Тренажер оператора автоматизированной системы управления

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистическими

Республик 983738 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22. 07. 81 (21) 3321643/18-24 (5l)M. Кл.

G 09 В 9/00 с присоединением заявки М.

Ртеуддрсткииый комитет

СССР (23) Приоритет

Опубликовано 23. 12. 82, Бюллетень Юо 47

Дата опубликования описания 23.12.82 до делам изобретений и открытий (53) УДК681.3. . 071 (088. 8) (72) Авторы изобретения,(. j. ; ° """ >ЖЗтт;,:,1 ТЕй1.ц; . КХН11цВт, „ lI utO ц.,-„ т

Н.И. Кудряшов, В. В.Лисунов и А.Ю. Чижов

\; д ! м (7I) Заявитель (54) ТРЕНАЖЕР ОПЕРАТОРА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к тренажерам и может быть использовано в устройствах для обучения и профессионального отбора операторов.

Известен тренажер, содержащий информационное, звуковое и световое

5 табло, блок управления звуковым и световым табло, узел управления, триггер пуска и триггер управления, блок задания времени и узел регистрации (1) .

Этот тренажер повышает степень тренированности за счет переключения внимания, однако имеет ограниченную точность контроля профессиональных навыков.

Наиболее близким к изобретению является тренажер, содержащий блок управления, блок предьявления ин- .2о формации, блок коммутации, шифратор, схему сравнения, узел регистрации ошибок и пульт оператора, блок формирования команд, блок регистра2 ции промежуточных цифр, узел памяти, блок звуковой сигнализации 12).

Однако данный тренажер обладает низкой точностью, так как не учитывает возможность угадывания.

Целью изобретения является повышение точности тренажера за счет искЛючения влияния угадывания.

Эта цель достигается тем, что в тренажер оператора автоматизированной системы управления, содержащий пульт оператора, блок предъявления учебной информации, блок сравнения, последовательно включенные второй инвертор и третий элемент

И, а также четвертый элемент И, включенные первый шифратор и первый коммутатор, введены последавательно включенные распределитель импульсов, ключ и шифратор, первый и второй выходы которого соединены соответственно со входом блока управления и вторым входом первого коммутатора, последовательно соединенные

1О

30

50

3 9 блоки регистров, второй коммутатор и блоки анализа ответов, выходы которых соединены с вторым входом блока регистрации, а вторые входы - с выходом пульта оператора, и формиро» ватель кодов, вход которого подключен к второму выходу распределителя импульсов, а выход - к входу первого шифратора, выходы блоков регистров че ез блок сравнения соединены с вторым входом ключа, а входы непосредственно с выходом первого коммутатора, вход распределителя импульсов соединен с вторым выходом блока управления, третий выход которого подключен к второму входу второго коммутатора, второй выход которого соединен с входом блока предъяв ления учебной информации, третьи входы блоков анализа ответов подключены к четвертому выходу блока управления °

Причем второй коммутатор содержит формирователь импульсов равновероя тностных чисел, выход которого соединен с первыми входами элементов

ИЛИ первой группы, вторые входы которых являются вторым входом коммутатора, а выходы непосредственно соединены с первыми входами элементов И первой группы и через инвер оры группы с первыми входами элементов И второй группы, вторую группу элементов ИЛИ, первые и вторые входы которых соединены соответственно с выходами элементов И первой и второй групп, а выходы являются вторым выходом коммутатора, вход формирователя импульсов является вторым входом коммутатора, вторые входы элементов И первой и второй групп являются первым входом коммутатора, Блок анализа ответов содержит последовательно включенные первый триггер, первый элемент И и элемент

ИЛИ, последовательно соединенные первый инвертор и второй элемент И, последовательно включенные второй инвертор и третий элемент И, а также четвертый элемент И, первый вход которого соединен с выходом второго инвертора, а второй и третий входы и выход четвертого элемента И являются соответственно первым и третьим входами блока, второй вход третьего элемента И соединен с выходом первого инвертора, выход — с вторым входом эпемента ИЛИ, а третий вход является третьим входом блока, вы8 ф, ход первого триггера соединен с входом второго инвертора и вторым входом второго элемента И, третий вход и выход которого являются соответственно третьим входом и вторым выхо- дом блока, выход элемента ИЛИ является первым выходом блока, второй вход первого элемента И - первым входом блока, первый вход первого триггера — вторым входом блока, а второй вход первого триггера и третий вход первого элемента И вЂ” третьим входом блока.

