Устройство для обучения Советский патент 1986 года по МПК G09B9/00 

N3

о:

N3 СД СД

00

Изобретение относится к эргономике, в частности к устройствам обучения операторов, и может быть использовано в отраслях народного хозяйства, разрабатывающих и эксплуатируюплих системы человек-машина, а также в процессе проведения инженерно-психологических исследований и как составная часть тренажерной техники.

Целью изобретения является расширение дидактических возможностей устройства.

На фиг. 1 приведена структура устройства для обучения; на фиг. 2-9 - схемы блоков устройства.

Устройство обучения содержит блок 1 моделирования объекта тренажа, дополнительный блок 2 (вычислительный), индикатор 3, блок 4 ручного управления, блок 5 имитации возмущаюш,их воздействий, генератор 6 шума, блок 7 сравнения, блок 8 ввода эталонов (эталонных импульсных переходных функций), блок 9 задания программы обучения, блок 10 отображения информации, блок 11 регистрации, блок 12 принятия решения, блок 13 локализации ошибки, формирователь 14 импульсов разрешения сравнения и блок 15 управления (программным блоком).

Блок 1 моделирования объекта тренажа (фиг. 2) содержит узел 16 линий задержек, умножитель 17, интегратор 18, сумматор 19 и коммутатор 20.

Блок 4 ручного управления (фиг. 3) содержит пульт 21 органов ручного управления, пульт 22 органов дискретного управления и регистр 23.

Блок 13 локализации ошибок (фиг. 4) содержит буферный регистр 24 и дешифратор 25 блок 15 управления (фиг. 5) - генератор 26 тактовых импульсов вершин графа, счетчик 27 вершин графа, генератор 28 тактовых импульсов ветвей графа и счетчик 29 ветвей графа, а блок 12 (фиг. 6) - элемент ИЛИ 30, элемент И 31, триггер 32, элемент И 33 сравнения, инвертор 34, элемент И-ИЛИ 35 элемент И 36, инвертор 37, счетчик 38, элемент И 39, элемент И 40, элемент ИЛИ 41 и кнопку 42 «Старт.

Блок 5 имитации (фиг. 7) содержит цифроа налоговый преобразователь 43 и сумматор 44.

Формирователь 14 (фиг. 8) содержит оперативный запоминаюший блок, а блок 9 (фиг. 9) - программируемый постоянный запоминаюший блок.

Для совершенствования и контроля характеристик эвристической деятельности операторов, работаюш,их в недетерминированных человеко-машинных системах, в блок 9 введена соответствующая программа, состоящая из двух подпрограмм: первая предназначена для генерации сигналов, задающих начальное состояние динамики объекта тренажа, вторая вносит изменения в состояние динамики объекта тренажа. Сигналы, генерируемые блоком 9, с его выхода поступают на вход блока 5, где преобразуются из дискретного в аналоговый вид и модулируются сигналами, поступающими с

выхода генератора 6. Промодулированный сигнал с выхода блока 5 подается на один вход сумматора 19, на другой вход которого поступает сигнал управляющих воздействий с выхода блока 4. Рез.ультирующий сигнал с выхода сумматора 19 подается на вход

индикатора 3 через узел 16, умножитель 17 и интегратор 18, с помощью которых модулируется состояние динамики объекта тренажа.

Сигнал, поступающий на вход индикатора 3, предъявляется оператору и заносится в память блока 2.

Оператор, в соответствии с информацией, представленной на индикаторе 3, воздействует на органы ручного управления пульта 21,

который вырабатывает сигналы управляющих воздействий, поступающие с его выходов на вход вычислительного блока 2 и на один из входов блока 1.

Сигналы, поступившие на входы блока 2,

перемножаются в нем и усредняются по времени. Результирующий сигнал с выхода блока 2 подается на один вход блока 7 сравнения, на другой вход-которого подводится сигнал, характеризующий эталонное состояние управляющих действий оператора.

Сигнал разности подается с выхода блока 7 на входы блоков 10 и 11.

Для совершенствования и контроля характеристик деятельности оператора, работающего в детерминированных условиях воздействующих факторов среды и в соответствии с положениями инструкций, в блок 9 введена соответствующая программа деятельности оператора. Кроме того, детерминированная деятельность оператора формализуется путем использования теории графов. Число ветвей графа деятельности оператора соответствует числу способов решения конкретной профессиональной задачи. Число вершин на ветви графа соответствует числу управляющих действий оператора в каждом способе решения задачи.

