Тренажерный комплекс по подготовке технического персонала по эксплуатации и ремонту железнодорожной техники

Авторы патента:

G09B9 - Учебные модели или тренажеры (для оружейного дела F41; вычислительные устройства G06)

Технический результат - повышение эффективности и качества обучения работников железной дороги, при этом снижение вероятности ошибочных действий в реальных ситуациях за счет выработки навыка анализа ситуации, выполнения необходимой последовательности действий по управлению оборудованием, повышения психологической устойчивости персонала в процессе тренировок на тренажере в условиях имитации критических ситуаций. Тренажерный комплекс по подготовке технического персонала по эксплуатации и ремонту железнодорожной техники выполнен в виде кабины локомотива, оборудованной камерами для возможности наблюдения за испытуемыми работниками железнодорожной техники, модулем имитации звуковых сигналов, приборами, считывающими психофизиологические показания у работников железнодорожной техники, для возможности осуществления имитации внешних действий в местах боковых окон установлены широкоформатные дисплеи, на которые выводится имитация рельсового полотна, а так же 3D изображение гидравлических механизмов железнодорожной техники, на лобовое стекло помещен трехмерный сенсорный экран, который оснащен системой тактильной отдачи и к которому подключена рука-манипулятор, выполненная с возможностью передавать тактильные ощущения от виртуальных объектов работникам железнодорожной техники, при этом кабина содержит: связанные между собой через центральный блок управления рабочее место машиниста, рабочее места оператора неисправностей железнодорожной техники, рабочее место для подготовки технического персонала железнодорожной техники и рабочее место оператора железнодорожной техники.

Полезная модель относится к области тренажерной техники, в частности, к устройствам для обучения различного персонала железнодорожного транспорта и может быть использована для повышения эффективности и качества обучения специалистов и работников железнодорожного транспорта. Известно, что обучение и отработка навыков взаимодействия основных участников перевозочного процесса при проведении маневровых работ на железнодорожной станции и следовании с поездом по участку, а также отработка действий в нестандартных ситуациях являются сложным разделом в программе подготовки и повышения квалификации специалистов и работников железнодорожного транспорта. От того, насколько квалифицированны участники перевозочного процесса и насколько согласованно их взаимодействие при проведении маневровых работ на железнодорожной станции, напрямую зависит безопасность движения, а также жизнь и здоровье людей, участвующих в перевозочном процессе.

Тренажерный комплекс предназначен для эксплуатации в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями, например, в закрытых отапливаемых или охлаждаемых и вентилируемых производственных и других, в том числе хорошо вентилируемых подземных помещениях; в отсутствии воздействия прямого солнечного излучения, атмосферных осадков, ветра, песка и пыли наружного воздуха; в отсутствии или существенном уменьшении воздействия рассеянного солнечного излучения и конденсации влаги; при температуре окружающей среды от +10°C до +35°C, при среднегодовой относительной влажности воздуха не более 60% при температуре 20°C.

Из уровня техники известен тренажер неисправностей железнодорожной техники, описанный в патенте на изобретение CN 101201982 A, опубл. 18.06.2008 на 16 листах, который состоит из системного блока управления и монитора, при этом системный блок управления обеспечивает передачу информации о работе систем и введенной неисправности от сервера на монитор, а от монитора информацию об устранении неисправности на сервер. Монитор обеспечивает вывод изображения схем, систем и узлов железнодорожной техники и формирование информации по найденной неисправности в них.

Известен также патент на изобретение US 7143017 B2, опубл. 28.11.2006 на 8 страницах, который описывает систему обучения персонала на железнодорожном транспорте, который содержит монитор для формирования внешнего изображения, монитор отображения приборов кабины, блок органов управления, системный блок управления изображением, модуль рабочего места инструктора, оснащенного программным обеспечением и состоящего из сервера, монитор контроля действий машиниста, монитор задания сценария и нестандартных ситуаций, монитор контроля железнодорожной техники на маршруте, компьютерную сеть.

