АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ТРЕНАЖЕРНЫЙ КОМПЛЕКС ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2010 года по МПК G09B9/02 

Заявляемое техническое решение относится к тренажерам, в частности к тренажерам с моделируемым обзором из транспортного средства, и может быть использовано для комплексного группового и/или индивидуального обучения и подготовки персонала для эксплуатации и обслуживания сложных систем управления, в частности систем управления различного рода водного транспорта.

Известны комплексные тренажеры для группового и/или индивидуального обучения и тренировки обслуживающего и эксплуатирующего персонала различных систем управления (см., например, «Интерактивная система обучения» по патенту РФ №2271040, МКИ G09B 9/00, «Автоматизированный тренажерный комплекс для подготовки экипажей кораблей» по патенту РФ №2234138, МКИ G09B 9/06).

Известные тренажеры содержат АРМы или макеты АРМов операторов, рабочие места руководителей обучения, вычислительные средства, средства обмена и обеспечивают в режиме диалога автоматизированные циклы обучения и контроля.

Указанные тренажеры не содержат средств, позволяющих имитировать и отображать внешнюю обстановку, что ограничивает область их применения, т.к. для эффективного тренинга персонала транспортного средства, например летного состава или операторов систем управления кораблей и подводных лодок, наличие моделей окружающей обстановки является необходимым.

Известно устройство для выполнения тренировочного полета по патенту РФ №2156501, МКИ G09B 9/08 со средствами отображения закабинной визуальной информации, реальные органы управления которого через устройство сопряжения связаны с вычислительной машиной, обеспечивающей выполнение всех режимов тренировок для единичного или группового полета.

Т.к. все операции по моделированию и обработке сигналов выполняет одна вычислительная машина, устройство недостаточно надежно, а использование в составе устройства реальных органов управления ограничивает область его применения.

Ближайшим по технической сущности и принятым за прототип является комплексный тренажер воздушного судна по патенту РФ №2280287, МКИ G09B 9/02, 9/08, построенный по принципу распределенных вычислений на основе представления объектов с возможностью оперативного изменения его конфигурации.

Устройство-прототип, так же как и заявляемое, содержит взаимосвязанные с маршрутизатором блок инструктора, блок баз данных, блок моделирования систем транспортного средства, блок моделирования поведения транспортного средства, диспетчер тренажерных задач, блок модельного представления и средств визуализации, а также конфигуратор тренажера, подключенный к диспетчеру тренажерных задач, и комплект бортового оборудования, взаимосвязанный с блоком моделирования систем транспортного средства.

Известный тренажер предназначен для обучения пилотов воздушного средства. Использование его для обучения персонала других транспортных средств, например кораблей или подводных лодок, недостаточно эффективно, т.к. средства визуализации (блок визуального представления и блок предъявления визуального представления) формируют визуальную обстановку, одинаковую для всех обучаемых.

Техническая задача, решаемая в заявленном тренажере, - возможность создания для каждого обучаемого визуальной обстановки, адекватной реальной и сформированной с учетом конкретной отрабатываемой задачи и местонахождения обучаемого на тренажере, которое является имитацией его реального местонахождения на корабле (мостик, рубка и т.д.).

Указанная задача решается тем, что в автоматизированный тренажер транспортного средства, содержащий взаимосвязанные с маршрутизатором блок инструктора, блок баз данных, блок моделирования систем транспортного средства, блок моделирования поведения транспортного средства, диспетчер тренажерных задач и средство визуализации, а также конфигуратор тренажера, подключенный к диспетчеру тренажерных задач, и комплект бортового оборудования, взаимосвязанный с блоком моделирования систем транспортного средства, введены блок ручного управления, блок динамического моделирования окружающей среды, блок моделирования тактической обстановки и модуль настройки визуальных моделей, а средства визуализации содержат блоки визуальных моделей по числу обучаемых, каждый из которых состоит из наборов модулей визуального представления фиксированного сектора обзора и модулей предъявления визуального представления фиксированного сектора обзора, при этом блок ручного управления, блок динамического моделирования окружающей среды, блок моделирования тактической обстановки и модуль настройки визуальных моделей взаимосвязаны с маршрутизатором, а выход модуля настройки подключен к конфигуратору тренажера.

Такое выполнение тренажера позволяет расширить область его применения и повысить качество подготовки персонала.

Заявляемый тренажер представлен на чертежах, где:

Фиг.1 - структурная схема тренажера,

Фиг.2 - структурная схема модуля визуального представления фиксированного сектора обзора,

Фиг.3 - блок-схема алгоритма функционирования блока моделирования тактической обстановки,

Фиг.4 - блок-схема алгоритма функционирования блока динамического моделирования окружающей среды,

Фиг.5 - блок-схема функционирования модуля настройки.

