Тренажерный комплекс для подготовки экипажей кораблей

Заявляемое изобретение относится к аппаратно-программным учебно-техническим средствам и предназначено для использования при формировании профессиональных навыков как операторов управления, преимущественно, подвижными объектами с морских технических средств, так и технического персонала по обслуживанию объекта техники.

Известны программно-ориентированные средства подготовки операторов (экипажей кораблей, летного состава, водителей транспортных средств и пр.) к действиям в штатных и нештатных ситуациях, в частности тренажеры и тренажерные комплексы для подготовки операторов функциональных систем морских технических средств, таких как корабли, подводные аппараты и т.п., использующие в составе учебного пособия имитаторы реальных функциональных систем. Такие имитаторы, как правило, проблемно ориентированы и позволяют моделировать с помощью вычислительных средств внешние условия, работу функциональных блоков и функциональные связи между ними в реальном времени, действия оператора и обратные связи в системе «тренажер-инструктор-оператор» /например, ЕР 0537888 «Устройство для имитации радиочастотных излучателей», US 4828787 "Устройство для имитации работы атомного реактора с водяным охлаждением", RU 2006957 «Тренажер по управлению судовой электростанцией и гребной электрической установкой»/. Целью обучения является ускорение адаптации обучающихся к профессиональной деятельности, выработка у операторов практических навыков управления функциональными системами объекта техники, возможность управления процессом обучения больших групп операторов, обеспечение задания разнообразных ситуаций, моделирующих реальные, оценка успешности обучения и т.д. К недостаткам указанных устройств следует отнести отсутствие возможности имитации нештатных ситуаций.

Известен тренажер для изучения параметров работы систем управления манипуляторами подводного аппарата, а именно полунатурная модель подводного аппарата /а.с. СССР №738942, пр.20.10.1978, публ.20.07.1999/, который содержит пост управления аппаратом с пультом управления и приводом перемещения по крену и дифференту, математическую модель движения аппарата и систему управления движением, связанную с ЭВМ, а также физическую модель аппарата с манипулятором и приводы пространственного перемещения. С целью обеспечения оперативного изменения структуры и параметров работы системы управления манипуляторами и изучения законов автоматического управления ими модель снабжена операционным усилителем ЭВМ с тремя входами и одним выходом, электрогидравлическим усилителем, потенциометром обратной связи манипуляторов, моделью формирования закона автоматического управления звеном манипулятора и задающим органом звеньев манипулятора, расположенным на пульте управления, причем выход задающего органа каждого из звеньев манипулятора соединен с первым входом соответствующего операционного усилителя ЭВМ, выход операционного усилителя - с входом электрогидравлического усилителя этого звена, потенциометр обратной связи - с вторым входом операционного усилителя, выход набранной на ЭВМ схемы формирования закона автоматического управления звеном манипулятора - с третьим входом операционного усилителя. Известное устройство позволяет адекватно моделировать управление движением и работой подводного аппарата в различных условиях подводной среды, однако оно характеризуется ограниченными функциональными возможностями, поскольку не предусматривает взаимодействия с инструктором, имитации нестандартных ситуаций, в частности обесточивания аппарата.

Известен автоматизированный тренажерный комплекс для подготовки экипажей кораблей /патент РФ №2234138, пр.21.07.2003, публ. 10.08.04/, содержащий комплект учебно-действующего образца автоматизированного рабочего места, установленного на качающейся платформе, комплект автоматизированных рабочих мест операторов, пост руководства обучением, вычислительно-модульный комплекс и систему обмена данными, при этом все элементы комплекса соединены между собой через локальную сеть. Использование комплекса обеспечивает максимальное приближение обучения к реальным корабельным условиям в море, что позволяло отрабатывать 75-80% задач курса боевой подготовки экипажа, которые включены в программное обеспечение тренажерного комплекса. Однако недостатком известного устройства является ограниченность функциональных возможностей и недостаточная надежность работы, поскольку известный комплекс перестает функционировать при отключении электропитания.