Сигналы времени и ветвей эталонного графа деятельности оператора генерируются блоком 9 с помощью блока 15. Период тактовых импульсов генератора 26 на 3-4 порядка больше периода тактовых импульсов генератора 28. Период импульсов генератора

26 выбирается в 10 раз меньшим по сравнению с минимальным отрезком времени, необходимым для совершения произвольного управляюшего действия оператором в процессе решения тем или иным способом проблемной ситуации или задачи.

Каждой вершине и ветви эталонного графа деятельности оператора присваивается позиционный двоичный код, который вырабатывается счетчиками 27 и 29. Указанные кодовые сигналы с выходов блока 15 поступают на соответствующие адресные входы блока 9 и, тем самым, определяют конкретно информационную область памяти, в которой хранятся правильные решения каждого способа разрешения какой-либо, имитирующей проблемной ситуации (или задачи) в виде соответствующего графа или эталона. Кроме того, указанные сигналы подаются на соответствующие входы блока 1 и на один вход формирователя 14.

Кодовые сигналы, поступившие на входы блока 1, логически преобразуются в нем. Сигналы реакции блока 1 поступают на один из входов индикатора 3, где предъявляются оператору.

Оператор, восприняв стимульную информацию на индикаторе 3, реализует принятое решение путем воздействия на органы пульта 22. При этом каждому органу пульта 22 соответствует определенный двоичный код. При,воздействии оператора на какой-либо орган пульта 22 вырабатываются два сигнала: сигнал управляющих воздействий и сигнал сопровождения, поступающие на регистр 23. Далее кодовые сигналы с выхода регистра 23 подаются на вход блока 1 и на один из входов блока 12.

Блок работает следующим образом.

При кратковременном нажатии кнопки 42 «Старт триггер 32 устанавливается в единичное состояние и разрещает работу тактовых генераторов 26 и 28 и счетчиков 29 и 27. При этом на выходе элемента И 40 формируется сигнал единичного уровня для перевода регистров 23 и 24 в нулевое состояние, а на выходе элемента ИЛИ 30 формируется сигнал нулевого уровня, блокирующий выработку управляющего сигнала элементами 31 и 35 до тех пор, пока из блока 4 не поступит двоичный кодовый сигнал управляющего действия оператора. Кроме того, на информационном входе формирователя 14 и на выходе элемента И 36 вырабатывается сигнал единичного уровня, а на выходе элемента ИЛИ 41 также генерируется сигнал единичного уровня, т.е. сигнал «Запись, посредством которого в формирователь 14 записываются сигналы единичного уровня, тем самым разрещая сравнения информационных сигналов блоком 12 для всехветвей графа деятельности оператора, каждой ветви которого соответствует определенный двоичный код, вырабатываемый счетчиком 29.

При отжатии кнопки 42 начинается рабочий цикл устройства в целом. Формирователь 14 работает в режиме воспроизведения и на его информационном выходе формируется сигнал единичного уровня, тем самым разрещается сравнение блоком 12 кодовых сигналов, поступающих на его входы.

Если оператор совершил правильное управляющее действие за требуемый промежуток времени, элементом 33 производится сравнение кодовых сигналов, поступивших

на его входы с выходов блоков 4 и 9. В этом случае на выходе элемента ИЛИ 30 формируется сигнал единичного уровня, позволяющий формирование элементами 31 и 35 управляющих сигналов. При поступлении на другие входы элементов 31 и 35 сигналов единичного уровня с выходов элемента ИЛИ 30 и формирователя 14 на выходе элемента И 31 формируется сигнал единичного уровня «Да, который затем поступает в буферный регистр 24 и разрешает

запись в него информационных сигналов из блока 9, которая через дешифратор 25 подается на входы блоков 11 и 10 для отображения информации контроля регистрации и визуализации правильного совершенного действия оператором в процессе решения

0 задачи. При этом для остальных ветвей графа деятельности оператора, в которых не произошло сравнения кодовых сигналов соответствующих вершин, поступивших с выходов блоков 4 и 9 на входы блока 12,

на выходе элемента 33 формируется сигнал нулевого уровня, что запрещает выработку сигнала «Да элементом И 31, а на выходах элементов 30 и 34 вырабатываются сигналы единичного уровня, которые поступают на входы элемента И-ИЛИ 35. На другой вход

0 последнего подается также сигнал единичного уровня с выхода формирователя 14. В соответствии с сигналами единичного уровня, поступившими на входы элемента ИИЛИ 35, на его выходе формируется сигнал «Нет также единичного уровня, который

5 после прохождения элементов 36 и 41 переводит формирователь 14 в режим «Запись сигналов нулевого уровня, обусловливая запрет сравнения информационных сигналов в той или иной ветви графа деятельности опеQ ратора. В последующих циклах генерируемые кодовые сигналы вершин заблокированной ветви не анализируются блоком 12.

