Оценка эффективности тренажеров вождения

УДК 159.9; 62

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ТРЕНАЖЕРОВ ВОЖДЕНИЯ

Б.Б. Колосков, Н.Е. Стариков

Предложен порядок оценки эффективности тренажеров вождения объектов бронетанковой техники. Предложенная оценка позволит определить эффективность использования тренажеров вождения в процессе подготовки механиков-водителей, а также соответствие тренажеров требованиям подготовки (способность решать конкретные задачи подготовки и обеспечить требуемый уровень квалификации механиков-водителей).

Ключевые слова: оценка эффективности, тренажер вождения, обучение, квалификационная характеристика, механик-водитель, факторы.

Повышение квалификации механика-водителя (МВ), который управляет тем или иным объектом бронетанковой техники (БТТ), в современных условиях требует совершенствования методических и технических средств профессионального отбора и подготовки личного состава, используемых в Вооруженных силах Российской Федерации. Одним из наиболее эффективных средств формирования и развития знаний и профессиональных навыков, необходимых МВ в реальных условиях деятельности, являются тренажеры вождения объектов БТТ. Тренажер вождения в общем виде представляет собой модель реального объекта управления и условий его применения, используемую в целях обучения [1].

Основными задачами применения тренажеров вождения объектов БТТ в обучении МВ являются привитие определенных знаний, умений и навыков, а также их автоматизированная или автоматическая проверка и оценка их действий. Независимо от уровня квалификации основные требования к МВ заключаются в следующем [2, 3]:

- выработка навыков и умений операторской работы с оборудованием;

- выработка навыков управления объектом БТТ в условиях сложной информационной среды;

- умение принимать решения в процессе выполнения упражнения как в штатных, так и в нештатных ситуациях.

Таким образом, в настоящее время разработка методики оценки эффективности тренажеров вождения объектов БТТ является актуальной научной задачей.

В результате анализа существующих методик оценки эффективности применения тренажеров вождения объектов БТТ в учебном процессе можно сделать вывод, что эффективность тренажеров рассматривается как функция их качества и затрат на приобретение и эксплуатацию, при этом качество оценивается следующими характеристиками:

289

- номенклатурой учебных задач;

- точностью и степенью детализации функциональной или физической модели имитируемого объекта;

- качеством учебной информационной модели тренажера;

- качеством воспроизведения внешней обстановки;

- качеством используемой математической модели движения объекта;

- гибкостью управления тренировкой (остановка, возврат, управление ситуациями);

- уровнем автоматизации оценки подготовленности обучаемых и управлением процессом их обучения;

- надежностью тренажера.

Однако необходимо отметить, что все вышеуказанные характеристики рассматриваются, как правило, разрозненно, а также в некоторых случаях без определения количественных показателей.

Выработка навыков управления объектом БТТ является важнейшей задачей тренажерной подготовки, неотъемлемой частью такой подготовки являются упражнения, сценарии которых соединяют в себе функциональные возможности тренажера вождения и методику, применяемую инструктором для решения поставленных в программе обучения задач.

Тренажер вождения для подготовки МВ должен быть эффективным не только с функциональной, но и с методологической, эргономической и экономической точек зрения, т.е. он должен обеспечивать достижение следующих частных показателей оценки эффективности:

- комплексный показатель технического уровня исполнения тренажера;

- комплексный показатель обучающих возможностей тренажера;

- комплексный показатель эргономичности тренажера;

- комплексный экономический показатель;

- обобщенный показатель эффективности тренажера вождения.

Критерием оценки показателей технического уровня исполнения

тренажера, обучающих возможностей тренажера и эргономичности тренажера выбран дифференциальный порог чувствительности, характеризующий максимально возможное отличие в характеристиках объекта и тренажера, воспринимаемое МВ посредством сенсорного канала, который не должен превышать 10 %. При этом экономический показатель эффективности применения тренажера и обобщенный показатель эффективности тренажера стремятся к максимуму.

Перечисленные критерии позволяют оценить эффективность подготовки МВ, а также сравнить тренажеры и обеспечить оценку динамики их развития.

