Процедурный тренажер для обучения машиниста работе с тормозной системой подвижного состава
PROCEDURAL SIMULATOR FOR TRAINING THE DRIVER TO WORK WITH THE BRAKE SYSTEM OF THE ROLLING STOCK

Изобретение относится к системам обучения управлению железнодорожным транспортом и может быть применено в транспортной промышленности.
В качестве прототипа выбран процедурный тренажер для обучения машиниста работе с тормозной системой подвижного состава, содержащий средство отображения графических данных рабочего места машиниста с органами управления тормозной системой, элементы тормозной системы и центральное устройство управления, выполненное с возможностью регистрации данных, полученных в процессе взаимодействия машиниста с органами управления тормозной системой, и с возможностью отображения этих данных [RU89268U1, дата публикации: 27.11.2009 г., МПК: G09B 9/04].
Недостатком прототипа является невозможность обнаружения совершения машинистом ошибок в процессе обучения его работе с тормозной системой подвижного состава, обусловленная тем, что центральное устройство управления лишено возможности анализа данных, поступающих от органов управления в процессе прохождения машинистом учебного сценария и последующего выявления среди них значений, выходящих за граничные диапазоны, или превышающих установленные нормы, что не позволяет зафиксировать нарушения в действиях машиниста в процессе прохождения им учебного сценария и, как следствие, не только не позволяет машинисту скорректировать его действия в процессе обучения работе с тормозной системой подвижного состава для дальнейшего успешного прохождения им учебного сценария, но и затрудняет процесс анализа ошибок машиниста инструктором после прохождения машинистом учебного сценария, что существенным образом сужает функциональные возможности процедурного тренажера для обучения машиниста.
Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в расширении функциональных возможностей процедурного тренажера для обучения машиниста работе с тормозной системой подвижного состава
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в обеспечении возможности обнаружения центральным устройством управления ошибок, допускаемых машинистом в процессе взаимодействия с органами управления тормозной системой процедурного тренажера для обучения машиниста работе с тормозной системой подвижного состава.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Процедурный тренажер для обучения машиниста работе с тормозной системой подвижного состава содержит средство отображения графических данных рабочего места инструктора, средство отображения графических данных рабочего места машиниста, органы управления тормозной системой, элементы тормозной системы и центральное устройство управления, выполненное с возможностью регистрации данных, полученных в процессе взаимодействия машиниста с органами управления тормозной системой. В отличие от прототипа центральное устройство управления содержит блок распознавания ошибок машиниста, выполненный с возможностью остановки регистрации и сохранения данных, получаемых при взаимодействии машиниста с органами управления тормозной системой при совершении машинистом ошибок, а процедурный тренажер выполнен с возможностью отображения этих данных посредством одного из средств отображения графических данных.
Процедурный тренажер для обучения машиниста работе с тормозной системой подвижного состава содержит рабочие места инструктора и машиниста, снабженные средствами отображения графических данных. Средства отображения графических данных могут быть выполнены в виде одного или нескольких мониторов, проекторов или проекционных экранов и подключены к центральному устройству управления. Также процедурный тренажер содержит элементы тормозной системы, которые могут быть выполнены в виде объемных макетов тормозных устройств подвижного состава.
Средство отображения графических данных рабочего места инструктора обеспечивает отображение данных о прохождении машинистом учебного сценария и иных данных. Средство отображения графических данных рабочего места инструктора может содержать средства ввода учебных сценариев, которые могут быть представлены комплексом функциональных кнопок и/или экраном, в том числе сенсорным.
Средство отображения графических данных рабочего места машиниста обеспечивает отображение путевой обстановки в соответствии с учебным сценарием.
Органы управления тормозной системой подвижного состава обеспечивают возможность формирования сигналов управления и отправки их на центральное устройство управления. Органы управления тормозной системой подключены к центральному устройству управления. Органы управления тормозной системой могут быть представлены контроллерами, кранами, рычагами, кнопками и педалями. Органы управления могут включать в себя, например, кран машиниста, кран вспомогательного тормоза, кран экстренного тормоза, блокировку тормозов, переключатели воздухораспределителей, электропневматический клапан автостопа и другие устройства.
Органы управления снабжены контрольными устройствами, обеспечивающими получение и отправку на центральное устройство управления данных о задействовании машинистом тех или иных органов управления тормозной системой. Контрольные устройства могут быть представлены датчиками и/или электронными измерительными приборами, например датчиками угла поворота и др.
Средства отображения графических данных также выполнены с возможностью отображения данных об ошибках, совершенных машинистом в процессе взаимодействия его с органами управления тормозной системой подвижного состава.
