Классификация технических средств и обучающих систем

Лысенко А.В., Рыбакова. О.А, Лапшин Э.В. , Алмаметов В.Б.

КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И ОБУЧАЮЩИХ СИСТЕМ

В данной статье рассматриваются компьютерные технические средства обучения (ТСО), разделяемые на две группы: теоретического и практического обучения, и имитаторы КТС централизованной архитектуры.

ТСО теоретического обучения в настоящее время, основываются на подготовке специалистов с применением традиционных и компьютерных систем обучения. Теоретические знания необходимы для подготовки специалистов высокого класса, так как они дают возможность осмысленности своей практических деятельности и принятия решений в непредвиденных случаях.

ТСО практической подготовки предназначены, прежде всего, для привития умений и навыков, полученных при теоретическом обучении. Они включают в себя как тренажеры, так и образцы авиационной техники и полигоны. Примером данной подготовки может служить обучения пилотированию легкого самолета. Вначале, обучаемый проводит тренировки на процедурном имитаторе (приборная доска и центральный дисплей, пульт кнопочного управления, ручка управления самолётом и ручка управления двигателем). Далее обучение происходит на специализированном тренажёре (добавляется имитатор визуальной обстановки, имитатор подвижности, более мощная вычислительная система).

В практическом обучении наряду со стационарными специализированными тренажерами применяются мобильные специализированные тренажёры, а также авиационные оперативно - тактические тренажеры.

В представленные имитаторы КТС централизованной архитектуры входят имитаторы физических факторов полета (маневренный одноместный самолет), имитаторы навигационной обстановки, навигационного комплекса, системы ручного управления, системы автоматического управления (САУ) (пилотажнонавигационный комплекс), имитатор радиолокационного комплекса и вооружения, а также системы контроля и управления КТС. Изображенный на рисунке специализированный пилотажный тренажёр, позволяет убедиться в необходимости использования моделей динамического полета, силовой установки и самолётных систем.

Однако проблемы стоимости, габаритов, надёжности, эксплуатационной технологичности для таких стендов не являются столь острыми, как для АТ (исследовательские и испытательные моделирующие стенды являются обычно уникальными и создаются крупными самолётостроительными фирмами, научными и испытательными центрами).

1.2. Классификация технических средств и обучающих систем

Прежде чем углубляться в теоретические вопросы и концепции, целесообразно очень кратко рассмотреть облик компьютерных авиационных ТСО.

В самом общем плане ТСО можно разделить на две группы, одна из которых предназначена для теоретического обучения, другая - для практической подготовки (рис. 1.8).

ТСО теоретического обучения

Компьютерные ТСО теоретического обучения, как и традиционные (плакаты, макеты, диапроекторы, мнемосхемы, кинопроекторы), обычно сосредоточиваются в учебных классах. Это связано с организацией учебного процесса, когда один преподаватель или инструктор руководит подготовкой группы обучаемых. Это обусловлено целесообразностью совместного использования компьютерных и традиционных ТСО в виде макетов, препарированных образцов техники и др. В случае использования центральных мини ЭВМ, больших ЭВМ, экранов коллективного пользования это диктуется аппаратными средствами. Наконец, в случае применения полунатурного моделирования, когда компьютеры информационно связаны с реальными агрегатами, действующими макетами, "классная структура" является обычно единственно возможной по экономическим и другим условиям.

В последний период персональные компьютеры (ПЭВМ, рис.1.9,а), ПЭВМ с дополнительными интерфейсами, аппаратурой (персональные станции, ППЭВМ, рис.1.9,б) , локальные сети ПЭВМ (рис.1.9,в) стали основным видом компьютерных средств классов теоретической подготовки. К такому выводу приводит как имеющийся опыт, так и то, что современные ПЭВМ обладают большим объёмом оперативной и внешней памяти, достаточно высоким быстродействием, графическими цветными дисплеями, развитым стандартным программным обеспечением на алгоритмических языках высокого уровня, совместимостью между собой и с большими ЭВМ, высокой надёжностью.

Современные КТС представляют собой, сложные дорогостоящие системы.

Еще более сложными могут быть тренажеры групповых действий (авиационные оперативно - тактические тренажёры). Они предназначены для отработки лётной слётанности, групповых действий в составе пары, звена, эскадрильи и т.д., а также управления воздушным движением.