Комплексный тренажер содержит (фиг.1) комплект 1 бортового оборудования транспортного средства, блок инструктора 2, блок баз данных 3, блок моделирования систем транспортного средства 4, блок моделирования поведения транспортного средства 5, блок ручного управления объектами тактической обстановки 7, блок моделирования тактической обстановки 6, блок динамического моделирования окружающей среды 8, блоки визуальных моделей 9₁-9_m, модуль настройки 10 блоков визуальных моделей, конфигуратор тренажера 11, диспетчер тренажерных задач 12, маршрутизатор пакетов данных 13, содержащий блоки обмена 14.

Комплект бортового оборудования транспортного средства 1 может быть выполнен, например, в виде имитаторов бортового оборудования на сенсорных мониторах, размещаемых в объеме, имитирующем реальное рабочее месторасположение обучаемого. Блок инструктора 2 предназначен для управления блоками тренажера, изменения параметров и может быть выполнен аналогично блоку инструктора тренажера прототипа. Блок баз данных 3 предназначен для хранения совокупности баз данных, необходимых для формирования модельных, визуальных, а также при необходимости и других системных представлений объектов. Блок моделирования систем транспортного средства 4 обеспечивает имитацию работы бортовых систем и бортового оборудования. Блок моделирования поведения транспортного средства 5 обеспечивает моделирование динамики перемещения (курс, скорость, качка бортовая, качка килевая и т.п.). Блок ручного управления 6 обеспечивает в реальном времени поддержку динамического ручного управления объектами тактической обстановки. Блок моделирования тактической обстановки 7 имитирует наличие и поведение движущихся (плавающих) объектов и динамических береговых объектов, а блок динамического моделирования окружающей среды 8 обеспечивает имитацию климатических условий, воздействие ветра, приливов, течений, изменения времени суток и времени года. Блоки моделирования 4, 5, 7, 8 могут быть выполнены в виде программных модулей на базе универсальных вычислительных машин.

Каждый блок визуальных моделей 9 состоит из наборов модулей визуального представления 15 и модулей предъявления визуального представления 16 фиксированного сектора обзора. Каждый блок визуальных моделей 9 адаптируется под задачи соответствующего обучаемого, т.е. количество блоков визуальных моделей m равно количеству обучаемых операторов, а количество модулей 15 и 16 в каждом блоке визуальных моделей определяется требуемой величиной сектора обзора для каждого обучаемого оператора.

Конфигуратор тренажера 11 назначает тренажерные задачи и параметры и распределяет их по блокам. Диспетчер тренажерных задач 12 служит для передачи тренажерных зада в назначенные блоки. Модуль настройки 10 обеспечивает оперативное изменение параметров и характеристик объектов тактической обстановки. Каждый модуль визуального представления 15 фиксированного сектора обзора содержит (фиг.2) коммутатор 17, блок генерации параметров визуальной модели физической обстановки 18, блок генерации параметров визуальной модели тактической обстановки 19, блок синхронизации и совмещения физической и тактической обстановки 20. Прямая и обратная связь между блоками тренажера служит для передачи информации и для передачи квитанций об отработке команд.

Блок генерации параметров визуальной модели физической обстановки 18 предназначен для генерации параметров окружающей среды в заданном секторе обзора на время t_i и может быть построен на базе нескольких специализированных одноплатных микропроцессорных устройств, синхронно и параллельно выполняющих одинаковую микропрограмму с различными наборами исходных данных. Синхронизацию вычислений, формирование набора входных данных для каждого микропроцессорного устройства и поддержку взаимодействия с коммутатором осуществляет специальное микропроцессорное устройство с функциями супервизора.

Блок генерации параметров визуальной модели тактической обстановки 19 в заданном секторе обзора на время t_i может быть построен на базе специализированного мультипроцессорного компьютера. Мультипроцессорный комплект реализует принцип матричных вычислений на базе спецпроцессоров с однотипными микропрограммами. Синхронизацию вычислений и поддержку взаимодействия с коммутатором 17 осуществляет специальное микропроцессорное устройство. Блок синхронизации и совмещения физической и тактической обстановки 20 может быть реализован на базе одноплатного однопроцессорного микрокомпьютера с упрощенным набором команд. Аппаратное взаимодействие с коммутатором 17 осуществляется специализированным микропроцессорным модулем.

Коммутатор 17 предназначен для обеспечения прямого сопряжения блока инструктора 2 и модуля настройки 10 с блоком 18 и с блоком 19. По своему функциональному значению блоки тренажера образуют:

- группу рабочих мест обучаемых (комплект имитатора бортового оборудования 1 и блок моделирования систем транспортного средства 4);

- группу оперативного управления тренировкой (блок инструктора 2 и блок ручного управления объектами тактической обстановки 6);

- группу формирования визуальной модели окружающей обстановки (совокупность блоков визуальных моделей 9₁-9_m);

- группу моделирования динамически меняющейся обстановки (блок баз данных 3, блок моделирования поведения транспортного средства 5, блок моделирования тактической обстановки 7, блок моделирования окружающей среды 8);

- группу настройки тренажера под требуемый вид тренировки (модуль настройки 10, конфигуратор тренажера 11, диспетчер тренажерных задач 12).

