Устройство для профессионального отбора и обучения операторов систем слежения
Устройство относится к учебно-тренировочным средствам и может быть применено для профессионального отбора и обучения операторов систем слежения, например, для операторов комплексов управляемого вооружения. Устройство позволяет оценить профессионально важные качества операторов систем слежения и особенности их адаптации к динамическим нагрузкам в условиях, приближенных к реальным непосредственно на рабочем месте оператора, а также обеспечить создание обучающих информационно-динамических сред для направленного развития профессионально важных качеств операторов указанных систем. Устройство содержит последовательно соединенные блок 1 моделирования реальных процессов и блок 2 отображения информации, имитатор 3 рабочего места оператора, включающий пульт 4 оператора, механизм 5 имитации пуска, подключенный к блоку 1 моделирования реальных процессов, блок 6 имитации динамических нагрузок, механически связанный с механизмом 5 имитации пуска и электрически с блоком 1 моделирования реальных процессов. В дополнительных пунктах формулы описано конкретное выполнение узлов и блоков устройства и их связи.
Предлагаемая полезная модель относится к учебно-тренировочным средствам и может быть применена для профессионального отбора и обучения операторов систем слежения, например, для операторов комплексов управляемого вооружения.
Изучение психомоторного развития человека в его многоуровневых и многогранных проявлениях определяется местом психомоторной организации в целостной психологической структуре человека как субъекта важнейших видов деятельности.
Двигательные характеристики включены во все виды деятельности и свидетельствуют о реальных потенциалах, ресурсах и резервах не только конкретного органа, но и организма в целом. В частности, для профессионального отбора операторов систем слежения важно знать такие характеристики их двигательной сферы, как тремор, антиципация (предвидение, предвосхищение), реакции (простая сенсомоторная, реакция выбора, реакция на движущий объект), глазомер, мышечная выносливость, дифференцированность мышечного напряжения и др. профессионально-важные качества, определяющие особенности динамической адаптации в задачах компенсаторного и преследующего слежения. Причем желательно все требуемые характеристики определить на одном рабочем месте и в условиях, максимально приближенных к реальным.
Как известно (см. например. Основы инженерной психологии: Учебник для технических Вузов/ Под ред. Б.Ф.Ломова. - М.: Высшая школа, 1986.), на начальных ступенях образование двигательного навыка происходит под контролем зрения; впоследствии же этот контроль все более переходит к чувствительным приборам двигательного аппарата - к тактильному и кинестетическому анализаторам. При этом образуется внутренний контур регулирования, определяемый действием этих анализаторов, в котором сигналы проходят значительно быстрее (0,4 с), чем по внешнему контуру регулирования, включающему зрительный контроль (1-2 с). Это важное свойство может быть использовано также для повышения качества управления путем подачи сигналов обратной связи не на зрительный, а непосредственно на тактильный анализатор. По этому же каналу можно вводить различные помехи, имеющие место в реальных системах управления (удары, толчки, вибрации, изменения мышечных нагрузок) и оказывающие значительное влияние на качество управления.
Сложившиеся к настоящему времени методы исследования психомоторики, как правило, используют аппаратные средства для оценки отдельных
характеристик опорно-двигательного аппарата и аппарата рабочих движений рук с обратной связью через зрительный анализатор.