Рис. 1.8 Структура компьютерных авиационных ТСО

Шь

б)

в)

Рис. 1.9 Компьютерные средства классов теоретической подготовки

Сопоставление классов на базе IIЭВМ с классами на основе центральной миниЭВМ, терминалов обучаемых и преподавателя показывает преимущество классов на основе ПЭВМ почти по всем показателям.

Теоретическая подготовка, как известно, имеет первостепенное значение для профессиональной деятельности. Она позволяет принимать правильные решения в непредвиденных обстоятельствах, делает практическую профессиональную деятельность осмысленной, что отвечает естественным психологическим потребностям человека. Таким образом, теоретическая подготовка способствует мотивации высокого уровня.

Компьютерные ТСО практической подготовки

ТСО практической подготовки предназначены прежде всего для привития умений и навыков обучаемому. Применительно к ТСО подготовки лётных экипажей это - навыки и умения управления, операторской деятельности. Операторскую деятельность обычно можно расчленить на отдельные процедуры, операции, действия. Отсюда возникает возможность применения целой гаммы ТСО практической подготовки. На нижнем уровне практической подготовки (первичной практической подготовки) могут использоваться те же компьютерные классы, что и при теоретической подготовке. Далее следуют тренажёры: процедурные, специализированные, комплексные, групповые (оперативно-тактические), бортовые (рис. 1.8). В некоторых вариантах классификации процедурные и специализированные тренажёры объединяются в одну категорию специализированных, в других, напротив, применяется большее число категорий ТСО практического обучения.

Примерный состав процедурного тренажера (ПТ), предназначенного для обучения пилотированию лёгкого самолёта по приборам: рабочее места обучаемого, пульт инструктора, компьютерная часть ПТ (вычислитель ) . Перед обучаемым располагается имитатор приборной доски с электромеханическими указателями приборов и центральным дисплеем, а также пульт кнопочного управления, ручка управления самолётом и ручка управления двигателем.

В специализированном тренажёре дополнительно к только что перечисленным системам имеются имитатор визуальной обстановки, имитатор акселерационных эффектов (имитатор подвижности), навигационный планшет инструктора, более мощная вычислительная система. Образец специализированного авиационного тренажёра представлен на рис. 1.10.

Рис. 1.10 Специализированный авиационный тренажёр

Распечатать файл "Рис. 1.10".

Наряду со стационарными специализированными тренажерами (СТ) применяются мобильные СТ [1.11]. Комплексные АТ (КТС) также могут выполняться мобильными.

КТС прошли уже длительный путь развития. В отечественном тренажёростроении сменилось три базовых конструкции КТС, основанных на использовании аналоговой вычислительной техники.

На рис.1.11 представлен КТС четвертой базовой конструкции централизованной архитектуры с неподвижной кабиной. Здесь 1 - макет аэродрома телевизионной системы имитации визуальной обстановки, 2 -видеоконтрольное устройство этой системы, 3 - макет местности, 4 - кабина тренажера, 5 - стойка сопряжения управляющей цифровой вычислительной системы (УЦВС) с аналоговой аппаратурой, 6 - шкаф централизованного питания, 7 - имитаторы бортовых систем, 8 - аппаратура передачи данных, 9 - ре-

гистрирующее устройство, 10 - рабочее место инструктора, 11 - УЦВС.

Современные КТС представляют собой, сложные дорогостоящие системы.

Еще более сложными могут быть тренажеры групповых действий (авиационные оперативно - тактические тренажёры). Они предназначены для отработки лётной слётанности, групповых действий в составе пары, звена, эскадрильи и т.д., а также управления воздушным движением.

Подобные тренажёрные комплексы создаются следующими основными путями:

посредством электронного "подыгрыша" (автоматической имитации) групповых действий;

посредством создания центров, где модификационные КТС, расположенные в одном задании, объединяются в тренажёрные комплексы групповой подготовки;

посредством объединения через информационные сети удалённых друг от друга КТС, расположенных, в

частности, в центрах подготовки лётного состава и строевых частях.

Несколько слов следует сказать об упомянутых на рис. 1.8 бортовых тренажёрах. Обычно под бортовыми тренажёрами понимаются устанавливаемые на борту ЛА тренажёрные устройства, предназначенные для

отработки операций прицеливания. Однако бортовые компьютерные системы поддержки лётчика, "оптимальный электронный инструктор", о которых много говорится в последующем изложении, позволяют существенно расширить понятие бортовых тренажёров.