В последнем такте перед сменой вершины какой-либо ветви графа деятельности оператора в блрке 9 вырабатывается и по5 ступает на элементы 35 и 39 сигнал единичного уровня для блокировки данной ветви. При этом, если элементом 33 произведено сравнение сигналов предшествующей вершины данной ветви графа, то на выходе инвертора 37 формируется сигнал нулевого уровня, что запрещает выработку сигнала «Нет на выходе элемента И-ИЛИ 35. Если элементом 33 не произведено сравнение сигналов, то сигнал «Да отсутствует на выходе элемента И 31 и на выходе элемента

5 И-ИЛИ 35 вырабатывается сигнал «Нет единичного уровня, который обуславливает запись сигналов нулевого уровня в формирователь 14 данной ветви графа.

При наличии сигнала «Да и сигна.ла блокироЕЖИ ветви, генерируемого блоком 9, на выходе элемента 33 вырабатывается сигнал нулевого уровня, а на выходе элемента И 40 - сигнал единичного уровня, который постунает на вход блока 4 и занисывает сигналы нулевого уровня в регистр 23. Двоичный счетчик 38 предназначен для фиксации неправильных действий оператора, а также остановки работы устройства в том случае, когда оператор закончил полностью реп1ение задачи. Емкость двоичного счетчика на единицу больше числа ветвей графа {способов разрешения задачи).

При наличии сигнала единичных уровней на выходе формирователя 14 счетчик 38 устанавливается в нулевое состояние.

Если на входах элемента 33 кодовые сигналы не совпадают, то на выходах элементов 30 и 34 вырабатываются сигналы единичьюго уровня. Так как на выходе формирователя 14 нрисутствует сигнал единичного уровня, на выходе элемента И-ИЛИ 35 формируется сигнал «Нет также единичного уровня, посредством которого на выходе элемента И 36 вырабатывается сигнал нулевого уровня, а на выходе элемента ИЛИ 41 - сигнал единичного уровня, и формирователь 14 переключается в режим записи сигналов нулевого уровня, т.е. вырабатывается сигнал запрета сравнения информационных сигналов всех ветвей (способов решения) графа деятельности оператора. При этом счетчик 38 не устанавливается в нулевое состояние и вырабатывает за полный цикл тактов генератора 28 импул1л- переполнения, который устанавливает три11ор 32 в нулевое состояние. С выхода триггера 32 сигнал нулевого уровня поступает на один из входов блока 15 и запрещает его работу, а также на вход блока 10 для визуализации ошибочного действия оператора в процессе выполнения задания. При этом предыдушее правильное действие оператора, индицированное на экране б.тока 10, свидетельствует о месте ошибки, совершенной онератором на последуюшем этаие выполнения задачи.

Если оператор закончил выполнение поставленной задачи,на выходе блока 9 вырабатывается сигнал блокировки ветви графа, который обуславливает запись в формирователь 14 сигнала нулевого уровня. При этом счетчик 38 вырабатывает сигнал переполнения, который устанавливает триггер 32 в нулевое состояние, а сигнал нулевого У)овня с выхода триггера 32 подается на вход блока 15 и запрещает его работу, а также на вход блока 10 для визуализации окончания решения поставленной задачи.

Использование изобретения позволяет , организовать управляемый учебный процесс и, как следствие, в несколько раз сократить сроки подготовки операторов и на

60% повысить качество их управляющих действий. Кроме того, предлагаемое техническое решение позволяет объективно сформировать гомогенные группы обучаемых операторов, что способствует реализации на практике новой прогрессивной методики обучения, в основе которой принята коллективная форма обучения.

Предлагаемое техническое решение реализуется на совре.менной серийно выпускаемой элементной базе.

Применение в нрогра.ммно.м блоке перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства позволяет оперативно изменять тренировочное задание оператору

без конструктивных доработок, что существенно расширяет класс задач, решаемых устройством.

