книги / Автоматизированное управление формированием сенсомоторных навыков у операторов технологических установок с применением компьютерных тренажеров

ным понятиям и положениям теории [33]. По результатам входного контроля организуется допуск к выполнению упражнений на тренажере.

Практически во всех современных компьютерных тренажерах в том или ином виде реализован постоянный контроль действий обучаемого и качества выполнения технологического процесса [48]. Причем данные виды контроля могут осуществляться как автоматически, так и с привлечением преподавателя.

Некоторые из компьютерных тренажеров возлагают именно на преподавателя функцию проведения проверки действий и результата работы обучаемого: например, с целью данной проверки сохраняются экраны тренажера в определенные моменты времени, а далее преподаватель проводит анализ этих изображений и формирует заключение о правильности хода выполнения работы и результата обучаемого.

Многие тренажеры автоматически проверяют решения обучаемых и производят автоматический анализ хода работы. Наиболее полезной возможностью является оценка действий обучаемого в реальном времени и формирование на основе этого советующих воздействий.

1.4.7.Развитие тренажеров операторов технологических процессов

Следует рассмотреть особенности развития тренажеров операторов технологических процессов, предназначенных для формирования сенсомоторных навыков, на примере операторов перегрузочных машин.

Традиционные методы обучения трудовым действиям с целью формирования навыков предусматривают проведение занятий на реальном оборудовании под руководством инструктора и, как правило, по индивидуальной форме. Такие методы обладают рядом существенных недостатков:

1) как правило, инструкторы не имеют педагогической подготовки [7], а программы производственного обучения определяются

31

ственной практике разработку электронных тренажеров для подготовки крановщиков начали в 1971 году сотрудники кафедры вычислительной техники и автоматического управления Пермского политехнического института (в настоящее время – кафедра информационных технологий и автоматизированных систем ПНИПУ) [20, 26].

На рис. 1.6 представлена упрощенная структурная схема разработанного электронного тренажера [7].

Конструктивно тренажер состоял из двух блоков. Первый из них представлял собой рабочее место обучаемого. Он был оборудован органами управления краном (ОУ), а именно рукоятками управления и педалью тормоза вращательного движения, а также системой отображения информации (СОИ). Во втором блоке были размещены электронная аналоговая модель крана (АМК), устройство управления тренажером (УУ) и устройство питания всех схем. Аналоговая модель крана в электронном тренажере заменяет физическую модель крана.

Эффективность процесса подготовки с использованием электронного тренажера достигалась за счет осуществления обучаемым повторных упражнений с возрастающей трудностью,

33

рабочим местом обучаемого. В связи с этим при упражнениях на тренажере не осуществлялась объемная визуальная оценка обстановки и положения рабочего органа машины с грузом, а вестибулярный аппарат учащегося не участвовал в чувственном отражении вращательного движения.

Во-вторых, многие предложенные разработчиками методы и приемы обучения и управления ходом тренировки не были применены ввиду их сложной реализации на элементной базе того времени. Автоматизация управления процессом формирования навыков не была реализована в достаточной степени, многие составляющие процесса управления были возложены на инструктора.

Устранению перечисленных выше недостатков и сохранению преимуществ электронных тренажеров способствовало появление компьютерных тренажеров, широко используемых в настоящее время для профессиональной подготовки крановщиков.

1.4.8. Современные компьютерные тренажеры для подготовки операторов технологических установок

Различные организации занимаются разработкой компьютерных тренажеров крановщиков (например [49–52]), с помощью которых проходят обучение будущие операторы многих широко используемых в настоящее время перегрузочных машин: мостовой кран, башенный кран, козловой кран, портовой кран, автомобильный кран, бульдозер, экскаватор и т.д. Информация о некоторых крупных производителях таких тренажеровпредставлена в табл. 1.3.

Тренажеры могут быть предназначены [50]:

–для первоначального обучения оператора крана;

–совершенствования или коррекции имеющихся навыков управления краном опытными операторами.

Выделим некоторые основные особенности обучения на современных компьютерных тренажерах крановщика:

1) адекватное воздействие на все органы чувств обучаемого при имитации реального перегрузочного процесса, обеспечивае-

35

грузок; реалистичное видео для визуального восприятия перегрузочного процесса; трехмерный звук;

2)автоматическая фиксация ошибок, допускаемых обучаемыми при выполнении упражнений, и других показателей качества работы, сохранение информации о результатах обучения в базе данных;

3)применение автоматизированного контроля знаний (по технике безопасности и другим аспектам работы на перегрузочной машине) в форме тестирования.

Допустимы различные комплектации тренажеров перегрузочных машин. Например, 3D-тренажер с джойстиками является вариантом простой комплектации, а 3D-тренажер с креслом, динамической платформой и несколькими плазменными видеопанелями – вариант сложной комплектации. Усложнение комплектации повышает точность имитации реального производственного процесса и, как следствие, качество учебного процесса, но и увеличивает стоимость тренажера.

Необходимо отметить существенное количество научных работ, посвященных таким аспектам создания компьютерных тренажеров операторов технологических систем, как математическое моделирование физических процессов [44, 58, 59], 3D-моделирование [58, 60–62], разработка аппаратного обеспечения [45, 46].

1.4.9.Модели и методы управления формированием навыков при обучении операторов

на компьютерных тренажерах

Следует привести наиболее актуальные работы, посвященные проблемам автоматизированного управления формированием профессиональных навыков у операторов технологического процесса.

Согласно работам М.С. Тер-Мхитарова и Т.К. Щемелевой, методическими факторами, способствующими повышению эффективности формирования профессиональных сенсомоторных навыков у будущих крановщиков [7, 19, 20], являются:

37

полнении могут предоставляться либо в момент возникновения нарушений, либо только по окончании упражнения. По завершении многократного выполнения некоторого упражнения обратная связь должна быть не более информативной, чем в условиях реального технологического процесса на перегрузочной машине. Визуальная обратная связь не будет эффективной, если у будущего крановщика не создана внутренняя модель действий, ведущих к достижению поставленной цели технологического процесса.

Выделяют следующие эффективные приемы автоматического инструктажа [19]:

1)предварительный показ (визуальное отображение) на экране тренажера результатов выполнения упражнения автоматом как процесса перемещения груза и механических конструкций крана при оптимальном управлении краном;

2)то же, что и в п.1, но с подачей обучаемому дополнительных сигналов-указаний любой модальности (тактильных, звуковых, зрительных) о моментах выполнения автоматом действий, аналогичных моторным действиям крановщика, с командоконтроллерами, педалями, переключателями;

3)подача по ходу выполнения упражнения обучаемому подсказок в виде сигналов-указаний любой модальности в реальном режиме времени о моментах выполнения моторных действий в соответствии с алгоритмом оптимального управления краном, которые должны восприниматься обучаемым как команды к исполнению;

4)фиксация лучшего (рационального) алгоритма выполнения перегрузочного цикла обучаемым из серии упражнений и предъявление лучшего алгоритма этому обучаемому в виде приемов инструктажа по п. 1 и/или по п. 2.

Работы Д.А. Новикова [63], Ю.Б. Остапченко, С.А. Кудрякова, Е.Н. Шаповалова и др. [64], В.Л. Гаврикова и Р.Г. Хлебопроса [65], П.А. Орлова [66] являются важным вкладом в изучение проблем итеративного научение, в частности математического моделирования этого процесса.

39