УСТРОЙСТВО ОБУЧЕНИЯ ОПЕРАТОРОВ Российский патент 2005 года по МПК G09B9/00 

Изобретение относится к техническим средствам обучения операторов и может быть использовано в тренажерах для подготовки операторов систем управления.

Известно устройство для обучения операторов (см., например, Авторское свидетельство СССР № 918962, 1980 г.), реализованное на регистре адреса, блоке памяти, регистре микрокоманды, блоке сравнения, пульте оператора, счетчике, элементах ИЛИ. Данный аналог построен по принципу однократного выполнения всего алгоритма управления во время обучения на основе жестко заданной последовательности команд, что резко ограничивает область его применения.

Также известно устройство для обучения операторов (см. Авторское свидетельство СССР № 1320833, 1986 г.), реализованное на регистре адреса, блоке памяти, регистре микрокоманды, блоке сравнения, пульте оператора, счетчике, элементах И, элементах ИЛИ, блоке давления, регистре числа, регистре адреса, блоке памяти. Однако данный аналог имеет существенный недостаток. Данная схема может быть использована только для обучения устранения неисправности, что снижает дидактические возможности устройства.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является устройство для обучения операторов А. с. 1437897 СССР, МПК⁶ G 09 В 9/00, заявл. 04.11.86, опубл. 15.11.88. Известное устройство содержит регистр адреса (микрокоманды), блок памяти, регистр микрокоманды, панель органов индикации, выполненную в виде информационного табло, панель органов управления, выполненную в виде блока ввода ответных действий оператора, блок сравнения, три элемента ИЛИ, генератор, элементы задержки, счетчик, блок сравнения, триггер и блок звуковой сигнализации, выходы регистра адреса соединены с соответствующими входами блока памяти, выходы которого подключены к соответствующим информационным входам регистра микрокоманды, выходы первой группы регистра микрокоманды соединены с соответствующими входами информационного табло, а выходы второй группы - с соответствующими входами первой группы первого блока сравнения, выходы второй группы информационного табло подключены к соответствующим выходам блока ввода ответных действий оператора, первый элемент ИЛИ, счетчик, выходы которого подключены к соответствующим входам первой группы второго блока сравнения, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым входом второго элемента ИЛИ и S-входом триггера, R-вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ, и третий элемент ИЛИ, вход которого соединен с единичным выходом триггера. Управляющий вход первого блока сравнения подключен к выходу первого элемента задержки, а выход - к входу останова генератора, входам второго и четвертого элементов задержки и одному входу считывания регистра микрокоманды. Другой вход считывания регистра микрокоманды соединен с выходом первого элемента ИЛИ, подключенным к входу первого элемента задержки. Входы первого элемента ИЛИ соединены с соответствующими выходами блока ввода ответных действий оператора. Входы второй группы второго блока сравнения подключены к соответствующим выходам третьей группы регистра микрокоманды, а управляющий вход - к выходу третьего элемента задержки. Вход третьего элемента задержки соединен с выходом второго элемента задержки, подключенным к входу считывания счетчика. Установочный вход счетчика соединен с выходом третьего элемента задержки, а информационный вход - с выходом генератора. Выходы третьего элемента ИЛИ подключены к соответствующим выходам первой группы регистра микрокоманды, а выход - к входу запуска генератора. Выход четвертого элемента задержки соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ и информационным входом регистра адреса, установочный вход которого является входом устройства.

Недостатком прототипа является ограниченная область его использования. В частности, на этапе отработки навыков пооперационной своевременной деятельности частое включение звуковой сигнализации не позволяет закрепить навыки при отработке оператором сложных алгоритмов управления.

Целью изобретения является разработка устройства обучения операторов, позволяющего расширить область применения устройства за счет предоставления и контроля отведенного числа ошибок на тренировку в процессе практической подготовки оператора АСУ в целом, в том числе и в процессе самообучения.

Для достижения сформулированной цели в известном устройстве обучения операторов, содержащем блок задания программы обучения, информационное табло, первый и второй блок сравнения, табло ответных действий оператора, N, где N≥2, выходов первой и второй групп выходов блока задания программы обучения подключены к N входам соответственно информационного табло и первого блока сравнения, первый выход которого подключен к сдвигающему входу блока задания программы обучения, а N входов первого блока сравнения подключены к соответствующим N выходам табло ответных действий оператора, дополнительно введены N элементов И, элемент ИЛИ, выход которого подключен к запускающему входу блока задания программы обучения, а N выходов табло ответных действий оператора подключены к соответствующим N входам третьей группы входов блока задания программы обучения. Обнуляющий вход счетчика подключен к выходу элемента ИЛИ, а счетный вход счетчика подключен к входу элемента задержки, первому входу информационного табло и второму выходу первого блока сравнения, i-тый выход счетчика, где i=1, 2,...N, подключен к первому входу i-того элемента И, а вторые входы N элементов И объединены и подключены к выходу элемента задержки, выход i-того элемента И подключен к i-тому входу первой группы входов второго блока сравнения, а N входов второй группы входов второго блока сравнения подключены к соответствующим N выходам регистра числа, N входов которого являются N входами количества ошибок устройства. Информационный выход второго блока сравнения подключен к информационному входу информационного табло, а перезапускающий выход второго блока сравнения подключен к перезапускающему входу элемента ИЛИ, первый вход которого является запускающим входом устройства.