Таким образом, эффективность тренажеров вождения объектов БТТ в общем виде можно представить следующей зависимостью:

290

б = I (2ту Яов ,бз Яэрг ), где б - обобщенный показатель эффективности; бТУ - комплексный показатель технического уровня исполнения тренажера, характеризующий степень детализации моделирования физических процессов и процедур, реализованных в тренажере, степень воспроизведения внешней эксплуатационной среды, а также степень соответствия поведения и взаимодействия динамических объектов с эксплуатационной средой; бОВ - комплексный показатель обучающих возможностей тренажера, показатель характеризующий отношение количества решаемых тренажером задач к полному числу учебных задач в соответствии с Курсом вождения боевых и специальных машин (КВБ и СМ); бзРГ - комплексный показатель эргономично-сти тренажера, характеризующий степень соответствия восприятия информационной среды, при выполнении упражнения на тренажере, действиям обучаемого при решении задачи на рабочем месте; бз - комплексный экономический показатель применения тренажера, характеризующий степень снижения затрат на подготовку МВ с использованием тренажера в процессе подготовки.

Установлено, что значения всех показателей эффективности изменяются в пределах от 0 до 1. При этом 0 - худшая оценка тренажера, а 1 -соответственно лучшая оценка тренажера, которая является предельно желаемой.

Показатель технического уровня исполнения тренажера определяется следующим выражением [4]:

п

бТУ = X РТУ, г  ^ТУ, г при 0 < Рт < 1, ТЖТУ',1 = 1,

1=1 ' г

где РТУ - фактор, характеризующий соответствие имитируемых характеристик объекта в тренажере; ЖТу,г - весовой коэффициент каждого г-го фактора; п - количество оцениваемых узлов, агрегатов, систем.

Весовой коэффициент каждого г-го фактора информационной модели тренажера определяется методом экспертных оценок [5]. При подборе экспертов необходимо учитывать, чтобы каждый из них хорошо знал конструкцию объекта БТТ и особенности подготовки МВ в учебных частях и частях постоянной готовности.

Сами факторы Ру и их количество зависят от конструктивных особенностей реального объекта. При оценке тренажеров вождения целесообразно рассмотрение следующих факторов, влияющих на показатель технического уровня исполнения тренажера:

РТу, 1 - соответствие имитируемых динамических характеристик;

РТу, 2 - соответствие усилий на органах управления;

РТу, з - соответствие визуальной информации;

РТу, 4 - соответствие имитируемых характеристик приборов наблюдения;

Рту, 5 - соответствие алгоритмов действий МВ в процессе выполнения задач;

РТу, 6- соответствие состава имитируемого оборудования отделения управления.

Значения факторов соответствия Рту,1 при оценке тренажеров определяются следующим выражением: при равнозначимых Ру

1 "

р = - • УК •

п }=-

при наличии доминирующих Ру 1 п

Ртуа = — УКтУ,г]при УЖтуЛ. = 1.

_ ,„ ., _ ТУ

п ]=1 У

При этом расчет коэффициентов КТУу производится по формуле

КТУ,Ц =1

к О, У кТР,у

кО,у

где кО,У - ¡-я характеристика объекта БТТ у-й группы; кТР,У - ¡-я характеристика тренажера у-й группы.

Показатель обучающих возможностей тренажера

Qoв = У Ров • при О < ров,, <^ уг„, = ^

i=1

где РОВ - фактор, определяющий возможность отработки на тренажере ¡-й учебной задачи; ЖОВ,( - весовой коэффициент каждого ¡-го фактора; п - количество решаемых учебных задач.

При оценке обучающих возможностей тренажеров вождения необходимо учитывать следующие факторы, влияющие на показатель обучающих возможностей тренажера РОВ,¡:

РОВ,1 - возможность отработки на тренажере тем Программы боевой подготовки (БП);

РОВ,2 - возможность отработки на тренажере нормативов из сборника нормативов по боевой подготовке Сухопутных войск (СВ);

РОВ,з - возможность отработки на тренажере упражнений КВБ и

СМ;

РОВ,4 - возможность тренажера имитировать отказы узлов, агрегатов, систем и цепей электрооборудования;

РОВ,5 - возможность тренажера фиксировать ошибочные действия обучаемого;

РОВ,6 - возможность тренажера автоматически формировать объективную оценку за выполнение тем Программы БП;

РОВ,7 - возможность тренажера автоматически формировать объективную оценку за выполнение нормативов из сборника нормативов по БП СВ;

РОВ,8 - возможность тренажера автоматически формировать объективную оценку за выполнение упражнений КВБ и СМ.

292

Факторы, определяющие возможность отработки на тренажере тем Программы БП, нормативов из сборника нормативов по БП СВ и упражнений КВБ и СМ, определяются так:

N - N N - N N - N

р _ 1 ПРБП 1УТР,\ р _ 1 1 Усн ^ТР,2 р _ 1 КВ 1УТР,3

р0В,\ _ \ ЛТ ' рОВ,2 _ \ ЛГ ' рОВ,3 _ \"

N О N N

1 у ПРБП 1УСН КВ

при N > N ' N > N ' N > N

ПГП ПРБП ТР,\ ? 1 УСН—1УТР,2 5 1 УКВ—1УТР,3 1

где МПРБП, N0Н, NKв - количество тем или нормативов, предусмотренных в соответствии с Программой БП, сборником нормативов по БП СВ и КВБ и СМ соответственно.