Известен береговой тренажерный комплекс для подготовки экипажей кораблей, а именно транспортно-тренинговое судно для морского профессионального образования XXI века /RU 2263351, пр. 13.09.2002, публ. 27.10.2005/, которое содержит систему управления, включающую центральный пульт управления, управляющий вход которого соединен параллельно с рабочим местом обучаемого (РМО), запоминающим устройством РМО и имитатором объекта, выход соединен с запоминающим устройством, которое через блок экспертной системы соединено с информационным входом центрального пульта управления, при этом выход центрального пульта управления через объект управления и систему централизованного контроля соединен с управляющим входом центрального пульта управления, выходы РМО и имитатора объекта соединены с запоминающим устройством РМО и через блок экспертной системы - параллельно с информационным входом центрального пульта управления и информационным входом РМО. Управляющим сигналом служат воздействия инструктора (вахтенного офицера) на объект управления, а также обучаемых. РМО являются резервными судовыми постами, дублирующими основные посты по приему и обработке информации при плавании в реальных условиях и при выполнении всех судовых работ с возможностью сравнения при этом решений вахтенных на основных постах с решениями, принимаемыми обучающимися на резервных судовых постах, которые запоминаются в компьютерно-тренажерной системе обучения. Известный тренажер позволяет ускорить приобретение профессиональных навыков обучающимися в физически реальных условиях. Однако известный тренажер недостаточно эффективен в нестандартных ситуациях, в частности, при обесточивании тренажерной системы, грозящей потерей накопленной информации, или при несанкционированном доступе в систему. Кроме того, отсутствие в тренажере реальных технических средств, позволяющих диагностировать неисправность приборов, не позволяет приобретать навыки по техническому обслуживанию системы. К недостатку можно отнести и невозможность использования этого тренажера в береговых условиях.

Тренажерный комплекс для подготовки экипажей кораблей (п. RU 2263351) в виде транспортно-тренингового судна для морского профессионального образования, включающий рабочее место инструктора (РМИ), встроенную компьютерно-тренажерную систему обучения в виде системы обмена данными и программной среды, РМО в виде имитаторов судовых постов, подключенных к системе обмена данными, выбран в качестве наиболее близкого аналога заявляемого изобретения по технической сущности.

Целью заявляемого изобретения является создание тренажерного комплекса с повышенной надежностью работы и степенью защиты от несанкционированного доступа, работающего на штатной аппаратуре изучаемого объекта техники и максимально приближенного к реальным условиям использования изучаемого объекта техники.

Цель достигается тем, что в тренажерном комплексе для подготовки экипажей кораблей, преимущественно по обслуживанию корабельных систем, включающем, по крайней мере, одно рабочее место обучаемого (РМО) в виде судового поста корабельной системы, рабочее место инструктора (РМИ), систему обмена данными, программную среду, в соответствии с изобретением РМО включает имитатор штатного функционального устройства корабельной системы, имитатор штатного устройства взаимодействия с сопрягаемыми системами, имитатор штатного устройства распределения электропитания, имитатор штатного пульта управления функциональным устройством, а также дополнительный комплект модулей с неисправностями функциональных элементов корабельной системы, РМИ включает системный блок ПЭВМ, к последовательному порту которого подключены клавиатура с манипулятором, через интерфейс видеоадаптера - монитор, при этом системный блок ПЭВМ и монитор подключены к источнику бесперебойного питания, система обмена данными включает первый и второй контроллеры мультиплексного канала информационного обмена типа «Манчестер 2», модуль релейных сигналов, подключенных через коммутационную панель к системной плате системного блока РМИ и посредством интерфейса командного типа к устройству взаимодействия РМО с сопрягаемыми системами, причем модуль релейных сигналов РМИ соединен посредством коммутационной панели также с блоком питания РМИ.

Кроме этого, системная плата системного блока ПЭВМ, контроллеры и модуль релейного сигнала соединены посредством шины PCI.

Кроме того, программная среда включает операционную систему реального времени QNX 4.25 и графический редактор Photon microGUI 1.14.

Кроме того, программная среда включает базу данных контрольных вариантов для проведения обучения и имитаторы сопрягаемых с объектом обучения систем.

Технический результат заявляемого изобретения, обеспечивающий повышение эффективности обучения, состоит в использовании при обучении дополнительно модулей с неисправностями элементов функциональных устройств, которые должен обнаружить обучаемый при выполнении задания, и выработке навыков работы обучаемых в штатных и нештатных ситуациях в условиях отказа оборудования. Положительный эффект заключается также и в том, что аппаратно-программные средства тренажера обеспечивают предотвращение потери данных при несанкционированном отключении питания.

Структура тренажерного комплекса, содержащего РМО 1 (судовой пост), РМИ 2, систему обмена данными 3 представлена на чертеже.

РМО 1 представляет собой имитатор штатного изучаемого объекта техники, например, корабельной системы управления движением подвижного объекта и включает штатные функциональные устройства корабельной системы 4, например приборы кодового и релейного обмена информацией с подвижным объектом, штатный прибор взаимодействия с общекорабельными системами 5, такими как навигационный комплекс, корабельная информационно-управляющая система, штатный прибор распределения электропитания системы 6, штатный пульт управления корабельной системой 7.