Блок задания программы обучения состоит из регистра адреса микрокоманд, блока памяти микропрограмм, регистра микрокоманды, элемента ИЛИ и элемента задержки, N выходов регистра адреса микрокоманд подключены к соответствующим N входам блока памяти микропрограмм, N выходов которого подключены к соответствующим N входам регистра микрокоманды. Выход элемента ИЛИ подключен к управляющему входу регистра микрокоманды и входу элемента задержки, причем первая и вторая группы выходов по N выходов в каждой группе регистра микрокоманды и N входов элемента ИЛИ являются соответственно первой и второй группой выходов и N входов блока, а запускающий и сдвигающий входы регистра адреса микрокоманд и выход элемента задержки являются соответственно запускающим и сдвигающим входами и управляющим выходом блока задания программы обучения.

Благодаря новой совокупности существенных признаков за счет введения счетчика, элемента задержки, группы элементов И и регистра числа достигается возможность расширения области применения устройства за счет предоставления и контроля отведенного числа ошибок на тренировку в процессе практической подготовки оператора АСУ в целом, в том числе и в процессе самообучения при отработке более сложных алгоритмов управления.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного устройства условию патентоспособности “новизна”. Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности “изобретательский уровень”.

Заявленное устройство поясняется чертежами.

Фиг.1. Функциональная схема устройства обучения операторов.

Фиг.2. Блок задания программы обучения.

Устройство для обучения операторов, показанное на фиг.1, содержит блок задания программ обучения 1, информационное табло 2, табло ответных действий операторов 3, первый 4 и второй 5 блоки сравнения, счетчик 6, элемент задержки 7, группу элементов И 8, регистр числа 9, элемент ИЛИ 11, группу внешних входов 10 для занесения в регистр 9 требуемого числа.

Первый вход элемента ИЛИ 11 является внешним входом запуска. Выход элемента ИЛИ 11 подключен к запускающему входу блока задания программы обучения 1 и обнуляющему входу счетчика 6.

Первая группа выходов блока задания программы обучения 1 подключена к входам информационного табло 2. Вторая группа выходов блока задания программы обучения 1 подключена к первому блоку сравнения 4. Выходы табло ответных действий оператора 3 подключены к первой группе входов первого блока сравнения 4 и параллельно к элементу ИЛИ 1.4 блока задания программы обучения 1. Первый выход блока 4 подключен к сдвигающему входу блока задания программы обучения 1. Второй выход первого блока сравнения 4 подключен к счетному входу счетчика 6, ко входу 1 информационного табло 2 и входу элемента задержки 7. Выходы счетчика 6 подключены к первым входам группы элементов И 8. Выход элемента задержки 7 параллельно подключен ко вторым входам группы элементов И 8. Выходы группы элементов И 8 подключены к первой группе входов второго блок сравнения 5. Выход 1 второго блока сравнения 5 подключен ко второму входу информационного табло 2. Второй выход второго блока сравнения 5 подключен ко второму входу элемента ИЛИ 11. Группа внешних входов 10 регистра числа 9 являются задающими входами количества ошибок. Выходы регистра числа 9 подключены ко второй группе входов второго блока сравнения 5.

Блок 1 задания программы обучения предназначен для задания параметров осваиваемого алгоритма деятельности. Вариант схемы блока задания программы обучения, показанный на фиг.2, содержит последовательно соединенные регистр 1.1 адреса микрокоманды, блок 1.2 памяти микропрограммы и регистр 1.3 микрокоманды. Регистр адреса микрокоманды служит для задания управляющей составляющей алгоритма управления. Первый и второй входы блока 1 являются задающим и сдвигающим входами регистра адреса микрокоманды 1.1 соответственно. Выходы регистра адреса микрокоманды 1.1 подключены ко входам блока памяти микропрограмм 1.2. Блок памяти микропрограммы хранит данные об операционной составляющей алгоритма: код органа информационного табло, который изменяет свое состояние в данной операции алгоритма, и код органа управления блока ответных действий, на который оператор должен воздействовать в этой же операции. Выходы блока памяти микропрограмм 1.2 подключены к первой группе входов регистра микрокоманды 1.3. Регистр микрокоманды предназначен для кратковременного хранения данных о текущей операции алгоритма. Первая группа выходов блока 1 является и первой группой выходов регистра микрокоманды 1.3 и подключается к первой группе входов информационного табло 2. Вторая группа выходов блока 1 является второй группой выходов регистра микрокоманды 1.3 и подключается ко второй группе входов первого блока сравнения 4. Группа входов блока 1 являются входами элемента ИЛИ 1.4, выход которого подключен к управляющему входу регистра микрокоманды.

