УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ОПЕРАТОРОВ Российский патент 2006 года по МПК G09B9/00 

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

Известно устройство для обучения операторов по ав. св. СССР №1320833, G 09 В 9/00, 1986, содержащее регистр адреса, блок памяти, регистр микрокоманды, блок сравнения, пульт оператора, счетчик, элемент И, элементы ИЛИ, блок давления, регистр числа и блок памяти.

Недостатком данного устройства является узкий перечень решаемых задач обучения, направленных лишь на обучение устранению неисправностей, что обуславливает относительно невысокую дидактическую способность устройства.

Известно устройство для обучения операторов, содержащее 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, два блока сравнения, три элемента ИЛИ, генератор, элементы задержки, счетчик, триггер и блок звуковой сигнализации (см. ав. св. СССР №1437897, G 09 В 9/00, 1988).

Однако данное устройство имеет узкую область применения, поскольку на этапе отработки навыков пооперационной своевременной деятельности частое включение звуковой сигнализации не позволяет закрепить навыки при отработке оператором сложных алгоритмов управления, имеющих место в современных автоматизированных системах управления (АСУ).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству (прототипом) является устройство для обучения операторов (см. патент РФ №2011229, 5 G 09 В 9/00, 1994, бюл.7), содержащее блок задания программы обучения, блок ответных действий оператора, стартовый, главный и установочный элементы ИЛИ, элемент задержки, главный и ответный блоки сравнения, блоки стартовых и опросных элементов И, регистр числа, стартовый и главный счетчики, дешифратор, триггер, элемент И и табло, m≥2 информационных входов которого соединены с соответствующими m выходами дешифратора, m входов которого подключены к соответствующим m выходам блока опросных элементов И, m счетных входов которого соединены с соответствующими m выходами главного счетчика, установочный вход «Уст.«0» которого соединен с первым входом стартового элемента ИЛИ, вторым входом установочного элемента ИЛИ, первым входом главного элемента ИЛИ и является входом «Запуск» устройства, выход главного элемента ИЛИ подключен к счетному входу «Уст.«1» главного счетчика и первому управляющему входу блока задания программы обучения, m индикаторных выходов которого соединены с соответствующими m индикаторными входами табло, первый контрольный вход которого подключен к прямому выходу триггера, инверсный выход которого соединен с первым входом элемента И и вторым контрольным входом табло, m информационных выходов блока задания программы обучения соединены с соответствующими m информационными входами главного блока сравнения, m ответных входов которого подключены к соответствующим m выходам блока ответных действий оператора, первый выход главного блока сравнения соединен с вторым входом стартового элемента ИЛИ и вторым управляющим входом блока задания программы обучения, второй выход главного блока сравнения подключен к второму входу главного элемента ИЛИ, входу элемента задержки и второму входу элемента И, выход которого соединен с счетным входом «Уст.«1» стартового счетчика, установочный вход «Уст.«0» которого подключен к выходу стартового элемента ИЛИ, выход элемента задержки соединен с управляющим входом регистра числа и с m информационными входами блока стартовых элементов И, m счетных входов которого соединены с соответствующими m выходами стартового счетчика, m выходов блока стартовых элементов И подключены к соответствующим m информационным входам ответного блока сравнения, m ответных входов которого соединены с соответствующими m выходами регистра числа, выход ответного блока сравнения подключен к первому входу установочного элемента ИЛИ, выход которого соединен с установочным входом триггера, сбрасывающий вход которого подключен к контрольному выходу блока задания программы обучения и к m информационным входам блока опросных элементов И.

В прототипе реализуется возможность более обоснованного принятия решения о переводе обучаемого с этапа «Упражнение» к этапу «Тренировка», тем самым осуществляется расширение дидактических возможностей и области применения устройства.

Однако прототип имеет недостаток - относительно низкую достоверность оценивания правильности (безошибочности) действий оператора (обучаемого) при отработке сложных алгоритмов управления в условиях неоднозначности (нечеткости) параметров, характеризующих текущее состояние объекта управления (АСУ) и окружающей среды. Данное устройство позволяет с высокой достоверностью оценивать правильность (безошибочность) действий оператора (обучаемого), принимающего однозначные, четко идентифицируемые управленческие решения, в рамках которых параметры системы управления и, следовательно, параметры управляющих воздействий заданы количественно, в то время как подавляющее большинство управленческих решений, принимаемых в реально функционирующих современных АСУ, объективно основаны на качественно (неоднозначно, нечетко) идентифицированных параметрах текущего состояния объекта управления и окружающей среды, а значит, сами управленческие решения носят неоднозначный, нечеткий характер, традиционно описываемый с привлечением лингвистической переменной.

Под «параметрами, характеризующими текущее состояние объекта управления и окружающей среды» понимаются исходные данные, используемые оператором (обучаемым) для принятия решения - множество параметров (числовых значений характеристик свойств) АСУ и окружающей среды (как правило, существенно влияющих на эффективность функционирования АСУ) в данный момент времени.

Целью предлагаемого изобретения является создание устройства для обучения операторов, обеспечивающего повышение достоверности оценивания правильности (безошибочности) действий оператора (обучаемого) при отработке сложных алгоритмов управления в условиях неоднозначности (нечеткости) параметров, характеризующих текущее состояние объекта управления (АСУ) и окружающей среды, устройства, способного с высокой достоверностью оценивать навыки оператора по принятию решений в условиях, присущих реальному процессу управления - когда исходные данные и принимаемые на их основе управленческие решения имеют как количественно, так и качественно (неоднозначно, нечетко, с привлечением лингвистической переменной) выраженный физический смысл.

Указанная цель достигается тем, что в известное устройство для обучения операторов, содержащее блок задания программы обучения, блок ответных действий оператора, стартовый, главный и установочный элементы ИЛИ, элемент задержки, главный и ответный блоки сравнения, блоки стартовых и опросных элементов И, регистр числа, стартовый и главный счетчики, дешифратор, триггер, элемент И и табло, m≥2 информационных входов которого соединены с соответствующими m выходами дешифратора, m входов которого подключены к соответствующим m выходам блока опросных элементов И, m счетных входов которого соединены с соответствующими m выходами главного счетчика, установочный вход «Уст.«0» которого соединен с первым входом стартового элемента ИЛИ, вторым входом установочного элемента ИЛИ, первым входом главного элемента ИЛИ и является входом «Запуск» устройства, выход главного элемента ИЛИ подключен к счетному входу «Уст.«1» главного счетчика и первому управляющему входу блока задания программы обучения, m индикаторных выходов которого соединены с соответствующими m индикаторными входами табло, первый контрольный вход которого подключен к прямому выходу триггера, инверсный выход которого соединен с первым входом элемента И и вторым контрольным входом табло, m ответных входов главного блока сравнения подключены к соответствующим m выходам блока ответных действий оператора, первый выход главного блока сравнения соединен с вторым входом стартового элемента ИЛИ и вторым управляющим входом блока задания программы обучения, второй выход главного блока сравнения подключен к второму входу главного элемента ИЛИ, входу элемента задержки и второму входу элемента И, выход которого соединен с счетным входом «Уст.«1» стартового счетчика, установочный вход «Уст.«0» которого подключен к выходу стартового элемента ИЛИ, выход элемента задержки соединен с управляющим входом регистра числа и с m информационными входами блока стартовых элементов И, m счетных входов которого соединены с соответствующими m выходами стартового счетчика, m выходов блока стартовых элементов И подключены к соответствующим m информационным входам ответного блока сравнения, m ответных входов которого соединены с соответствующими m выходами регистра числа, выход ответного блока сравнения подключен к первому входу установочного элемента ИЛИ, выход которого соединен с установочным входом триггера, сбрасывающий вход которого подключен к контрольному выходу блока задания программы обучения и к m информационным входам блока опросных элементов И, дополнительно включены блок сравнения нечетких кодов, блок обработки, предназначенный для трансформирования нечетких исходных данных к виду, пригодному для принятия решения оператором, и блок проверки. Причем первый и второй выходы блока сравнения нечетких кодов подключены соответственно к первому и второму выходам главного блока сравнения, m информационных входов которого подключены к соответствующим m информационным выходам блока проверки, m информационных входов которого соединены с соответствующими m информационными выходами блока задания программы обучения, m проверочных выходов блока проверки соединены с соответствующими m входами блока обработки, m индикаторных выходов которого подключены к соответствующим m индикаторным выходам блока задания программы обучения. При этом m информационных выходов блока обработки подключены к соответствующим m информационным входам блока сравнения нечетких кодов, m ответных входов которого подключены к соответствующим m ответным входам главного блока сравнения.

Блок сравнения нечетких кодов состоит из компаратора и запоминающего элемента. При этом m входов запоминающего элемента являются соответствующими m информационными входами блока сравнения нечетких кодов, m выходов запоминающего элемента подключены к соответствующим m информационным входам компаратора, m ответных входов которого являются соответствующими m ответными входами блока сравнения нечетких кодов. Первый и второй выходы компаратора являются соответственно первым и вторым выходами блока сравнения нечетких кодов.