Формула изобретения

1. Устройство для обучения, содержащее последовательно включенные блок задания программы обучения, блок имитации возмущающих воздействий, блок моделирования объекта тренажа и индикатор, второй

5 вход которого соединен с вторым выходом блока .моделирования объекта тренажа, пдследовательно включенные блок ручного управления, вычислительный блок, блок сравнения и блок отображения информации, генератор щума, выход которого соединен с

0 вторым входом блока имитации возмущающих воздействий, блок ввода эталонов, выход которого подключен к второму входу блока сравнения, блок регистрации, первый вход которого соединен с выходом блока сравнения, второй вход вычислительного

блока подк.тючен к перво.му выходу блока моделирования объекта тренажа, второй и третий входы которого соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока ручного управления, отличающееся тем,

0 что, с целью расширения дидактических возможностей устройства, в него введены блок принятия рещения, первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока задания программы обучения и четвертым

5 выходом блока ручного управления, а первый и второй выходы - с входом блока ручного управления и вторым входом блока отображения информации, блок локализации ощибок, первый, второй и третий входы которого подключены соответственно к третьему и четвертому выходам блока принятия рещения и второму выходу задания программы обучения, а выход - к третьему входу блока отображения информации и второму входу блока регистрации, формиро5 ватель импульсов разрещения сравнения, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и щестым выходами блока принятия решения, а выход -

с четвертыми входами блока моделирования объекта тренажа и блока принятия решения, и блок управления, вход которого подключен к второму выходу блока принятия решения, первый выход - к первому входу блока принятия решения, второй выход - к первому входу блока задания программы обучения и пятому входу блока моделирования объекта тренажа, а третий выход - к второму входу блока задания программы обучения, шестому входу блока моделирования объекта и третьему входу формирователя импульсов разрешения сравнения.

2. Устройство по л. 1, отличаюш,ееся тем. что в нем блок принятия решения содержит последовательно включенные первый элемент ИЛИ, первый элемент И, первый инвертор, элемент И-ИЛИ, второй элемент И и второй элемент ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом элемента И-ИЛИ, последовательно включенные элемент сравнения и второй инвертор, выход которого соединен с вторым входом элемента И-ИЛИ, последовательно включенные третий и четвертый элементы И, последовательно соединенные счетчик и триггер, кнопку «Старт, выход которой подключен к вторым входам триггера, второго элемента И и четвертого элемента И, выход элемента сравнения соединен с вторым входом первого элемента И, первый вход третьего элемента И подключен к выходу первого элемента И, третий вход элемента И-ИЛИ соединен с выходом первого элемента ИЛИ, входы первой группы элемента сравнения являются первым входом блока, четвертый вход элемента И-ИЛИ и второй вход третьего эле.мента И - вторым входом блока, входы второй группы элемента сравнения и входы первого элемента ИЛИ - третьим входом блока, третий вход первого элемента И, пятый вход элемента И-ИЛИ и первый вход счетчика - четвертым входом блока, второй вход счетчика - пятым входом блока, выход четвертого элемента И - первым и третьим выходами блока, выход триггера - вторым выходом блока, выход первого элемента И - четвертым выходом блока, выход второго элемента И - пятым выходом блока, а выход второго элемента ИЛИ - шестым выходом блока.

3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нем блок локализации ошибок содержит последовательно включенные регистр и дешифратор, выход которого является выходом блока, а первый, второй и третий входы регистра - соответствующими входами блока.

4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нем блок управления содержит последовательно включенные первые генератор и счетчик, выход которого является вторым выходом блока, и последовательно соединенные вторые генератор и счетчик, выход которого является третьим выходом блока, входы генераторов и вторые входы счетчиков являются входом блока, а выход второго генератора - первым выходом блока.

Изобретение относится к области эргономики, в частности, к устройствам обучения операторов, и может быть использовано в отраслях народного хозяйства, разрабатывающих и эксплуатирующих системы человек-машина, а также в процессе проведения инженерно-психологических исследований и как составная часть тренажерной техники. Цель изобретения - повыщение эффективности процесса обучения и тренажа операторов путем расширения дидактических возможностей устройства обучения операторов. Поставленная цель достигается тем, .что в известное устройство для обучения операторов введены блок принятия решения, узел локализации места ошибки, узел разрешения сравнения и узел управления программным блоком. При этом достигается возможность оперативного изменения задания оператору без конструктивных доработок, что существенно расширяет класс решаемых задач. 3 з.п. ф-лы, 9 ил. iS

./

Вх. л. 1

фиг. 5

ср1/гЛ

./

ери г. 5

фи2.2