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, трех элементов 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 его применения за счет предоставления возможности конкретизации типа 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 информационное табло, первый и второй блоки сравнения, сигнальный выход первого блока сравнения подключен к сигнальному входу информационного табло, N≥2 выходов панели органов управления подключены к соответствующим N входам первой группы входов первого блока сравнения и N входам блока задания программ обучения, первая и вторая группы по N выходов в каждой которого подключены к соответствующим N входам соответственно информационного табло и первого блока сравнения. Управляющий выход блока задания программ обучения подключен к управляющему входу первого блока сравнения, сдвигающий выход которого подключен к сдвигающему входу блока задания программ обучения, запускающий вход которого является запускающим входом устройства, дополнительно введены индикатор-транспарант "Новая ошибка", индикатор-транспарант "Повторная ошибка", входы которых подключены соответственно к сигнальным выходам второго блока сравнения. Первая и вторая группы входов по N входов в каждой группе второго блока сравнения подключены к соответствующим N выходам соответственно первого и второго регистра числа. Установочные входы первого и второго регистров числа подключены к сдвигающему выходу первого блока сравнения и второму входу второго элемента ИЛИ. Выход второго элемента задержки подключен к управляющему входу второго блока сравнения, а вход подключен к управляющим входам первого и второго регистров числа и выходу первого элемента задержки. Вход первого элемента задержки подключен к выходу N-входового элемента ИЛИ, i-й вход которого, где i=1, 2, ..., N, подключен к выходу i-го элемента И второй группы элементов И и i-му входу второго регистра числа. 1-й вход первого регистра ч исла подключен к выходу i-го элемента И первой группы элементов И. Первые входы N элементов И первой группы элементов И объединены и подключены к прямому выходу триггера. Инверсный выход триггера подключен к первым входам N элементов И второй группы элементов И. Второй вход i-го элемента И первой группы элементов И подключен ко второму входу i-го элемента И второй группы элементов И. Обнуляющий (R) вход триггера подключен к сигнальному входу информационного табло, установочный (S) вход триггера подключен к выходу второго элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к запускающему входу блока задания программ обучения.

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 возможности конкретизации типа 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, тождественными 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, панель органов управления 3, первый 4 и второй 5 блоки сравнения, первый 6 и второй 7 регистры числа, первая 8 и вторая 9 группы элементов И, триггер 10, первый 11 и второй 16 элементы ИЛИ, первый 12 и второй 13 элементы задержки, индикатор-транспарант "Новая ошибка" 14, индикатор-транспарант "Повторение ошибки" 15.

Первый вход элемента ИЛИ 16 и блока задания программ обучения является внешним входом запуска.

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 панели органов управления 3 подключены к первой группе входов первого блока сравнения 4, параллельно к вторым входам первой 8 и второй 9 групп элементов И и элементу ИЛИ 1.4 блока задания программы обучения 1. Первый выход блока 4 подключен к управляющим входам первого 6 и второго 7 регистров числа, ко второму входу второго элемента ИЛИ 16 и сдвигающему входу блока задания программы обучения 1. Второй выход первого блока сравнения 4 подключен к R входу триггера 10 и входу 1 информационного табло 2.

Управляющий выход блока задания программ 1 подключен к управляющему входу первого блока сравнения 4. Выход элемента ИЛИ 16 подключен к S входу триггера 10. Прямой выход триггера 10 подключен к первым входам первой группы элементов И 8. Инверсный выход триггера 10 подключен ко вторым входам второй группы элементов И 9. Выходы первой группы элементов И 8 параллельно подключены к входам первого регистра числа 6. Выходы второй группы элементов И 9 параллельны подключены к входам второго регистра числа 7 и первого элемента ИЛИ 11. Выход элемента ИЛИ 11 подключен ко входу первого элемента 6 и второго 7 регистров числа и входу второго элемента задержки 13. Выход второго элемента задержки 13 подключен к управляющему входу второго блока сравнения 5. Выходы первого 6 и второго 7 регистров числа подключены соответственно к первой и второй группе входов второго блока сравнения 5, первый которого подключен к индикатору-транспаранту "Новая ошибка" 14, а второй - к индикатору-транспаранту "Повторение ошибки" 15.