Фактор возможности тренажера имитировать отказы узлов, агрегатов, систем и цепей электрооборудования определяется выражением

п

р _ v к -ж

1 ОВ,4 /_1КОВ,4- ''0В,4] }_\

Коэффициенты данного фактора рассчитываются по формуле

Ков,4] _ \ - NВ°ы- Нтр при Нво^ > NJp ,-,

™ ВО,.1

где N0,- - количество наиболее вероятных отказов --го объекта БТТ в соответствии с техническим описанием и инструкцией по эксплуатации объекта; N1 - количество имитируемых на тренажере наиболее вероятных отказов --й системы; п - количество агрегатов и систем.

Фактор, определяющий возможность тренажера фиксировать ошибочные действия обучаемого, определяется по формуле

п

р _ V К -ж

1 0В,5 /_1К0В,5 - 0В,5 ]' }_\

где п - количество типов ошибок обучаемого.

Коэффициенты данного фактора рассчитываются по формуле

N0,. - Nт

Кг,„,, _ 1 - -

1 О,- 1' ТР,-

0В,5- N

где МТР- - количество ошибок --го типа, которые позволяет фиксировать тренажер; N0,- количество часто встречающихся ошибок согласно техническому описанию и инструкции по эксплуатации объекта.

Фактор, определяющий возможность тренажера автоматически формировать объективную оценку за выполнение тем Программы БП, нормативов из сборника по БП СВ и упражнений КВБ и СМ, определяется выражением

р _ \ _ \ ^ NПРБП,- - NТР,6- р _ \ - \ ^ NСН,- - ^ТР,7- р _ \ - \ ^ NКВ,- - ^ТР,8-р0В,6 _ \ ' 2 N ' р0В,7 \ ' 2 N ' р0В,8 \ ' ^ N

п ^ ПРБП,- п ^ СН- п ^ КВ,-

при N > N ' N > N ' N > N

-и-р-ГА 1 V ПРБП- — 1 у ТР,6- 5 1 * СН- — 1 * ТР,7 - 5 1 * КВ- — 1 * ТР,8- '

где ИТРб$, Ыц, Итр>88] - количество оценочных показателей, реализованных в конкретной теме, упражнении, нормативе на оцениваемом тренажере; НПРБПр И^в- - количество оценочных показателей, предусмотренных к реализации в конкретной теме, упражнении, нормативе в соответствии с

Программой БП, Сборником нормативов по БП СВ и КВБ и СМ; п - количество тем, нормативов и упражнений в соответствии с Программой БП, сборником нормативов по БП СВ и КВБ и СМ.

Показатель эргономичности тренажера определяется следующим выражением:

п

вэРГ = У РЭРГ, г  №ЭРГ, г при 0 < РЭРГг < 1, £ №ЭРГг = 1,

г=1 ' г

где РЭРГ - фактор, характеризующий соответствие имитируемого оборудования объекта в тренажере; ЖЭРГ,г - весовой коэффициент каждого г-го фактора; п - количество оцениваемых узлов, агрегатов, систем.

Весовой коэффициент каждого г-го фактора информационной модели тренажера определяется методом экспертных оценок.

Сами факторы РЭРГг и их количество зависят от конструктивных особенностей реального объекта.

При оценке тренажеров вождения целесообразно рассмотрение следующих факторов, влияющих на показатель эргономичности тренажера:

РЭРГ, 1 - соответствие расположения оборудования;

РЭРГ, 2 - соответствие внешнего вида имитаторов приборов;

РЭРГ, 3 - соответствие методов управления оборудованием;

РЭРГ, 4 - соответствие реакции тренажера на управляющие воздействия;

РЭРГ, 5 - соответствие восприятия МВ визуальной информации.

РЭРГ, 6 - соответствие восприятия МВ отказов имитируемого оборудования.

Значения факторов соответствия Рэрп при оценке тренажеров определяются следующим выражением: при равнозначимых РЭРГг

1 п

Р = - • У К •

1 ЭРГ,г /.^ЭРГЦ ;

П 1=1

при наличии доминирующих РЭРГг

1 п

РЭРГ , г = п  X КЭРГ1  №ЭРГ,гц при У №ЭРГ 1 = 1 .

