Адаптивный тренажер оператора

 

АДАПТИВНЫЙ ТРЕНАЖЕР ОПЕРАТОРА по авт. св. № 1029215, о т личающийся тем, что с целью расширения дидактических врзможностей тренажера, в него введены после довательно включенные дешифратор ко манд, коммутатор и блок цифро-аналоговых преобразователей, выход которого соединен с входом имитатора фоновых помех, вход дешифратора команд подключен к пятому выходу программного блока, а второй вход коммутатора соединен с вторым выходом блока моделирования объекта тренажа.

СОК)3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 3(5D 6 09 В 9700

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61 ) 1029215 (21) 3484499/18-24 (22) 10.09.82 (46) 15.04.84. Бюл. Р 14 (72) К. А. Пупков, О, В. Андреев, Б. М. Пономарев, В. Л. Буйлов, А. И. Никишов и И. М. Ольхозский (53) 681.3.071(088.8) (56} 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 1029215, кл. Q 09. В 9/00, 05.01.82 (прототип). (54)(57) АДАПТИВНЫЙ ТРЕНАЖЕР ОПЕРАТОРА по авт. св. У 1029215, о т— личающийс я тем, чтосцелью расширения дидактических возможностей тренажера, в него введены последовательно включенные дешифратор команд> коммутатор и блок цифро"аналоговых преобразователей, выход которого соединен с входом имитатора фоновых помех, вход дешифратора команд подключен к пятому выходу программного блока, а второй вход коммутатора соединен с вторым выходом блока моделирования обьекта тренажа.

1086451

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам обучения (тренааа) деятельности операторов, выпол- няющих функции обнаружения и распознавания образов, слежения, принятия решения и т.д.

По основному авт. св. У 1029215 известен адаптивный тренажер оператора, содержащий блок моделирования объекта. тренажа, первый вход которо го непосредственно соединен с первым выходом программного блока, вто рой и третий входы подсоединены через-имитатор сигналов воздействия к второму и третьему выходу программного блока, а четвертый вход подключен к одному из выходов блока ручного управления, выход блока моделирования объекта тренажа связан через сумматор с входом индикатора и первым входом вычислительного блока, генератор шума, выход которого через последовательно включенные модулятор фильтр низких частот и уси литель подсоединен к одному из входов имитатора сигналов воздействия, блок формирования сигналов, подключенный своими входами к индикатору, блоку ручного управления и второму входу вычислительного блока, а вы ход блока формирования сигналов свя. зан с первым входом первого блока сравнения, второй блок сравнения, один вход которого подсоединен к выходу вычислительного блока, другой

35 вход соединен с выходом блока эталонных импульсных переходных функций, а выход второго блока сравнения через блок принятия решения подключен к

40 одному входу блока отображения информации, другой вход которого через последовательно включенные узел памяти и дешифратор соединен с одним из выходов первого блока сравнения, дру45 гой выход которого через узел сопряжения подключен к блоку регистрации, имитатор фоновых помех соединен с одним из входов сумматора, при этом второй выход блока принятия решения подсоединен к одному из входов моду"

50 лятора (1) .

Недостатком, данного тренажера является то, что при отработке операторами какой-либо учебной задачи необ- 55 ходимо использовать в полном объеме аппаратуру тренажера и тем-самым перед постановкой конкретной задачи каждый раэ операторам требуется объяснять, оэнакамливать и прививать навыки практического использования того оборудования и приборов, кото рые будут задействованы для решения той или иной учебной задачи на тренажере, Для эксплуатации тренажера приходится также привлекать специалистов, обслуживающих тренажерную технику и поддерживающих ее в работо способном состоянии. Кроме того, в тренажере не предусмотрен объективный контроль количества информации, вьпюсимой на средства ее индикации: табло, мнемосхемы, контрольные.приборы и т.д., в связи с чем возможнь1 случаи, когда информационная пропускная способность операторов не соответствует тому объему информации, который он должен переработать для достижения конечного результата в своей деятельности. Таким образом, перечисленные недостатки снижают эффективность процесса обучения операторов.

Цель изобретения — расширение дидактических возможностей тренажера, повышающее эффективность процесса обучения (тренажа) операторов путем объективного контроля количества информации, необходимого для формирования концептуальной модели оператором в процессе решения профессиональной задачи.

Поставленная цель достигается тем что в адаптивный тренажер оператора введены последовательно включенные дешифратор команд, коммутатор и блок цифро-аналоговых преобразователей, выход которого соединен с входом имитатора фоновых помех, вход дешифратора команд подключен к пятому выходу программного блока, а второй вход коммутатора соединен с вторым выходом блока моделирования объекта тренажа.

На фиг. 1 представлена структура адаптивного тренажера; на фиг. 2— структура блока моделирования объекта тренажа, Адаптивный тренажер содержит генератор 1 шума, модулятор 2, имитатор .