Кроме того, блок управления содержит последовательно соединенные первый генератор, переключатель, второй триггер и второй генератор, третий генератор, выход которого является третьим выходом блока и подключен через формирователь импульсов опроса к четвертому выходу блока, а через счетчик — к первому выходу блока, четвертый генератор, вход и выход которого являются соответственно входом и третьим выходом блока, вход третьего генератора соединен с вторым выходом переключателя, второй вход второго триггера и выход второго генератора являются соответственно входом и вторым выходом блока.

На фиг. 1 изображена структурная схема транажера, на фиг. 2- схема формирователя кодов, на фиг. 3 - схема формирователя импульсов; на фиг.4схема блока анализа ответов.

Тренажер содержит блок 1 управления, распределитель 2 импульсов, формирователь 3 кодов (равновероятностных чисел), шифратор 4, коммутатор 5, блок 6 регистров (списков элементов), состоящий из регистров 7, осуществляющих запись и хранение и разрядов десятичных цифр в двоичном коде, блок 8 регистров (списка дистракторов), состоящий из регистров

9, осуществляющих запись и хранение и разрядов десятичных цифр в двоичном коде, блок 10 сравнения, предназначенный для выделения разрядов списка элементов и списка дистракторов, содержащих одинаковые цифры, состоящий из группы элементов И 11 и элемента ИЛИ 12, ключ 13, шифратор

14 (адресов), коммутатор 15, включающий в себя формирователь 16 импульсов равновероятностных чисел, элементы ИЛИ 17, элементы И 18 -;18 инверторы 19, элементы И и элементы

5 98

ИЛИ 21, блок 22 предъявления учебной информации (списков), содержащий дешифраторы и цифровые индикаторы (не показаны), классификатор 23 ответов, состоящий из блоков 24 анализа ответов, пульт 25 оператора, содержащий кнопки 26, блок 27 регистрации, состоящий из трех групп последовательно соединенных элементов

ИЛИ 28, счетчиков 29 и узлов 30 ин дикации.

Блок 1 управления содержит генератор 31 одиночных импульсов с кнопкой управления (не показана), двухпоэиционный переключатель 32, триггер 33, генератор 34, генератор 35 одиночных импульсов, генератор 36 (импульсов с регулируемым периодом и длительностbe импульсов), счетчик

37 (числа предъявлений) и формирователь 38 импульсов (опроса). формирователь 3 кодов (равновероятностных чисел) содержит генератор

39 (шума), триггеры Шмитта 40, на которые подаются опорные напряжения †; jJ инверторы 41 и элементы И 42. о

Формирователь 16 содержит генераторы 43 и 44 случайных импульсов, элемент ИЛИ 45, триггеры 46, элементы И 47, элементы И 48 и элементы И 49.

Блок 24 анализа ответов состоит из трехвходовых элементов И 50-53, инверторов 54 и 55,элемента ИЛИ 56 и триггера 57.

Формирователь 3 служит для формирования потока равновероятностных сигналов на выходах от 0 до 9, причем вероятность появления сигнала на каждом выходе равна р=1/n=0,1.

Шифратор 4 осуществляет преобразование сигналов, поступающих с позиционных выходов формирователя 3, в двоичный код.

Коммутатор 5 служит для распределения чисел в двоичном коде по регистрам блока 6 регистров (списка ; элементов} и блока 8 регистров (списка дистракторов), I

Блок 10 совместно с ключом 13 предотвращает запись в регистры 9 блока

8 тех чисел, что были записаны B регистры блока 6 с такими же порядковыми номерами.

Коммутатор 15 предназначен для подключения к блоку 22 либо выходов блока 6, либо совместно несовпадающих выходов блока 6 и блока 8.