Модули предъявления визуального представления 17 могут быть выполнены в виде известных электронных или оптических средств отображения информации (дисплей, проекционные экраны и т.п.).

Заявляемый тренажер работает следующим образом.

Инструктор с блока 2 задает перечень тренажерных задач и осуществляет ввод исходных данных на тренировку. Блок инструктора 2 реализует интерфейс инструктора при начальном вводе исходных данных на тренировку в блок моделирования тактической обстановки 7 и блок окружающей среды 8 и их корректировку, а с помощью блока ручного управления 6 инструктор осуществляет оперативную корректировку параметров движения объектов тактической обстановки для передачи скорректированных данных в блок моделирования тактической обстановки 7. Взаимодействие в реальном времени между всеми блоками тренажера осуществляется через блоки обмена 14 маршрутизатора 13. Далее, используя текущую информацию от группы рабочих мест обучаемых, инструктор с блока 2 осуществляет настройку группы блоков моделирования динамически меняющейся обстановки (блоки 3, 5, 7, 8), данные об общей обстановке от которых, предназначенные для модулей визуального представления 15₁-15_к, возвращаются в блок инструктора 2 (фиг.3, фиг.4).

При задании вида тренировки блоком инструктора 2 модуль настройки 10 реализует интерфейс инструктора в соответствии с фиг.5, конфигуратор тренажера преобразует команды модуля настройки 10 в матрицу конфигурации тренажера, а диспетчер тренажерных задач 12 на основе измененной матрицы конфигурации формирует управляющие команды в группу рабочих мест обучаемых (в блоке 1 и 4), в блок моделирования тактической обстановки 7, в блок моделирования окружающей среды 8. Управляющая информация от диспетчера тренажерных задач 12 возвращается в модуль настройки 10 для последующей выдачи в блоки визуальных моделей 9₁-9_m.

Визуальное представление организуется в виде дискретного процесса, когда для каждого имитируемого текущего момента времени t_i (где t_i=t_i-1+Δt; i=0, 1, …) модулями визуального представления 15 генерируется набор характеристик процесса для каждого сектора обзора. Для каждого фиксированного сектора обзора соответствующий модуль визуального представления 15 генерирует набор данных для отображения (предъявления) карты, движущихся объектов, характеристик окружающей среды и других «картинок», характеризующих обстановку в данном секторе. Сектора обзора образуют визуальную сцену, содержащую n секторов, где n может принимать значение от 1 до величин, обеспечивающих панорамный обзор. Каждый сектор обзора задается координатами точки обзора, углом обзора и направлением обзора.

Изобретение относится к тренажеростроению, в частности к тренажерам с моделируемым обзором из транспортного средства, и может быть использовано как для тренировки персонала различных кораблей, так и для персонала других транспортных средств. Тренажер содержит комплект бортового оборудования, конфигуратор тренажера и взаимосвязанные через маршрутизатор блок инструктора, блок баз данных, блок моделирования систем транспортного средства, блок моделирования поведения транспортного средства, диспетчер тренажерных задач и средства визуализации. Также в тренажер введены блок ручного управления, блок динамического моделирования окружающей среды, блок моделирования тактической обстановки и модуль настройки визуальных моделей, средства визуализации выполнены в виде набора блоков визуальных моделей по числу обучаемых, каждый из которых состоит из некоторого набора модулей визуального представления фиксированного сектора обзора и модулей предъявления визуального представления фиксированного сектора обзора. Технический результат заключается в возможности создания для каждого обучаемого визуальной обстановки, адекватной реальной и сформированной с учетом конкретной отрабатываемой задачи и местонахождения обучаемого на тренажере, которое является имитацией его реального местонахождения на корабле. 5 ил.

Автоматизированный тренажерный комплекс транспортного средства, содержащий взаимосвязанные с маршрутизатором блок инструктора, блок баз данных, блок моделирования систем транспортного средства, блок моделирования поведения транспортного средства, диспетчер тренажерных задач и средства визуализации, а также конфигуратор тренажера, подключенный к диспетчеру тренажерных задач и комплект бортового оборудования, взаимосвязанный с блоком моделирования систем транспортного средства, отличающийся тем, что в него введены блок ручного управления, блок динамического моделирования окружающей среды, блок моделирования тактической обстановки и модуль настройки визуальных моделей, а средства визуализации содержат блоки визуальных моделей по числу обучаемых, каждый из которых состоит из наборов модулей визуального представления фиксированного сектора обзора и модулей предъявления визуального представления фиксированного сектора обзора, при этом блок ручного управления, блок динамического моделирования окружающей среды, блок моделирования тактической обстановки и модуль настройки визуальных моделей взаимосвязаны с маршрутизатором, а выход модуля настройки подключен к конфигуратору тренажера.