Адаптивный тренажер оператора Советский патент 1984 года по МПК G09B9/00 

I Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам обучения (тренажа) деятельности операторов, выполняющих функции обнаружения и распознавания образов, слежения, принятия решения и т.д. По основному авт. св. № 1029215 известен адаптивный тренажер оператора, содержащий блок моделирования объекта/тренажа, первый вход которого непосредственно соединен с первым выходом программного блока, второй и третий входы подсоединены через -имитатор сигналов воздействия к второму и третьему выходу программного блока, а четвертый вход подключен к одному извыходов блока ручного управления, выход блока моделирования объекта тренажа связан через сумматор с входом индикатора и первым входом вычислительного блока, генератор шума, выход которого через последовательно включенные модулятор, фильтр низких частот и усилитель подсоединен к одному из входов имитатора сигналов воздействия, блок формирования сигналов, подключенный своими входами к индикатору, блоку ручного управления и второму входу вычислительного блока, а выход блока формирования сигналов связан с первым входомпервого блока сравнения, второй блок сравнения, один вход которого подсоединен к выходу вычислительного блока, другой вход соединен с выходом блока эталон ных импульсных переходных функций, а выход второго блока сравнения через блок принятие решения подключен к одному входу блока отображения инфор мации, другой вход которого через последовательно включенные узел памя ти и дешифратор соединен с одним из выходов первого блока сравнения, дру гой выход которого через узел сопря жения подключен к блоку регистрации имитатор фоновых помех соединен с од ним из входов сумматора, при этом второй выход блока принятия решения подсоединен к одному из входов моду лятора ij. Недостатком данного тренажера является то, что при отработке операто какой-либо учебной задачи необходимо использовать в полном объеме аппаратуру тренажера и темсамым перед псстановйой конкретной задачи 51 каждый раз операторам требуется объяснять, ознакамливать и привиьать навыки практического использования того оборудования и приборов, кото- рые будут задействованы для решения той или иной учебной задачи на тренажере. Для эксплуатации тренажера приходится также привлекать специалистов, .обслуживанлцих тренажерную технику и поддерживающих ее в работоспособном состоянии. Кроме того, в тренажере не предусмотрен объективный контроль количества информации, выносимой на средства ее индикации: табло, мнемосхемы, контрольные.приборы и т.д., в связи с чем возможны случаи, когда информационная пропускная способность операторов не соответствует тому объему информации, который он должен переработать для достижения конечного результата в своей деятельности. Таким образом, перечисленные недостатки снижают эффективность процесса обучения операторов . Цель изобретения - расширение дидактических возможностей тренажера, повьш1ающее эффективность процесса обучения (тренажа) операторов путём объективного контроля количества информации, необходимого для формирования концептуальной модели оператором в процессе решения профессиональной задачи. Поставленная цель достигается тем что в адаптивный тренажер оператора введены последовательно включенные . депшфратор команд, коммутатор и блок цифро-аналоговых преобразователей, выход которого соединен с входом имитатора фоновых помех, вход депвфратора команд подключен к пятому выкоду программного блока, а второй вход коммутатора соединен с вторым выходом блока моделирования объекта тренажа . На фиг. } представлена структура адаптивного тренажера; на фиг. 2 структура блока моделирования объекта тренажа. . Адаптивный тренажер содержит генератор 1 щума, модулятор 2, имитатор . 3 фоновых помех, сумматор U, индикатор 5, блок 6 ручного управления, вычислительный блок 7, усилитель 8, фильтр 9 низких, частот, блок 10 формирования сигналов, блок 1 эталонных импульсных переходных функций, блок

12 сравнения, имитатор 13 сигналов воздействия, программный блок 14, блок 15 сравнения, дешифратор 16, узел 17 памяти, блок 18 отображения информации, блок 19 принятия решения узел 20 сопряжения, блок 21 регистрации, блок 22 моделирования объекта тренажа, блок 23 цифро-аналоговых преобразователей, дешифратор 24 команд, коммутатор 25.

Блок 22 моделирования объекта тренажа содержит (фиг. 2 объект 26 гренажа, узел 27 линий задержки, узел 28 умножения, умножитель 29, узел 30 усреднения, узел 31 памяти.