1 =1

При этом расчет коэффициентов КЭРГ,ц производится по формуле

кО,ц — кТР,ц

КЭРГ, ц = 1 , ,

кО,гц

где ко,ц - г-я характеристика объекта БТТ ц-й группы; кТР1 - г-я характеристика тренажера ц-й группы.

В общем случае экономическая эффективность определяется путем сопоставления стоимости, полученной в форме сокращения затрат на процесс обучения при применении тренажеров, со стоимостью ресурсов, затраченных на процесс обучения.

Оценка экономической эффективности процесса подготовки должна базироваться на сравнении достигнутых результатов за счет внедрения тренажеров с результатами процесса подготовки, проводимого без использования тренажеров. Экономическая оценка результатов обучения определяется сокращением неоправданных затрат на подготовку и экономией ресурсов и средств, достигнутой при обучении подразделений, прошедших подготовку с использованием тренажеров. Источником экономии ресурсов при подготовке МВ с использованием тренажеров вождения является сокращение затрат на подготовку МВ. Данный источник экономии образует экономический эффект за счет внедрения тренажеров вождения в процесс подготовки, который может быть рассчитан по соответствующим технико-экономическим показателям, определяемым в процессе подготовки и дальнейшей практической деятельности МВ.

В общем виде сокращение затрат на подготовку МВ определяется по формуле

п п п , .

ЛРЭ,МВ = ^ ЛС зМВ,2 — ^ (сМВО, — С зТр ) — ^ км,1 ' С кмО — С зТР ) , 2—1 2 —1 2—1

где ЫСзМВ,1 - экономический эффект, достигнутый за 2-е занятие подготовки МВ благодаря применению тренажера; п - количество занятий при подготовке МВ, реализуемых на тренажере; СМВО,2 - стоимость 2-го занятия МВ при подготовке на объекте, руб.; СзТР - стоимость проведения занятия на тренажере, руб.; ыМВ - стаж вождения, реализуемый на 2-м занятии при

подготовке МВ, км; СкмО - стоимость одного километра пробега объекта, руб.

Стоимость одного километра пробега реального объекта принимается в соответствии с научно-технической документацией или упрощенно рассчитывается по формуле [6]

Со • г 1 + 3 • Ккр) + 0Р • Сл •

С

кмО

5Н + 2 • 5 КР

где СО - стоимость производства серийного объекта, руб.; ККР - доля стоимости капитального ремонта к стоимости объекта, отн. ед.; Qр - расход топлива объекта, л/км; Сл - стоимость одного литра топлива, руб./л; БН -пробег объекта до первого капитального ремонта, км; БКР - пробег объекта между капитальными ремонтами, км.

Стоимость проведения занятия на тренажере Сзтр прямо пропорциональна стоимости одного часа эксплуатации тренажера Сч и времени пч, затрачиваемому на проведение занятия:

С = С • п

СзТР Сч пч .

В свою очередь, стоимость часа эксплуатации тренажера рассчитывается по формуле

с - с

с _ с СО с ЭКСП с и

ТР

где СС0 - стоимость производства серийного образца тренажера, руб.; СЭКСП - стоимость эксплуатации тренажера без учета затрат на заработную плату обслуживающему персоналу, руб.; тР - эксплуатационный ресурс тренажера, ч.

При этом стоимость эксплуатации тренажера без учета затрат на заработную плату обслуживающему персоналу вычисляется по формуле

С _ Р  С  Т

СЭКСП 1 П СЭ ТР

где рП - мощность, потребляемая тренажером, кВт/ч; СЭ - стоимость электроэнергии, руб./кВт; тР - эксплуатационный ресурс тренажера, ч.

В результате получаем окончательную формулу для расчета стоимости проведения занятия на тренажере:

г сСО - рП' СЭ ' ТР сзтр _ пч--.

Тр

Необходимо отметить, что расчет стоимости одного километра пробега объекта и стоимости одного занятия на тренажере производится без учета стоимости их текущего, среднего ремонтов и технического обслуживания в процессе эксплуатации.

В данном случае рассчитанный по приведенной методике показатель экономического эффекта, достигнутый за счет применения тренажеров вождения в процессе обучения МВ, является составляющим общей экономической эффективности тренажеров вождения, при этом в расчете экономической эффективности применения тренажеров допускается учитывать не весь объем дополнительного суммарного эффекта, а его долю, пропорциональную значению достоверности оценки знаний, навыков и умений МВ,

рэ, тр _ арэ,мв  ж0в,

где Ж0В - достоверность оценки качества обучающих возможностей тренажера.