Известно, в частности, средство измерения тремора рук. Тремор можно рассматривать как пример самого простого непроизвольного движения. В то же время он неразрывно связан с организацией координированных движений разных уровней, так как совмещает энергетические, регуляторные и информационно-координационные характеристики. При исследовании тремора рук выделяют статический тремор (тремор руки, находящейся в неподвижном положении на весу) и динамический (тремор в процессе движения, например, при отслеживании линейного или нелинейного сигнала). Тремометр Меде представляет собой плато с вмонтированной на верхней панели металлической пластиной. Для измерения статического тремора в этой пластине просверлено 15 отверстий диаметром от 2 до 9 мм, причем диаметр каждого следующего отверстия больше предыдущего на 0,5 мм. Металлическая пластина подключена к единой электрической цепи со специальным карандашом и счетчиком импульсов. Каждое касание карандашом металлической пластины замыкает электрическую цепь и регистрируется счетчиком импульсов. Для измерения динамического тремора на пластине выпилен лабиринт дорожек. Расстояние между стенками дорожек равно 3 мм. Для эксперимента используется секундомер, учитывающий время выполнения заданий. Для выявления влияния физической нагрузки на тремор экспериментатор предлагает испытуемому сделать 20 приседаний в течение 30 сек. После этого испытуемый снова садится к тремометру и повторяет все процедуры, связанные с измерением тремора (см., например. Практикум по возрастной психологии:/ Под ред. Л.А.Головей, Е.Ф.Рыбалко. - СПб.: Речь, 2001, с.80-82.). В этом же практикуме описаны и другие аппаратные средства для оценки отдельных характеристик аппарата рабочих движений рук.
Их общим недостатком является ограниченность применения (каждое средство измеряет только ту характеристику, для которой оно предназначено). Кроме того, даже при использовании всего набора таких средств невозможно оценить особенности динамической адаптации оператора при решении задач компенсаторного и преследующего слежения, тем более в условиях, максимально приближенных к реальным.
Оценку особенностей адаптации к динамическим нагрузкам в условиях, приближенных к реальным, частично можно проводить на тренажере, имитирующем реальную систему управления, в состав которого включен компьютер. В частности, при разработке соответствующего программного обеспечения для этих целей может быть использован тренажер для подготовки операторов управляемого вооружения, содержащий последовательно соединенные блок моделирования реальных процессов и блок отображения информации, имитатор рабочего места оператора с пультом оператора и имитатором механизма пуска, подключенным к блоку моделирования реальных процессов, выполненном на базе персонального компьютера (полезная модель №6930, G 09 B 9/08, 1997).
Однако и на этом тренажере поставленная задача не может быть решена в полном объеме. В частности, невозможно без изменения конструкции тренажера провести измерение тремора, антиципации, сложной сенсомоторной реакции и других профессионально-важных качеств, определяющих особенности адаптации оператора, при различного рода динамических нагрузках, имеющих место в реальных системах управления, установленных на транспортной базе, при работе не только сходу, но и с места или с коротких остановок (из-за вибраций, вызываемых работой двигателя) и изменении мышечного напряжения, развивающегося при длительном удержании оператором прицельной рамки в удаленных от центра областях экрана, что необходимо, например, при работе в полуавтоматическом режиме на дальностях в десятки километров. Кроме того, при обследовании операторов различных систем управления необходимо каждый раз проводить соответствующие доработки специализированных для этих систем тренажеров.
Перед авторами стояла задача - создать устройство, позволяющее оценить профессионально-важные качества операторов систем слежения и особенности их адаптации к динамическим нагрузкам в условиях, приближенных к реальным, в том числе непосредственно на рабочем месте оператора, а также обеспечить создание обучающих информационно-динамических сред для направленного развития профессионально-важных качеств (при необходимости) и оптимизации стратегий выполнения задач поражения целей в условиях помех (динамическое воздействие на внутренний контур регулирования оператора заставляет его из нескольких возможных стратегий в сложной фоно-целевой обстановке выбирать наиболее осуществимую).
Поставленная задача решена за счет введения в известный тренажер блока имитации динамических нагрузок и его связей с известными блоками.
Конкретно задача решена за счет того, что в устройство для профессионального отбора и обучения операторов систем слежения, содержащее последовательно соединенные блок моделирования реальных процессов и блок отображения информации и имитатор рабочего места оператора, включающий пульт оператора и механизм имитации пуска, подключенные к блоку моделирования реальных процессов, дополнительно введен блок имитации динамических нагрузок, механически связанный с механизмом имитации пуска и электрически - с блоком моделирования реальных процессов.
Блок моделирования динамических нагрузок выполнен в виде кронштейна с закрепленным на нем с возможностью регулирования противовесом и узлом динамического воздействия на противовес, установленного на пространственном шарнире, выполненном, например, в виде шаровой опоры и установленном на кронштейне рабочего места оператора, причем узел динамического воздействия на противовес электрически соединен с блоком моделирования реальных процессов.