Блок 22 предназначен для формирования информационной модели объекта 26 тренажа, служащей основой целенаправленной деятельности оператора в процессе решения им какой-либо профессиональной задачи. Для формирования зтой информационной модели предварительно необходимо смоделировать физические процессы, которые протекают между функциональными узлшчи, подсистемами и системами объекта 26, структурно объединенных в соответствии с требованиями и характером решаемой оператором задачи. При одновременном наблюдении (регистрации) в процессе моделирования вход-выходных сигналов каких-либо компонентов объекта 26 получают сведения в виде .импульсных переходных функций о сбстянии динамики всех функциональных yaлов, подсистем и систем объекта 26, которые хранятся в узле 31.. Таким образом, на выходе блока 22 получают сигналы, которые представляют собой произведение вход-выходных сигналов объекта тренажа в целом, а также его составляющих компонентов, информация о которых.программно вьшосится на индикатор 5 в соответствии с той или иной учебной (профессиональной) задачей по командам программного блока . . После включения питания адаптивный тренажер оператора работает слег дующим образом. Для совершенствования и контроля характеристик деятельности оператора, работа которого в человеко-машинной системе протекает по жесткой программе, т.е. в соответствии с положениями инструкции в программном блоке 14 генерируется соответствующая программа деятельности оператора. Электрические сигналы в виде двоичных позиционных кодов с выхода / программного блока 14 поступают на вход имитатора 13 сигналов воздействия, где они дешифрируются, и с его выхода поступают на вход блокь 22 для имитации в нем информационный

процессов. Последний вырабатьшает

сигналы реакций, которые с его выхода подводятся на сумматор 4, где они суммируются с сигналами, поступающими на его другой вход с имитатора 3 фоновых помех. Зашумленный сигнал с выхода сумматора 4 поступает на вход индикатора 5, где и предъявляется оператору путем отображения и сигнализации, и на первый -вход блока 0.

Оператор в соответствии с полученной информацией воздействует на органы блока 6, который вырабатывает сигналы управляющих воздействий, поступающие на входы блоков 10 и 26. При этом в блоке 10 производится преобг разование по амплитуде и длительности для согласования режимов работы тренажера.

