ТРЕНАЖЁРНЫЙ ЦЕНТР ДЛЯ ЭКИПАЖЕЙ СУДОВ Российский патент 2017 года по МПК G09B9/00 

Техническое решение относится к средствам обучения, а именно к тренажерам, включающим аппаратурно-программные средства, и может быть использовано для приобретения навыков, тренировки и повышения профессиональной квалификации судоводителей и других членов экипажей судов.

Тренажер (тренажерный центр) для экипажей судов представляет собой эргатическую аппаратурно-программную систему на базе вычислительных средств для сбора, систематизации, обработки и экспертной оценки данных о профессиональных знаниях, навыках и умениях обучаемых посредством диалогового режима и средств виртуальной реальности в вычислительной среде [1-7].

Группа устройств (см., например [8-13]) по тестовой оценке профессиональной подготовки (аттестации) и работоспособности, в определенной степени, также может быть отнесена к тренажерной технике.

Как правило, в общем случае тренажеры [1-13] включают автоматизированные рабочие места (АРМ) обучаемых с имитатором пульта управления, компьютерно-тренажерный блок обучения (блок моделирования ситуативных режимов обучения) в виде устройств обмена данными и программной среды и АРМ руководителя обучения (инструктора) с блоком экспертной оценки обучаемых.

В последнее время запатентован ряд тренажеров для судоводителей и экипажей судов: транспортно-тренинговое судно [7], судоводительский тренажер [6], тренажерные комплексы [2-5] для экипажей кораблей, морской тренажер [1]. Общим признаком известных морских тренажеров (тренажерных центров) [1-7] является то, что они включают соединенные посредством линий связи АРМ обучаемых, программируемый блок моделирования движения судна и воздействий внешней среды, а также АРМ руководителя обучения.

Известные тренажеры [1-7], как правило, реализованы на базе аппаратурно-программных средств с использованием персональных компьютеров (ПК), а также различных телекоммуникационных и компьютерных сетей различных типов.

Известные устройства [1-7] отличаются друг от друга, в основном, структурой математического обеспечения и баз данных, обусловленной их применением для индивидуального либо коллективного тренинга. При этом эти устройства, не являясь универсальными, выполняют отдельные специфические функции и не могут быть использованы в комплексной тренингово-тестовой процедуре, необходимой для полной адекватной оценки квалификационного статуса обучаемых, включающей оценку профессиональных навыков и умений, специальных знаний и личностных качеств (показателей) обучаемых.

Так, компьютерный навигационно-тактический тренажер [3] и системы тренинга [4, 5] предназначены лишь для группового тренинга экипажей кораблей ВМФ, устройство [6] может быть использовано только для судоводителей речного флота, тренинговое судно [7] со встроенной компьютерно-тренажерной системой является сложным, трудно реализуемым комплексом.

Устройство [2] может быть использовано как для группового, так и для индивидуального тренинга экипажей кораблей, однако режимы его работы, этапы и методика оценки обучаемых лишь декларируются и не могут считаться пригодными для эффективного промышленного применения.

Таким образом, состав аппаратуры известных устройств [2-7] не является полным и оптимальным для обеспечения эффективных потенциальных функциональных возможностей и реализации адекватной оценки профессионального статуса обучаемых.

Известный морской тренажер по патенту RU 2251157 C2 [1], принятый за прототип, содержит соединенные посредством линий связи автоматизированные рабочие места (АРМ) обучаемых, программируемый блок моделирования в составе формирователя параметров динамики судна (ПДС) и формирователя модели датчиков внешних воздействий (ДВВ), блок оценки результатов тренинга (ОРТ) и АРМ руководителя обучения, при этом каждое АРМ обучаемого выполнено на базе персонального компьютера (ПК) в виде виртуального имитатора навигационной обстановки, параметров функционирования судовых систем и пульта управления судна, АРМ руководителя обучения включает ПК, блок визуализации и блок документирования, а блок ОРТ выполнен в виде программируемого вычислителя с возможностью сопоставления результатов тренинга обучаемых с контрольными критериями результатов в заданной ситуационной навигационной обстановке.