Информационное табло 2 и табло 3 ответных действий оператора являются физической моделью реального пульта оператора АСУ.

Первый блок 4 сравнения предназначен для оценки безошибочности действий оператора. В случае совпадения кодов, поступивших с группы вторых выходов блока 1 и блока 3 ответных действий оператора, сигнал появится на первом его выходе, в противном случае - на втором.

Второй блок 5 сравнения служит для проверки числа допущенных ошибок с допустимым. В случае несовпадения поступивших кодов сигнал появляется на первом выходе блока 5 и поступает на информационное табло 2, сообщая оператору тем самым о продолжении тренировки. В случае же совпадения этих кодов сигнала появится на втором выходе блока 5 сравнения, и оператор будет возвращен в начало алгоритма для новой тренировки.

Счетчик 6 числа ошибок предназначен для подсчета числа допущенных ошибок на всем протяжении процесса выполнения алгоритма управления обучаемым.

Элемент 7 задержки служит для синхронизации работы ключевых элементов И.

Регистр 9 числа хранит значения допустимого числа ошибок, которое записывается в него по входам 10.

Элемент 11 И объединяет входы для запуска устройства обучения операторов.

Схемы регистров и счетчиков известны и описаны, например, в книге Е.И. Манаеева “Основы радиоэлектроники” (Радио и связь, 1985, с.372, 373, рис.14.46, 14.47), и могут быть реализованы на микросхемах серии 555. В качестве схем сравнения могут быть использованы мультиплексоры. Схема мультиплексора показана в той же книге на странице 364 (рис.14.36). В качестве блока памяти микропрограммы может быть использована одна из известных схем, например приведенная там же на с.376 (рис.14.50).

Устройство работает следующим образом. С поступлением сигнала на внешний вход 12 через элемент 11 ИЛИ он поступает на первый вход счетчика 6 и обнулит его. Кроме того, этот сигнал поступит на первый вход блока 1 задания программы обучения, и в его регистре адреса микрокоманды будет выбрана первая микрокоманда, соответствующая первой операции алгоритма управления. Данная микрокоманда переписывается из блока памяти микропрограммы блока 1 в его регистр микрокоманды. С первых выходов блока 1 код информационного табло 2 поступает на него, и соответствующий орган изменяет свое состояние. Человек-оператор, восприняв данную информацию, воздействует на орган табло 3 ответных действий. Код задействованного органа поступает на первые входы первого 4 блока сравнения и на элемент ИЛИ блока 1, этот сигнал подается на управляющий вход регистра микрокоманды блока 1, и с его вторых выходов содержимое второй зоны поступает на вторые входы первого блока 4 сравнения. В случае совпадения поступивших кодов сигнал появляется на первом выходе первого блока 4 сравнения и подается на второй вход блока 1 задания программы обучения. Здесь этот сигнал поступает на сдвигающий вход регистра адреса микрокоманды, и будет выбран адрес очередной микрокоманды в блоке памяти, что соответствует очередной операции алгоритма управления. Цикл работы устройства повторится в описанном ранее порядке.

В случае несовпадения поступивших кодов в первом блоке 4 сравнения сигнал появится на втором выходе. Он поступает на первый вход информационного табло 2 для сигнализации оператору об ошибке, на второй вход счетчика 6 для подсчета числа ошибок, а также на элемент 7 задержки. С выхода элемента 7 задержки и выходов счетчика 6 код числа допущенных ошибок обучаемым через группу элементов 8 И поступает на первые входы второго блока 5 сравнения. На вторые входы блока 5 постоянно подается код допустимого числа ошибок из регистра 9 числа. В случае несовпадения поступивших кодов сигнал появится на первом выходе второго блока 5 сравнения и поступит на второй вход информационного 2 табло, информируя оператора о возможности продолжения выполнения алгоритма управления. Если же коды поступивших чисел совпадут, сигнал появится на втором выходе второго блока 5 сравнения. Этот сигнал подается на элемент 11 ИЛИ, приводя устройство в исходное состояние, соответствующее началу новой тренировки.