Известен патент на полезную модель CN 202563797 U, опубл. 28.11.2012 на 5 страницах, который описывает систему обучения персонала на железнодорожном транспорте, который содержит монитор для формирования внешнего изображения, монитор отображения приборов кабины, блок органов управления, системный блок управления изображением, модуль рабочего места инструктора, оснащенного программным обеспечением и состоящего из сервера, монитор контроля действий машиниста, монитор задания сценария и нестандартных ситуаций, монитор контроля железнодорожной техники на маршруте, компьютерную сеть.

Известен патент на изобретение CN 101201983 B, опубл. 21.04.2010 на 7 страницах, который описывает систему обучения персонала на железнодорожном транспорте, который содержит монитор для формирования внешнего изображения, монитор отображения приборов кабины, блок органов управления, системный блок управления изображением, модуль рабочего места инструктора, оснащенного программным обеспечением и состоящего из сервера, монитор контроля действий машиниста, монитор задания сценария и нестандартных ситуаций, монитор контроля железнодорожной техники на маршруте, компьютерную сеть.

Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является системам обучения на тренажере машиниста тягового подвижного состава, описанная в патенте на полезную модель RU 102135 U1, опубл. 10.02.2011 на 13 листах, содержащая монитор для формирования внешнего изображения, монитор отображения приборов кабины, блок органов управления, системный блок управления изображением, модуль рабочего места инструктора, оснащенного программным обеспечением и состоящего из сервера, монитор контроля действий машиниста, монитор задания сценария и нестандартных ситуаций, монитор контроля железнодорожной техники на маршруте, компьютерную сеть.

Недостатками указанных выше известных тренажеров и систем обучения является низкое качество обучения машинистов.

Заявленный комплекс программно-технических средств - тренажерный комплекс по подготовке технического персонала по эксплуатации и ремонту железнодорожной техники с целью повышения знаний различных работников железнодорожного транспорта, приобретения навыков при эксплуатации и обслуживании оборудования железной дороги, организации действий при внештатных и аварийных ситуациях, для ликвидации психологического барьера при работе с новыми средствами автоматизации.

При организации заявленного комплекса одним из основных подходов является использование типовых устройств и систем их автоматического управления, в состав которых не вносятся дополнительные элементы и узлы, отличные от применяемых на реальном объекте.

Все технические решения, требуемые для обеспечения обучения персонала должны реализовываться с использованием программно-технических средств, входящих в состав тренажерного комплекса.

Для тренажеров, выполняющих управление объектами на железной дороге, наиболее существенной и дорогостоящей является система имитации визуальной обстановки и моделирование аудиоэффектов, которые возникают в процессе функционирования объекта управления, что очень важно для создания в процессе тренировки эффекта реальности.

Заявленный тренажерный комплекс работает на основе трехмерной виртуальной модели реального мира, а не использует заранее отснятую видеозапись. Это позволяет обеспечить правильную динамику движения поезда, правильную работу тормозной системы, плавное трогание и остановку, переключение стрелок, светофоров. Программное обеспечение позволяет подключать к тренажерному комплексу реальные и виртуальные блоки и агрегаты имитируемого локомотива, что позволяет имитировать технические неисправности оборудования и обучать способам их устранения.