Известный морской тренажер ориентирован на тестирование знаний и умений обучаемого, однако в нем отсутствуют устройства оценки личностных качеств и параметров обучаемого, которые совместно с непосредственной профессиональной пригодностью (профессиональные знания и умения) посредством триединства процесса тренинга реализуют необходимый оптимальный баланс оценки способностей и профессионального статуса обучаемого для достижения поставленных задач. Как показывает практика, полная адекватная и эффективная оценка профпригодности может быть проведена только при дополнении тренинговых операций и устройств [1] определением показателей уровня здоровья обучаемого (соматогенеза, психогенеза, социогенеза).

Кроме того, устройство [1] не обладает функционально-аппаратурной полнотой вследствие недостаточно реализованной ситуационной навигационной обстановки: отсутствует выбор режимов и типов тренинга (в открытом море, в узкостях, при швартовке, погрузочно-разгрузочных работах в порту), а также разделение оценки результатов тренинга обучаемого в различных ситуациях профессиональной деятельности: штатной, нештатной, экстремальной.

Таким образом, функциональные возможности тренажера [1], а также других известных устройств [2-7] для тренинга экипажей судов ограничены, тестирование с помощью тренажера [1 и др.] может быть недостаточно информативным, а оценка результатов тестирования - недостаточно валидной и надежной.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в создании многофункционального универсального тренажерного центра, обладающего широкими функциональными возможностями и информативностью о профессиональной пригодности обучаемого посредством реализации триединства процесса тренинга с одновременной оценкой единым комплексным показателем качества трех синергетических атрибутов профпригодности: профессиональных знаний, практических навыков и умений, личностных показателей уровня здоровья (соматогенеза, психогенеза, социогенеза) обучаемого.

Основной технический результат предлагаемого тренажерного центра - расширение функциональных возможностей при повышении информативности и, как следствие, - повышение объективности, валидности, надежности и достоверности оценки профпригодности обучаемого посредством рациональной конструкции и адекватной совокупности аппаратурно-программных средств тренинга, обеспечивающих синергический эффект для кондиционной и сбалансированной интерпретации данных тренинга.

Технический результат достигается следующим образом.

Тренажерный центр для экипажей судов, содержащий соединенные посредством линий связи автоматизированные рабочие места (АРМ) обучаемых, программируемый блок моделирования в составе формирователя параметров динамики судна (ПДС) и формирователя модели датчиков внешних воздействий (ДВВ), блок оценки результатов тренинга (ОРТ) и АРМ руководителя обучения, при этом каждое АРМ обучаемого выполнено на базе персонального компьютера (ПК) в виде виртуального имитатора навигационной обстановки, параметров функционирования судовых систем и пульта управления судна, АРМ руководителя обучения включает ПК, блок визуализации и блок документирования, а блок ОРТ выполнен в виде программируемого вычислителя с возможностью сопоставления результатов тренинга обучаемых с контрольными критериями результатов в заданной ситуационной навигационной обстановке.

Отличительной особенностью тренажерного центра является то, что он дополнительно включает соединенный с АРМ обучаемых и АРМ руководителя обучения модуль селекции режимов и типа тренинга (СРТТ) в составе блока коммутации режимов тренинга (КРТ) и блока коммутации типов тренинга (КТТ). Блок моделирования дополнительно к формирователю ПДС и формирователю ДВВ включает формирователь ситуационной модели навигационной обстановки (СНО) и блок формирователей моделей объектов управления в составе формирователя навигационных параметров (НП) судна, формирователя модели судовой энергетической установки (СЭУ), формирователя модели судовых систем и формирователя систем электропитания, а блок ОРТ выполнен в виде репрограммируемого вычислительного модуля экспертной системы (ЭС), который включает блок тестовой оценки (ТО) обучаемых, блок ОРТ в зависимости от категории сложности, формирователь контрольных критериев оценки (ККО) результатов тренинга и блок вынесения решения по результатам тренинга.