Блок обработки, предназначенный для трансформирования нечетких исходных данных к виду, пригодному для принятия решения оператором, состоит из регистра, элемента расчета дополнения, главного и вспомогательного элементов хранения, главного и вспомогательного анализаторов, предназначенных для определения пересечения нечетких множеств, элемента расчета объединения и вычислителя, предназначенного для однозначного выбора количественных значений нечетких параметров. При этом m индикаторных выходов вычислителя являются соответствующими m индикаторными выходами блока, m информационных выходов вычислителя являются соответствующими m информационными выходами блока, m входов регистра являются соответствующими m входами блока, m первичных выходов регистра подключены к соответствующим m первичным входам элемента расчета дополнения и к соответствующим m входам главного элемента хранения, m вторичных выходов регистра подключены к соответствующим m вторичным входам элемента расчета дополнения и к соответствующим m прямым входам вспомогательного элемента хранения, m выходов главного элемента хранения подключены к соответствующим m основным входам главного анализатора, m выходов вспомогательного элемента хранения подключены к соответствующим m основным входам вспомогательного анализатора, m дополнительных входов главного анализатора подключены к соответствующим m первичным выходам элемента расчета дополнения. Причем m вторичных выходов элемента расчета дополнения соединены с соответствующими m дополнительными входами вспомогательного анализатора, m выходов главного анализатора подключены к соответствующим m первичным входам элемента расчета объединения, m вторичных входов которого соединены с соответствующими m выходами вспомогательного анализатора, m выходов элемента расчета объединения соединены с соответствующими m дополнительными входами элемента расчета дополнения, соответствующими m дополнительными входами вспомогательного элемента хранения и соответствующими m входами вычислителя.

Блок проверки состоит из регистра хранения и счетчика. При этом m входов счетчика являются соответствующими m информационными входами блока, m выходов счетчика соединены с соответствующими m входами регистра хранения. Причем m транзитных выходов регистра хранения являются соответствующими m информационными выходами блока, m проверочных выходов регистра хранения являются соответствующими m проверочными выходами блока проверки.

Благодаря новой совокупности существенных признаков, за счет введения блока сравнения нечетких кодов, блока обработки и блока проверки, обеспечивающих соответственно оценку безошибочности сформированного оператором нечеткого управляющего воздействия, трансформирование нечетких исходных данных к виду, пригодному для достоверной оценки безошибочности, осуществления процедуры принятия оператором управленческого решения и проверки исходных данных (параметры системы управления и среды, поступающие в виде микрокоманд, заданы параметрически или с использованием функции принадлежности, характерной для нечетких множеств), в заявленном устройстве, в рамках оценивания навыков обучаемого, достигается возможность предварительного анализа и преобразования (верификации) результатов контроля действий оператора, обуславливающие повышение достоверности оценивания правильности (безошибочности) действий обучаемого при отработке сложных алгоритмов управления в условиях неоднозначности (нечеткости) параметров, характеризующих текущее состояние объекта управления (АСУ) и окружающей среды.

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, на которых представлены:

на фиг.1 - структурная схема устройства для обучения операторов;

на фиг.2 - структурная схема блока сравнения нечетких кодов;

на фиг.3 - структурная схема блока обработки;

на фиг.4 - структурная схема блока проверки;

на фиг.5 - структурная схема блока задания программы обучения;

на фиг.6 - структурная схема блока стартовых элементов И;

на фиг.7 - структурная схема блока опросных элементов И.

Устройство для обучения операторов, изображенное на фиг.1, состоит из блока задания программы обучения 1, блока ответных действий оператора 2, стартового 7, главного 13 и установочного 18 элементов ИЛИ, элемента задержки 21, главного 3 и ответного 19 блоков сравнения, блоков стартовых 8 и опросных 10 элементов И, регистра числа 20, стартового 6 и главного 11 счетчиков, дешифратора 12, триггера 9, элемента И 5, блока сравнения нечетких кодов 22, блока обработки 23, блока проверки 24 и табло 4. При этом m≥2 информационных входов 44₁-44_m табло 4 соединены с соответствующими m выходами 121₁-121_m дешифратора 12, m входов 122₁-122_m которого подключены к соответствующим m выходам 103₁-103_m блока опросных элементов И 10, m счетных входов 101₁-101_m которого соединены с соответствующими m выходами 111₁-111_m главного счетчика 11. Установочный вход «Уст.«0» главного счетчика 11 соединен с первым входом 71 стартового элемента ИЛИ 7, вторым входом 182 установочного элемента ИЛИ 18, первым входом 131 главного элемента ИЛИ 13 и является входом «Запуск» устройства. Выход 133 главного элемента ИЛИ 13 подключен к счетному входу «Уст.«1» главного счетчика 11 и первому управляющему входу 013 блока задания программы обучения 1, m индикаторных выходов 011₁-011_m которого соединены с соответствующими m индикаторными выходами 232₁-232_m блока обработки 23 и подключены к соответствующим m индикаторным входам 43₁-43_m табло 4. Первый контрольный вход 41 табло 4 подключен к прямому выходу 91 триггера 9, инверсный выход 92 которого соединен с первым входом 51 элемента И 5 и вторым контрольным входом 42 табло 4, m ответных входов 31₁-31_m главного блока сравнения 3 соединены с соответствующими m ответными входами 221₁-221_m блока сравнения нечетких кодов 22 и подключены к соответствующим m выходам 021₁-021_m блока ответных действий оператора 2. Первый выход 33 главного блока сравнения 3 подключен к первому выходу 223 блока сравнения нечетких кодов 22, второму входу 72 стартового элемента ИЛИ 7 и второму управляющему входу 014 блока задания программы обучения 1. Второй выход 34 главного блока сравнения 3 подключен к второму выходу 224 блока сравнения нечетких кодов 22, второму входу 132 главного элемента ИЛИ 13, входу 211 элемента задержки 21 и второму входу 52 элемента И 5, выход 53 которого соединен с счетным входом «Уст.«1» стартового счетчика 6. Установочный вход «Уст.«0» стартового счетчика 6 подключен к выходу 73 стартового элемента ИЛИ 7. Выход 212 элемента задержки 21 соединен с управляющим входом 201 регистра числа 20 и с m информационными входами 82₁-82_m блока стартовых элементов И 8, m счетных входов 81₁-81_m которого соединены с соответствующими m выходами 61₁-61_m стартового счетчика 6, m выходов 83₁-83_m блока стартовых элементов И 8 подключены к соответствующим m информационным входам 191₁-191_m ответного блока сравнения 19, m ответных входов 192₁-192_m которого соединены с соответствующими m выходами 202₁-202_m регистра числа 20. Выход 193 ответного блока сравнения 19 подключен к первому входу 181 установочного элемента ИЛИ 18, выход 183 которого соединен с установочным входом 93 триггера 9, сбрасывающий вход 94 которого подключен к контрольному выходу 015 блока задания программы обучения 1 и к m информационным входам 102₁-102_m блока опросных элементов И 10. При этом m информационных входов 32₁-32_m главного блока сравнения 3 подключены к соответствующим m информационным выходам 243₁-243_m блока проверки 24, m информационных входов 242₁-242_m которого соединены с соответствующими m информационными выходами 012₁-012_m блока задания программы обучения 1, m проверочных выходов 241₁-241_m блока проверки 24 соединены с соответствующими m входами 231₁-231_m блока обработки 23, m информационных выходов 233₁-233_m которого подключены к соответствующим m информационным входам 222₁-222_m блока сравнения нечетких кодов 22.

Число «m (m≥2)» (входов, выходов, элементов И, счетчиков и т.п.) определяется в соответствии с необходимой и достаточной для обучения операторов степенью детализации (полноты) состояний объекта управления, представляет собой количество учитываемых параметров объекта управления и окружающей среды и, как правило, составляет от 2 (двух) до 20 (двадцати).

Блок сравнения нечетких кодов 22 (фиг.2) предназначен для хранения информации и оценки безошибочности сформированного оператором нечеткого управляющего воздействия - оценки правильности решения, принятого обучаемым на основе неоднозначно (нечетко) заданных параметров, характеризующих текущее состояние объекта управления (АСУ) и окружающей среды.

Блок сравнения нечетких кодов 22 состоит из компаратора 22.1 и запоминающего элемента 22.2. При этом m входов 22.2-1₁-22.2-1_m запоминающего элемента 22.2 являются соответствующими m информационными входами 222₁-222_m блока сравнения нечетких кодов 22, m выходов 22.2-2₁-22.2-2_m запоминающего элемента 22.2 подключены к соответствующим m информационным входам 22.1-2₁-22.1-2_m компаратора 22.1, m ответных входов 22.1-1₁-22.1-1_m которого являются соответствующими m ответными входами 221₁-221_m блока сравнения нечетких кодов 22. Первый 22.1-3 и второй 22.1-4 выходы компаратора 22.1 являются соответственно первым 223 и вторым 224 выходами блока сравнения нечетких кодов 22.