Таким образом, в окончательном выражении показатель экономической эффективности применения тренажеров вождения определяется по формуле

рмя - рэ тр

бэ _ 1 - р при 0 < а < 1, рмв > рэтр ,

рмв

где РМВ - затраты на подготовку одного МВ без использования тренажера в процессе подготовки, руб.; РЭтТР - экономический эффект при подготовке одного МВ с использованием тренажера в процессе подготовки, руб.

В результате расчета частных показателей эффективности тренажеров вождения имеем обобщенный показатель эффективности б, который является интегральным показателем четырех основных частных показателей, дающих достаточно полную и всестороннюю оценку тренажеров вождения:

Q = Qrv-WTy + Q0B • Qob + Qsrr-W3Pr + Q3-W3 при 0 < Q < 1; TWi = 1,

где Wi - весовые коэффициенты показателей технического уровня исполнения тренажера, обучающих возможностей тренажера, эргономичности тренажера и экономической эффективности тренажера соответственно.

Таким образом, разработанная методика оценки эффективности тренажеров вождения объектов БТТ, в которой предложено и обосновано использование вышеперечисленных показателей, позволяет получить полноценную и всестороннюю оценку эффективности тренажеров вождения объектов БТТ.

Список литературы

1. ГОСТ 21036-75. Система «Человек-машина». Тренажеры. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1976.

2. Тренажерные комплексы и тренажеры: технологии разработки и опыт эксплуатации / В.Е. Шукшунов [и др.]. М.: Машиностроение, 2005. 383 с.

3. Чернов В.Г. Оценка эффективности тренажеров для подготовки офицеров боевого управления командных пунктов // Система обработки информации. Харьков, 2015. Вып. 12 (137). С. 202.

4. Методика оценки эффективности учебно-тренировочных средств для технической подготовки экипажей БТВТ / В.ч. 68054. 1998. 30 с.

5. ГОСТ В 29.08.002-84. Система стандартов и эргономических требований и эргономического обеспечения. Показатели качества деятельности операторов. М., 1984. 9 с.

6. Сборник нормативов по боевой подготовке сухопутных войск. Кн. 1. Для мотострелковых, танковых и разведывательных подразделений. М.: Воениздат, 2011. С. 72, 255.

Колосков Борис Борисович, нач. отдела, koloskov hamail.ru, Россия, Тула, АО «Тренажерные системы»,

Стариков Николай Евгеньевич, д-р техн. наук, проф., starikov taiiaimail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

ESTIMA TION OF EFFICIENCY OF DRIVING SIMULA TORS B.B. Koloskov, N.E. Starikov

Procedure for estimation of efficiency of driving simulators of armored vehicles was proposed. The offered estimation will allow to define efficiency of training simulators using in the course of mechanics-drivers preparation, and also the conformity of the simulators to the training requirements (ability to solve specific training tasks and provide the required level of qualification of the mechanics-drivers).

297

Key words: estimation of efficiency, driving simulator, training, qualification characteristic, mechanic-driver, factors.

Koloskov Boris Borisovich, head of department, koloskov hamail.ru, Russia, Tula, JSC « Training systems»,

Starikov Nikolay Evgenievich, doctor of technical sciences, professor, stari-kov taiiamail.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 629.735.078

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ УПРЕЖДАЮЩЕГО УПРАВЛЕНИЯ МАШИНОЙ В УСЛОВИЯХ

ДЕФИЦИТА ВРЕМЕНИ

В.Ф. Васильченков, Р. А. Анашкин

Обоснована необходимость обучения упреждающему управлению машиной при скоростном вождении высокомобильных наземных транспортных средств

Ключевые слова: упреждающее управление, обучение вождению, модель водителя, модель системы «водитель — машина».

Общепринято и в том числе в исследованиях [ \ ,2] установлен тот факт, что система «водитель - машина» («В-М») рассматривается как частный случай системы управления. В такой системе водитель и машина образуют единый контур регулирования, а человек рассматривается в ней как одно из звеньев системы (рис. \). Несмотря на большие различия в работе этих звеньев, между ними есть много общего. Изоморфизм функционирования системы «В-М» позволяет использовать для ее исследования методы, принятые в теории автоматического управления (ТАУ).

Поведение водителя - это последовательное решение различных задач с учетом поступающей информации. Следовательно, понять психологию поведения водителя значит понять работу его информационных моделей в процессе вождения машины. В системе работа информационных моделей переводится в координационную работу рук и ног водителя при управлении продольной скоростью движения.