Тренажер оператора Советский патент 1984 года по МПК G09B9/00 

Изобретение относится к устройствам обучения и контроля мыслительной деятельности операторов и может быть применено в любых отраслях народного хозяйства, разрабатывающих и эксплуа тируквдих недетерминированные человек машинные системы а также в процессе проведения инженерно-психологических исследований в части обработки методов и средств по совершенствованию и контролю текущего состояния оперативного мышления операторов, Известен тренажер оператора, соде жащий блок моделирования объекта тре нажа, имитатор сигналов воздействия, индикатор, вычислительный блок, блок ручного управления, узел отображения информации, узел памяти, дешифратор, блок принятия решений, узел регистра ции, узел сопряжения, генератор шума блок эталонных импульсных переходных функций ij . Недостатком известного тренажера является невысокая эффективность про цесса обучения. Цель изобретения - повышение эффективности тр енажа путем объективного контроля текущего состояния оперативного мышления операторов. Поставленная цель достигается тем, что тренажер оператора, содержа щий блок моделирования объекта трена жа, первый вход и выход которого сое динены соответственно с первым выходом и входом имитатора сигналов воздействия, второй выход блока модели.рования объекта тренажа соединен с входом индикатора, выход которого соединен с первым входом блока форми рования сигналов, второй вход которо го -связан с первым выходом блока руч ного управления, а его второй выход связан с третьим входом блока модели рования объекта тренажа, третий илход блока ручного управления связан с первым входом вычислительного блока, второй вход которого связан с вторым выходом блока моделирования объекта тренажа, при этом выход вьачислительного блока соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого связан с выходом блока эталонных импульсных переходных функций, выход первого блока сравнения связан с входом блока принятия решений, выход которого связан с первым входом блока отображения ин формации, второй вход которого связан с выходом узла памяти, вход кото рого связан с выходом дешифратора, вход которого связан с первым выходом второго блока сравнения, первый вход которого соединен с первьм выхо дом блока формирования сигнала, второй выход второго блока сравнения связан с входомблока сопряжения, выход которого связан с входом узла регистрации, второй выход блока формирования сигнала связан с входом программного блока, первый выход которого связан с вторым входом имита- тора сигналов воздействия, второй выход которого связан с третьим входом блока формирования сигналов,, второй выход программного блока связан с вторым входом второго блока сравнения и генератор шума, имеет коррелятор, узел аналого-цифровых преобразователей, формирующий фильтр и узел выделения оптимальных функций, вход которого связан с первым выходом имитатора сигналов воздействия, а выход узла шяделения оптимальных функций свя-зан с первым входом узла аналогоцифровых преобразователей, второй вход которого связан с первым входом блока моделирования объекта тренс1жа, . шлходы узла аналого-цифровых преобразователей связаны с входами коррелятора, выход которого соединен с входом блока эталонных импульсных переходных функций, при этом генератор шума связан с входом форлдарующего фильтра, вход второго связан с третьим входом имитатора сигналов воздействия, На чертеже представлена блок-схема тренажера. Тренажер оператора содержит блок Iмоделирования объекта тренажа, вычислительилй блок 2, блок 3 ручного управления, индикатор 4, генератор шума 5, имитатор б сигналов воздействия, первый блок 7 сравнения, блок 8 эталонных импульсных переходных функций, блок 9 формирования сигналов, блок 10 принятия решений, узел IIрегистрации, блок 12 сопряжения, узел 13 отображения информации, узел памяти 14, дешифратор 15, второй блок сравнения 16, программйый блок 17, коррелятор 18, узел 19 аналого-цифровых преобразователей, формирующий фильтр 20, узел 21 выделения оптимальных функций. После включения тренажер операто ра работает следующим образом. Для совершенствования и контроля характеристик деятельности оператора, взаимодействующего с объектом тренажа 1 по детерминированной программе, в программном блоке 17 генерируются сигнати управляющих действий человека-оператора, которые с его выхода поступают на вход имитатора сигналов воздействия б, который в свою очередь формирует командные сигналы, подаваемое на первый вход блока моделирования объекта тренажа 1. Последний вырабатывает сигналы