Компаратор 22.1 блока сравнения нечетких кодов 22 предназначен для получения итоговой оценки безошибочности сформированного оператором нечеткого управляющего воздействия. Компаратор 22.1 представляет собой цифровой узел сравнения и может быть технически реализован в виде серийно выпускаемого цифрового компаратора, как показано в работе [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров A.M. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. С.149-152, рис.5.19].

Запоминающий элемент 22.2 блока сравнения нечетких кодов 22 предназначен для хранения поступающей информации (в виде микрокоманд), содержащей верифицированные данные о неоднозначно (нечетко) заданных параметрах, характеризующих текущее состояние объекта управления и окружающей среды. Техническая реализация запоминающего элемента 22.2 возможна по аналогии с типовым, серийно выпускаемым динамическим оперативным запоминающим устройством, описанным в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров A.M. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. С.194-196, рис.6.9].

Блок обработки 23, изображенный на фиг.3, предназначен для решения задачи трансформирования нечетких исходных данных (нечетко заданных параметров, характеризующих текущее состояние объекта управления и окружающей среды) к виду, пригодному для осуществления процедуры принятия оператором управленческого решения.

Блок обработки 23 состоит из регистра 23.1, элемента расчета дополнения 23.2, главного 23.3 и вспомогательного 23.4 элементов хранения, главного 23.5 и вспомогательного 23.6 анализаторов, элемента расчета объединения 23.7 и вычислителя 23.8. При этом m индикаторных выходов 23.8-3₁-23.8-3_m вычислителя 23.8 являются соответствующими m индикаторными выходами 232₁-232_m блока обработки 23, m информационных выходов 23.8-2₁-23.8-2_m вычислителя 23.8 являются соответствующими m информационными выходами 233₁-233_m блока 23, m входов 23.1-1₁-23.1-1_m регистра 23.1 являются соответствующими m входами 231₁-231_m блока 23, m первичных выходов 23.1-2₁-23.1-2_m регистра 23.1 подключены к соответствующим m первичным входам 23.2-1₁-23.2-1_m элемента расчета дополнения 23.2 и к соответствующим m входам 23.3-1₁-23.3-1_m главного элемента хранения 23.3, m вторичных выходов 23.1-3₁-23.1-3_m регистра 23.1 подключены к соответствующим m вторичным входам 23.2-2₁-23.2-2_m элемента расчета дополнения 23.2 и к соответствующим m прямым входам 23.4-1₁-23.4-1_m вспомогательного элемента хранения 23.4, m выходов 23.3-2₁-23.3-2_m главного элемента хранения 23.3 подключены к соответствующим m основным входам 23.5-1₁-23.5-1_m главного анализатора 23.5, m выходов 23.4-2₁-23.4-2_m вспомогательного элемента хранения 23.4 подключены к соответствующим m основным входам 23.6-1₁-23.6-1_m вспомогательного анализатора 23.6, m дополнительных входов 23.5-2₁-23.5-2_m главного анализатора 23.5 подключены к соответствующим m первичным выходам 23.2-3₁-23.2-3_m элемента расчета дополнения 23.2. Причем m вторичных выходов 23.2-4₁-23.2-4_m элемента расчета дополнения 23.2 соединены с соответствующими m дополнительными входами 23.6-2₁-23.6-2_m вспомогательного анализатора 23.6, m выходов 23.5-3₁-23.5-3_m главного анализатора 23.5 подключены к соответствующим m первичным входам 23.7-1₁-23.7-1_m элемента расчета объединения 23.7, m вторичных входов 23.7-2₁-23.7-2_m которого соединены с соответствующими m выходами 23.6-3₁-23.6-3_m вспомогательного анализатора 23.6, m выходов 23.7-3₁-23.7-3_m элемента расчета объединения 23.7 соединены с соответствующими m дополнительными входами 23.2-5₁-23.2-5_m элемента расчета дополнения 23.2, соответствующими m дополнительными входами 23.4-3₁-23.4-3_m вспомогательного элемента хранения 23.4 и соответствующими m входами 23.8-1₁-23.8-1_m вычислителя 23.8.

Регистр 23.1 блока обработки 23 предназначен для регистрации и сортировки поступающей нечеткой информации на две составляющие, по начальному количеству мнений экспертов о каждом из m нечетко заданных параметров объекта управления и окружающей среды. Регистр 23.1 может быть технически реализован на базе серийно выпускаемого двоичного счетчика с последовательным переносом на Т-триггерах, как описано в [Угрюмов Е.П. Проектирование элементов и узлов ЭВМ. - M.: Высшая школа, 1987. С.138-141, рис.9.1].

Элемент расчета дополнения 23.2 блока обработки 23 предназначен для реализации процедуры арифметического вычитания из единицы значений функций принадлежности нечетких множеств. Частным случаем технической реализации элемента расчета дополнения 23.2 может служить обычное арифметико-логическое устройство (АЛУ), описанное, например, в [Угрюмов Е.П. Проектирование элементов и узлов ЭВМ. - М.: Высшая школа, 1987. С.196-198, рис.11.15].

Главный 23.3 и вспомогательный 23.4 элементы хранения блока обработки 23 предназначены соответственно для хранения нечеткой исходной информации, поступающей от первого и второго эксперта (от эксперта А и В), т.е. для хранения количественно выраженных двух (по начальному числу экспертов) мнений экспертов о каждом из m нечетко заданных параметров объекта управления и окружающей среды. Главный элемент хранения 23.3 может быть технически реализован в виде серийно выпускаемого динамического оперативного запоминающего устройства, как показано в литературе [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров A.M. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. С.194-196, рис.6.9(б)]. Вспомогательный элемент хранения 23.4 отличается от главного элемента хранения 23.3 лишь наличием дополнительных m входов (23.4-3₁-23.4-3_m), которые технически могут быть легко объединены с соответствующими m прямыми входами (23.4-1₁-23.4-1_m), что позволяет осуществить реализацию вспомогательного элемента хранения 23.4 аналогично главному элементу хранения 23.3 в виде динамического оперативного запоминающего устройства, как описано в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров A.M. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. С.194-196, рис.6.9(б)].

Главный анализатор 23.5 блока обработки 23 предназначен для определения пересечения нечетких множеств - пересечения дополнения нечеткого множества, сформулированного экспертом А, с нечетким множеством, сформулированным экспертом В. Главный анализатор 23.5 может быть технически реализован на базе цифрового узла сравнения, как показано в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров A.M. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. С.149-152, рис.5.22(а)].

Вспомогательный анализатор 23.6 блока обработки 23 предназначен для определения пересечения нечетких множеств - пересечения нечеткого множества, сформулированного экспертом А, с дополнением нечеткого множества, сформулированного экспертом В. Вспомогательный анализатор 23.6 также может быть технически реализован на базе цифрового узла сравнения, как описано в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров A.M. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. С.149-152, рис.5.22(а)].

Элемент расчета объединения 23.7 блока обработки 23 предназначен для реализации завершающего цикла дизъюнктивного суммирования - определения объединения нечетких множеств. Элемент расчета объединения 23.7 представляет собой цифровой узел сравнения и может быть технически реализован в виде серийно выпускаемого быстродействующего цифрового узла сравнения, как показано в работе [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров A.M. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. С.149-152, рис.5.19].

Вычислитель 23.8 блока обработки 23 предназначен для однозначного выбора (присвоения) количественных значений анализируемых нечетких параметров объекта управления и окружающей среды (исходных данных для принятия обучаемым управленческого решения). Вычислитель 23.8 представляет собой серийно выпускаемый программируемый ТТЛ-компаратор типа 74LS85, описанный в [Янсен Й. Курс цифровой электроники: Сложные ИС для устройств передачи данных. Т.3. - М.: Мир, 1987. С.38-40, рис.1.21].

Блок проверки 24, изображенный на фиг.4, предназначен для осуществления процедуры последовательного сравнения (по количеству разрядов) поступающих в двоичном коде исходных данных (параметров системы управления и среды, заданных в виде микрокоманд) и принятия решения о их математической природе - исходные данные заданы параметрически или с использованием функции принадлежности, характерной для нечетких множеств.

Блок проверки 24 состоит из регистра хранения 24.1 и счетчика 24.2. При этом m входов 24.2-1₁-24.2-1_m счетчика 24.2 являются соответствующими m информационными входами 242₁-242_m блока 24, m выходов 24.2-2₁-24.2-2_m счетчика 24.2 соединены с соответствующими m входами 24.1-2₁-24.1-2_m регистра хранения 24.1. Причем m транзитных выходов 24.1-3₁-24.1-3_m регистра хранения 24.1 являются соответствующими m информационными выходами 243₁-243_m блока 24, m проверочных выходов 24.1-1₁-24.1-1_m регистра хранения 24.1 являются соответствующими m проверочными выходами 241₁-241_m блока проверки 24.