Тренажерный комплекс по подготовке технического персонала по эксплуатации и ремонту железнодорожной техники выполнен в виде кабины локомотива, оборудованной камерами для возможности наблюдения за испытуемыми работниками железнодорожной техники, модулем имитации звуковых сигналов, приборами, считывающими психофизиологические показания у работников железнодорожной техники, для возможности осуществления имитации внешних действий в местах боковых окон установлены широкоформатные дисплеи, на которые выводится имитация рельсового полотна, а так же 3D изображение гидравлических механизмов железнодорожной техники, на лобовое стекло помещен трехмерный сенсорный экран, который оснащен системой тактильной отдачи и к которому подключена рука-манипулятор, выполненная с возможностью передавать тактильные ощущения от виртуальных объектов работникам железнодорожной техники, при этом кабина содержит: связанные между собой через центральный блок управления, который выполнен с возможностью управлять комплексом и в память которого заложено множество вариантов окружающей действительности, в результате которой можно регулировать погодные условия, имитируя снег или дождь, или же менять время суток, рабочее место машиниста, рабочее места оператора неисправностей железнодорожной техники, рабочее место для подготовки технического персонала железнодорожной техники и рабочее место оператора железнодорожной техники, которые состоят из динамической платформы с установленными на ней креслами и пультом управления реальной железнодорожной техники, при этом все органы управления на пульте повторяют реальный органы управления, каждое рабочее место оборудовано связанными между собой компьютерами с мониторами отображения приборов кабины, джойстиками для перемещения, трекерами положения головы и гарнитурой для радиосвязи, рабочее место оператора неисправностей железнодорожной техники дополнительно оснащено интерактивным модулем по поиску и устранению неисправностей, при этом трехмерный сенсорный экран обеспечивает трехмерную виртуальную модель реального мира и выполнен с возможностью выводить трехмерное изображение схем, систем и узлов железнодорожной техники, а также формировать информацию по найденным неисправностям в них, тренажерный комплекс выполнен с возможностью соединяться с модулем рабочего места инструктора, оснащенного программным обеспечением и состоящего из сервера, монитора контроля действий обучаемых, монитора задания сценария и нестандартных ситуаций, с помощью компьютерной сети.

Благодаря технологии 3D создана полная имитация движения по рельсовому полотну, испытуемые могут видеть состояние полотна, так же показания всех приборов, и действия механизмов железнодорожной техники, и на основе этого принимать решение о дальнейшем ходе выполнения работ. Для обучения испытуемых закладываются сценарии, где отклонения от номинальных показаний могут быть не только фиксированными на определенных участках пути, но и иметь случайный характер, для того, чтобы была возможность довести действия работников до автоматизма. Все действия работников во время поездки за тренажером записываются, производится запись аудиопереговоров и видеозапись действий испытуемого.

В тренажерный комплекс могут быть заложены как абстрактный участок пути, так и реальный участок со своими особенностями. Технология построения изображения на основе 3D позволила создать реалистичную картину происходящего и добиться эффекта присутствия. Дополнительно для реалистичности воссоздаются звуки работы на реальной железнодорожной техники. Так же внутри программного обеспечения тренажерного комплекса заложена сложная физическая модель, позволяющая сделать все происходящие процессы похожими на реальные. Сама железнодорожная техника внутри программы воссоздана по электрическим, гидравлическим и пневматическим схемам. Имитируются все процессы, происходящие в ней в процессе работы. Благодаря этому производится имитация реальных поломок и отказов оборудования.

Пользователь может ощутить своими пальцами предметы, которые видит на экране, при помощи специальной руки-манипулятора, которая перемещает экран вперед-назад. Передача тактильных ощущений от виртуальных объектов достигается за счет перемещения экрана. Сами объекты можно трогать (движения дисплея передают форму и размер) и перемещать пальцами (здесь передается еще и масса объекта). Программное обеспечение рабочего места позволяет: перемещаться вдоль вагонов на станции (джойстик), осматривать вагоны «с ходу» на предмет наличия неисправностей вагонов, осматривать вагоны в составе перед отправлением на предмет наличия неисправностей, выполнять опробование тормозов в составе в соответствии с инструкцией, заполнять справку формы ВУ-45, вести переговоры по радиосвязи, а осмотр вагонов производится в 3D сцене.

Сенсорный экран с трехмерным изображением кузова электровоза с расположенным в нем оборудованием, позволяет виртуально производить необходимые переключения для устранения неисправности или сбора аварийных схем, с использованием элементов управления расположенных на блоках и панелях в кузове электровоза.

Графические возможности данного тренажерного комплекса позволяют создавать любые возможные неисправности и их видимые проявления, как в своем поезде, так и во встречных поездах. Обязательным является воспроизведение различных неисправностей пути, контактной сети, нарушение габарита и т.д. Программное обеспечение позволяет отрабатывать и контролировать действия обучаемого по порядку оказания помощи остановившемуся поезду с использованием вспомогательного локомотива. Воспроизводить режим маневровых передвижений по станции, начиная от выезда из депо (ПТОЛ) до прицепки локомотива к составу и многое другое.

