ИНТЕРАКТИВНАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ОБУЧЕНИЯ ПО ПРОФЕССИЯМ ОПЕРАТОРОВ СОРТИРОВОЧНОЙ ГОРКИ
INTERACTIVE AUTOMATED TRAINING SYSTEM FOR PROFESSIONS OF HUMP YARD OPERATORS

Изобретение относится к автоматизированным интерактивным системам обучения, а именно к программно-аппаратным тренажерным комплексам, которые позволяют моделировать работу сортировочной горки железнодорожной станции, устройств электрической централизации и движение подвижных единиц.
Изобретение может быть использовано для отработки навыков роспуска в режиме ручного роспуска и в условиях функционирования систем КСАУ СП (Комплексная система автоматизации управления сортировочным процессом), ГАЦ (горочная автоматическая централизация), КГМ (Комплекс горочный микропроцессорный) на рабочих местах ДСПГ (дежурный по сортировочной горке), оператора 2-й тормозной позиции и оператора поста резервного управления (ПРУ) сортировочной горки.
Уровень техники
Из уровня техники известно решение по патенту № 2720342 «Программно- аппаратный комплекс», правообладатель – Федеральное государственное казенное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородская академия Министерства внутренних дел Российской Федерации". Изобретение относится к области технических средств обучения, касается программно-аппаратного комплекса, который предназначен для проверки и развития аналитического мышления обучаемых. Программно-аппаратный комплекс содержит устройство для выхода в Интернет, центральный сервер, рабочее место администратора, демонстрационные мониторы, рабочие места обучаемых. При этом устройство для выхода в интернет соединено с центральным сервером. Центральный сервер соединен через локальную сеть с рабочим местом администратора и с каждым рабочим местом обучаемого. Рабочее место администратора включает персональный компьютер, на котором установлена специально разработанная программная оболочка, и монитор. Рабочее место администратора соединено с демонстрационными мониторами и с рабочими местами обучаемых. Каждое рабочее место обучаемых оборудовано персональным компьютером, на котором установлена специально разработанная программная оболочка, и тремя мониторами, установленными горизонтально в ряд на одной крепежной стойке. На центральном сервере размещены базы данных, с которыми взаимодействует программная оболочка, установленная на компьютере администратора и на компьютерах обучаемых, а именно: база пользователей, база фабул, база организаций, база фиксированных результатов. Программная оболочка содержит три информационных блока «Новостная лента», «Виды оперативно-розыскных мероприятий», «Схема криминальных связей», которые отображаются на экранах мониторов, которыми оборудованы рабочие места обучаемых. База фабул взаимодействует с информационным блоком программной оболочки «Новостная лента», обновляемой через Интернет, посредством устройства для выхода в Интернет, а также с информационным блоком «Виды оперативно-розыскных действий». База организаций взаимодействует с информационным блоком программной оболочки «Виды оперативно-розыскных действий». База фиксированных результатов взаимодействует со всеми блоками программной оболочки.
Также известно техническое решение «Интерактивная автоматизированная система обучения» по патенту на изобретение № 2630441, правообладатели – Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" и Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики". Изобретение относится к автоматизированным средствам обучения. Интерактивная автоматизированная система обучения содержит по крайней мере один программно- аппаратный комплекс , поддерживающий в режиме диалога автоматизированные циклы обучения и контроля знаний обучающихся, который выполнен в виде управляющего модуля вычислительной системы, снабженного программным обеспечением системы и имеющего информационные входы и выходы, модуль индивидуального и/или группового обучения , при этом модуль индивидуального и/или группового обучения содержит не менее одного модуля объектов, который включает в себя не менее одного источника питания и не менее одного электронного прибора, один из входов которого соединен с соответствующим выходом источника питания, при этом каждый электронный прибор имеет разъемы для возможности подключения их между собой, а второй и последующие электронные приборы имеют возможность подключения к соответствующим выходам соответствующих источников питания, причем каждый электронный прибор и источник питания имеют органы управления с анимационно-графическим материалом, программными кодами и интерактивными зонами, соединенные двунаправленными линиями связи с информационными входами и выходами управляющего модуля вычислительной системы. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности мероприятий обучения , особенно при поступлении в эксплуатацию новых и модернизированных образцов техники, в целях обеспечения точного и безошибочного выполнения ответственных операций обслуживающим персоналом в процессе эксплуатации (ремонта и технического обслуживания) современных сложных электронных приборов и технических систем.