Регистр хранения 24.1 блока проверки 24 предназначен для принятия решения о математической природе исходных данных, заданных в виде микрокоманд - параметры системы управления и среды заданы количественно или с использованием функции принадлежности, характерной для нечетких множеств. Регистр хранения 24.1 может быть реализован на базе типового регистра хранения на D-триггерах, описанного в литературе [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. С.156-158, рис.5.27].

Счетчик 24.2 блока проверки 24 предназначен для регистрации и последовательного сравнения (по количеству разрядов) поступающих в двоичном коде исходных данных. Техническая реализация счетчика 24.2 возможна на базе серийно выпускаемого счетчика с параллельным переносом на TV-триггерах, как показано в работе [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. С.172-175, рис.5.40].

Блок задания программы обучения 1, входящий в общую структурную схему и изображенный на фиг.5, предназначен для записи и хранения параметров алгоритма управления, отрабатываемого человеком-оператором. Схема блока задания программы обучения 1 и принцип его действия известны и подробно описаны в прототипе (см. патент РФ №2011229, 5 G 09 В 9/00, 1994, бюл.7).

Блок ответных действий оператора 2, входящий в общую структурную схему, предназначен для набора (формирования) оператором кода управляющего воздействия (кода очередного количественного или качественного управляющего воздействия, кода управленческой микрокоманды) и передачи сформированного сигнала для проверки в соответствии с алгоритмом обучения. Блок ответных действий оператора 2 представляет собой типовую клавиатуру, которая в традиционном сочетании с панелью индикации 14 табло 4 (экраном, монитором) является физической моделью пульта оператора реальной АСУ. Структурная схема и принцип действия блока ответных действий оператора 2 известны и описаны, например, в прототипе (см. патент РФ №2011229, 5 G 09 В 9/00,1994, бюл.7).

Главный блок сравнения 3, входящий в общую структурную схему, предназначен для оценки безошибочности сформированного оператором четкого (количественно сформулированного) управляющего воздействия. Главный блок сравнения 3 представляет собой цифровой узел сравнения и может быть технически реализован в виде серийно выпускаемого узла сравнения (цифрового компаратора), как показано в работе [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. С.149-152, рис.5.19].

Табло 4, входящее в общую структурную схему, предназначено для индикации (визуализации в интересах обучаемого) состояния алгоритма управления, режима обучения (упражнение либо тренировка) и номера тренировки, на которой обучаемому удается завершить алгоритм управления без ошибок. Табло 4 состоит из объединенных в едином корпусе панели индикации 14, транспаранта «Упражнение» 15, транспаранта «Тренировка» 16 и индикатора номера тренировки 17. Состав элементов табло 4, их взаимосвязь и принцип их действия известны и подробно описаны в прототипе (см. патент РФ №2011229, 5 G 09 В 9/00, 1994, бюл.7).

Элемент И 5, входящий в общую структурную схему, предназначен для регистрации ошибок оператора и коммутации счетного входа «Уст.«1» стартового счетчика 6 в интересах их подсчета. Элемент И 5 может быть технически реализован на основе серийно выпускаемого элемента И, описанного в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995, С.13-14, рис.1.2].

Стартовый счетчик 6, входящий в общую структурную схему, предназначен для подсчета числа ошибок, допущенных подряд на этапе тренировки оператора. Частный случай технической реализации стартового счетчика 6 описан в [Соботка З., Стары Я. Микропроцессорные системы. - М.: Энергоиздат, 1981. С.96-100].

Стартовый элемент ИЛИ 7, входящий в общую структурную схему, предназначен для объединения сигналов на установочный вход «Уст.«0» стартового счетчика 6 для его обнуления с началом обучения - с внешнего входа «Запуск» устройства и в случае безошибочного выполнения текущей операции - с первого выхода 33 главного блока сравнения 3. Стартовый элемент ИЛИ 7 может быть технически реализован на базе серийно выпускаемого элемента ИЛИ, подробно описанного в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. С.24-26, рис.1.7].

Блоки стартовых 8 и опросных 10 элементов И (фиг.6 и 7 соответственно), входящие в общую структурную схему, идентичны, a m однотипных элементов И (8.1₁-8.1_m и 10.1₁-10.1_m соответственно), входящих в состав блоков стартовых 8 и опросных 10 элементов И, выполняют функции коммутирующих элементов при опросе содержимого соответственно стартового 6 и главного 11 счетчиков. Структура блоков стартовых 8 и опросных 10 элементов И известна, описана в прототипе (см. патент РФ №2011229, 5 G 09 В 9/00, 1994, бюл.7) и проиллюстрирована на фиг.6 и 7, а элементы И (8.1₁-8.1_m и 10.1₁-10.1_m), входящие в состав этих блоков, реализуются в виде известных и описанных в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. С.13-14, рис.1.2].

Триггер 9, входящий в общую структурную схему, предназначен для управления засветкой транспаранта «Упражнение» 15 или транспаранта «Тренировка» 16 табло 4 в соответствующем режиме обучения. Триггер 9 может быть технически реализован в виде серийно выпускаемого одноступенчатого триггера с коллекторно-базовыми связями, как показано в работе [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. С.72-73, рис.3.2(б)].

Главный счетчик 11, входящий в общую структурную схему, предназначен для подсчета числа попыток, затраченных обучаемым до первого безошибочного выполнения алгоритма управления. Главный счетчик 11 может быть технически реализован в виде двоичного счетчика с последовательным переносом на Т-триггерах, как описано в литературе [Угрюмов Е.П. Проектирование элементов и узлов ЭВМ. - М.: Высшая школа, 1987. С.138-141, рис.9.1].

Дешифратор 12, входящий в общую структурную схему, предназначен для преобразования двоичного кода содержимого главного счетчика 11 в десятичный код в интересах представления (визуализации, показа) обучаемому номера попытки с помощью индикатора номера тренировки 17 табло 4. Дешифратор 12 может быть технически реализован в виде серийно выпускаемого дешифратора, описанного в книге [Богданович М.И., Грель И.Н., Прохоренко В.А. и др. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник. - Минск: Беларусь, 1991. С.432-436, рис.4.46].

Главный элемент ИЛИ 13, входящий в общую структурную схему, предназначен для объединения первого управляющего входа 013 блока задания программы обучения 1 с внешним входом «Запуск» устройства и вторым выходом 34 главного блока сравнения 3 для инициализации начала новой тренировки после включения устройства или совершения обучаемым ошибки. Главный элемент ИЛИ 13 может быть технически реализован на базе серийно выпускаемого элемента ИЛИ, подробно описанного в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. С.24-26, рис.1.7].

Установочный элемент ИЛИ 18, входящий в общую структурную схему, предназначен для объединения внешнего входа «Запуск» устройства с выходом 193 ответного блока сравнения 19 в интересах перевода триггера 9 в единичное состояние и введения режима «Упражнение». Установочный элемент ИЛИ 18 реализуется в виде типового элемента ИЛИ, описанного в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. С.24-26, рис.1.7].

Ответный блок сравнения 19, входящий в общую структурную схему, предназначен для сравнения числа ошибок, которые сделал обучаемый, с допустимым числом ошибок. Ответный блок сравнения 19 может быть технически реализован в виде серийно выпускаемого узла сравнения (цифрового компаратора), описанного в [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. С.149-152, рис.5.19].

Регистр числа 20, входящий в общую структурную схему, предназначен для записи и хранения допустимого числа ошибок. Регистр числа 20 может быть технически реализован в виде серийно выпускаемого регистра хранения на D-триггерах, описанного в литературе [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. С.156-158, рис.5.27].

Элемент задержки 21, входящий в общую структурную схему, предназначен для синхронизации моментов считывания информации с элементов И, входящих в состав блока стартовых элементов И 8, и из регистра числа 20 в ответный блок сравнения 19. Частным случаем технической реализации элемента задержки 21 может служить синхронный триггер задержки (D-триггер), структурная схема и принцип действия которого описаны в работе [Гусев В.В., Лебедев О.Н., Сидоров А.М. Основы импульсной и цифровой техники. - СПб.: СПВВИУС, 1995. С.89-91, рис.3.14].