а)

Рис. 1.11 КТС четвёртой базовой конструкции

Состав имитаторов КТС централизованной и модульной архитектуры

Типовой состав имитаторов КТС централизованной архитектуры манёвренного одноместного самолёта представлен на рис. 1.12 [1.4]. Имитатор динамики полёта и имитатор силовой установки составляют

здесь имитатор полёта самолёта.

В имитатор самолётных систем входят имитаторы гидравлической, пневматической, тормозной, электроэнергетической, противопожарной систем, системы жизнеобеспечения. Имитаторы визуальной обстановки, перегрузок, тряски, акустических шумов объединены под общим названием имитатора физических факторов полета.

В имитатор пилотажно-навигационного комплекса входят имитаторы: навигационной обстановки, навигационного комплекса, системы ручного управления, системы автоматического управления (САУ). Сюда же входит имитатор системы воздушных сигналов и имитаторы пилотажных приборов.

Имитаторы оптикоэлектронного, радиолокационного комплексов, имитаторы вооружения, системы предупреждения об облучении, системы связи, командной радиолокации, системы опознавания составляют имитатор радиолокационного комплекса и вооружения.

К системам контроля и управления КТС отнесены рабочее место инструктора с системой объективного контроля (СОК), система встроенного контроля.

Всё множество имитаторов, указанных на рис. 1.12, реализуется в следующей совокупности аппаратных средств: централизованная УЦВС (например, три вычислительных ЭВМ СМ - 2М и одна СМ - 2М для управления вычислительным процессом), БЦВМ, натурные агрегаты, цифро - аналоговые и аналого-цифровые преобразователи, электромеханические имитаторы кабинных указателей, приборов и др. Недостатки КТС централизованной архитектуры уже отмечались выше (см. также [1.12, 1.15]).

Комплексный АТ в процессе тренировок представляет собой сложную человеко-машинную систему, предназначенную для моделирования ещё более сложной человеко-машинной натурной системы: лётный экипаж -АК.

Имитатор полётасамолета Имитатор динамики полёта Имитатор силовой установки

Имитатор самолётных систем Имитатор гидро-воздушной, тормозной и других систем

Имитатор физических факторов полёта Имитатор визуальной обстановки Имитатор перегрузок Имитатор акустических шумов Имитатор тряски

Имитатор пилотажнонавигационного комплекса Имитатор навигационной обстановки Имитатор навигационного комплекса Имитатор системы управления Имитатор САУ Имитатор системы воздушных сигналов Имитатор пилотажных приборов

Имитатор радиоэлектронного комплекса и вооружения Имитатор оптико-электронного комплекса Имитатор радиолокационного комплекса Имитатор вооружения Имитатор системы предупреждения об облучении Имитатор связи и командной радиолинии Имитатор системы опознавания

Системы контроля и управления КТС Рабочее место инструктора Система объективного контроля Система встроенного контроля

Рис.1.12 Типовой состав имитаторов КТС

Укрупненная структура тренажёрной человеко-машинной системы (для одноместного ЛА) показана на рис. 1.13. Здесь в отличие от рис. 1.12 показаны основные контуры циркуляции информации в замкнутой системе.

Возможный состав КТС модульной архитектуры совместно с возможными специализированными модульными тренажёрами показан на рис.1.14. Рабочие места лётчиков в "виртуальных" специализированных тренажерах обозначены пунктирными прямоугольниками внизу рис.1.14.

Модули динамики полёта, силовой установки, самолётных систем могут составлять специализированный пилотажный тренажёр. Эти же модули в сочетании с модулями синтеза обстановки, имитаторами навигационного и пилотажного комплексов могут образовывать пилотажно-навигационный тренажёр и т.д. Комплексный модульный тренажёр образуется объединением всех указанных на рис.1.14 модулей посредством шин информационного обмена или локальной сети другого типа.

В заключение данного параграфа стоит заметить, что комплексные АТ имеют немало общего с исследовательскими и испытательными моделирующими стендами, широко применяемыми в настоящее время на разных этапах жизненного цикла АК [1.16, 6.6, 6.18, 1.4]. Однако проблемы стоимости, габаритов, надёжности, эксплуатационной технологичности для таких стендов не являются столь острыми, как для АТ (исследовательские и испытательные моделирующие стенды являются обычно уникальными и создаются крупными самолётостроительными фирмами, научными и испытательными центрами).