3738

25 зо

6

Формирователь 16, представляющий собой регистр сдвига, у которого "0" и "1" по разрядам распределены случайно, но с равной вероятностью, служит для выбора регистров блока 6 и блока 8, подключаемых к выходам блока 22, Блок 22 осуществляет отображение десятичных и-разрядных чисел (где и 10- 20) с любым временем экспозиции.

Классификатор 23 служит для классификации ответов испытуемого по правильным, ложным тревогам или про». пускам.

Пульт 25 предназначен для ввода испытуемым ответов по всем и разрядам.

Блок 27 осуществляет подсчет и отображение числа правильных ответов, числа ложных тревог и числа про пусков.

Тренажер работает следующим об разом.

Испытуемому сначала предъявля-. ют для запоминания список элементов, представляющий собой и-разрядное десятичное число (где п=10-..20).

Он должен запомнить сами элементы и их место в списке. Затем испытуемому последовательно предъявляют новые списки элементов, в каждом из которых присутствуют старые элементы и новые элементы (дистракторы), Испытуемый должен дать положительный ответ в том случае, если во вновь предъявляемом списке он определяет старый элемент, причем находящийся на своем месте. При этом возможны следующие исходы: а) предъявляется старый элемент и испытуемый положительно отвечает (правильный ответ); б ) предъявляется старый элемент, а испытуемый считает, что это новый (пропуск элемента); в} предъявляется новый элемент, а испытуемый считает что это старый и дает положительный ответ (ложная тревога) .

Оценка точности следов памяти производится путем определения вероятности истинного обнаружения на основании апостериорно известных вероятностей правильного обнаружения старых элементов и ложных тревог по формуле и рп Рлт)(" Рдт}

Тренажер работает в двух режимах: в режиме 1 предъявления списка элемен983738 тов для запоминания и в режиме Ц предъявления списков элементов для узнавания.

Двухпозиционный переключатель 32 устанавливается в положение "Режим-1" и нажимается кнопка (не показано) управления генератора 31. При этом сигнал с выхода генератора 31 через двухпозиционный переключатель 32 поступит на единичный вход триггера 10

33 и переведет его в единичное состояние, при котором сигнал с единичного выхода триггера 33 поступит на запускающий вход генератора 34 и включит его. Тем самым, на первом 15 выходе блока 1 появится последовательность импульсов с определенной тактовой частотой.

В режиме 1 при включении тренажера так>не начинает работать формиро- го ватель 3. Сигнал с выхода генератора

39 поступает на входы триггеров 40.

Последние используются в качестве элементов сравнения напряжения шума с уровнями опорных напряжений 0 -- (1, 2s о 9 разделяющих весь диапазон напряжений шума на десять интервалов. С первого выхода блока 1 импульсы поступают на распределитель 2, При "=,TLì импульс появится на выходе распределителя 2, связанным с опросным входом формирователя 3. В момент прихода опросного импульса выполняется условие: lj < U < (.1, ц, где Ц>> - амплитуда напряжения на выходе генера35 тора 39. В этом случае срабатывают первых триггеров Шмитта, сигналы с выхода которых поступят на .1 соответствующих элементов И 42, но из них первые >-4 будут закрыты по второму входу соответствующими сигналами с выходов инверторов 41, B результате в момент опроса сигнал появится только на выходе i го элемента И 42.

При десяти опорных уровнях напряжения вероятность появления сигнала на i-м выходе равна Р =0,1.

„ > . Номер возбужденной шины (I-й выход, где i =0 9) в шифраторе 4 преобразуется в двоичный код и записы50 вается через коммутатор 5 в первый регистр 7 блока 6.

Затем с первого выхода блока 1 поступает очередной импульс на распре— делитель 2, при этом сигнал появится уже на втором выходе распределителя 2, соединенном с информационным входом ключа 13. В нормальном состоянии ключ 13 пропустит этот импульс на вход шифратора 14, который 1 соответственно произведет переключения в коммутаторе 5, обеспечивающие соединение его входов с выходами очередного регистра блока 6. Так как в этот момент на .опросном входе формирователя 3 нет импульсов, то запись числа в дополнительный регистр не произойдет.

При очередном сигнале с первого выхода блока 1 распределитель 2 выдает импульс, поступающий на опросный вход формирователя.3. В этом случае, аналогично описанному, в выбранный очередной регистр блока 6 в двоичном коде запишется случайная цифра, соответствующая номеру возбужденной шины формирователя 3.