Устройство для обучения операторов функционирует следующим образом. Известно [1-5], что с точки зрения оценивания правильности (безошибочности) действий обучаемого при отработке сложных алгоритмов управления в условиях неоднозначности (нечеткости) параметров, характеризующих текущее состояние объекта управления (АСУ) и окружающей среды, существует возможность предварительного анализа и преобразования (верификации) результатов контроля действий оператора, принимающего решения на основе как количественно, так и качественно (неоднозначно, нечетко, с привлечением лингвистической переменной) заданных исходных данных. Эта возможность традиционно реализуется путем последовательных преобразований с использованием методов теории нечетких множеств, позволяющих решать задачи объединения мнений экспертов, знания которых используются в виде заранее сформированных данных (микрокоманд) о возможных значениях степени принадлежности конкретного значения нечеткого параметра объекта управления или нечеткого параметра управленческого воздействия к пространству правильных значений этого параметра (пространству правильных решений). При этом используется одна из типовых операций над нечеткими множествами - операция дизъюнктивного суммирования [1-5]. Дизъюнктивная сумма, например, двух нечетких множеств (по количеству экспертов) определяется в терминах объединений и пересечений нечетких множеств следующим образом:

где - нечеткое множество, характеризующее мнение первого А (второго В) эксперта о степени принадлежности (степени безошибочности) значения конкретного i-го параметра S-го свойства объекта управления к пространству истинных (однозначно, четко определенных) значений; - дополнения этих нечетких множеств. Полученная дизъюнктивная сумма характеризует объединенное мнение (в нашем случае двух, А и В) экспертов о значениях нечетких управленческих воздействий, сформированных обучаемым. Для однозначной верификации принадлежности (либо не принадлежности) значения конкретного i-го параметра S-го свойства объекта управления к пространству истинных (однозначно, четко определенных) значений объединенное мнение экспертов анализируется на основе, так называемой, функции α-уровня, являющейся критерием однозначного выбора (присвоения) количественных значений для анализируемых нечетких параметров [1, 3, 5]. Этот α-уровень задается заранее как порог, определяющий однозначность принадлежности значения конкретного i-го параметра S-го свойства объекта управления к пространству истинных (однозначно, четко определенных) значений, а множеством α-уровня нечеткого множества , характеризующего объединенное мнение экспертов, называется обычное множество

Выражение (2) характеризует тот факт, что, если значение функции принадлежности (степень уверенности) интегрированного мнения экспертов для значения конкретного i-го параметра S-го свойства объекта управления превышает α-уровень или равен ему, этот параметр (параметр в рамках кода управляющего воздействия) однозначно верифицирован.

Рассмотренный и детально описанный в [1-5] алгоритм дизъюнктивного суммирования нечетких множеств позволяет математически корректно, в рамках оценивания навыков обучаемого, верифицировать задаваемый алгоритм обучения, сравнивать верифицированный код обучения с выбранным оператором на основе нечетких исходных данных кодом управляющего воздействия и тем самым устранить неопределенность (неоднозначность, нечеткость) при оценке безошибочности сформированного оператором управляющего воздействия. Верификация кода микрокоманд обучения и сравнение обучающего кода с сформированным оператором (на основе неоднозначно (нечетко) заданных исходных данных) кодом управляющего воздействия позволяют повысить объективность анализа результатов контроля действий обучаемого, а в конечном итоге, повысить достоверность оценивания правильности (безошибочности) действий оператора при отработке сложных алгоритмов управления в условиях, присущих реальному процессу функционирования АСУ, - в условиях наличия недостоверной (неоднозначной, нечеткой) информации о текущем состоянии самого объекта управления, состоянии среды распространения сигналов управления, помеховой обстановке и влиянии других дестабилизирующих факторов.

С учетом этого осуществляется обучение и проверка правильности (безошибочности) действий оператора в заявленном устройстве. С включением устройства двоичный сигнал «1» (единица) с входа «Запуск» поступает на второй вход 182 установочного элемента ИЛИ 18, через первый вход 71 стартового элемента ИЛИ 7 на установочный вход «Уст.«0» главного счетчика 6, на установочный вход «Уст.«0» главного счетчика 11 и на первый вход 131 главного элемента ИЛИ 13, с выхода 133 которого он подается на счетный вход «Уст.«1» главного счетчика 11, записывая в нем «1» (единицу), и через первый управляющий вход 013 подается на первый вход 1.1-1 регистра адреса микрокоманды 1.1 блока задания программы обучения 1, который может быть реализован в соответствии со схемой, предложенной на фиг.5.

В элемент памяти микропрограммы 1.2 блока задания программы обучения 1 в двоичном коде занесены микрокоманды, соответствующие отрабатываемому оператором алгоритму управления. Причем, в целях привития обучаемым навыков отработки сложных алгоритмов управления в условиях, присущих реальному процессу функционирования АСУ, эти микрокоманды содержат исходные данные (параметры, характеризующие текущее состояние объекта управления и окружающей среды) для принятия решения, заданные как количественно (четко), так и качественно (неоднозначно, нечетко, с привлечением лингвистической переменной).

Регистр адреса микрокоманды 1.1 инициирует разрешение на выдачу адреса очередной четкой либо нечеткой микрокоманды, соответствующей первой операции алгоритма управления, и со своих m выходов 1.1-3₁-1.1-3_m в двоичном коде передает его на m входов 1.2-1₁-1.2-1_m элемента памяти микропрограммы 1.2.

При получении этого сигнала в элементе памяти микропрограммы 1.2 блока 1 выбирается адрес четкой либо нечеткой микрокоманды, соответствующей первой операции алгоритма управления. Выбранная микрокоманда перезаписывается через m выходов 1.2-2₁-1.2-2_m элемента памяти микропрограммы 1.2 на m входов 1.3-3₁-1.3-3_m регистра микрокоманды 1.3 блока 1. Регистр микрокоманды 1.3 блока 1 выбирает соответствующую адресу четкую либо нечеткую микрооперацию управления. С индикаторных выходов 1.3-1₁-1.3-1_m регистра микрокоманды 1.3 содержимое первой микрооперации через индикаторные выходы 011₁-011_m блока задания программы обучения 1 поступает на индикаторные входы 43₁-43_m табло 4 и на входы 141₁-141_m панели индикации 14, визуализирующей, в интересах обучаемого, информацию о текущей, однозначно заданной (четкой) операции алгоритма управления.

Одновременно с этим на информационные входы 242₁-242_m блока проверки 24 поступает в двоичном коде содержание второй, однозначно либо неоднозначно (нечетко) заданной микрооперации, выдаваемое с информационных выходов 1.32₁-1.32_m регистра микрокоманды 1.3 через информационные выходы 012₁-012_m блока задания программы обучения 1. Блок проверки 24 может быть реализован в соответствии со схемой, предложенной на фиг.4. Последовательное сравнение (по количеству разрядов) поступающих в двоичном коде исходных данных (параметров системы управления и среды, заданных в виде микрокоманд) и принятие решения о их математической природе (исходные данные заданы количественно или качественно, с использованием функции принадлежности, характерной для нечетких множеств) осуществляется в блоке проверки 24 следующим образом. Изначально качественная и количественная информация, поступающая из блока 1, различается по количеству разрядов: для записи в двоичном коде количественной информации достаточно 5 (пяти) разрядов двоичного кода, тогда как нечеткая (качественная) информация несет в себе помимо обычного числа еще и характеристику функции принадлежности, что объективно требует использования 9 (девяти) разрядов двоичного кода для записи и хранения нечеткой информации (микрооперации). С учетом этого факта построены регистр хранения 24.1 и счетчик 24.2 блока 24. Оба этих элемента схемы рассчитаны на хранение пяти разрядов поступающей информации, если количество разрядов превышает данную цифру, значит, с точки зрения математики - эта информация (микрокоманда, микрооперация) поступает в нечеткой форме. В этом случае и регистр хранения 24.1 и счетчик 24.2 блока 24 выполняют функции транзитного узла, причем с проверочных выходов 24.1-1₁-24.1-1_m регистра хранения 24.1 эта информация в двоичном коде сразу, через проверочные выходы 241₁-241_m блока 24, поступает для верификации на входы 231₁-231_m блока обработки 23.

Если на информационные входы 242₁-242_m блока проверки 24 и на входы 24.2-1₁-24.2-1_m счетчика 24.2 поступает в двоичном коде информация (микрокоманда) в количестве пяти разрядов, значит эта информация (микрокоманда, микрооперация) поступает в четкой форме, счетчик 24.2 записывает эту информацию и со своих выходов 24.2-2₁-24.2-2_m направляет ее на входы 24.1-2₁-24.1-2_m регистра хранения 24.1, который через свои транзитные выходы 24.1-3₁-24.1-3_m и информационные выходы 243₁-243_m блока проверки 24 направляет эту информацию (содержание второй, количественно заданной микрооперации) на информационные входы 32₁-32_m главного блока сравнения 3.

Исходная информация для принятия решения (микрокоманда, микрооперация), заданная в нечеткой форме, через входы 231₁-231_m поступает на входы 23.1-1₁-23.1-1_m регистра 23.1 блока обработки 23, который может быть реализован в соответствии со схемой, предложенной на фиг.3. Преобразование (трансформирование) нечетких исходных данных (нечетко заданных параметров, характеризующих текущее состояние объекта управления и окружающей среды) к виду, пригодному для сравнения и осуществления процедуры принятия оператором управленческого решения и, в конечном итоге, для достоверного оценивания правильности (безошибочности) его действий, происходит в блоке обработки 23 следующим образом. В целом сущность работы блока обработки 23 с точки зрения математики заключается в корректном вычислении интегрированного мнения экспертов о принадлежности либо не принадлежности значения конкретного i-го параметра S-го свойства объекта управления и окружающей среды к пространству истинных (однозначно, четко определенных) значений и изначально реализуется на основе выражения (1).