Отличием тренажерного центра также является то, что блок КРТ включает коммутатор и подключенные к нему устройства выбора режимов тренинга: устройство выбора индивидуального тренинга, устройство группового тренинга и устройство тренинга с руководителем обучения.

Кроме того, тренажерный центр отличается тем, что блок КТТ включает коммутатор и подключенные к нему устройства выбора типа тренинга: устройство тренинга в условиях открытого моря, устройство тренинга в узостях и устройство тренинга при швартовке судна.

Особенностью тренажерного центра является то, что формирователь СНО формирует модель ситуационной навигационной обстановки в формате «3D + Т» - геодезические координаты (широта, долгота), глубина, время.

Тренажерный центр также отличается тем, что формирователь НП включает устройства моделирования параметров, измеренных судовыми навигационными приборами (эхолот, лаг, гирокомпас), навигационной радиолокационной станцией, спутниковой навигационной аппаратурой типа GPS и/или «ГЛОНАСС», аппаратурой радионавигационных и гидроакустических навигационных систем.

Отличие тренажерного центра также заключается в том, что блок оценки ТО обучаемых включает устройство ТО показателей соматогенеза, устройство ТО показателей психогенеза и устройство ТО показателей профессионального статуса обучаемых.

Кроме того, тренажерный центр отличается тем, что блок оценки результатов тренинга в зависимости от категории сложности включает устройство оценки при штатной ситуации, устройство оценки при нештатной ситуации и устройство оценки при экстремальной ситуации.

При этом АРМ обучаемых, блок моделирования, модуль СРТТ, модуль экспертной системы ЭС оценки результатов тренинга и АРМ руководителя обучения соединены посредством линий связи, выполненных в виде информационно-управляющих шин или локальной вычислительной сети (ЛВС).

В конкретных случаях выполнения тренажерный центр дополнительно содержит одно или несколько резервных АРМ руководителя обучения.

На чертеже представлена общая конструктивная схема тренажерного центра для экипажей судов, где приняты следующие обозначения:

1 - автоматизированные рабочие места (АРМ) обучаемых;

2 - блок моделирования;

3 - блок оценки результатов тренинга (ОРТ) - экспертная система (ЭС);

4 - АРМ руководителя обучения;

5 - модуль селекции режимов и типа тренинга (СРТТ);

6 - формирователь параметров динамики судна (ПДС);

7 - формирователь модели датчиков внешних воздействий (ДВВ);

8 - формирователь ситуационной модели навигационной обстановки (СНО);

9 - блок формирователей моделей объектов управления;

10 - формирователь навигационных параметров (НП) судна;

11 - формирователь модели судовой энергетической установки (СЭУ);

12 - формирователь модели судовых систем;

13 - формирователь систем электропитания;

14 - блок тестовой оценки обучаемых;

15 - блок оценки результатов тренинга в зависимости от категории сложности;

16 - формирователь контрольных критериев оценки (ККО) результатов тренинга;

17 - блок вынесения решения;

18 - блок коммутации режимов тренинга (КРТ);

19 - блок коммутации типов тренинга (КТТ);

20 - персональный компьютер (ПК) АРМ 4 руководителя обучения;

21 - блок визуализации АРМ 4 руководителя обучения;

22 - блок доументирования АРМ 4 руководителя обучения;

23 - коммутатор блока 18 КРТ;

24 - устройство выбора режима индивидуального тренинга;

25 - устройство выбора режима группового тренинга;

26 - устройство выбора режима тренинга с руководителем обучения;

27 - коммутатор блока 19 КТТ;

28 - устройство выбора типа тренинга: в открытом море;

29 - устройство выбора типа тренинга: в узкостях;

30 - устройство выбора типа тренинга: при швартовке (погрузочно-разгрузочных работах);

31 - устройство тестовой оценки показателей соматогенеза;

32 - устройство тестовой оценки показателей психогенеза;

33 - устройство тестовой оценки показателей профессионального статуса;

34 - устройство оценки результатов тренинга при штатной ситуации;

35 - устройство оценки результатов тренинга при нештатной ситуации;

36 - устройство оценки результатов тренинга при экстремальной ситуации;

37 - линии связи (информационная и управляющая шины, ЛВС);

38 - резервные АРМ руководителей обучения.