Также близким к заявленному техническим решением является техническое решение, представленное в патенте на изобретение №2430427 «Тренажер для обучения машинистов локомотива». Изобретение относится к тренажерам для обучения машинистов локомотивов и может быть использовано для обучения вождению одиночных и соединенных поездов. Технический результат, на достижение которого направлено создание данного изобретения, заключается в расширении функциональных возможностей известных тренажеров путем обеспечения возможности обучения машинистов вождению не только одиночных, но и соединенных поездов. Технический результат достигается тем, что тренажер для обучения машинистов локомотивов, содержащий связанные между собой модуль рабочего места инструктора с органами выбора заданий и управления обучением , элементами индикации и контроля действий машиниста, а также элементами для имитации поездной радиосвязи, блок моделирования с модулями моделей различных систем локомотива, поезда и пути, модуль рабочего места машиниста локомотива с органами управления, элементами индикации, а также элементами имитации поездной радиосвязи, снабжен модулем рабочего места машиниста второго локомотива соединенного поезда с элементами индикации, элементами имитации поездной радиосвязи и органами управления, связанными с элементами дистанционного управления системы автоматизированного ведения соединенного поезда, причем блок моделирования дополнительно снабжен модулем модели системы автоматизированного ведения соединенного поезда.
Раскрытие изобретения
Изобретение относится к программно-аппаратным тренажерным комплексам, и может быть использовано для обучения и отработки навыков роспуска в режиме ручного роспуска и в условиях функционирования систем КСАУ СП (Комплексная система автоматизации управления сортировочным процессом), ГАЦ (горочная автоматическая централизация), КГМ (Комплекс горочный микропроцессорный) на рабочих местах ДСПГ (дежурный по сортировочной горке), оператора 2-й тормозной позиции и оператора поста резервного управления (ПРУ) сортировочной горки.
Технический результат, достигаемый заявленным техническим решением, заключается в повышении эффективности обучения и отработки навыков роспуска в режиме ручного роспуска и в условиях функционирования автоматизированных систем за счет развития у обучающихся умения грамотно и своевременно принимать решения в различных производственных ситуациях, включая нестандартные и аварийные.
Технический результат достигается тем, что система обучения позволяет моделировать и имитировать работу систем и устройств, расположенных на горочном посту сортировочной станции максимально близко к их реальным характеристикам, а также позволяет отработать действия обучающегося на пультах управления близким к реальным.
В качестве органов управления используются интерактивные панели имитирующие пульты рабочих мест ДСПГ (дежурного по сортировочной горке), Оператора 2-й тормозной позиции и Оператора ПРУ (поста резервного управления), которые являются копией реальных пультов, расположенных на горочном посту сортировочной станции. Подсистема визуализации обеспечивает создание максимально приближенной к реальности визуальной обстановки на горочном посту сортировочной станции.
Общая схема расположения элементов автоматизированной системы при условии наличия трех рабочих мест для обучающихся (вид сверху) приведена на Фиг. 1. Автоматизированная система обучения включает рабочее место «Преподаватель» (1), рабочее место «ДСПГ», «Оператор 2-й тормозной позиции» или «Оператор ПРУ» (2) и Подсистему визуализации (3), часть элементов которой расположены на рабочих местах (2).
Схема размещения основного функционального оборудования  и рабочих мест при условии наличия трех рабочих мест для обучающихся представлена на Фиг.2.
Рабочее место «Преподаватель» позволяет управлять работой тренажера, вносить корректировки в процессе выполнения задания, просматривать протоколы работы обучаемых.
Рабочее место «Преподаватель» обеспечивает следующий функционал:
- возможность выбора условий и задания на обучение;
- возможность программного наблюдения за действиями обучающегося;
- возможность задания неисправностей технических средств:
- возможность задания отказа радиосвязи, поломки устройств сигнализации центральной и блокировки;
- возможность задания типовых и нестандартных ситуаций;
- возможность управления проходящими отцепами, задание скорости движения, световой и звуковой сигнализации;
- возможность влияния на ход тренировки в любой момент времени;
- возможность задания погодных условий, времени суток, времени года;
- возможность распечатки протокола тренировки с ошибками и рекомендациями.