реакции, поступающие на вход индикатора 4, где они предъявляются оператору путем отображения и сигна лизации, и на вход имитатора сигналов воздействия 6 с целью влияния на его логические элементы, с помощью которых устанавливаются условия имитируемой ситуации той или иной задачи. Оператор в соответствии с полученной информацией с индикатора 4 воздействует на органы ручного упра ления блока 3, который вырабатывает сигналы управляющих воздействий, поступающие с его выхода на вход объекта тренажа 1. Кроме того, сигналы с блока ручного управления 3, индикатора 4 и имитатора сигналов воздействия 6 с их выходов поступают на входы блока формирования сигн лов 9, в котором они преобразуются по амплитуде и длительности для согласования режимов работы тренаже ра. Сигналы с его выходов подаются на вход первого блока управления 16 и вход программного блока 17. Программа, генерируемая блоком 17, представляет собой матрицу позиционных двоичных кодов. Каждая строка матрицы соответствует программе отработки оператором той или иной задачи в зависимости от имитируемой ситуации. Каждый разряд строки соот ветствует номеру органа ручного управления блока 3. При этом значение 1 предписывается разряду в случае задействования по программе в определенные моменты времени соответств ющего органа ручного управления блр ка 3, а значение О - в случае его незадействования. Коды задействованных строк матри цы с выхода программного блока 17 переписываются в первый блок сравнения 16, на другой вход которого с выходов блока ручного управления 3 индикатора 4 и имитаторов сигнала воздействия 6 через блок формирования сигналов 9 по мере отработки оп ратором задачи поступают соответствующие центрические сигналы. В пер вом блоке сравнения 16 производится сравнение порядка поступления сигналов (излишние и недостающие сигналы), время поступления сигналов (раньше, позже) с их программными значениями, в случае отключения сиг HaJEJ отклонения передаются на входы узла сопряжения 12 для кодирования и дальнейшего документирования в уз ле регистрации 11 и одновременно данные cигнaJИ поступают с другого выхода первого блока сравнения 16 на вход дешифратора 15, который преобразует коды двоичных сигналов призна ка строк и признаков отклонений в сигналы одноадресных кодов, поступающих с его иыхода через узел памяти 14 на вход узла отображения информации 13 для визуализации результатов работы оператора. Для совершенствования и контроля текущего состояния оперативного мьанления оператора в программный блок 17 введена соответствующая программа его эвристической деятельности. Сущность эвристической деятельности оператора заклю 1ается в том, что в процессе решения той или иной профессиональной задачи за требуемый промежуток времени оператору не представляется возможности осуществить простой перебор всех возможных вариантов решения задачи. Поэтому для достижения цели, поставленной перед системой Оператор-объект управлениясреда оператору требуется найти соответствующую эвристику, необходимость выработки которой человекомоператором можно проиллюстрировать на примере деятельности пилота. Допустим, что пилоту в соответствии с полетнчм заданием необходимо в турбулентной атмосфере выдержать заданную высоту, курс, скорость полета, а также требуется вывести ЛА в заданную точку воздушного пространства в предписанное вре-мя. Из условий полетного задания следует, что пилоту при простом переборе всех возможных вариантов сочетаний семи переменных задачи придется проанализировать 42 варианта, а при двухградационной характеристике (например, турбулентность атмосферы, скорость полета и т.д. могут увеличиваться или уменьшаться) число перебора вариантов возрастает в геометрической прогрессии. Если все логические условия задачи будут полностью пилотом анализироваться, то он не сможет найти за 2-3 с рационального решения, а тем самлм пилоту для достижения цели требуется каждый раз при решении игровой ситуации находить эвристику. На примере проведенного полетного задания покажем как учитывать объективно текущее состояние оперативного мышления пилота предложенным устройством. Вначале допустим, что пилот управляет средне-магистральным пассажирским самолетом (как объектом тренажа). Для определения эталонного (оптимального) состояния оперативного мышления, которым должен обладать реальный пилот в недетерминированной системе Пилот-ЛА-среда необходимо найти параметры дополнительно введенных узлов - формирующего фильтра 20 и узла выделения оптимальных функций 21, Формирующий фильтр 20, входящий в состав предложенного устройства.