Работа тренажерного центра (см. чертеж) заключается в следующем.

Управляющие сигналы с АРМ 1 обучаемого и АРМ 4 руководителя обучения (инструктора) поступают в блок 2 моделирования через модуль 5 селекции режимов и типа тренинга СРТТ. Блок 18 коммутации режимов тренинга КРТ модуля 5 СРТТ посредством коммутатора 23 и устройств 24 -26 обеспечивает выбор режимов тренинга: устройство 24 - индивидуальный (или самостоятельный) тренинг, устройство 25 - групповой тренинг, устройство 26 - тренинг с руководителем (инструктором) обучения. Блок 19 ККТ коммутации модуля 5 СРТТ служит для выбора типа тренинга посредством коммутатора 27 для различных ситуативных условий навигационной обстановки: в открытом море (блок 28), в узкостях, стесненных водах и/или зонах интенсивного судоходства (блок 29), при швартовке и/или погрузочно-разгрузочных работах (блок 30).

Блок 2 моделирования, являясь одним из основных функциональных блоков тренажерного центра, формирует параметры динамики судна (формирователь 6 ПДС) под влиянием внешних воздействий (формирователь 7 ДВВ) в зависимости от ситуационной модели навигационной обстановки (формирователь 8 СНО). Аппаратурно-программная реализация математических моделей параметров движения ПДС, датчиков внешних воздействий ДВВ и ситуационных моделей навигационной обстановки в формирователях 6-8 может проводиться на принципах, изложенных в известных источниках: SU 1150155 А, 15.04.1985; RU 2150409 С1, 10.06.2000; RU 2151713 С1, 27.06.2000; RU 2197016 С2, 20.01.2013; RU 2463205 С2, 10.10.2012. Входные данные блока 2 моделирования (формирователей 6-8), включая характеристики судна и судовых систем, параметры внешних воздействий (ветер, волны, течение), навигационная обстановка и др. задаются с АРМ 4 руководителя обучения.

Формирователь СНО формирует модель ситуационной навигационной обстановки в формате «3D + Т» - геодезические координаты (широта, долгота), глубина, время.

При этом, в отличие от известного устройства [1], блок 2 моделирования, расширяя функциональные возможности, по входным данным с АРМ 4 дополнительно формирует модели объектов управления (блок 9): модель навигационных параметров (НП) судна (формирователь 10), модель судовой энергетической установки СЭУ (формирователь 11), модели судовых систем (формирователь 12), модель системы электропитания (формирователь 13). Формирователь 10 НП включает устройства моделирования параметров, измеренных судовыми навигационными приборами (эхолот, лаг, гирокомпас), навигационной радиолокационной станцией, спутниковой навигационной аппаратурой типа GPS и/или «ГЛОНАСС», аппаратурой радионавигационных и гидроакустических навигационных систем. Модели формирователей 11-13 могут формироваться в соответствии с известными алгоритмами (см., например RU 2463205 C2, 10.10.2012).