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 и элементу задержки 1.5, выход которого подключен к управляющему входу первого блока сравнения 4 и является управляющим выходом блока задания программ обучения 1.

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 кода первого ошибочного действия с кодом следующего ошибочного действия, которое следует сразу за первой ошибкой. Если сравниваемые коды не совпадут, то сигнал появится на первом его выходе, если совпадут - на втором.

Первый регистр 6 числа хранит код первого ошибочного действия оператора до тех пор, пока требуемое действие не будет выполнено правильно, тогда сигнал с первого выхода первого блока 4 сравнения поступит на установочные входы первого 6 и второго 7 регистров числа и обнулит их.

Второй регистр 7 числа хранит код ошибочного действия, выполненного сразу после первой ошибки.

Первая 8 и вторая 9 группы элементов И выполняют функции ключевых элементов.

Триггер 10 управляет последовательностью записи информации в первый 6 и второй 7 регистры.

Элемент 11 ИЛИ, первый 12 и второй 13 элементы задержки синхронизируют процессы считывания информации из первого 6 и второго 7 регистров, а также сравнением во втором 5 блоке.

Индикаторы-транспаранты 14 "Новая ошибка" и 15 "Повторение ошибки" представляют информацию после безуспешной попытки устранения допущенной ошибки.

Второй элемент 16 ИЛИ объединяет вход запуска устройства и первый выход первого блока 4 сравнения с S-входом триггера, снимая тем самым индикацию об ошибке с информационного табло.

Схемы регистров и счетчиков известны и описаны, например, в книге Е.И.Манаева "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. Схемы мультиплексора и триггера показаны в той же книге на страницах 364 (рис.14.36) и 334 (рис.14.7) соответственно. 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 1 устройства происходит подача сигнала через второй элемент 16 ИЛИ на S-вход триггера 10, а также выбор в регистре адреса микрокоманды, соответствующей первой операции алгоритма управления. Данная микрокоманда переписывается из блока памяти микропрограммы в регистр микрокоманды. С первых выходов блока 1 код органа информационного табло поступает на него и соответствующий орган изменяет свое состояние. Человек-оператор, восприняв данную информацию, воздействует на орган табло ответных 3 действий. Код задействованного органа поступает на первые входы первого блока 4 сравнения, а также на вторые входы элементов И первой 8 и второй 9 групп.Сигналом с прямого выхода триггера 10 открытыми будут элементы И 8 первой группы и код задействованного органа табло 3 будет записан в первый регистр 6 числа, на элемент ИЛИ блока 1, с выхода которого 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. Этот сигнал через второй элемент 16 ИЛИ поступит на S-вход триггера 10, на установленные входы первого 6 и второго 7 регистров, а также на второй вход блока 1 задания программы обучения. Этот сигнал поступает на сдвигающий вход регистра адреса микрокоманды, соответствующей очередной операции алгоритма, и цепи работы устройства повторится в описанном ранее порядке.

В случае несовпадения поступивших ранее кодов в первом блоке 4 сравнения сигнал появится на втором выходе. Он поступит на R-вход триггера 10, с инверсного выхода которого сигнал поступит на вход информационного табло 2 для сигнализации оператору об ошибке и на первые входы элементов И 9 второй группы.

Оператор, восприняв информацию о допущенной ошибке, должен ее устранить. Если это ему удалось, то сигнал вновь появится на первом выходе первого блока 4 сравнения. Он переведет триггер 10 в единичное состояние и подключит тем самым к выходам табло 3 входы первого 6 регистра, а также обнулит его содержание и представит обучаемому новую информацию на табло 2 об очередной операции алгоритма.

