-аппаратного комплекса, раскрытия содержания интерфейсных окон, пошагового обучения работе с программно-аппаратным комплексом при выполнении задач по назначению и содержит описание всех голосовых оповещений и причины их появления, модуль по работе с системой связи и передачи данных содержит описание состава, назначения и порядок работы с системой связи и передачи данных, в т.ч. при формировании и передаче дифференциальных поправок, модуль по подготовке топопривязчика к работе содержит указания водителю по размещению топопривязчика над контрольной точкой, порядок включения/выключения аппаратуры и приведения топопривязчика в рабочее состояние, описание способов проведения начальной выставки дирекционного угла продольной оси топопривязчика и введения начальных координат и высоты.
Включение в состав автоматизированного рабочего места компьютера-моноблока, манипулятора-трекбола, USB-накопителя, специального программного обеспечения позволяет:
- обеспечить формирование защищенного специального программного обеспечения, устанавливающегося и поставляющегося в комплекте с компьютером-моноблоком;
- реализовать компактность исполнения автоматизированного рабочего места, обеспечивающую мобильность, удобство хранения и транспортирования;
- обеспечить управление посредством манипулятора следящим перекрестьем (курсором) на видеомониторе при работе с графической информацией;
- обеспечить накопление, хранение и установку информационных массивов, в частности цифровых карт местности;
- реализовать модульный принцип программирования, позволяющий существенно упростить создание программы, тестирование и отладку отдельных ее компонентов.
Выполнение автоматизированного рабочего места с возможностью обеспечения выполнения следующих основных задач: подготовка расчета к выполнению штатных обязанностей, ознакомление с назначением, основным функциями, составными частями топопривязчика, имитация работы с вычислительными средствами топопривязчика позволяет:
- получить представление о взаимодействии технических средств, которыми оснащен топопривязчик;
- имитировать выполнение комплексом топопривязки и навигации выполнение задач по назначению: получение, обработка всей поступающей с периферийных устройств информации и выдача управляющих команд.
Выполнение программного обеспечения автоматизированного рабочего места по модульному принципу, содержащему теоретические знания, практические навыки для их закрепления и тест для проверки усвоения знаний, с возможностью наращивания для доработки при изменении состава или модернизации топопривязчика позволяет:
- обеспечить полный цикл обучения, контроля знаний и навыков расчета топопривязчика, позволяющий представить необходимый объем информации, объективно и качественно оценить уровень знаний;
- обеспечить полный охват оцениваемых операций боевой работы расчета;
- реализовать методику оценки боевой работы расчета, полученную с учетом требований основных директивных документов об организации боевой подготовки в подразделениях РВ и А;
- создать систему автоматизированной оценки боевой работы расчета топопривязчика, основанную на принципах интеллектуальных технологий;
- максимально учесть «человеческий фактор» и минимизировать связанные с его проявлением ошибки при формировании оценок выполнения операций боевой работы расчетом.
Включение в состав обучающей программы модуля, содержащего описание состава, назначения и технических характеристик топопривязчика, модуля по изучению компоновки и назначения оборудования, размещенного на наружных поверхностях кузова-фургона и шасси, модуля по изучению компоновки и назначения оборудования, размещенного внутри кузова-фургона, модулей по изучению состава, назначения, размещения и функционирования составных частей позволяет:
- получить необходимые сведения по аппаратному составу, назначению приборов и систем;
- оценить возможности всего комплекса оборудования;
- получить практические навыки, необходимые в режиме боевой работы;
- усвоить обязанности каждого члена расчета и определить перечень аппаратуры, находящейся в зоне его ответственности.
Включение в состав обучающей программы модуля, обучающего навыкам по подготовке топопривязчика к работе, позволяет:
- расчету усвоить и закрепить навыки приведения топопривязчика в боевую готовность;
- довести применение этих навыков до автоматизма.
Включение в состав обучающей программы модуля по порядку технического обслуживания позволяет получить знания о видах, объемах, сроках и обязанностях при проведении технического обслуживания.
Включение в состав обучающей программы модуля по изучению навигационной аппаратуры позволяет:
- получить сведения о работе автономной инерциальной навигационной системы, спутниковой навигационной системы, датчиков скорости, системы определения высоты;
- получить представление о комплексировании навигационной информации, полученной от датчиков, работающих на разных физических принципах.