Процесс тренинга обучаемого (АРМ 1) с оценкой результатов тренинга руководителем обучения (АРМ 4) осуществляется совокупностью блоков 14-17 экспертной системы ЭС 3. Информационные и управляющие сигналы с АРМ 1 и АРМ 4, модуля 5 СРТТ и блока 2 моделирования поступают по линии связи (шине, ЛВС) 37 в экспертную систему, где в блоке 14 ТО производится тестовая оценка обучаемого, а блоком 15 - оценка результатов тренинга. При этом блок ТО 14 обучаемых включает устройство 31 ТО показателей соматогенеза (физическое здоровье), устройство 32 ТО показателей психогенеза (психическое здоровье) и устройство 33 ТО показателей профессионального статуса обучаемых (социальное здоровье). Аппаратурно-программная реализация дополнительно введенного блока 14 ТО (устройств 31 - 33) может быть выполнена в виде системы тестирования по репрограммируемой посредством АРМ 4 электронной матрице-опроснику с балльной (например 5 или 10 балльной) оценкой личностных показателей обучаемого (в том числе аттестации его профессионального статуса: актуальных знаний и умений (навыков), соответствующих требованиям Регистра судоходства, и личностных качеств, таких как самостоятельность, интеллект, целеустремленность, ответственность, дисциплинированность, коммуникабельность, мобилизация в нештатных и экстремальных ситуациях и др.), принципы построения которой изложены, например, в US 2008082384 A1, 03.04.2008 и RU 2014116228 А, 20.08.2014.

Блок 15 производит оценку результатов тренинга в зависимости от задаваемой с АРМ 4 категории сложности навигационной обстановки: при штатной ситуации - посредством устройства 34, при нештатной ситуации (например, при неисправностях объектов управления) - посредством устройства 35, при экстремальных ситуациях (шторм, аварийная ситуация) - посредством устройства 36.

Блок 17 обеспечивает вынесение решения по результатам тренинга с учетом контрольных критериев оценки ККО результатов тренинга, вырабатываемых формирователем 16. Данные с выходов блоков 16 и 17 поступают на входы АРМ 4 руководителя обучения, включающего ПК 20, блок 21 визуализации и блок 22 документирования. Таким образом, в соответствии с заданной АРМ 4 программой в виде виртуального имитатора, близкой к реальной навигационной обстановке, и параметрами функционирования судовых систем, а также сигналами с пульта управления АРМ 1, результаты тренинга обучения сопоставляются с контрольными критериями результатов в заданной ситуационной навигационной обстановке. Результаты тренинга визуализируются блоком 21 и документируются блоком 22.

Линия связи 37 служит магистралью обмена данными и управляющими сигналами между АРМ 1, блоком 2 моделирования, модулем 5 СРТТ, блоком ОРТ (экспертной системой) 3 и АРМ 4 и может быть выполнена в виде информационно-управляющих шин или ЛВС.

В конкретных случаях выполнения тренажерный центр может дополнительно содержать одно или несколько резервных АРМ 38 руководителей обучения.

Таким образом, тренажерный центр позволяет адекватно оценить профессиональный статус обучаемых, обеспечивая полноту, объективность и достоверность оценки путем синергетического триединства компонентов тренинга и формирования оптимального комплексного тестового показателя аттестации обучаемых.

ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ

I. Прототип и аналоги:

1. RU 2251157 С2, 27.04.2005 (прототип).

2. RU 2340950 С1, 10.12.2008 (аналог).

3. RU 70395 U1, 20.01.2008 (аналог).

II. Дополнительные источники по уровню техники:

4. RU 2234138 С1, 10.08.2004.

5. RU 23514 U1, 20.06.2002.

6. SU 1808136 A3, 07.04.1993.

7. RU 2263351 С2, 27.10.2005.

8. RU 36540 U1, 10.03.2004.

9. RU 77075 U1, 10.10.2008.

10. RU 2184396 С1, 27.06.2002.

11. RU 77716 U1, 27.10.2008.

12. RU 2186423 С2, 27.07.2002.

13. RU 20891101 С1, 10.09.1997.

Тренажерный центр для экипажей судов содержит автоматизированные рабочие места (АРМ) обучаемых, программируемый блок моделирования, блок оценки результатов тренинга, АРМ руководителя обучения, модуль селекции режимов и типа тренинга, соединенные определенным образом. Блок моделирования содержит формирователи: параметров динамики судна, модели датчиков внешних воздействий, ситуационной модели навигационной обстановки, блок формирователей моделей объектов управления. Блок оценки результатов тренинга содержит блок тестовой оценки обучаемых, блок оценки результатов тренинга, формирователь контрольных критериев оценки, блок вынесения решения. АРМ руководителя содержит персональный компьютер, блоки визуализации и документирования. Модуль селекции содержит блок коммутации режимов тренинга и блок коммутации типов тренинга. Обеспечивается расширение функциональных возможностей тренажерного центра при оценке профпригодности обучаемых. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Тренажерный центр для экипажей судов, содержащий соединенные посредством линий связи автоматизированные рабочие места (АРМ) обучаемых, программируемый блок моделирования в составе формирователя параметров динамики судна (ПДС) и формирователя модели датчиков внешних воздействий (ДВВ), блок оценки результатов тренинга (ОРТ) и АРМ руководителя обучения, при этом каждое АРМ обучаемого выполнено на базе персонального компьютера (ПК) в виде виртуального имитатора навигационной обстановки, параметров функционирования судовых систем и пульта управления судна, АРМ руководителя обучения включает ПК, блок визуализации и блок документирования, а блок ОРТ выполнен в виде программируемого вычислителя с возможностью сопоставления результатов тренинга обучаемых с контрольными критериями результатов в заданной ситуационной навигационной обстановке, отличающийся тем, что дополнительно включает соединенный с АРМ обучаемых и АРМ руководителя обучения модуль селекции режимов и типа тренинга (СРТТ) в составе блока коммутации режимов тренинга (КРТ) и блока коммутации типов тренинга (КТТ), блок моделирования дополнительно к формирователю ПДС и формирователю ДВВ включает формирователь ситуационной модели навигационной обстановки (СНО) и блок формирователей моделей объектов управления в составе формирователя навигационных параметров (НП) судна, формирователя модели судовой энергетической установки (СЭУ), формирователя модели судовых систем и формирователя систем электропитания, а блок ОРТ выполнен в виде репрограммируемого вычислительного модуля экспертной системы (ЭС), который включает блок тестовой оценки (ТО) обучаемых, блок ОРТ в зависимости от категории сложности, формирователь контрольных критериев оценки (ККО) результатов тренинга и блок вынесения решения по результатам тренинга.

2. Тренажерный центр по п. 1, отличающийся тем, что блок КРТ включает коммутатор и подключенные к нему устройства выбора режимов тренинга: устройство выбора индивидуального тренинга, устройство группового тренинга и устройство тренинга с руководителем обучения.

3. Тренажерный центр по п. 1, отличающийся тем, что блок КТТ включает коммутатор и подключенные к нему устройства выбора типа тренинга: устройство тренинга в условиях открытого моря, устройство тренинга в узостях и устройство тренинга при швартовке судна.

4. Тренажерный центр по п. 1, отличающийся тем, что формирователь СНО формирует модель ситуационной навигационной обстановки в формате «3D+Т» - геодезические координаты (широта, долгота), глубина, время.

5. Тренажерный центр по п. 1, отличающийся тем, что формирователь НП включает устройства моделирования параметров, измеренных судовыми навигационными приборами (эхолот, лаг, гирокомпас), навигационной радиолокационной станцией, спутниковой навигационной аппаратурой типа GPS и/или «ГЛОНАСС», аппаратурой радионавигационных и гидроакустических навигационных систем.

6. Тренажерный центр по п. 1, отличающийся тем, что блок оценки ТО обучаемых включает устройство ТО показателей соматогенеза, устройство ТО показателей психогенеза и устройство ТО показателей профессионального статуса обучаемых.

7. Тренажерный центр по п. 1, отличающийся тем, что блок оценки результатов тренинга в зависимости от категории сложности включает устройство оценки при штатной ситуации, устройство оценки при нештатной ситуации и устройство оценки при экстремальной ситуации.

8. Тренажерный центр по п. 1, отличающийся тем, что АРМ обучаемых, блок моделирования, модуль СРТТ, модуль экспертной системы ЭС оценки результатов тренинга и АРМ руководителя обучения соединены

посредством линий связи, выполненных в виде информационно-управляющих шин или локальной вычислительной сети (ЛВС).

9. Тренажерный центр по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит одно или несколько резервных АРМ руководителя обучения.