Блок имитации динамических нагрузок установлен на стойке и использован автономно.
Узел динамического воздействия на противовес, выполнен в виде электромагнитов, установленных на стойке и подключенных к блоку моделирования реальных процессов.
Противовес выполнен в виде кулачка, установленного на стержне с возможностью поворота и закрепленного на выбранном расстоянии от узла динамического воздействия на противовес.
Электромагниты узла динамического воздействия установлены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.
Часть электромагнитов равно расположена в одной плоскости в плане.
Заявляемое устройство для профессионального отбора и обучения операторов систем слежения обладает совокупностью существенных признаков, не известных из уровня техники для устройств подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для полезной модели.
Сущность полезной модели поясняется с помощью чертежей, где:
на фиг.1 представлена структурная схема устройства;
на фиг.2 - общий вид блока имитации динамических нагрузок при его установке на рабочем месте оператора;
на фиг.3 - общий вид блока имитации динамических нагрузок при его автономном использовании с персональным компьютером при профессиональном отборе операторов систем слежения и начальном обучении с целью направленного развития профессионально-важных качеств операторов систем слежения;
на фиг.4 - расположение магнитов, вид сбоку;
на фиг.5 и 6 - расположение магнитов, вид сверху, варианты.
Устройство содержит последовательно соединенные блок 1 моделирования реальных процессов и блок 2 отображения информации и имитатор 3 рабочего места оператора, включающий пульт 4 оператора, механизм 5 имитации пуска, подключенные к блоку 1 моделирования реальных процессов, и блок б имитации динамических нагрузок, механически связанный с механизмом 5 имитации пуска и электрически - с блоком 1 моделирования реальных процессов. Блок 6 имитации динамических нагрузок выполнен в виде кронштейна 7 с закрепленными на нем с возможностью регулирования противовесом 8 и узлом 9 динамического воздействия на противовес 8, установленного на пространственном шарнире 10, выполненном, гайкой винтом 11. При использовании блока 6 имитации динамических нагрузок в лабораторных условиях он устанавливается на стойке 12, а на рабочем месте оператора - на установочном кронштейне 13. При этом противовес 8 может быть выполнен в виде кулачка 14, устанавливаемого на стержне от узла 9 с возможностью поворота и последующего его закрепления гайкой 15 на выбранном расстоянии от узла 9 динамического воздействия на противовес 8.
В качестве блоков 1 и 2 соответственно моделирования реальных процессов и отображения информации может быть использован персональный компьютер любой марки, в качестве механизма 5 имитации пуска - реальный или имитируемый блок наведения соответствующей системы слежения. Узел
динамического воздействия на противовес может быть выполнен, например, в виде электромагнитов 16 и 17, подключенных к блоку 1 моделирования реальных процессов и управляемых от него по специальной программе.
Устройство работает следующим образом.