Нечеткая кодовая последовательность (микрокоманда, микрооперация), характеризующая текущее состояние объекта управления и окружающей среды, поступает на входы 23.1-1₁-23.1-1_m регистра 23.1 блока обработки 23. Регистр 23.1 регистрирует и сортирует информацию на две составляющие, в соответствии с количеством мнений экспертов (количеством экспертов) о степени принадлежности значения конкретного i-го параметра S-го свойства объекта управления к пространству истинных (однозначно, четко определенных) значений. Первичные 23.1-2₁-23.1-2_m и вторичные 23.1-3₁-23.1-3_m выходы регистра 23.1 соответствуют данным от первого и второго экспертов, с этих выходов информация в двоичном коде поступает соответственно на входы 23.3-1₁-23.3-1_m главного элемента хранения 23.3 и прямые входы 23.4-1₁-23.4-1_m вспомогательного элемента хранения 23.4, а также соответственно на первичные входы 23.2-1₁-23.2-1_m и вторичные входы 23.2-2₁-23.2-2_m элемента расчета дополнения 23.2. Элемент расчета дополнения 23.2 реализует функцию арифметического вычитания из единицы значений функций принадлежности нечетких множеств в соответствии с алгоритмом, описанным в [1, 2], например, если

то

где и - дополнения нечетких множеств и , сформулированных экспертами А и B по поводу степени принадлежности значения конкретного i-го параметра S-го свойства объекта управления к пространству истинных (однозначно, четко определенных) значений. Главный 23.3 и вспомогательный 23.4 элементы хранения хранят нечеткую информацию от эксперта A и В и через свои соответствующие выходы 23.3-2₁-23.3-2_m и 23.4-2₁-23.4-2_m в двоичном коде выдают значения функций принадлежности нечетких множеств на основные входы 23.5-1₁-23.5-1_m главного анализатора 23.5 и на основные входы 23.6-1₁-23.6-1_m вспомогательного анализатора 23.6 соответственно. Каждый из главного 23.5 и вспомогательного 23.6 анализаторов, получая в двоичном коде на свои дополнительные входы 23.5-2₁-23.5-2_m и 23.6-2₁-23.6-2_m соответственно значения элементов дополнения нечетких множеств с первичных 23.2-3₁-23.2-3_m и вторичных 23.2-4₁-23.2-4_m выходов элемента расчета дополнения 23.2, выполняет функцию пересечения нечетких множеств, как описано в [1, 2, 5]: главный анализатор 23.5 выполняет операцию , а вспомогательный анализатор 23.6 выполняет операцию . С выходов 23.5-3₁-23.5-3_m главного анализатора 23.5 и выходов 23.6-3₁-23.6-3_m вспомогательного анализатора 23.6 полученные значения в двоичном коде поступают соответственно на первичные 23.7-1₁-23.7-1_m и вторичные 23.7-2₁-23.7-2_m входы элемента расчета объединения 23.7, выполняющего завершающий цикл дизъюнктивного суммирования в соответствии с выражением (1). С выходов 23.7-3₁-23.7-3_m элемента расчета объединения 23.7 полученные итоговые значения (обобщенное мнение экспертов о значении) (x) функции принадлежности значения конкретного i-го параметра S-го свойства объекта управления к пространству истинных (однозначно, четко определенных) значений в двоичном коде поступают на соответствующие входы 23.8-1₁-23.8-1_m вычислителя 23.8, дополнительные входы 23.2-5₁-23.2-5_m элемента расчета дополнения 23.2 и дополнительные входы 23.4-3₁-23.4-3_m вспомогательного элемента хранения 23.4.

Вычислитель 23.8 осуществляет однозначный выбор (присвоение) количественных значений анализируемых нечетких параметров объекта управления и окружающей среды - исходных данных для принятия обучаемым управленческого решения [1, 3, 5] в соответствии с выражением (2). Являясь, по сути, программируемой схемой сравнения (ТТЛ-компаратором типа 74LS85), в которой в двоичном коде сравниваются значения заранее введенного (запрограммированного) α-уровня и полученные из элемента расчета объединения 23.7 верифицированные значения функции принадлежности значения конкретного i-го параметра S-го свойства объекта управления к пространству истинных (однозначно, четко определенных) значений, вычислитель 23.8 путем сравнения порога (α-уровня) однозначно и окончательно определяет, принадлежат ли параметры S-го свойства объекта управления к пространству однозначно определенных значений. Если значение функции принадлежности (степень уверенности) интегрированного мнения экспертов (x), полученное с выходов 23.7-3₁-23.7-3_m элемента расчета объединения 23.7 для значения конкретного i-го параметра S-го свойства объекта управления, превышает α-уровень или равен ему, этот конкретный параметр является истинным, т.е. однозначно определенным, и вычислитель 23.8 выдает на своих информационных выходах 23.8-2₁-23.8-2_m в двоичном коде значение 1 - «единица». Если α-уровень превышает значение функции принадлежности (степень уверенности) интегрированного мнения экспертов, полученное с выходов элемента расчета объединения 23.7, вычислитель 23.8 выдает на информационных выходах 23.8-2₁-23.8-2_m в двоичном коде значение 0 - «нуль». Передача информации на дополнительные входы 23.2-5₁-23.2-5_m элемента расчета дополнения 23.2 и дополнительные входы 23.4-3₁-23.4-3_m вспомогательного элемента хранения 23.4 предназначена для случая, когда количество экспертов больше двух. В этом случае определяется дополнение полученного с выходов 23.7-3₁-23.7-3_m элемента расчета объединения 23.7 нечеткого множества в элементе расчета дополнения 23.2 и полученные с выходов 23.7-3₁-23.7-3_m элемента расчета объединения 23.7 значения перезаписываются во вспомогательный элемент хранения 23.4, играя роль информации от первого эксперта. Информация от нового (например, третьего) эксперта записывается через регистр 23.1 в главный элемент хранения 23.3 и цикл вычислений повторяется снова.

В результате на информационных выходах 23.8-2₁-23.8-2_m вычислителя 23.8 имеем верифицированную вторую микрокоманду алгоритма управления (вторую микрооперацию), содержащую полученные качественные (нечеткие) значения параметров (m сигналов «нуль» и «единица») объекта управления и окружающей среды. Помимо этого, информация, характеризующая содержание второй, качественно заданной микрооперации, в двоичном коде с индикаторных выходов 23.8-3₁-23.8-3_m вычислителя 23.8 через индикаторные выходы 232₁-232_m блока обработки 23 поступает на индикаторные входы 43₁-43_m табло 4 и на входы 141₁-141_m панели индикации 14, визуализирующей, в интересах обучаемого, информацию о текущей, неоднозначно заданной (нечеткой) операции алгоритма управления.

С информационных выходов 23.8-2₁-23.8-2_m вычислителя 23.8 через информационные выходы 233₁-233_m блока обработки 23 содержание второй, качественно (нечетко) заданной микрооперации в двоичном коде поступает на информационные входы 222₁-222_m блока сравнения нечетких кодов 22 и записывается в ячейки памяти запоминающего элемента 22.2.

Таким образом, либо на информационные входы 32₁-32_m главного блока сравнения 3 поступает в двоичном коде содержание второй количественно (четко) заданной микрооперации алгоритма управления - когда исходная информация для принятия решения (микрокоманда, микрооперация) задана блоком задания программы обучения 1 однозначно, либо на информационные входы 222₁-222_m блока сравнения нечетких кодов 22 поступает в двоичном коде содержание верифицированной, второй качественно (нечетко) заданной микрооперации алгоритма управления - когда исходная информация для принятия решения задана блоком задания программы обучения 1 неоднозначно, нечетко, с привлечением лингвистической переменной.

Наряду с этим, на панели индикации 14 табло 4 в интересах обучаемого визуализируется либо информация о текущей, однозначно заданной операции алгоритма управления (поступает с индикаторных выходов 011₁-011_m блока задания программы обучения 1), либо информация о текущей, неоднозначно (нечетко) заданной операции алгоритма управления (поступает с индикаторных выходов 232₁-232_m блока обработки 23).

Оператор (обучаемый), воспринимая данную (однозначную либо неоднозначную) информацию, осуществляет соответствующее воздействие, набирая на клавиатуре блока ответных действий оператора 2 код управляющего воздействия, формируя тем самым соответствующее ситуации (четкое либо нечеткое) управленческое решение, формулируя и создавая код четкого либо нечеткого воздействия.