Рабочее место «Преподаватель» состоит из следующих аппаратных элементов:
1) Персональный компьютер со следующими минимальными характеристиками:
HP ProDesk 600 G5 SFF / Platinum 180WG5 JBK / i5-9500 / 8GB / 500GB HDD / W10p64 / DVD-WR / AMD Radeon RX 550X 4GB LP DP+HDMI PCIe x16 / 3yw / USB Slim kbd / mouseUSB / SD CardReader / HP HDMI Port / DP->HDMI Adapter (32866379) в количестве с 1 штука.
На компьютере установлено специализированное программное обеспечение (ПО), входящее в подсистему визуализации.
Допускается использование компьютера, характеристики которого превосходят указанные.
2) Монитор, HP N246v Monitor (3NS59AA) в количестве 2 штуки (4).
Допускается использование монитора, характеристики которого превосходят характеристики указанной модели.
3) Наушники SVEN AP-G828MV в количестве 1 пара.
Допускается использование наушников, характеристики которого превосходят     характеристики указанной модели.
Рабочее место обучающегося может быть представлено одним из рабочих мест «ДСПГ», «Оператор 2-й тормозной позиции» или «Оператор ПРУ» (2), которое позволяет имитировать реальные действия сотрудника сортировочной горки.
Каждое рабочее место ДСПГ», «Оператор 2-й тормозной позиции», «Оператор ПРУ» обеспечивает следующий функционал:
- воспроизведение методом электронной имитации на экранах горочной горловины сортировочного парка в пределах реальной ее видимости и движения отцепов по спускной части горки (для горочного поста) и парковой части (для операторов ПРУ);
- отображение динамики движения одиночных вагонов и отцепов из нескольких вагонов по горочной горловине в процессе скатывания с учетом влияния на сопротивление движению случайных факторов;
- имитацию управления движением отцепов с пультов – физической копии реальных пультов на рабочих местах операторов сортировочной горки станции, выполненных с помощью компьютерного моделирования;
- генерацию сортировочных листков на составы, подлежащие расформированию;
- изменение скорости надвига состава на горку по мере приобретения обучающимся лицом навыков управления горочными устройствами;
- имитацию управления виртуальными замедлителями на горке с использованием кнопочных коммутаторов на пульте операторов сортировочной горки (прицельное и интервальное торможение);
- имитацию отказов в работе стрелочных переводов, требующих действий оператора в нестандартных условиях роспуска вагонов;
- имитацию выключения отдельных замедлителей для выполнения виртуальных плановых видов ремонта;
- имитацию сигнала СТОП на горочном светофоре для временной приостановки роспуска вагонов при нестандартных ситуациях;
- фиксирование фактов соударения вагонов с повышенной скоростью и запусков вагонов на пути, не соответствующие их первоначальному назначению;
- обучение работников управлению при параллельном роспуске;
- имитацию проведения маневровых работ;
В качестве органов управления использованы пульты рабочих мест ДСПГ, оператора 2-й тормозной позиции, оператора ПРУ, которые являются копией реальных пультов, расположенных на горочном посту и ПРУ сортировочной станции. Технически это реализовано с помощью интерактивной панели.
Рабочее место «ДСПГ», «Оператор 2-й тормозной позиции», «Оператор ПРУ» (2) состоит из следующих аппаратных элементов:
1) Персональный компьютер с указанными характеристиками:
HP ProDesk 600 G5 SFF / Platinum 180WG5 JBK / i5-9500 / 8GB / 500GB HDD / W10p64 / DVD-WR / AMD Radeon RX 550X 4GB LP DP+HDMI PCIe x16 / 3yw / USB Slim kbd / mouseUSB / SD CardReader / HP HDMI Port / DP->HDMI Adapter (32866379) в количестве 1 штука.
На компьютере установлено специализированное программное обеспечение (ПО), входящее в подсистему визуализации.
Допускается использование компьютера, характеристики которого превосходят указанные.
2) Монитор, HP N246v Monitor (3NS59AA) в количестве 1 штука (5).