Таким образом, при последующем появлении сигнала на первом выходе блока 1 сначала будет выбираться адрес очередного регистра, а затем

1 записываться в него случайНая циф— ра. 1(огда начнется запись случайHbfx цифр в регистры блока 8, вклюае гся в работу блок 10, который с помощью элементов И 11 сравнивает числа, записанные в i-ом регистре блока 6 и в i Qê регистре блока 8. Если числа оказываются одинаковыми, то сигнал с выхода элемента И 11 1 через элемент ИЛИ 12 поступит на запрещающий ьход ключа 13, тем самым предотвращая измен-ние адреса регистра, подключаемого коммутатором 5 к шифратору 4. Поэтому, при появлении на опросном axîäa формирователя 3 очередногo импульса, запись нового случайного числа будет производиться в ранее подключенный коммутатором регистр 9. За счет этого исключается возмо>нность наличия в списке дистракторов старых элементов, c гоящих в тех же разрядах (позициях).

С последнего выхода шифратора 14 сигнал поступает на нулевой вход триггера 33, переводит его в нулевое состояние и тем самым отключает генератор 34, а также на вход генератора 35. При этом запись чисел в блоках 6 и 8 завершается, блок 1 прекращает выдачу импульсов с первого выхода и выдает сигнал на втором выходе, с генератора 35. Длительность этого сигнала определяется выбранным временем экспозиции списка элементов, предъявляемого для запоминания. Сигнал с второго выхода блока 1 поступает через злемен983 73

20 ты ИЛИ 17 на управляющие входы элементов И 18, которые откроются и подключат выходы регистров 7 блока 6 через элементы ИЛИ 21 к блоку

22, и на вторые входы блоков 24 анализа ответов.

Испытуемому для запоминания будет предьявлен и-разрядный список десятичных чисел. Для этого двухпозиционный переключатель 32 переводят в !О .положение "Режим П" и нажимают кнопку управления генератором 31. При этом сигнал с выхода генератора 31 через двухпозиционный переключатель

32 поступит на вход генератора 36, 15 выход которого служит третьим выходом блока 1. Сигнал с выхода блока 1 поступит на опросный вход формирователя 16. Длительность сигнала выбрана такой, чтобы испытуемый успел выявить старые элементы и затем с помощью кнопок 26 пульта 25 произвести необходимое действие. формирователь 16 начинает работать сразу при включении тренажера. zs

Триггеры 46 вместе с элементами И 47 и 48 межразрядных связей образуют регистр сдвига, содержимое которого сдвигается на один разряд с приходом импульса с одного из двух генераторов 43 или 44. При этом 0" или

"1", записанные в последнем разряде, стираются, а в первый разряд записывается "0" или "1", в зависимости от того, какому генератору принадлежит продвигающий импульс. Ге35 нераторы 43 и 44 вырабатывают пуассо новские потоки с разными интенсивностями, т, е, ) =, поэтому вероятность считывания единицы с перво40

ro разряда будет равна вероятности считывания нуля с того же разряда.

Таким образом, в момент прихода опросного импульса в разрядах регистра сдвига будет случайным образом записано число нулей и единиц. Выходы разрядов регистра сдвига соединены с входами соответствующих элементов ИЛИ 17. В момент прихода опросного импульса единицы с выходов элементов ИЛИ 17 откроют соответству- 0 ющие элементы И 18, а нули — через инверторы 19 откроют соответствующие элементы И 20, в результате чего к блоку 22 подключатся выходы некоторых регистров блока 6 и выходы некоторых регистров блока 8. Кроме того, на время действия опросного импульса на управляющие входы гене8 l0 раторов 43 и 44 будет подан сигнал, который отключит их. Этим достигается неизменность состояния выходов равновероятностного блока 16. Таким образом, испытуемому будет предьяв" лен список, содержащий как старые элементы, так и новые (дистракторы).

Испытуемый, если считает, что в рассматриваемом разряде находится старый элемент, нажимает соответствующую данному разряду кнопку 26.