С m выходов 021₁-021_m блока ответных действий оператора 2 соответствующее ситуации (четкое либо нечеткое) управленческое решение поступает на ответные входы 31₁-31_m главного блока сравнения 3 и на ответные входы 221₁-221_m блока сравнения нечетких кодов 22, который может быть реализован в соответствии со схемой, предложенной на фиг.2. При этом нечеткое управленческое решение (код нечеткого воздействия), принимаемое обучаемым на основе неоднозначно (нечетко) заданных параметров, характеризующих текущее состояние объекта управления и окружающей среды, игнорируется главным блоком сравнения 3, а четкое управленческое решение (код четкого воздействия), принимаемое обучаемым на основе однозначно заданных параметров, наоборот, не воспринимается компаратором 22.1 блока сравнения нечетких кодов 22.

В главном блоке сравнения 3 либо в блоке сравнения нечетких кодов 22 аналогично оценивается безошибочность сформированного оператором (соответственно четкого либо нечеткого) управляющего воздействия путем сравнения (четких либо нечетких) кодов задействованного и требуемого управляющих воздействий, которые поступают в блок 3 и в блок сравнения нечетких кодов 22 соответственно либо по информационным входам 32₁-32_m (в блок 3) в рамках второй четкой микрооперации из блока проверки 24, либо по информационным входам 222₁-222_m (в блок сравнения нечетких кодов 22) в рамках второй нечеткой микрооперации из блока обработки 23. При этом в блоке сравнения нечетких кодов 22 функцию сравнения выполняет компаратор 22.1, получая с выходов 22.2-2₁-22.2-2_m запоминающего элемента 22.2 на свои информационные входы 22.1-2₁-22.1-2_m верифицированный код управляющего воздействия - качественно (нечетко) заданную микрооперацию алгоритма управления, а на ответные входы 22.1-1₁-22.1-1_m компаратор 22.1 получает нечеткое управленческое решение (код нечеткого воздействия) от обучаемого.

Таким образом, в главном блоке сравнения 3, в случае совпадения кодов (кода четкого воздействия и кода четкой микрокоманды), операция считается выполненной обучаемым безошибочно и бинарный сигнал «нет ошибки» появляется на первом выходе 33 блока 3, в противном случае, т.е. при ошибочном действии оператора, сравнения поступивших кодов не происходит, а сигнал «ошибка» фиксируется на втором выходе 34 главного блока сравнения 3.

В блоке сравнения нечетких кодов 22, в случае совпадения кодов (кода нечеткого воздействия и кода нечеткой микрокоманды), операция также считается выполненной обучаемым безошибочно и бинарный сигнал «нет ошибки» появляется на первом выходе 223 блока сравнения нечетких кодов 22, в противном случае, т.е. при ошибочном действии оператора, сравнения поступивших кодов не происходит, а сигнал «ошибка» фиксируется на втором выходе 224 блока сравнения нечетких кодов 22.

Сигнал «нет ошибки» с первого выхода 33 главного блока сравнения 3 либо с первого выхода 223 блока сравнения нечетких кодов 22 поступает на второй вход 72 стартового элемента ИЛИ 7 и через второй управляющий вход 014 блока задания программы обучения 1 на второй вход 1.1-2 регистра адреса микрокоманды 1.1.

При этом в регистре адреса микрокоманды 1.1 блока задания программы обучения 1 происходит сдвиг к следующей ячейке регистра, где записан код адреса следующей четкой либо нечеткой микрокоманды, соответствующей очередной операции алгоритма управления, и цикл работы устройства повторяется в описанном ранее порядке.

Если оператор (обучаемый) безошибочно завершает весь алгоритм управления, с контрольного выхода 1.1-4 регистра адреса микрокоманды 1.1 через контрольный выход 015 блока задания программы обучения 1 в двоичном коде поступает сигнал «нет ошибки» на информационные входы 102₁-102_m блока опросных элементов И 10, который может быть реализован в соответствии со схемой, предложенной на фиг.7. Сигнал «нет ошибки», поступая на информационные входы 102₁-102_m блока опросных элементов И 10, инициирует передачу со своих выходов 103₁-103_m содержимого главного счетчика 11 (т.е. «1» - единицы) на входы 122₁-122_m дешифратора 12. Начальный сигнал «1» (единица) с выходов 121₁-121_m дешифратора 12 в десятичном коде поступает через информационные входы 44₁-44_m табло 4 на входы 171₁-171_m индикатора номера тренировки 17 для отображения оператору.

Кроме того, если оператор безошибочно завершил весь алгоритм управления, с контрольного выхода 015 блока задания программы обучения 1 сигнал «нет ошибки» в двоичном коде также поступает на сбрасывающий вход 94 триггера 9, инициируя появление сигнала «нет ошибки» на его инверсном выходе 92. Данный сигнал «нет ошибки» в двоичном коде поступает через второй контрольный вход 42 табло 4 на вход 161 транспаранта «Тренировка» 16, засвечивая данный транспарант. Тем самым сигнализируется 9 (оповещается), что обучаемый переводится из режима «Упражнение» в режим «Тренировка».

В случае совершения оператором (обучаемым) ошибки в выполнении очередной четкой операции сигнал «ошибка» в двоичном коде появляется на втором выходе 34 главного блока сравнения 3. В случае совершения оператором (обучаемым) ошибки в выполнении очередной нечеткой операции сигнал «ошибка» в двоичном коде появляется на втором выходе 224 блока сравнения нечетких кодов 22. Независимо от того, на каком из выходов (на втором выходе 34 главного блока сравнения 3 либо на втором выходе 224 блока сравнения нечетких кодов 22) появился сигнал «ошибка», он поступает на второй вход 132 главного элемента ИЛИ 13 и далее с его выхода 133 на счетный вход «Уст.«1» главного счетчика 11, добавляя к его содержимому еще одну единицу.

Кроме того, данный сигнал с выхода 133 главного элемента ИЛИ 13 поступает через первый управляющий вход 013 на первый вход 1.1-1 регистра адреса микрокоманды 1.1 блока задания программы обучения 1, возвращая обучаемого в новой тренировке к первой (четкой либо нечеткой) операции алгоритма. При этом транспарант «Упражнение» 15 остается засвеченным, тем самым сигнализируя оператору, что он не переведен на новый режим обучения. Процесс продолжается до тех пор, пока обучаемый не завершает весь алгоритм управления безошибочно и сигнал «нет ошибки» не появляется на контрольном выходе 1.1-4 регистра адреса микрокоманды 1.1 и на контрольном выходе 015 блока 1, поступая на сбрасывающий вход 94 триггера 9 и инициируя засвечивание транспаранта «Тренировка» 16.

Если же обучаемый в своей последующей деятельности (т.е. уже в режиме «Тренировка») совершает ошибки, значит он был переведен с режима «Упражнение» на режим «Тренировка» преждевременно, либо случайно и ключевым критерием подготовленности оператора может стать количество ошибок, допущенных подряд. В случае совершения оператором ошибки сигнал «ошибка» с второго выхода 34 главного блока сравнения 3 либо с второго выхода 224 блока сравнения нечетких кодов 22 через элемент И 5 поступает на счетный вход «Уст.«1» стартового счетчика 6, увеличивая его содержимое на единицу. Этот же сигнал «ошибка» с второго выхода 34 главного блока сравнения 3 либо с второго выхода 224 блока сравнения нечетких кодов 22 через элемент задержки 21 поступает на управляющий вход 201 регистра числа 20 и на информационные входы 82₁-82_m блока стартовых элементов И 8, который может быть реализован в соответствии со схемой, предложенной на фиг.6.

Сигнал «ошибка» инициируется на выходах 83₁-83_m блока стартовых элементов И 8 при увеличении содержимого стартового счетчика 6 на единицу и поступает на информационные входы 191₁-191_m ответного блока сравнения 19, в котором производится сравнение числа допущенных и разрешенных подряд ошибок.

Если количество допущенных и количество разрешенных (записанное и хранимое в регистре числа 20) ошибок не совпадает (допущенных ошибок меньше), цикл обучения продолжается в соответствии с ранее описанным порядком, за исключением того, что если после ошибки очередное четкое либо нечеткое управляющее воздействие формируется оператором правильно, то сигналом с первого выхода 33 главного блока сравнения 3 либо сигналом с первого выхода 223 блока сравнения нечетких кодов 22 через стартовый элемент ИЛИ 7 содержимое стартового счетчика 6 обнуляется. Таким образом подсчитывается количество ошибок, допущенных оператором (обучаемым) подряд.

Если число допущенных и разрешенных (записанное и хранимое в регистре числа 20) подряд ошибок совпадает, бинарный сигнал «ошибка» с выхода 193 ответного блока сравнения 19 поступает через установочный элемент ИЛИ 18 на установочный вход 93 триггера 9. Триггер 9 передает данный сигнал в двоичном коде со своего прямого выхода 91 через первый контрольный вход 41 табло 4 на вход 151 транспаранта «Упражнение», инициируя засвечивание данного транспаранта и возвращая тем самым обучаемого на режим «Упражнение».