предназначен для формирования параметров воздействующих фактйров среды на систему Пилот-ЛА, в частности турбулентность атмосферы, имитируемой с помощью генератора шума S, При выборе параметров указанного фильтра 20 учитывается тот факт, что для данного класса ЛА влияние турбулентности атмосферы на состояние динамики самолета клражается в изменении

, его углов атаки и скольжения и составляет .в среднем 5-7 .

Исходя из приведенных значений иэ менения угла атаки и скольжения ЛА, по амплитудно-частотной характеристике самолета выбирается полоса пропускания частот) и коэффициент передачи сигнала формирующего фильтра 20.

При определении параметров узла выделения оптимальных функций 21, характеризующих эталонное состояние оперативного мышления реального пилота, исходят из предположенияJ что пилот при управлении ЛА, который имеет удовлетворительные по управляемости и устойчивости характеристики, об ладает аналогичными амплитудно-частотными характеристиками что и ЛА, возмущаемый средой. Тогда полоса пропускания частот и коэффициент передачи сигналов узла выделения оптимальных функций 21 соответствуют значениям полосы пропускания частот и коэффициента передачи формирующего фильтра 20.

После определения параметров фильтра 20 и узла 21 рассмотрим методику оценки текущего состояния оперативного мышления пилота предложенным устройством, которое после включения работает следунвдим образом.

Программный блок iff в который заложена программа эвристической деятельности пилота, генерирует кодо:-Bbie сигна/ы, амйглитуда и Длительност которых выбрана в соответствии с амплитудно-частотиой характеристикой ЛА и которые с его выхода подаются на вход имитатора сигналов воздействия 6. Также на другой вход имитатора б подводятся сигналы, сформирован ные с помощью генератора шума 5 и формирующего фильтра 20, Поступившие на входы имитатора сигналы преобразуются в нем по амплитуде и длительности в соответствии с амплитудночастотными характеристиками ЛА, Далее с первого выхода имитатора б сигналы подаются через узел аналогоцифровых преобразователей 19 на один из входов коррелятора 18, на другой вход которого через узел выделения оптимальных функций 21 и узел ана- , лого-цифровых преобразователей 19 также поступают соответствующие сигHajpj для определения с помощью кор- i релятора 18 этсшонной корреляционной

характеристики,выражающей эталонное (оптимальное) текущеее состояние оперативного мышления испытуемого пилота. Коррелятор 18по двум поступившим сигналам вычисляет указанную характеристику в виде импульсной переходной функции;

),

где Ь (1 - эталонная импульсная переходная функция, характеризующая требуемое состояние оперативного мышления реального пилота, усредненная по времени;

q(tl- сигнал на входе блока моделирования-объекта тренажа 1; Xjit-) - сигнал на выходе фильтра эталонных и лпyльcныx. переходных функций 21.

Сигнал hg (С) , представляющий произведение двух указанных сигналов, усредненных по времени, с выхода коррелятора 18 подводится на вход блока эталонных импульсных переходных функций 8, где и запоминается. После определения предложенным устройством эталонного состояния оперативного Гщшления испытуемого пилота рассмотрим методику фиксации его текущего состояния мышления. Сигналом, который сформирован в имитаторе 6, воздействуют на вход блока моделирования объекта тренажа 1, сигналы реакции которого подаются на вход индикатора 4,где предъявляются пилоту путем отображения и сигнализации, си1- HaJuj реакции объекта тренажа 1 также поступают на первый вход вйчислительного блока 2.