Перед началом работы инструктор отпускает гайку 11 крепления шарнира 10 и устанавливает противовес 8 в выбранном положении (по эксцентриситету относительно вертикальной оси шарового шарнира 10 и расстоянию от узла 9 динамического воздействия на противовес). Выбрав задачу тестирования (например, оценить статический тремор), инструктор предъявляет испытуемому задание - удержать прицельную марку на появляющейся в произвольной точке экрана блока 2 отображения информации имитируемой цели. Оператор с помощью пульта оператора 4 и механизма имитации пуска 5, наводит прицельную марку на цель и удерживает ее в течение имитируемого полетного времени (например, 40 с.). При этом он вынужден дифференцировать мышечные усилия кисти руки, обеспечивая удержание прицельной марки на цели в течение длительного времени при различных физических нагрузках (в зависимости от установки противовеса). Блок 1 моделирования реальных процессов (при автономном использовании в лабораторных условиях - компьютер) фиксирует все отклонения прицельной марки. В личную карточку каждого кандидата заносятся значения максимального, минимального и среднего значения тремора в различных задачах удержания. Аналогично, по принятым методикам, могут быть измерены и другие характеристики психомоторики оператора (реакция, антиципация, оценка временных интервалов, глазомер и др.). Для оценки особенностей динамической адаптации оператора при воздействии помех инструктор включает программу, управляющую электромагнитом узла 9 динамического воздействия на противовес 8. Под воздействием электромагнитов 16 и 17 противовес совершает вынужденные колебания с заданными частотой и амплитудой, поворачиваясь вокруг шаровой опоры 10 и вызывая динамические воздействия на внутренний контур регулирования оператора. При выполнении серии задач отслеживания сложно движущейся цели в режимах компенсаторного и преследующего слежения при различных мышечных нагрузках и динамических воздействиях, оператор, испытывая мышечные перегрузки и преодолевая возникающие помехи во внутреннем контуре регулирования, пробует различные варианты решения задачи поражения цели, выбирая оптимальную для себя стратегию сопровождения и поражения цели. Таким образом формируется индивидуальный, оптимальный для него стиль деятельности, обеспечивающий достижимую (по своим психофизическим характеристикам) надежность при выполнении различных задач реальной системы управления за счет сложившейся индивидуальной системы динамической адаптации к задачам слежения (работа с пере- или недо-компенсацией, стратегия «удержания» или антиципации и т.д.). Особенности динамической адаптации могут быть учтены при разработке и индивидуализации программы профессиональной подготовки операторов
сенсомоторного профиля, например, операторов комплекса управляемого вооружения.
Предлагаемое устройство может быть использовано при профессиональном отборе и обучении операторов систем слежения, т.к. решает комплекс задач оценки профессионально-важных качеств кандидатов в условиях, максимально приближенных к реальным. Кроме того, он может быть использован для развития недостаточно сформированных профессионально-важных качеств операторов, что позволит при последующем обучении снизить разброс по времени подготовки операторов с меньшей профессиональной пригодностью. На предприятии-заявителе разработаны чертежи на макет устройства. Таким образом, предлагаемое устройство может быть изготовлено и применено в качестве технического средства профессионального отбора и обучения операторов систем слежения, например, для операторов комплексов управляемого вооружения, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленной полезной модели критерию «промышленная применимость».
1. Устройство для профессионального отбора и обучения операторов систем слежения, содержащее последовательно соединенные блок моделирования реальных процессов и блок отображения информации и имитатор рабочего места оператора, включающий пульт оператора и механизм имитации пуска, подключенные к блоку моделирования реальных процессов, отличающееся тем, что в него дополнительно введен блок имитации динамических нагрузок, механически связанный с механизмом имитации пуска и электрически - с блоком моделирования реальных процессов.
2. Устройство для профессионального отбора и обучения операторов систем слежения по п.1, отличающееся тем, что блок имитации динамических нагрузок выполнен в виде кронштейна с закрепленным на нем с возможностью регулирования противовесом и узлом динамического воздействия на противовес, установленного на пространственном шарнире, выполненном, например, в виде шаровой опоры и установленном на кронштейне рабочего места оператора, причем узел динамического воздействия на противовес электрически соединен с блоком моделирования реальных процессов.
3. Устройство для профессионального отбора и обучения операторов систем слежения по п.1, отличающееся тем, что блок имитации динамических нагрузок установлен на стойке.
4. Устройство для профессионального отбора и обучения операторов систем слежения по п.2, отличающееся тем, что узел динамического воздействия на противовес выполнен в виде электромагнитов, установленных на стойке и подключенных к блоку моделирования реальных процессов.
5. Устройство для профессионального отбора и обучения операторов систем слежения по п.2, отличающееся тем, что противовес выполнен в виде кулачка, установленного на стержне с возможностью поворота и закрепленного на выбранном расстоянии от узла динамического воздействия на противовес.
6. Устройство для профессионального отбора и обучения операторов систем слежения по п.4, отличающееся тем, что электромагниты узла динамического воздействия установлены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.
7. Устройство для профессионального отбора и обучения операторов систем слежения по пп.4 и 6, отличающееся тем, что часть электромагнитов равно расположена в одной плоскости в плане.