Элементы тормозной системы обеспечивают демонстрацию работы тормозного оборудования подвижного состава и могут быть представлены в виде объемных макетов тормозного оборудования тягового подвижного состава и/или грузового вагона. Макеты элементов тормозной системы тягового подвижного состава могут включать в себя главный и запасный резервуары, резервуар реле давления, резервуар цепей управления, различные клапаны, воздухораспределители, краны машиниста, тормозной цилиндр и воздухопроводы. Макеты элементов тормозной системы грузового вагона могут включать в себя запасный резервуар, тормозной цилиндр, различные воздухораспределители, а также разобщительный и концевой краны. Элементы тормозной системы могут быть снабжены световыми индикаторами, подключенными к центральному устройству управления, и имитирующими распространение воздушной волны внутри элементов тормозной системы подвижного состава. Также элементы тормозной системы могут быть снабжены элементами, управляющими движением штоков тормозных цилиндров для демонстрации их работы в процессе обучения машиниста работе с тормозной системой, которые могут быть представлены сервоприводами или электромагнитами.
Центральное устройство управления обеспечивает управление элементами тормозной системы и регистрацию данных от органов управления тормозной системой и от контрольных устройств, получаемых в процессе взаимодействия машиниста с органами управления тормозной системой, а также выбор учебного сценария. Управление элементами тормозной системы может быть реализовано за счет обработки процессором центрального устройства управления сигналов, поступающих от органов управления тормозной системой и формирования управляющих воздействий на элементы тормозной системы, для имитации распространения внутри них воздушной волны и демонстрации работы тормозных цилиндров за счет движения штоков. Выбор учебного сценария может быть реализован за счет за счет обработки процессором центрального устройства управления сигналов, поступающих от средств ввода при выборе инструктором учебных сценариев.
Также центральное устройство управления обеспечивает моделирование путевой обстановки в соответствии с учебным сценарием и построение графиков процессов, происходящих в тормозной системе, на основании данных, получаемых в процессе взаимодействия машиниста с органами управления тормозной системой, и может быть снабжено для этого блоком моделирования.
Центральное устройство управления снабжено блоком распознавания ошибок машиниста, обеспечивающим обнаружение совершения машинистом ошибок на основании данных, получаемых в процессе взаимодействия его с органами управления тормозной системой, остановку регистрации данных в случае обнаружения ошибки, сохранение этих данных и отправку сигналов на одно из средств отображения графических данных для отображения им данных об обнаруженной ошибке.
Центральное устройство управления может быть выполнено в виде микропроцессорного контроллера с предустановленным в его памяти программным обеспечением. Блок моделирования и блок распознавания ошибок машиниста могут быть представлены в виде логических функциональных блоков, интегрированных в микропроцессорный контроллер. Также центральное устройство управления может содержать базы данных, используемые микропроцессорным контроллером для хранения в них программного обеспечения и учебных сценариев.
Обнаружение совершения ошибок машинистов центральным устройством управления может быть реализовано следующим образом.
Данные, получаемые контрольными устройствами в процессе взаимодействия машиниста с органами управления тормозной системой, регистрируются центральным устройством управления. Среди этих данных присутствуют данные о задействовании машинистом органов управления тормозной системой, которые сравниваются с установленными нормами о необходимых в тот или иной момент прохождения учебного сценария органах управления, и таким образом производится проверка правильности управления машинистом органами управления тормозной системой при прохождении им учебного сценария.
Нормы о необходимых в тот или иной момент прохождения учебного сценария органах управления могут быть представлены в виде условий фиксации ошибки, проверка совпадения с которыми производится блоком распознавания ошибок в процессе сравнения данных.
В случае обнаружения совпадений с условиями фиксации ошибки в процессе сравнения данных, блоком распознавания ошибок фиксируется ошибка, а также определяется ее тип в соответствии с тем условием или группой условий, с которым обнаружено совпадение. Условия фиксации ошибки, а также типы ошибок, соответствующие этим условиям, могут быть представлены в виде таблиц, хранящихся в памяти центрального устройства управления. При фиксации ошибки блок распознавания ошибок машиниста останавливает регистрацию данных центральным устройством управления. Для сохранения данных блоком распознавания ошибок машиниста может производиться отправка сигналов на блок моделирования для формирования им графика процессов, происходящих в тормозной системе до момента остановки регистрации данных.
После сохранения данных, блоком распознавания ошибок производится отправка сигналов на одно из средств отображения графических данных для отображения им данных об обнаруженной ошибке, а также для отображения графиков, сформированных блоком моделирования.