Цикл функционирования устройства обучения операторов повторяется в описанном ранее порядке.

Таким образом, предлагаемое устройство расширяет область применения устройства за счет предоставления и контроля отведенного числа ошибок на тренировку в процессе практической подготовки оператора АСУ при отработке сложных алгоритмов управления.

Устройство предназначено для использования в тренажерной технике, в частности, для обучения операторов и позволяет расширить область применения за счет предоставления и контроля отведенного числа ошибок на тренировку в процессе практической подготовки оператора АСУ в целом, в том числе и в процессе самообучения. Выход элемента ИЛИ подключен к запускающему входу блока задания программы обучения. N выходов табло ответных действий оператора подключены к соответствующим N входам третьей группы входов блока задания программы обучения. Обнуляющий вход счетчика подключен к выходу элемента ИЛИ. Счетный вход счетчика подключен к входу элемента задержки, первому входу информационного табло и второму выходу первого блока сравнения, i-тый выход счетчика, где i=1, 2...N, подключен к первому входу i-того элемента И. Вторые входы N элементов И объединены и подключены к выходу элемента задержки. Выход i-того элемента И подключен к i-тому входу первой группы входов второго блока сравнения. N входов второй группы входов второго блока сравнения подключены к соответствующим N выходам регистра числа, N входов которого являются N входами количества ошибок устройства. Информационный выход второго блока сравнения подключен к информационному входу информационного табло, а перезапускающий выход второго блока сравнения подключен к перезапускающему входу элемента ИЛИ, первый вход которого является запускающим входом устройства. Блок задания программы обучения состоит из регистра адреса микрокоманд, блока памяти микропрограмм, регистра микрокоманды, элемента ИЛИ. N выходов регистра адреса микрокоманд подключены к соответствующим N входам блока памяти микропрограмм, N выходов которого подключены к соответствующим N входам регистра микрокоманды. Вход элемента ИЛИ подключен к управляющему входу регистра микрокоманды. Первая и вторая группы выходов по N выходов в каждой группе регистра микрокоманды и N входов элемента ИЛИ являются соответственно первой и второй группой выходов и N входов блока. Запускающий и сдвигающий входы регистра адреса микрокоманд являются соответственно запускающим и сдвигающим входами блока задания программы обучения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство обучения операторов, содержащее блок задания программы обучения, информационное табло, первый и второй блоки сравнения, табло ответных действий оператора, N, где N≥2, выходов первой и второй групп выходов блока задания программы обучения подключены к N входам соответственно информационного табло и первого блока сравнения, первый выход которого подключен к сдвигающему входу блока задания программы обучения, а N входов первого блока сравнения подключены к соответствующим N выходам табло ответных действий оператора, отличающееся тем, что дополнительно введены N элементов И, элемент ИЛИ, выход которого подключен к запускающему входу блока задания программы обучения, а N выходов табло ответных действий оператора подключены к соответствующим N входам третьей группы входов блока задания программы обучения, счетчик, элемент задержки, обнуляющий вход счетчика подключен к выходу элемента ИЛИ, а счетный вход счетчика подключен к входу элемента задержки, первому входу информационного табло и второму выходу первого блока сравнения, i-й выход счетчика, где i=1, 2...N, подключен к первому входу i-го элемента И, а вторые входы N элементов И объединены и подключены к выходу элемента задержки, выход i-го элемента И подключен к i-му входу первой группы входов второго блока сравнения, а N входов второй группы входов второго блока сравнения подключены к соответствующим N выходам регистра числа, N входов которого являются N входами количества ошибок устройства, информационный выход второго блока сравнения подключен к информационному входу информационного табло, а перезапускающий выход второго блока сравнения подключен к перезапускающему входу элемента ИЛИ, первый вход которого является запускающим входом устройства.2. Устройство обучения операторов по п.1, отличающееся тем, что блок задания программы обучения состоит из регистра адреса микрокоманд, блока памяти микропрограмм, регистра микрокоманды, элемента ИЛИ, N выходов регистра адреса микрокоманд подключены к соответствующим N входам блока памяти микропрограмм, N выходов которого подключены к соответствующим N входам регистра микрокоманды, выход элемента ИЛИ подключен к управляющему входу регистра микрокоманды, причем первая и вторая группы выходов по N выходов в каждой группе регистра микрокоманды и N входов элемента ИЛИ являются соответственно первой и второй группой выходов и N входов блока, а запускающий и сдвигающий входы регистра адреса микрокоманд являются соответственно запускающим и сдвигающим входами блока задания программы обучения.