3 фоновых помех, сумматор 4, индикатор 5, блок 6 ручного управления, вычислительный блок 7, усилитель 8, фильтр 9 низких частот, блок 10 формирования сигналов, блок 11 эталонных импульсных переходных функций, блок

451

3 ° 1086

12 сравнения, имитатор 13 сигналов " воздействия, программный блок 14, блок 15 сравнения, дешифратор 16, узел 17 памяти, блок 18 отображения информации, блок 19 принятия решения, 5 узел 20 сопряжения, блок 21 регистрации, блок 22 моделирования объекта тренажа, блок 23 цифро-аналоговых преобразователей, дешифратор 24 команд, коммутатор 25. 10

Блок 22 моделирования объекта тренажа содержит (фиг. 2) объект 26 тренажа, узел 27 линий задержки, узел 28 умножения, умножитель 29, узел 30 усреднения, узел 31 памяти. >5

Блок 22 предназначен для формирования информационной модели объекта

26 тренажа, служащей основой целенаправленной деятельности оператора в процессе решения им какой-либо про- 20 фессиональной задачи. Для формирования этой информационной модели предварительно необходимо смоделировать физические процессы, которые протекают между функциональными узлами, Ю подсистемами и системами объекта -26, структурно объединенных в соответст.- вии с требованиями и характером решаемой оператором задачи. При одновременном наблюдении (регистрации} 30 в процессе моделирования вход-выходных сигналов каких-либо компонентов объекта 26 получают сведения в виде .импульсных переходных функций о состо.. янии динамики всех функциональных ys""3

5 лов, подсистем и систем объекта 26, которые хранятся в узле 31,. Таким образом, на выходе блока 22 получают сигналы, которые представляют собой произведение вход-выходных сигналов 40 объекта тренажа в целом, а также его составляющих компонентов, информаций о которых. программно выносится на индикатор 5 в соответствии с той или иной учебной (профессиональной) за 45 дачей по командам программного блока

14.

После включения питания адаптивный тренажер оператора работает сле дующим образом.

Для совершенствования и контроля характеристик деятельности оператора, работа которого в человеко-машинной системе протекает по "жесткой" программе, т.е. в соответствии с 55 положениями инструкции в программном блоке 14 генерируется соответствующая программа деятельности оператора, Электрические сигналы в виде двоичных позиционных кодов с выхода программного блока 14 поступают на вход имитатора 13 сигналов воздейст вия, где они дешифрируются, и с его выхода поступают на вход блока 22 для имитации в нем информационныМ процессов. Последний вырабатывает сигналы реакций, которые с его выхода подводятся на сумматор 4, где они суммируются с сигналами, поступающими на его другой вход с имитатора 3 фоновых помех. Зашумленный сигнал с выхода сумматора 4 поступает на вход индикатора 5, где и предъявляется оператору путем отображения и сигнализации, и на первый .вход блока 10.

Оператор в соответствии с полученной информацией воздействует на органы блока 6, который вырабатывает сигналы управляющих воздействий, поступающие на входы блоков 1О и 26. При этом в блоке 10 производится преоб-. разование по амплитуде и длительности для согласования режимов работы тренажера.

Как отмечалось, программа деятельности оператора, генерируемая программным блоком 14, представляет собой матрицу позиционных двоичных кодов. Каждая строка матрицы соответствует программе отработки той или иной задачи, в зависимости от имитируемой ситуации. Каждый разряд строки соответствует номеру органа управления блока 6.

Значение "I" приписывается разряду в случае задействования по программе в определенные моменты времени.соответствующего органа ручногр управления блока 6, а значение "О" в случае его незадействования.

В программный блок 14 введена также программа последовательности отображения информации в соответствии с выбранной строкой матрицы и сигналом блока 10. Коды задействованных строк матрицы с выхода программного блока 14 переписываются в блок

15. На другой вход блока 15 с выходов блока 6 и индикатора 5 (через блок

10) по мере отработки оператором задачи поступают электрические сигналы.

В блоке 15 производится сравнение порядка поступления сигналов, выявляются излишние (или недостающие) сигналы, время поступления сигналов (позже — раньше) с их программными .

1086451

; значениями. В случае отклонения от нормы сигналы отклонения передаются на узел 20 для кодирования и дальнейшего документирования в блоке 21, а также на входы дешифратора 16, 5 который преобразует коды двоичных сигналов признаков строк и признаков отклонений в сигналы одноадресных кодов.

Сигналы с выхода дешифратора 16 поступают через узел )7 на вход блс ка 18 для индикации числа ошибочных упраЛяющих действий оператора и своевременности (или несвоевременности) их выполнения. 15

Для совершенствования и контроля характеристик эвристической деятель.ности оператора, в частности скорости адаптации и самообучаемости оператора, в программный блок 14 введе- 20 на соответствующая программа его деятельности в системе оператор — тренажер.

Программа эвристической деятельности оператора состоит из двух подпрограмм. Первая из них предназначена для генерации начальных условий в состоянии объекта тренажа, а другая вносит изменения в динамику объекта тренажа, имитируя тем самым отказы 30 в нем каких-либо функциональных узлов, подсистем и систем. Как отмечалось выпе, информация о текущем состоянии объекта тренажа и его составляющих компонентов для той или иной профессиональной задачи в виде импульсных переходных функций (усредненные во времени произведения входвыходных сигналов) хранится в узле

3l и программно выносится на инди- 4р катор 5.