Оператор в соответствии с полученной стимульной информацией, поступившей на вход индикатора 4, воздействует на органы ручного управления блока 3, который вырабатывает сигнага управляющих воздействий, поступающие с его выходов на второй вход вычислительного блока 2. Сигналы, поступившие с индикатора 4 и блока ручного управления 3 на входы вычислительного блока 2, являются основой для определения текущего состояния оперативного 1 лиления испытуемого пилота, которое в вычислительном блоке 2 определяется по следующему аналитическому выражению:

h U rxU yU-i:,

где hf СС) - импульсная переходная функция, усредненная по времени и характеризующая текущее состояние оперативного мьшления пилота;, X (,t1 - сигнал на выходе имитатора 6; ijit-t,) сигнал реакции пилота на стимульную информацию, вынесенную на индикатор 4.

Сигнал hf tt , представляющий произведение стимульного сигнала x(t) И реакции пилота у ), с выхода вычислительного блока 2 nocTytiaeT на вход второго блока сравнения 7, на другой вход которого с вьохода блока эталонных импульсных функций 8 также поступает эталонный сигнал ) , ра нее вычисленной коррелятором 18. Во втором блоке.сравнения 7 эти сигналы сравниваются, и сигнал.разности теку иего сигналаЬ А)и эталонного Ь (2) ,(tl-hTUi с выхода блока 7 поступает на вход блока 10 принятия решения/ в котором -fto величине д выносится решение о соответствии текущего сос-гояния оперативного мышления испытуемого пилота требуемому его Состоянию, а результат решения блоком 10 отображается ,узлом 13. Предложенное техническое решение позволяет повысить в среднем на 30% эффективность процесса обучения (тренажа) операторов, так как устройство оптимально учитывает индивидуальный уровень профессионального маетерства и степень обученности оператора. Кроме того, предложенное устройство позволяет об1зективно классифицировать профессиональные навыки и тренированность onepajoi a и тем cateiM устраняет субъективизм инструкторов, которые оценивали его степень обучен ности в .процессе выполнения какойлибо профессиональной задачи.

ТРЕНАЖЕР ОПЕРАТОРА, содержащий блок моделирования объекта тренажа, первый вход и выход которого соединены соответственно с первым илходом и входом имитатора сигналов воздействия, второй выход блока моделирования объекта тренгика соединен с входом индикатора, выход которого соединен с первым входом блока формирования сигналов, второй вход которого связан с первым выходом блока ручного управления, а его второй выход с третьим входом блока моделирования объкта тренажа, третий выход блока ручного управления связан с первым входом вычислительного блока, второй вход которого связан с вторым выходом блока Моделирования объекта тренажа, при этом выход вычислительного блока соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого связан с выходом блока эталонных импульсных переходных функций, выход первого блока .сравнения связан с входом блока принятия решений, выход которого связан с первым входом блока отображения информации, второй вход которого связан с выходом узла памяти, вход которого связан с выходом дешифратора, вход которого связан с первым выходом второго блока сравнения, первый вход которого соединен с первым выходом блока формирования сигнала, второй выход второго блока сравнения связан с входом блока сопряжения, выход которого связан с входом узла регистрации, второй выход блока формирования сигнала связан с входом программного блока, первый выход которого связан с вторым входом имитатора сигналов воздействия, второй выход которого связан с третьим.входом блока формирования сигналов, i второй выход программного блока связан с вторым вхддом второго бло(Л ка сравнения и генератора шума, о тличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса обучения путем обеспечения объективно,го контроля текущего состояния опера-З тивного мышления оператора, он имеет коррелятор, узел аналого-цифровых преобразователей,фоЕ 1ирую1ций фильтр и узел клделения оптимальных фyн цийyp k в.Код которого связан с первым выходом имитатора сигналов воздействия,а вы- 0 ход узла выделения оптимальных функций связан с первым входом узла ана- i лого-цифЕЮВых преобразователей, вто- Э рой вход которого связан с первым вхо- s дом блока моделирования объекта трена жа,выходы узла аналого-цифровых пре-. образователей связаны с входами коррелятора, выход которого соединен с .входом блока эталонных импульсных переходных функций, при этом генератор шума связан с входом формирующего фильтра, вход которого связан с третьим входом имитатора сигналов воздействия.