На экран дисплея выводится панель электроизмерительных приборов (манометры для измерения давления масла и топлива, тахометр для измерения частоты вращения коленчатого вала, амперметр и вольтметр для измерения тока и напряжения тягового генератора), с помощью которых осуществляется контроль значений параметров состояния тепловозного оборудования в процессе работы с электрической схемой. Глубокая симуляция логики работы приборов безопасности, электрических и пневматических схем, физических процессов ведения поезда. В процессе обучения производится регистрация всех параметров подвижного состава и действий работников в специальной программе анализа поездок.

Интерактивный модуль устранения технических неисправностей позволяет производить обучение не только по путевым нестандартным ситуациям, но и по выходу из строя оборудования подвижного состава. При этом возможно задание любой детализации различных узлов подвижного состава. Модель виртуального мира, используемая в тренажерном комплексе, позволяет имитировать любые нестандартные ситуации.

Для каждого вагона подвижного состава производится подробный расчет состояния электрических и пневматических схем и их составляющих, таких как воздухораспределители, краны машинистов, пневматические реле, резервуары, контакторы, переключатели, силовые агрегаты. Маршрут для обучения создается на основе реального профиля пути. Для его создания используются реальные данные терростанций железной дороги. Видеоряд представляет собой прорисованную станцию в 3D графике с железнодорожными объектами, а именно прорисовывают все главные и боковые пути станции, окружающий ландшафт до уровня узнаваемости всех основных объектов расположенных в пределах видимости из кабины локомотива, расположение всех напольных устройств на станции и участке (светофоров, стрелок, съездов, знаков, щитов, переездов, опор контактной сети, пикетов и др.). Изменение положения объектов в сцене синхронно передается на все рабочие места, использующие 3D графику, характерные для реальной поездки звуки и шумы в кабине тренажерного комплекса имитируются модулем имитации звуковых сигналов, воспроизводясь с помощью звуковых колонок. Благодаря тому, что тренажерный комплекс выполнен по технологии 3D, есть возможность создать близкую к реальной картину на экранах имитации внешнего мира. Происходит плавная смена дня и ночи, возможно задание поездки в любое время года и при любых погодных условиях.

Иллюзия реальной поездки в ходе тренировочного упражнения также усиливается созданием реальной акустической обстановки, за счет имитации шума оборудования.

При этом тренажерный комплекс выполнен с возможностью соединяться с модулем рабочего места инструктора, оснащенного программным обеспечением и состоящего из сервера, монитора контроля действий работника железной дороги, монитора задания сценария, нестандартных ситуаций, содержащих различные неисправности в узлах поезда или железной дороги, с помощью компьютерной сети.

В сервере модуля рабочего места инструктора в качестве программного обеспечения используются программы «Сервер виртуального мира», «Инструктор», расшифровки данных по сохранению тестовых поездок.

Психофизиологические состояния испытуемых записываются прибором во время создания различных экстренных ситуаций, т.е. реакция человека на возникающие неисправности во время пути, для возможности в дальнейшем испытуемому ознакомиться и проанализировать свои ошибки, чтоб в дальнейшем их не допускать.

Система видеонаблюдения позволяет производить запись видеосигнала с камер для последующего анализа действий испытуемого. Для координации действий участников устанавливается сервер.

После каждой виртуальной поездки испытуемых у инструктора имеется возможность, распечатывает отчет со всеми ошибками и если их слишком много, придется повторить заезд.

В заявленном тренажерном комплексе имеется возможность выбора не только времени суток, времени года, интенсивности осадков, но и предусмотрена возможность выбора температуры окружающего воздуха. Программа комплекса в этом случае сама изменит коэффициент сцепления колеса с рельсом, изменятся условия видимости сигналов и вдобавок ко всему изменится работа тормозов поезда, особенно в условиях низких температур. Расчет модели поведения воздуха в пневматической системе позволяет имитировать реальное прохождение воздуха по системе всего состава, работу распределителей, кранов (в том числе анимация этой работы, в каких каналах будет проходит воздух и с каким давлением), создание утечек в отдельных местах влияющих на весь состав, а также отслеживать поведение пневматической системы на длинносоставных поездах и т.д.