Дополнительно для расширения функциональных возможностей процедурного тренажера, центральное устройство управления может быть выполнено с возможностью задания неисправностей тормозной системы. Для этого средства ввода учебных сценариев могут быть выполнены с возможностью ввода неисправностей, которые могут храниться в базах данных, используемых микропроцессорным контроллером. Неисправности тормозной системы могут быть представлены в виде алгоритма, интегрированного в учебный сценарий, и имитирующего возникновение тех или иных неисправностей тормозной системы в процессе прохождения машинистом учебного сценария.
Изобретение может быть выполнено из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Изобретение характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что центральное устройство управления содержит блок распознавания ошибок машиниста, выполненный с возможностью остановки регистрации и сохранения данных, получаемых при взаимодействии машиниста с органами управления тормозной системой при совершении машинистом ошибок, а процедурный тренажер выполнен с возможностью отображения этих данных посредством одного из средств отображения графических данных.
Совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает возможность распознавания центральным устройством управления ошибок машиниста при взаимодействии его с органами управления тормозной системой и позволяет оценить корректность действий машиниста в процессе прохождения им учебного сценария, а также позволяет машинисту детально изучить процессы происходящие в тормозной системе подвижного состава в случае совершения им ошибок, и при необходимости скорректировать дальнейшие действия в процессе взаимодействия его с органами управления тормозной системой при обучении его работе с тормозной системой подвижного состава.
Благодаря этому обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в, в обеспечении возможности обнаружения центральным устройством управления ошибок, допускаемых машинистом в процессе взаимодействия с органами управления тормозной системой процедурного тренажера для обучения машиниста работе с тормозной системой подвижного состава, тем самым расширяются функциональные возможности процедурного тренажера для обучения машиниста работе с тормозной системой подвижного состава.
Изобретение обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «новизна».
Из уровня техники известен процедурный тренажер для обучения машиниста работе с тормозной системой, у которого центральное устройство управления регистрирует данные, полученные в процессе взаимодействия машиниста с органами управления тормозной системой.
Однако из уровня техники не известен процедурный тренажер, с блоком распознавания ошибок машиниста, который при обнаружении ошибок машиниста регистрирует и сохраняет данные, получаемые при взаимодействии машиниста с органами управления тормозной системой.
Ввиду этого изобретение соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется следующими фигурами.
Фиг. 1 - Функциональная схема процедурного тренажера для обучения машиниста работе с тормозной системой подвижного состава.
Фиг. 2 - Блок-схема, описывающая функционирование процедурного тренажера в процессе обучения машиниста работе с тормозной системой подвижного состава.
Фиг. 3 - Блок-схема, описывающая функционирование процедурного тренажера в процессе обнаружения ошибок блоком распознавания ошибок машиниста.
Фиг.4 - Блок-схема, описывающая функционирование процедурного тренажера в процессе приостановления процесса обучения.
Фиг. 5 - Графики процессов, происходящих в тормозной системе, по оси абсцисс указаны значения времени (с), по оси ординат указаны значения давления в тормозной магистрали и давления в тормозных цилиндрах (МПа), значения продольных сил в сечениях поезда (Па), и изменение профиля.
Фиг. 6 - Процедурный тренажер для обучения машиниста работе с тормозной системой подвижного состава, общий вид.
Для иллюстрации возможности реализации и более полного понимания сути изобретения ниже представлен вариант его осуществления, который может быть любым образом изменен или дополнен, при этом настоящее изобретение ни в коем случае не ограничивается представленным вариантом.
Функциональная схема процедурного тренажера для обучения машиниста работе с тормозной системой подвижного состава содержит:
Центральное устройство 100 управления, содержащее центральный процессор, и снабженное блоком 101 моделирования, блоком 102 распознавания ошибок машиниста, базой ПО учебных сценариев; средство 120 отображения графических данных рабочего места инструктора, представленное в виде компьютерного монитора и снабженное средствами 121 ввода сценариев, представленными в виде окна программного приложения; средство 130 отображения графических данных рабочего места машиниста, представленное в виде широкоформатного монитора, органы 140 управления тормозной системой; комплекс тормозных устройств 150 содержащий тормозные устройства 151 тягового подвижного состава и тормозные устройства 152 грузового вагона; контрольные устройства 160, представленные в виде датчиков задействования органов управления тормозной системой.
Средства отображения графических данных, органы управления тормозной системой, комплекс тормозных устройств и контрольные устройства подключены к центральному устройству 100 управления.