Если оператор вслед за первой ошибкой допускает еще одну, то код данного органа записывается уже во второй 7 регистр через открытые элементы 9 И второй группы. С их выходов через первый элемент 11 ИЛИ сигнал подается на элемент 12 задержки, а с него на управляющие входы первого 6 и второго 7 регистров числа. Их содержимое переписывается во второй блок 5 сравнения, а команда для проверки поступивших кодов поступит с выхода второго элемента 13 задержки. В случае несовпадения поступивших кодов сигнал появится на первом выходе второго блока 5 сравнения, что будет соответствовать совершению оператором новой ошибки при попытке устранить уже допущенную. А если коды совпадут, то это означает, что оператор пытается выполнить правильное действие воздействия на тот же орган табло 3, на котором только что была допущена ошибка.

В случае успешного выполнения требуемого действия сигнал появится на первом выходе первого блока 4 сравнения. Он вернет триггер 10 в единичное состояние - погаснет сигнал ошибки на табло 2, обнулит первый 6 и второй 7 регистры и представит обучаемому информацию об очередной операции алгоритма.

Таким образом, предлагаемое устройство расширяет область применения устройства за счет предоставления возможности конкретизации типа ошибок на тренировку в процессе практической подготовки оператора АСУ при отработке сложных алгоритмов управления.

Использование: изобретение относится к тренажерной технике и может быть использовано в устройствах для обучения операторов. Технический результат изобретения - расширение области применения устройства за счет предоставления возможности конкретизации типа ошибок на тренировку в процессе практической подготовки оператора АСУ в целом, в том числе и в процессе самообучения. Для достижения поставленной цели устройство содержит: блок задания программы обучения, информационное табло, панель органов управления, первый блок сравнения, второй блок сравнения, первый регистр числа, второй регистр числа, первую группу элементов И, вторую группу элементов И, триггер, первый элемент ИЛИ, первый элемент задержки, второй элемент задержки, индикатор-транспорант "Новая ошибка", индикатор-транспорант "Повторение ошибки", второй элемент ИЛИ, внешний вход запуска устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство обучения операторов, содержащее информационное табло, первый и второй блоки сравнения, сигнальный выход первого блока сравнения подключен к сигнальному входу информационного табло, N≥2 выходов панели органов управления подключены к соответствующим N входам первой группы входов первого блока сравнения и N входам блока задания программ обучения, первая и вторая группы по N выходов в каждой которого подключены к соответствующим N входам соответственно информационного табло и первого блока сравнения, управляющий выход блока задания программ обучения подключен к управляющему входу первого блока сравнения, сдвигающий выход которого подключен к сдвигающему входу блока задания программ обучения, запускающий вход которого является запускающим входом устройства, отличающееся тем, что дополнительно введены индикатор-транспарант «Новая ошибка», индикатор-транспарант «Повторная ошибка», входы которых подключены соответственно к сигнальным выходам второго блока сравнения, первая и вторая группы входов по N входов в каждой группе которого подключены к соответствующим N выходам соответственно первого и второго регистров числа, а установочные входы первого и второго регистров числа подключены к сдвигающему выходу первого блока сравнения и второму входу второго элемента ИЛИ, второй элемент задержки, выход которого подключен к управляющему входу второго блока сравнения, а вход подключен к управляющим входам первого и второго регистров числа и выходу первого элемента задержки, вход которого подключен к выходу N-входового элемента ИЛИ, i-й вход которого, где i=1, 2, ..., N, подключен к выходу i-го элемента И второй группы элементов И и i-му входу второго регистра числа, i-й вход первого регистра числа подключен к выходу i-го элемента И первой группы элементов И, первые входы N элементов И первой группы элементов И объединены и подключены к прямому выходу триггера, инверсный выход которого подключен к первым входам N элементов И второй группы элементов И, а второй вход i-го элемента И первой группы элементов И подключен ко второму входу i-го элемента И второй группы элементов И, обнуляющий вход триггера подключен к сигнальному входу информационного табло, установочный вход триггера подключен к выходу второго элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к запускающему входу блока задания программ обучения.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 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 группами 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.