Как отмечалось, программа деятельности оператора, генерируемая программным блоком 14, представляет собой матрицу позиционных двоичных кодов. Калщая строка матрицы соответствует программе отработки той или иной задачи; в зависимости от имитируемой ситуации. Каждый разряд строки соответствует номеру органа управления блока 6. Значение 1 приписывается разряду в случае задействования по программе в определенные моменты времени .соответствующего органа ручногр управления блока 6, а значение О в случае его незадействования. I . В программный блок 14 введена также программа последовательности отображения информации в соответствии с выбранной строкой матрицы и сигналом блока 10. Коды задействованных строк матрицы с выхода программного блока 14 переписьшаются в блок 15. На другой вход блока 15 с выходов блока 6 и индикатора 5 (через блок 10) по мере отработки оператором задачи поступают электрические сигналы. В блоке I3 производится сравнение порядка поступления сигналов, выявляются излишние (или недостающие) сигналы, время поступления сигналов (позже - раньше) с их программными ; значениями. В случае отклонения от нормы сигналы отклонения передаются на узел 20 для кодирования и дальнейшего документирования в блоке 21, а также на входы дешифратора Гб, который преобразует коды двоичных сигналов признаков строк и признаков отклонений в сигналы одноадресных кодов. Сигналы с выхода дешифратора 16 поступают через узел 17 на вход блока 8 для индикации числа ошибочных упраЛяющих действий оператора и своевременности (шти несвоевременности) их выполнения. Для совершенствования и контроля характеристик эвристической деятельности оператора, в частности скорости адаптации и самообучаемости оператора, в программный блок 14 введеиа соответствующая программа его деятельности в системе оператор - тренажер . Программа эвристической деятельности оператора состоит из двух подпрограмм. Первая из них предназначена для генерации начальных условий в состоянии объекта тренажа, а друга вносит изменения в динамику объекта тренажа, чмитируя тем самым отказы в нем каких-либо функциональных узлов, подсистем и систем. Как отмечалось выше, информация о текущем состоянии объекта тренажа и его состав ляющих компонентов для той или иной профессиональной задачи в виде импульсных переходных функций (усредненные во времени произведения входвыходных сигналов) хранится в узле 31 и программно выносится на индикатор 5. Тренаж и контроль характеристик скорости адаптации оператора производится следующим образом. Программный блок 14 генерирует сигналы двоичной псевдослучайной последовательности, которая задает начальные условия в состоянии объекта тренажа (в данном случае его функции выполняет блок 22). С второго выхода программного блока 14 электрические сигналы также в виде двоичной псевдо случайной последовательности поступают на вход имитатора 13 сигналов воздействия, на вход которого подают ся также сигналы с выхода генератора .1 шума через фильтр 9 низких частот и усилитель 8, В имитаторе 13 данные два сигнала перемножаются к сигнал Б виде произведения указанных сигналов подводится на вход блока 22. Последний вырабатывает (извлекает из л узла 31 ).соответствующую импульсную переходную функцию, характеризующую текущее состояние динамики объекта тренажа под воздействием возмущающих факторов среды, имитируемых генератором I, с теми или иными параметрами, сформированными с помощью фильтра 9 и усилителя 8. Сигнал реакции с выхода блока 22 подводится на один из входов электронного коммутатора 25, на другой вход которого подается командный сигнал с выхода программного блока 14 через дешифратор 24, определяющий к какой задаче решаемой оператором, относится сигнал реакции.блока 22. Далее сигналы с выхода коммутатора 25 поступают через узел 23 на один из входов сумматора 4, на другой вход которого подводятся сигналы с выхода имитатора 3 для зашумления сигнала реакции блока 22 тем или иным видом помех. Зашумленный сигнал реакции с выхода сумматора 4 подается на вход индикатора 5 и На один из входов вычислительного блока 7. Оператор в соответствии с полученной стимульной информацией на индикаторе 5.воздействует на органы блока 6 ручного управления, который вьфабатывает сигналы управляющих воздействий, поступаюп1ие с его вькодов на вход блока 22 и на вход вычислительного блока 7. Поступившие с индикатора 5 и блока 6 на входы вычислительного блока 7 сигналы являются основой для определения текущего состояния информационной пропускной способности оператора, которое определяется по определенному алгоритму. в блоке 7. Сигнал, представляющий собою произ ведение стимульного сигнала и сигнала реакции оператора, с выхода вычислительного блс5ка 7 поступает на один из входов блока 12, на другой вход которого с выхода блока 11 эталонных импульсных переходных функций также подводится сигнал, представляющий собой произведение стимульного сигнала и сигнала реакции-эталонного оператора. Сигнал A.t разности текущего и эталонного сигналов с выхода блока 12 поступает на вход блока 19, в котором по величине разности этих сигналов выносится решение 6 соответствии текущего состояния информа ционной пропускной способности оператора требуемому, а результат реше ния блоком 19 отображается блоком 1 Генерация, прохождение и отработ ка сигналов в тренажере для соверше ствования и контроля характеристик скорости адапта1Ц1И и самообучаёмост оператора аналогична рассмотренной методике по оценке его текущего состояния информационней пропускной способности. Только для определения характеристик скорости адаптации и самообучаемости процедуру тестирования необходимо провести на двух временных интервалах Т и 2Т, соот етственно используя подпрограммы эвристической деятельности оператор Кроме того, введение отказов функци ональных узлов блока 22 осуществляется программно с использованием электрической связи: выход програм много блока 14 - вход блока 22.Количественно определяется ско-; рость адаптации (самообучаемости} оператора при тех или иных воздейст вующих факторах. Если текущая скорость адаптации оператора меньше требуемой, то срабатьшает триггерная функциональная схема, которой дополнен блок19 при нятия решения, и сигнал с выхода да ного блока поступает на один вход модулятора 2, на другой вход которого с выхода генератора 1 подается сигнал, имитирующий возмущения среды. Модулятором 2 сигналы перемножаются и с его выхода результирующий сигнал поступает,через Лильтр 9 и усилитель 8 на вход имитатора 13 сигналов, воздействия. Естественно, что результирукнций сигнал, представляющий собой произведение сигналов возмущающей среды и сигнала на выходе имитатора 13, соответствует требуемому уровню воздействующих факторов среды на систему оператор- - тренажер, потому что оно в определенное количество раз меньше сигнала на выходе генердтора 1 шума. Предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность процесса обучения (тренажа) операторов путем проведения объективного контроля ко-, личества информации, выносимого на средства ее индикации, и тем самьм обеспечивается согласование текущей информационной пропускной способности оператора с тем объемом информации, который представлен на информационной модели объекта тренажа. .Кроме того, сокращаются затраты необходимые на проектирование, изготовление и эксплуатацию тренажера так как реальные узлы, подсистеьо и системы гренажера заменяются блоком, имитирукицим информационные процессы реально протекающие в указанных компонентах объекта управления.

сч

cvt

АДАПТИВНЫЙ ТРЕНАЖЕР ОПЕРАТОРА по авт. св. № 1029215, о т личающийся тем, что с целью расширения дидактических врзможностей тренажера, в него введены после довательно включенные дешифратор ко манд, коммутатор и блок цифро-аналоговых преобразователей, выход которого соединен с входом имитатора фоновых помех, вход дешифратора команд подключен к пятому выходу программного блока, а второй вход коммутатора соединен с вторым выходом блока моделирования объекта тренажа.