Тренаж и контроль характеристик скорости адаптации оператора производится следующим образом.

Программный блок 14 генерирует сигналы двоичной псевдослучайной последовательности, которая задает начальные условия в состоянии объекта тренажа (s данном случае его функции выполняет блок 22). С второго выхода 5О программного блока 14 электрические сигналы также в виде двоичной псевдослучайной последовательности поступают на вход имитатора 13 сигналов воздействия, на вход которого подают- ся также сигналы с выхода генератора

1 шума через фильтр 9 низких частот и усилитель 8; В имитаторе 13 данные два сигнала перемножаются к сигнал в виде произведения укаэанных сигналов подводится на вход блока 22, Последний вырабатывает (извлекает из узла 311 соответствующую импульсную переходную функцию, характеризующую текущее состояние динамики объекта тренажа под воздействием возмущающих факторов среды, имитируемых генератором 1, с теми или иными параметрами, сформированными с помощью фильтра 9 и усилителя 8. Сигнал реакции с выхода блока 22 подводится на один из входов электронного коммутатора

25, на другой вход которого подается командный сигнал с выхода программного блока 14 через дешифратор 24, определяющий к какой задаче решае1 мой оператором, относится сигнал реакции блока 22. Далее сигналы с выхода коммутатора 25 поступают через узел 23 на один из входов сумматора

4, на другой вход которого подводятся сигналы с выхода имитатора 3 для зашумления сигнала реакции блока 22 тем или иным видом помех. ЗашумленУ ный сигнал реакции с выхода сумматора 4 подается на вход индикатора 5 и На один иэ входов вычислительного блока 7.

Оператор в соответствии с полученной стимульной информацией на индикаторе 5 воздействует на органы блока 6 ручного управления, .который вырабатывает сигналы управляющих воздействий, поступающие с его выходов на вход блока 22 и на вход вычислительного блока 7. Поступившие с индикатора 5 и блока 6 на входы вычислительного блока 7 сигналы являются основой для определения текущего состояния информационной пропускной способности оператора, которое определяется по определенному алгоритму. в блоке 7.

Сигнал, представляющий собою произ ведение стимульного сигнала и сигнала реакции оператора, с выхода вычислительного блбка 7 поступает на один из входов блока 12, на другой вход которого с выхода блока 11 эталонных импульсных переходных функций также подводится сигнал, представляющий собой произведение стимульного сигнала и сигнала реакции эталонного оператора. л

Сигнал h.ñ разности текущего и эталонного сигналов с выхода блока

1086451

12 поступает на вход блока 19, в котором по величине разности этих сигналов выносится решение Ь соответствии текущего состояния информационной пропускной способности one- 5 ратора требуемому, а результат решения блоком 19 отображается блоком 18.

Генерация. прохождение и отработка сигналов в тренажере для совершенствования и контроля характеристик скорости адаптации и самообучаемости оператора аналогична рассмотренной методике по оценке егo текущего состояния информационной пропускной способности. Только -дпя-определения характеристик скорости адаптации и самообучаемости процедуру тестирования необходимо провести на двух временных интервалах Т и 2Т, соответственно используя подпрограммы эвристической деятельности оператора.

Кроме того, введение отказов функциональных узлов блока 22 осуществляется программно с использованием электрической связи: выход програм. много блока 14 — вход блока 22;

Количественно определяется ско- . рость адаптации (самообучаемости} оператора при тех или иных воздействующих факторах. 30

Если текущая скорость адаптации оператора меньше требуемой, то срабатывает триггерная функциональная схема, которой дополнен блок 19 при- З5 ,нятия решения, и сигнал с выхода дан-. ного блока поступает на один вход модулятора 2 на другой вход которого с выхода генератора 1 подается сигнал, имитирующий возмущения среды.

Модулятором 2 сигналы перемножаются и с его выхода результирующий сигнал поступает через Фильтр 9 и усилитель

8 на вход имитатора 13 сигналов воздействия.

Естественно, что результирующий сигнал, представляющий собой произведение сигналов возмущающей среды и сигнала на выходе имитатора 13, соответствует требуемому уровню воздействующих факторов среды на систему оператор- - тренажер, потому что оно в определенное количество раз меньше сигнала на выходе генератора ! шума.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность процесса обучения (тренажа) операторов путем проведения объективного контроля ко-. личества информации, выносимого на средства ее индикации, и тем самым обеспечивается согласование текущей информационной пропускной способности оператора с тем объемом информации, который представлен на информационной модели объекта тренажа. .Кроме того, сокращаются затраты, необходимые на проектирование, изготовление и эксплуатацию тренажера, так как реальные узлы, подсистемы и системы гренажера заменяются блоком, имитирующим информационные процессы, реально протеканпцие в.указанных компонентах объекта управления.

1086451

Тираж 447 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 4-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 2256/47

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Т. Ничипорович

Редактор N, Петрова Техред Т.Маточка Корректор А. Зимокосов