При этом, если действительно в данном разряде имеется старый элемент, то к первым входам элементов И 50 и

53 и к входу инвертора 55 приложен положительный потенциал, После нажатия кнопки 26 срабатывает триггер

57, обеспечив подачу положительного импульса на вторые входы элементов

И .50 и 51 на вход инвертора 54.

При поступлении опросного импульса с пятого выхода блока 1 на входы (опросные) элементов И 51-54 только с выхода элемента И 50 через элемент

ИЛИ 56 импульс поступит на первый выход блока 24, соединенный с первой группой входов блока 27 (правильный ответ).

Опросный импульс, поступивший на нулевой вход триггера 57, возвратит его в исходное состояние.

Если в данном разряде имеется новый элемент и испытуемый не нажал кнопку (правильный ответ), то к первым входам элементов И 50 и 53 и ко входу инвертора 55 приложен отрицательный потенциал. С выхода триггера

57 отрицательный потенциал подается на вторые входы элементов И 50 и 51 и на вход инвертора 54. Положительный потенциал с выходов инверторов

54 и 55 приложен к первому и к второму входам элемента И 52. При поступлении опросного импульса с пятого выхода блока 1 через элемент

ИЛИ 56 поступит импульс на первый вход блока 24. Если в этом разряде был старый элемент, а испытуемый подсчитает, что он новый, и нажмет кнопку, то сигнал появится на выходе элемента И 53, соединенного с третьей группой входов блока 27, который зафиксирует пропуск элемента.

Если в рассматриваемом разряде находится новый элемент, то испытуемый, нажимая кнопку, допустит ошибку типа ложная тревога, при которой сигнал появится на выходе элемента

И 51, соединенного с второй группой

98373 формула изобретения

11 входов блока 27. Кроме того, импульс опроса возвратит триггер 57 в исходное состояние, По окончании ответа с третьего выхода блока 1 на формирователь !6 поступает очередной опросный импульс, при котором испытуемому будет предьявлен новый список и он вновь должен, аналогично описанному, выявить старые элементы. Число предъявлений to подсчитывается счетчиком 37, последний разряд которого служит выходом блока 1 ° Импульс переполнения счетчика 37 поступает на управляк>щие входы узлов 30 индикации, которые отобразят число правильных ответов, число ложных тревог и число пропусков.

Использование предлагаемого изобретения в устройствах для тренировки оперативной памяти повышает точность оценки памяти операторов за счет исключения влияния угадываний, улучшает качество тренажа, сокращает время тренировок за счет применения методики, повышающей тренируемостb оперативной памяти оператора.

Известный тренажер позволяет оценить память оператора методом припоминания. Однако практические иссле-, зо дования показывают, что оператор узнает элементы предъявлявшегося ему списка лучше, чем может их припомнить.

Эффективность узнавания остается высокой и при длительных- интервалах удержания запомненной информации.

Это связано с тем, что забывание, измеряемое методом узнавания, выражено слабее, чем при измерении методом г припоминания. Применение метода узна40 вания позволяет также более качественно описать процессы извлечения информации из памяти, Таким образом, очевидна более высокая эффективность использования для исследования памя45 ти метода узнавания по сравнению с методом припоминания.

Предлагаемое изобретение позволяет исследовать память оператора методом узнавания, причем все процессы, связанные с применением данного метода, полностью автоматизированы, Ценность предлагаемого технического решения особенно возрастает при исследовании памяти операторов сложных автоматизированных систем управления, в которых предусмотрено использование подсказывающих устройств. Тренажер может быть применен в качестве

8 12 отдельного функционального узла системы кон роля состояния оператора в системах человек — машина с взаимной адаптацией. Изменение ряда характеристик процесса узнавания достаточно надежно связывается с изменением функционального состояния оператора.

Все это подчеркивает более высокую технико-экономическую эффективность предлагаемого устройства по сравнению с известным.

В предлагаемом тренажере внесение поправок на угадывание осуществляется на основе теории обнаружения сигнала путем выявления вероятностей правильного опознания старых стимулов и допущенных ложных тревог. Модель обнаружения сигнала, использованная в данном тренажере, позволяет отделить память оператора от процесса принятия решения и хорошо описывает процессы извлечения информации, хранящейся в памяти.