Таким образом, в рамках обучения и закрепления навыков оператора при отработке сложных алгоритмов управления в условиях недостоверности (неоднозначности, нечеткости) исходных данных для принятия решения на первом 223 либо втором 224 выходах блока сравнения нечетких кодов 22 имеем в двоичном коде достоверные, верифицированные с использованием математического аппарата теории нечетких множеств, соответствующие сигналы «ошибка» (с первого выхода 223) либо «нет ошибки» (со второго выхода 224). Наличие данных сигналов позволяет математически корректно и более достоверно оценить правильность действий обучаемого в сложной (неоднозначной) обстановке и имеет вполне определенный физический смысл - решение, принимаемое оператором в условиях неоднозначности (нечеткости) параметров, характеризующих текущее состояние объекта управления и окружающей среды, однозначно признано безошибочным либо, наоборот, ошибочным.

Анализ принципа работы заявляемого устройства для обучения операторов показывает очевидность того факта, что, наряду с сохраненными и описанными в прототипе дидактическими возможностями, обеспечивающими более обоснованные решения о переводе обучаемого с этапа «Упражнение» к этапу «Тренировка», устройство способно с высокой достоверностью оценивать навыки оператора по принятию решений при отработке сложных алгоритмов управления в АСУ, параметры текущего состояния которых могут быть заданы как количественно, так и качественно - неоднозначно, нечетко, с привлечением лингвистической переменной.

Данное устройство обеспечивает повышение достоверности оценивания правильности (безошибочности) действий оператора (обучаемого) при отработке сложных алгоритмов управления в условиях, присущих реальному процессу функционирования и управления АСУ - в условиях неоднозначности (нечеткости) параметров, характеризующих текущее состояние объекта управления и окружающей среды, что существенно расширяет область применения устройства, расширяет функциональные возможности тренажерной аппаратуры, где заявленное устройство для обучения операторов будет использовано.

Источники информации

1. Кофман А. Введение в теорию нечетких множеств: Пер. с франц. - М.: Радио и связь, 1982, - 432 с.

2. Нечеткие множества и теория возможностей. Последние достижения: Пер. с англ. / Под ред. Ягера P.P. - М.: Радио и связь, 1986, - 408 с.

3. Воронов М.В. Нечеткие множества в моделях систем организационного управления. - Л.: ВМА, 1988, - 54 с.

4. Мартынов В.И. Математические основы управления первичными сетями связи с использованием нечетко заданных параметров. - М.: «Эльф-М», 1997, - 48 с.

5. Паращук И.Б., Бобрик И.П. Нечеткие множества в задачах анализа сетей связи. - СПб.: ВУС, 2001. - 80 с.

Изобретение относится к техническим средствам подготовки операторов систем управления. Технический результат заключается в повышении достоверности оценивания правильности действий оператора при отработке сложных алгоритмов управления. Устройство содержит блок задания программы обучения (1), блок ответных действий оператора (2), главный (3) и ответный (19) блоки сравнения, табло (4), элемент И (5), стартовый (6) и главный (11) счетчики, стартовый (7), главный (13) и установочный (18) элементы ИЛИ, блоки стартовых (8) и опросных (10) элементов И, триггер (9), дешифратор (12), регистр числа (20), элемент задержки (21), блок сравнения нечетких кодов (22), блок обработки (23), блок проверки (24). 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для обучения операторов, содержащее блок задания программы обучения, блок ответных действий оператора, стартовый, главный и установочный элементы ИЛИ, элемент задержки, главный и ответный блоки сравнения, блоки стартовых и опросных элементов И, регистр числа, стартовый и главный счетчики, дешифратор, триггер, элемент И и табло, m≥2 информационных входов которого соединены с соответствующими m выходами дешифратора, m входов которого подключены к соответствующим m выходам блока опросных элементов И, m счетных входов которого соединены с соответствующими m выходами главного счетчика, установочный вход «Уст.«0» которого соединен с первым входом стартового элемента ИЛИ, вторым входом установочного элемента ИЛИ, первым входом главного элемента ИЛИ и является входом «Запуск» устройства, выход главного элемента ИЛИ подключен к счетному входу «Уст.«1» главного счетчика и первому управляющему входу блока задания программы обучения, m индикаторных выходов которого соединены с соответствующими m индикаторными входами табло, первый контрольный вход которого подключен к прямому выходу триггера, инверсный выход которого соединен с первым входом элемента И и вторым контрольным входом табло, m ответных входов главного блока сравнения подключены к соответствующим m выходам блока ответных действий оператора, первый выход главного блока сравнения соединен с вторым входом стартового элемента ИЛИ и вторым управляющим входом блока задания программы обучения, второй выход главного блока сравнения подключен к второму входу главного элемента ИЛИ, входу элемента задержки и второму входу элемента И, выход которого соединен с счетным входом «Уст.«1» стартового счетчика, установочный вход «Уст.«0» которого подключен к выходу стартового элемента ИЛИ, выход элемента задержки соединен с управляющим входом регистра числа и с m информационными входами блока стартовых элементов И, m счетных входов которого соединены с соответствующими m выходами стартового счетчика, m выходов блока стартовых элементов И подключены к соответствующим m информационным входам ответного блока сравнения, m ответных входов которого соединены с соответствующими m выходами регистра числа, выход ответного блока сравнения подключен к первому входу установочного элемента ИЛИ, выход которого соединен с установочным входом триггера, сбрасывающий вход которого подключен к контрольному выходу блока задания программы обучения и к m информационным входам блока опросных элементов И, отличающееся тем, что дополнительно введены блок сравнения нечетких кодов, блок обработки, предназначенный для трансформирования нечетких исходных данных к виду, пригодному для принятия решения оператором, и блок проверки, причем первый и второй выходы блока сравнения нечетких кодов подключены соответственно к первому и второму выходам главного блока сравнения, m информационных входов которого подключены к соответствующим m информационным выходам блока проверки, m информационных входов которого соединены с соответствующими m информационными выходами блока задания программы обучения, m проверочных выходов блока проверки соединены с соответствующими m входами блока обработки, m индикаторных выходов которого подключены к соответствующим m индикаторным выходам блока задания программы обучения, m информационных выходов блока обработки подключены к соответствующим m информационным входам блока сравнения нечетких кодов, m ответных входов которого подключены к соответствующим m ответным входам главного блока сравнения.2. Устройство для обучения операторов по п.1, отличающееся тем, что блок сравнения нечетких кодов состоит из компаратора и запоминающего элемента, m входов которого являются соответствующими m информационными входами блока сравнения нечетких кодов, m выходов запоминающего элемента подключены к соответствующим m информационным входам компаратора, m ответных входов которого являются соответствующими m ответными входами блока сравнения нечетких кодов, первый и второй выходы компаратора являются соответственно первым и вторым выходами блока сравнения нечетких кодов.3. Устройство для обучения операторов по п.1, отличающееся тем, что блок обработки, предназначенный для трансформирования нечетких исходных данных к виду, пригодному для принятия решения оператором, состоит из регистра, элемента расчета дополнения, главного и вспомогательного элементов хранения, главного и вспомогательного анализаторов, предназначенных для определения пересечения нечетких множеств, элемента расчета объединения и вычислителя, предназначенного для однозначного выбора количественных значений нечетких параметров, m индикаторных выходов которого являются соответствующими m индикаторными выходами блока, m информационных выходов вычислителя являются соответствующими m информационными выходами блока, m входов регистра являются соответствующими m входами блока, m первичных выходов регистра подключены к соответствующим m первичным входам элемента расчета дополнения и к соответствующим m входам главного элемента хранения, m вторичных выходов регистра подключены к соответствующим m вторичным входам элемента расчета дополнения и к соответствующим m прямым входам вспомогательного элемента хранения, m выходов главного элемента хранения подключены к соответствующим m основным входам главного анализатора, m выходов вспомогательного элемента хранения подключены к соответствующим m основным входам вспомогательного анализатора, m дополнительных входов главного анализатора подключены к соответствующим m первичным выходам элемента расчета дополнения, m вторичных выходов которого соединены с соответствующими m дополнительными входами вспомогательного анализатора, m выходов главного анализатора подключены к соответствующим m первичным входам элемента расчета объединения, m вторичных входов которого соединены с соответствующими m выходами вспомогательного анализатора, m выходов элемента расчета объединения соединены с соответствующими m дополнительными входами элемента расчета дополнения, соответствующими m дополнительными входами вспомогательного элемента хранения и соответствующими m входами вычислителя.4. Устройство для обучения операторов по п.1, отличающееся тем, что блок проверки состоит из регистра хранения и счетчика, m входов которого являются соответствующими m информационными входами блока, m выходов счетчика соединены с соответствующими m входами регистра хранения, m транзитных выходов которого являются соответствующими m информационными выходами блока, m проверочных выходов регистра хранения являются соответствующими m проверочными выходами блока проверки.