Нештатные ситуации могут быть представлены в виде:

- препятствия на пути (транспортное средство на переезде, сошедший с рельс подвижной состав);

- сбои в работе автоматической локомотивной сигнализацией непрерывного типа (АЛСН) (перекрытие разрешающего показания сигнала светофора на запрещающее, потеря кодов, проследование погасшего светофора, всего около 20), в свою очередь, АЛСН может быть реализована в различных исполнениях: типовая АЛСН, АЛСН с предварительной световой сигнализацией, АЛСН с устройством контроля бдительности машиниста УКБМ и т.д., при этом одни и те же машинисты могут совершать поездки на локомотивах одного типа, оборудованных различными системами безопасности;

- нарушение нормальной работы автотормозов подвижного состава (неисправности автотормозного оборудования, не отпуск тормозов, перекрытие концевого крана, всего около 20);

- нештатные ситуации при отправлении/прибытии на станцию (отправление/прибытие по запрещающему показанию светофора, отправление по желтому сигналу светофора, другое);

- следование с поездом в ночное время суток;

- следование с поездом в условиях плохой видимости: туман; дождь; снег.

Заявленный комплекс может дополнительно содержать на каждом рабочем месте модуль тестирования, выполненный с возможностью осуществлять проверку знаний обслуживающего персонала. Все пройденные тесты могут быть сохранены в базе данных в виде журнала по фамилиям и могут быть просмотрены в любое время. В качестве тестирующих вопросов могут выводиться фотографии с примерами неисправностей, видеоролики, и другие материалы, которые, в том числе, могут содержать заведомо ложную информацию для усложнения задачи.

Для быстрой навигации реализован механизм поиска нужных материалов по различным критериям - по «дереву» конструкции, по «дереву» технического обслуживания и ремонта, по названию или тегам. Примером поискового запроса может быть часть строки с именем искомого элемента конструкции, или указание элемента конструкции в котором он расположен. Поиск в любом случае должен выводить все результаты содержащие искомый элемент

Тренажерный комплекс по подготовке технического персонала по эксплуатации и ремонту железнодорожной техники выполнен в виде кабины локомотива, оборудованной камерами для возможности наблюдения за испытуемыми работниками железнодорожной техники, модулем имитации звуковых сигналов, приборами, считывающими психофизиологические показания у работников железнодорожной техники, для возможности осуществления имитации внешних действий в местах боковых окон установлены широкоформатные дисплеи, на которые выводится имитация рельсового полотна, а также 3D изображение гидравлических механизмов железнодорожной техники, на лобовое стекло помещен трехмерный сенсорный экран, который оснащен системой тактильной отдачи и к которому подключена рука-манипулятор, выполненная с возможностью передавать тактильные ощущения от виртуальных объектов работникам железнодорожной техники, при этом кабина содержит: связанные между собой через центральный блок управления, который выполнен с возможностью управлять комплексом и в память которого заложено множество вариантов окружающей действительности, в результате которой можно регулировать погодные условия, имитируя снег или дождь, или же менять время суток, рабочее место машиниста, рабочее место оператора неисправностей железнодорожной техники, рабочее место для подготовки технического персонала железнодорожной техники и рабочее место оператора железнодорожной техники, которые состоят из динамической платформы с установленными на ней креслами и пультом управления реальной железнодорожной техники, при этом все органы управления на пульте повторяют реальный органы управления, каждое рабочее место оборудовано связанными между собой компьютерами с мониторами отображения приборов кабины, джойстиками для перемещения, трекерами положения головы и гарнитурой для радиосвязи, рабочее место оператора неисправностей железнодорожной техники дополнительно оснащено интерактивным модулем по поиску и устранению неисправностей, при этом трехмерный сенсорный экран обеспечивает трехмерную виртуальную модель реального мира и выполнен с возможностью выводить трехмерное изображение схем, систем и узлов железнодорожной техники, а также формировать информацию по найденным неисправностям в них, тренажерный комплекс выполнен с возможностью соединяться с модулем рабочего места инструктора, оснащенного программным обеспечением и состоящего из сервера, монитора контроля действий обучаемых, монитора задания сценария и нестандартных ситуаций, с помощью компьютерной сети.