В целом, применение данного технического решения позволяет повысить точность оценки памяти оператора на

30-40 за счет использования метода узнавания, более качественного внесения поправки на угадывания и отделения памяти от процесса принятия решения. В конечном итоге это способствует повышению качества профессиональногo отбора, расширению возможностей управления процессами обучения, а также повышению эффективности деятельности оператора в сложных автоматизированных системах управления.

1. Тренажер оператора автоматизированной системы управления, со держащий пульт оператора, блок предьявления учебной информации, блок сравнения, последовательно соединенные блок управления и блок регистрации и последовательно включенные первый шифратор и первый коммутатор, отличающийся тем, что, . с целью повышения точности тренаже— ра, в него введены последовательно включенные распределитель импульсов, ключ и шифратор, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входом блока управления и вторым входом первого коммутатора, последовательно соединенные блоки, 14 вертор и второй элемент И, последовательно включенные вторбй инвертор и третий элемент И, а также четвертый элемент И, первый вход которого соединен с выходом второго инвертора, а второй и третий входы и выход четвертого элемента И являются соответственно первым и третьим входами блока, второй вход третьего элемента И соединен с выходом первого инвертора, выход — с вторым входом элемента

ИЛИ, а третий вход является третьим входом блока, выход первого триггера соединен с входом второго инвертора и вторым входом второго элемента И, третий вход и выход которого являются соответственно третьим входом и вторым выходом блока, выход элемента ИЛИ является первым выходом блока, второй вход первого элемента И первым входом блока, первый вход пер"

aoro триггера - вторым входом блока, а второй вход первого триггера и третий вход первого элемента И - третьим входом блока.

4. Тренажер по и. 1, о т л .и ч аю шийся тем, что в нем блок управления содержит последовательно соединенные первый генератор, переключатель, второй триггер и второй генератор, третий генератор, выход которого является третьим выходом блока и подключен через формирователь импульсов опроса к четвертому выходу блока, а через счетчик - к первому выходу блока, четвертый генератор, вход и выход которого являются соответственно входом и третьим выходом блока, вход третьего генератора соединен с вторым выходом переключателя, второй вход второго триггера и выход второго генератора являются соответственно входом и вторым выходом блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР и 650090, кл. 0 09 В 9/00, 1978. .2. Авторское свидетельство СССР

М 780027, кл. С 09 8 9/00, 1979 (прототип), 1

40

,13 983738 регистров, второй коммутатор и блоки анализа ответов, выходы которых соединены с вторым входом блока регистрации, а вторые входы - с выходом пульта оператора, и формирователь кодов, вход которого подключен к второму выходу распределителя импульсов, а выход - к входу первого шифратора, выходы блоков регистров через блок сравнения соединены с !О .вторым входом ключа, а входы — непосредственно с выходом первого коммутатора, вход распределителя импульсов соединен с вторым выходом блока управления, третий выход коTopQI подключен к второму входу второго коммутатора, второй выход которого соединен с входом блока предъявления учебной информации, третьи входы блоков анализа ответов подключены к четвертому выходу блока управления.

2. Тренажер по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что в нем второй коммутатор содержит форми- 35 рователь импульсов равновероятностных чисел, выход которого соединен с первыми входами элементов ИЛИ первой группы, вторые входы которых являются вторым входом коммутатора, 5я а выходы непосредственно соединены с первыми входами элементов И первой группы и через инверторы группы с первыми входами элементов И второй группы, вторую группу элементов ИЛИ, первые и вторые входы которых соединены соответственно с выходами элементов И первой и второй групп, а выходы являются вторым выходом коммутатора, вход формирователя импульсов является вторым входом коммутатора, вторые входы элементов И первой и второй групп являются первым входом коммутатора.

3. Тренажер по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что в нем блок анализа ответов содержит последовательно включенные первый триггер, первый элемент И и эЛемент ИЛИ, по-. следовательно соединенные первый ин50

983738

Составитель A. Карлов

Редактор Н. Лазаренко Техред 3 Палий

Корректор Д.ДзЯтко филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, Заказ 9931/ 0 Тираж 72 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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