Блок 101 моделирования, блок 102 распознавания ошибок машиниста, база ПО учебных сценариев подключены к центральному устройству 100 управления.
Средства 121 ввода сценариев подключены к средству 120 отображения графических данных рабочего места инструктора.
Органы 140 управления тормозной системой подключены к контрольным устройствам 160.
Изобретение работает следующим образом.
Процесс обучения машиниста работе с тормозной системой подвижного состава реализуется рядом основных этапов, которые представлены блок-схемами на Фиг. 2-4, и включает:
Этап 200, на котором инструктор посредством взаимодействия со средствами 121 ввода сценариев выбирает учебный сценарий из базы 110 учебных сценариев.
Этап 300, на котором средство 130 отображения графических данных рабочего места машиниста производит отображение путевой обстановки по учебному сценарию
Этап 400 обнаружения ошибок блоком 102 распознавания ошибок машиниста реализуется следующим образом:
Этапы 410 и 420, на которых машинистом осуществляется воздействие на органы 140 управления, после чего ими производится отправка сигналов на центральное устройство 100 управления для управления тормозными устройствами 150.
Этап 430, на котором контрольными устройствами 160 при помощи датчиков задействования органов управления тормозной системой, производится сбор данных о задействовании машинистом органов управления тормозной системой.
Этап 440, на котором контрольными устройствами 160 производится отправка данных, собранных на этапе 430, на блок 102 распознавания ошибок машиниста.
Этап 450, на котором блоком 102 производится сравнение данных, собранных контрольными устройствами 160 с таблицей условий фиксации ошибки, хранящейся в памяти блока 102.
Таблица содержит группы условий, соответствующих неправильному управлению машинистом органами управления тормозной системой.
Под неправильным управлением машинистом органами управления тормозной системой подразумевается, например, перевод крана машиниста из положения экстренного положения в отпускное до остановки поезда, в то время как необходимо иное положение крана.
Также под неправильным управлением машинистом органами управления тормозной системой подразумевается, например, перевод машинистом ручки крана вспомогательного тормоза в VI положение вместо III, вследствие чего давление воздуха устанавливается на уровне 0,38-0,40 МПа вместо необходимых 0,10-0,13 МПа.
Помимо этого, под неправильным воздействием машинистом на органы управления тормозной системой с силой ниже необходимой подразумевается, например, перевод ручки крана машиниста в III положение вместо необходимого IV положения, из-за чего происходит перекрыша без питания магистрали, в то время как необходима перекрыша с питанием магистрали сжатым воздухом.
Также таблица содержит типы ошибок, которые могут быть совершены машинистом. Например, таблица содержит такие типы ошибок, как: «Прекращение экстренного торможения до остановки поезда», «Применение крана вспомогательного тормоза при проверке действия тормозов в пути следования» и другие.
В процессе сравнения данных производится проверка выполнения групп условий данной таблицы, соответствующих неправильному управлению машинистом органами управления тормозной системой, и в случае их выполнения, на этапе 460, блоком 102 фиксируется ошибка и ее тип.
В случае невыполнения ни одного из условий или группы условий блок 102 возвращается на этап 450 сравнения данных, собранных контрольными устройствами 160 с таблицей условий фиксации ошибки.
Этап 500, на котором блоком 102 распознавания ошибок машиниста им осуществляется остановка регистрации и сохранение данных, получаемых в процессе взаимодействия машиниста с органами управления тормозной системой, реализуется следующим образом:
Этап 510, на котором блок 101 формирует график процессов, происходящих в тормозной системе, на основании данных, получаемых в процессе взаимодействия машиниста с органами управления тормозной системой.
Этап 520, на котором блок 102 производит остановку формирования графика процессов, происходящих в тормозной системе.
Этап 530, на котором блок 101 производит отправку сформированного графика процессов, происходящих в тормозной системе, на средство 130.
По завершении этапа остановки регистрации и сохранения данных на этапе 600 средством 130 отображается тип совершенной машинистом ошибки и график процессов, происходящих в тормозной системе, до совершения машинистом ошибки, что позволяет детально их изучить и воспользоваться ими для принятия дальнейших решений в процессе обучения управлению тормозной системой тягового подвижного состава.
Таким образом обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в обеспечении возможности обнаружения центральным устройством управления ошибок, допускаемых машинистом в процессе взаимодействия с органами управления тормозной системой процедурного тренажера для обучения машиниста работе с тормозной системой подвижного состава, тем самым расширяются функциональные возможности процедурного тренажера для обучения машиниста работе с тормозной системой подвижного состава.