Включение в состав обучающей программы модуля по изучению программно-аппаратного комплекса позволяет:
- реализовать наглядную имитацию возможностей программного обеспечения программно-аппаратного комплекса;
- при пошаговом обучении работе с программно-аппаратным комплексом изучить содержание интерфейсных окон во время выполнения задач по назначению всех голосовых оповещений и причины их появления.
Включение в состав обучающей программы модуля по работе с системой связи и передачи данных позволяет:
- изучить состав, назначение и порядок работы системы связи и передачи данных;
- освоить методику функционирования топопривязчика в режиме контрольно-корректирующей станции.
Включение в состав обучающей программы модуля по подготовке топопривязчика к работе позволяет:
- изучить порядок включения и выключения аппаратуры;
- изучить порядок размещения автошасси топопривязчика над контрольной точкой;
- освоить способы введения начальных координат и высоты;
- освоить способы получения дирекционного угла;
- проверить техническое состояние аппаратуры.
Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не известны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана структурная схема автоматизированного рабочего места, на фиг. 2 - главное окно обучающей программы; на фиг. 3 - список занятий меню «Теоретический курс занятий»; на фиг. 4 - пример слайда из занятия №1; на фиг. 5 - пример вопроса из теста по занятию №1; на фиг. 6 - результат тестирования, фиг. 7 - кнопка «Справка».
Автоматизированное рабочее место (АРМ) для обучения расчета топопривязчика содержит компьютер-моноблок (К-М) 1, манипулятор трекбол (М-Т) 2, USB-накопитель 3, специальное программное обеспечение (СПО 4).
АРМ для обучения расчета топопривязчика функционирует следующим образом. Топопривязчик в своем составе имеет большой перечень аппаратуры, используемой для топопривязки и навигации. Широкий спектр выполняемых задач обеспечивается множеством вычислительных средств, выполненных в виде отдельных блоков. Подготовка расчета по эксплуатационной документации, поставляемой с топопривязчиком, требует много времени. АРМ решает задачу оптимизации способа обучения знаниям и навыкам, необходимым при эксплуатации топопривязчика.
АРМ обеспечивает выполнение следующих основных задач: подготовка расчета к выполнению основных штатных обязанностей, регламентированных нормативной документацией, ознакомление с назначением топопривязчика и его составных частей, имитация работы расчета с вычислительными средствами. Обучающая программа АРМ состоит из модулей (занятий), содержащих теоретические знания по топопривязчику, практическую часть для их закрепления, и тестов для проверки усвоения знаний по проведенным занятиям. При изменении состава или модернизации топопривязчика программное обеспечение имеет возможность наращивания для доработки.
Обучающая программа АРМ состоит из следующих модулей (занятий): модуль, содержащий описание состава, назначения и технических характеристик топопривязчика, модуль по изучению компоновки и назначения оборудования, размещенного на наружных поверхностях кузова-фургона и шасси, модуль по изучению компоновки и назначения оборудования, размещенного внутри кузова-фургона, модуль по изучению состава, назначения, размещения и функционирования составных частей: навигационной аппаратуры, программно-аппаратного комплекса, спецаппаратуры, выносной аппаратуры, системы связи и передачи данных, системы электроснабжения, системы жизнеобеспечения, оборудования для бытового обеспечения, дополнительного оборудования и принадлежностей, модуль, обучающий навыкам по подготовке топопривязчика к работе, модуль по порядку проведения технического обслуживания. В модулях по составу, размещению, компоновке и назначению присутствует указание места размещения составной части, выделение области ее расположения, отображение названия и технического описания. Модуль по работе с навигационной аппаратурой дает сведения о работе автономной инерциальной навигационной системы, спутниковой навигационной системы, датчиков скорости: механического и доплеровского, системы определения высоты. Модуль по работе с программно-аппаратным комплексом обеспечивает полную имитацию специального программного обеспечения программно-аппаратного комплекса, раскрытие содержания интерфейсных окон, пошаговое обучение работе с программно-аппаратным комплексом при выполнении задач по назначению, описание всех голосовых оповещений и причины их появления. При этом при изучении программно-аппаратного комплекса рассматривается состав, действия при первом запуске, в режиме «Навигация» и в режиме «Состояние» и «Работа с картой», решение специальных задач в режиме «Сервисные задачи». Модуль по работе с системой связи и передачи данных содержит описание состава и назначения системы связи и передачи данных, порядок работы с системой связи и передачи данных при формировании дифференциальных поправок. Модуль по подготовке топопривязчика к работе содержит указания водителю по размещению топопривязчика над контрольной точкой, порядок включения/выключения аппаратуры и приведения топопривязчика в рабочее состояние, описание способов проведения начальной выставки дирекционного угла продольной оси топопривязчика: обычная выставка инерциальной навигационной системы, ручной ввод по известному углу или выставка по сохраненному углу и введения начальных координат и высоты: ручной ввод или введение данных автоматически с аппаратуры спутниковой навигации.