Допускается использование монитора, характеристики которого превосходят характеристики указанной модели.
3) Наушники SVEN AP-G828MV в количестве 1 пара.
Допускается использование наушников, характеристики которого превосходят        характеристики указанной модели.
4) Интерактивная панель подсистемы визуализации в количестве 1 штука, с минимальными характеристиками указанными далее.
5) Кронштейн для вышеуказанной интерактивной панели, характеристики которого указаны далее в количестве 1 штука.
Подсистема визуализации обеспечивает создание максимально приближенной к реальности визуальной обстановки на горочном посту сортировочной станции.
Подсистема визуализации обеспечивает показ района местности, включающей:
- различимые ландшафтные объекты (городские и сельские строения, растительность и др.);
- железнодорожный путь и строения;
- объекты железнодорожной инфраструктуры.
В подсистеме визуализации обеспечивается отображение следующих типовых объектов:
- горочная горловина сортировочного парка в пределах реальной ее видимости;
- спускная часть горки (для горочного поста);
- парковая часть (для операторов ПРУ);
- подвижной состав (локомотивы, вагоны);
- вагонные замедлители;
- светофоры;
- технологическое оборудование необходимое для сортировочной горки.
Оборудование подсистемы визуализации:
1) Интерактивная панель iiyama ProLite TF5538UHSC-B2AG как минимум в количестве 1 штука (6).
Допускается использование интерактивной панели, характеристики которой превосходят характеристики указанной модели.
2) Кронштейн ONKRON NN16 для интерактивных панелей iiyama ProLite TF5538UHSC-B2AG как минимум в количестве 1 штука (соответствует количеству интерактивных панелей). Допускается использование кронштейна, характеристики которого превосходят характеристики указанной модели.
3) LCD (жидкокристаллическая) панель VW55-500-3.5 в количестве 6 штук (7).
Допускается использование жидкокристаллической панели, характеристики которой превосходят характеристики указанной модели.
4) Кронштейн Omnimount OC150F для панелей АМС LCD панель VW55-500-3.5 – в количестве 6 штук. Допускается использование кронштейна, характеристики которого превосходят характеристики указанной модели.
5) АРМ визуализации GODWIN SB 160 i5 9500/CIO/iH310/16G4_2666/1xSSD500TLCS/RTX206S_8GB/600W/MNSC/W10_P64/G2CARL3 – 2 штуки. Допускается использование устройства, характеристики которого превосходят характеристики указанной модели.
6) АРМ визуализации GODWIN SB 150 i3-7100/CIO/iH110/8G4_2666/1xSSD256TLC/IHDG/450W/MNSC/W10_P64/G1CARL3 – 1 штука. Допускается использование устройства, характеристики которого превосходят характеристики указанной модели.
7) Комплект кабелей подсистемы визуализации – 1 штука.
8) Специализированное ПО, устанавливаемое на АРМ и на персональные компьютеры с учетом разграничения прав пользователей.
Специализированное ПО – Программное обеспечение, обеспечивающее визуализацию вышеперечисленных типовых объектов, районов местности, а также позволяющее моделировать и имитировать процесс работы сортировочной горки с заданными параметрами. В частности, оптимальным является использование программы для ЭВМ № 2021611445 «Тренажер работников сортировочной горки». Использование программ с аналогичными характеристиками допустимо, но требует дополнительных работ, направленных на тестирование корректной работы программно-аппаратного комплекса.
Для обеспечения работоспособности аппаратно-программного комплекса предусмотрены внешняя система электропитания и структурированная кабельная система, состоящие из:
1) АМЕ Т/Р-22U-600х1000-(RAL 9005)-П/П Шкаф напольный 19", 22U (ВхШхГ 1080x600х1000 мм), передняя и задняя распашные перфорированные двери) – 1 штука.
2) Управляемый коммутатор CSS326-24G-2S+RM – 1 штука;
3) Источник бесперебойного питания APC рековый 2U SMC2000I-2URS – 1 штука;
4) ИБП APC BE850G2-RS Back-UPS 850ВА, 520ватт, 230В, 6 розеток с батарейной защитой и 2 с сетевой фильтрацией, порт для зарядки USB Type-C and A – 4 штуки;
5) Монтажный комплект структурированной кабельной системы и электропитания – 1 штука.