Подход к организации обучающего АРМ подразумевает разработку защищенного СПО 4, устанавливающегося и поставляющегося в комплекте с К-М 1. Переносимость стенда позволяет проводить обучение на изделии без выработки его ресурса. Такой подход обеспечит максимальную наглядность при ознакомлении с эксплуатационными свойствами топопривязчика. Компактность исполнения обеспечивает удобное хранение и транспортирование. В качестве К-М 1 используется моноблок HP ProOne 400 - компьютер, выполненный в едином корпусе вместе с монитором. В составе обучающего АРМ предназначается как платформа для запуска обучающего СПО 4 и частично имитирует панельный компьютер «Орион ПК-123-ФК28» из состава программно-аппаратного комплекса топопривязчика. М-Т 2 предназначен для управления следящим перекрестьем (курсором) на видеомониторе при работе с графической информацией. USB-накопитель 3 представляет собой одноплатную носимую микро-ЭВМ со встроенным накопителем, доступ к нему возможен по интерфейсам Ethernet или RS-232C. В качестве операционной системы, на которой будет запускаться обучающее программное обеспечение, выбрана Astra Linux Common Edition 111. Данная ОС сертифицирована в системе сертификации средств защиты информации по требованиям безопасности информации Министерства Обороны РФ. Для сборки проекта обучающего программного обеспечения был выбран встроенный в набор Astra Linux компиляторов GCC, отладка проекта проводилась с помощью отладчика gdb. Причины выбора компилятора GCC и отладчика gdb: полная совместимость со всеми версиями операционной системы Astra Linux, простота сборки написанных в текстовом редакторе проектов, модульный принцип программирования, позволяющий существенно упростить создание программы, тестирование и отладку отдельных ее компонентов.
Интерфейс обучающей программы создан с использованием тех же библиотек, которые применялись при разработке программно-аппаратного комплекса топопривязчика. Главное окно обучающей программы создано в виде рабочего поля с фоном и небольшим меню из четырех кнопок «Теоретический курс занятий», «Практический курс занятий», «Пройти тестирование» и «Справка». Краткая информация по эксплуатации программы и обозначениям, применяемым в ней, приведены в окне, вызываемом при нажатии на кнопку «Справка». В меню «Теоретический курс занятий» содержится список занятий, материал в которых объединен общей темой. Первое занятие называется «Общий состав, назначение и технические характеристики изделия», в нем дается вводный теоретический материал о топопривязчике, необходимый для изучения перед проведением занятий по обучению эксплуатации и выполнению задач на топопривязчике. Внутри теоретических занятий, для лучшего усвоения материала, теоретическая информация, схемы, таблицы и изображения разбиты на слайды. По завершении каждого занятия обучаемому предлагается пройти тестирование для проверки усвоенных знаний. Тест содержит 10 вопросов по материалу, представленному в занятии, при ответе на заключительный вопрос система тестирования выдает результат тестирования, общее количество вопросов и количество правильных ответов.
Таким образом, в предлагаемом изобретении решена задача по достижению технического результата, обеспечивающего подготовку расчета к выполнению основных штатных обязанностей, возникающих при эксплуатации топопривязчика, представление назначения и основных функций топопривязчика, его составных частей, имитацию работы с вычислительными средствами, модульное построение обучающей программы АРМ, содержащей теоретические знания, практическую часть для их закрепления и тест для проверки усвоения знаний по проведенным занятиям, возможность наращивания для доработки при изменении состава или модернизации топопривязчика.