Допускается использование элементов и устройств, характеристики которых превосходят характеристики указанных моделей.
Осуществление изобретения
Интерактивная автоматизированная система обучения по профессиям операторов сортировочной горки работает в двух основных режимах:
1) Режим обучения – обучающиеся получают задания и выполняют их под руководством преподавателя.
2) Режим экзамена – преподаватель, в явном виде не вмешивается в процесс выполнения задания обучающимся и контролирует результаты выполнения заданий в заданных технологических ситуациях.
В системе осуществляется управление процессом обучения, посредством формирования задания и выдачу обучаемым соответствующих документов, ввода неисправностей и создания нестандартных ситуаций при выполнении обучающимся полученного задания. Осуществлена возможность проведение как индивидуального, так и группового обучения. Осуществлена возможность получения отчета после тренировочного занятия, а также ведение статистики результатов каждого обучающегося.
Автоматизированная система позволяет отработать следующие технологические ситуации:
• ремонт тормозной позиции и/или отдельных вагонных замедлителей;
• перетормаживание отцепов;
• замедленный перевод стрелки;
• не подход остряка к рамному рельсу;
• нагон одного отцепа другим;
• перетормаживание отцепов на сортировочной горки;
• изменение программы роспуска в соответствии с указаниями ДСПГ;
• отказ в работе стрелочного радиотехнического датчика (РТД-С);
• саморасцеп автосцепок вагонов;
• роспуск вагонов, содержащих посторонние примеси на колесных парах;
• нерасцеп во время роспуска в автоматическом режиме КСАУ СП;
• нарушение нормальной работы КСАУ СП;
• аварийная ситуация с опасным грузом;
• нарушение условий погрузки и крепления и груза;
• остановка вагона в негабаритном месте;
• осаживание вагонов с противоположного конца сортировочного парка в сторону горки (несогласованное);
• несогласованный выезд локомотива из сортировочного парка на горку;
• откат одиночных вагонов из сортировочного парка в сторону горки при осаживании состава;
• самопроизвольное движение вагонов в сторону горки из сортировочного парка под действием силы ветра;
• съем вагонов, запрещённых к роспуску с горки (транспортер, газовая цистерна);
• выдавливание вагона на вагонных замедлителях;
• самопроизвольная остановка отцепов на спускной части горки;
• соединение вагонов в кривом участке пути или на стрелочном переводе спускной части горки;
• неблагоприятное сочетание отцепов («плохой» бегун - «хороший» бегун);
Система обучения формирует отчет по результатам тренировки с перечислением допущенных нарушений и условий выполнения задания.
Пример использования изобретения.
В процессе обучения оператора сортировочной горки занятие может проходить с использованием описанной интерактивной автоматизированной системы обучения. При этом, на занятии присутствует преподаватель, находящийся на рабочем месте системы «Преподаватель», и как минимум один учащийся, находящийся на рабочем месте «ДСПГ», «Оператор 2-й тормозной позиции», «Оператор ПРУ». В начале занятия формируется и выдается задание обучаемому, в программу вводятся параметры неисправностей, которые обеспечивают тренировку действий обучающегося в нестандартных ситуациях.
Взаимодействие с системой происходит через интерактивную панель, имитирующую заданные условия. Подсистема визуализации обеспечивает наглядную демонстрацию происходящих действий, в зависимости от действий, реализованных через интерактивную панель.
В случае использования режима обучения преподаватель показывает, направляет и объясняет действия, которые необходимо совершить обучающемуся для успешного разрешения ситуации. В конце занятия обучающийся получает отчет с результатами тренировки с перечислением допущенных нарушений и условий выполнения задания.
Получение отчета позволяет обучающемуся знать разделы области обучения, которые необходимо дополнительно изучить.
В случае использования режима экзамена преподаватель наблюдает и контролирует действия обучающегося. После выполнения задания преподаватель выставляет итоговый балл за выполнение задания, при этом руководствуется отчетом, в котором перечислены допущенные нарушения и условия выполнения задания.
Основываясь на статистике баллов каждого обучающегося, можно сделать вывод об уровне обладания им навыков управления сортировочной горкой, в том числе в нестандартных и аварийных ситуациях.