В состав тренажерного комплекса включен комплект модулей с неисправностями элементов функциональных устройств корабля для обучения их поиску и текущему ремонту изучаемого объекта техники. Штатный пульт управления корабельной системой 7 позволяет с использованием программного обеспечения рассчитать правильное решение задания с заданными параметрами, получаемыми с РМИ 2, в условиях полностью исправного оборудования и вывести это решение на экран монитора пульта управления корабельной системой 7. Обучаемый на РМО 1 решает ту же задачу в условиях наличия неисправностей в корабельной системе, результаты решения отображаются на том же экране монитора пульта управления корабельной системой 7. Обнаружение неисправностей и соответствующее устранение ошибки приведет к совпадению решений обучаемого и системы управления, что выразится в совпадении изображений решения задания.

РМИ 2 представляет собой автоматизированное рабочее место на базе IBM-совместимой ПЭВМ с производительностью не хуже Pentium III. В качестве системного программного обеспечения на РМИ 2 используется операционная система реального времени QNX 4.25 и графический редактор Photon microGUI 1.14.

РМИ 2 обеспечивает выполнение ряда работ, позволяющих сформировать требуемую учебно-информационную модель, подготовить тренажер и систему контроля обучаемых к работе в различных режимах обучения, провести тренировку под руководством инструктора. РМИ 2 обеспечивает выполнение следующих функций:

- формирование, коррекция и наращивание базы данных учебных задач;

- подготовка и ввод начальных условий тренировки, их оперативное изменение и контроль вводимых величин;

- моделирование движения носителя системы по нескольким различным участкам;

- моделирование движения целей для подвижных объектов по нескольким различным участкам;

- формирование данных от комплексов и систем корабля, сопрягаемых с корабельной системой управления в соответствии с протоколами их взаимодействия;

- передача по реальным каналам связи 3 данных от сопрягаемых с системой управления комплексов и систем корабля.

РМИ 2 выполнено на базе ПЭВМ, в состав которой входят системный блок ПЭВМ 8 и периферические устройства - монитор 9, клавиатура 10 и манипулятор «Мышь» 11. РМИ 2 работает под управлением программного обеспечения, позволяющего решать учебно-тренировочные задачи.

Системный блок ПЭВМ 8 доукомплектован двумя контроллерами 12, 13 мультиплексного канала информационного обмена типа «Манчестер 2», которые обеспечивают обмен данными сопрягаемых с системой комплексов (навигационного и корабельного информационно-управляющего) между системным блоком ПЭВМ 8 и прибором взаимодействия с общекорабельными системами 5.

В состав системного блока ПЭВМ 8 введен также модуль релейных сигналов 14, который обеспечивает обмен сигналами сопрягаемого с корабельной системой управления комплекса стартовой автоматики объектов самонаведения между системным блоком ПЭВМ 8 и прибором взаимодействия с общекорабельными системами 5, входящим в состав РМО 1. Кроме того, системный блок ПЭВМ 8 доукомплектован коммутационной панелью 15, которая обеспечивает выдачу в релейный канал связи напряжения постоянного тока 12 В от системного блока ПЭВМ 8, для чего соединитель этой панели подключается к любому свободному соединителю жгута блока питания 16 системного блока ПЭВМ 8.

Контроллеры 12, 13 мультиплексного канала и модуль релейных сигналов 14 установлены в слоты шины PCI 17 на системной плате 18.

Коммутационная панель 15 установлена на место, предназначенное для крепления планок дополнительных модулей к корпусу системного блока 8.

Подключение РМИ 2 к сети электропитания производится через источник бесперебойного питания 19 типа UPS со встроенной аккумуляторной батареей. Таким образом, обеспечивается возможность нормального функционирования РМИ 2 в течение не менее 5 минут при несанкционированном отключении электропитания или при выходе параметров электропитания за допустимые пределы, т.е. на время, необходимое для экстренного завершения работы и предотвращения разрушения программного обеспечения и потери данных.

На РМИ 2 предусмотрена возможность восстановления программного обеспечения в случае его повреждения. Для восстановления программного обеспечения используется компакт-диск, на котором записан образ программного обеспечения с соответствующими настройками. В процессе восстановления программного обеспечения производится автоматическая идентификация оборудования ПЭВМ, поэтому компакт-диск можно использовать только в ПЭВМ, входящую в состав РМИ.

Тренажерный комплекс используют следующим образом. После включения напряжения от источника бесперебойного питания 19 программное обеспечение с набором ситуативных задач, экспертной системой оценки результатов, данными корабельной информационно-управляющей системы, а также данными навигационного комплекса, записанными на жестком диске, подключенном к системной плате 18 или введенными с внешних носителей информации, используется для вывода задания на монитор 9 РМИ 2 посредством периферийных устройств РМИ - клавиатуры 10 и манипулятора 11. Коммутационная панель 15 системного блока ПЭВМ 8 обеспечивает выдачу в релейный канал связи системы обмена данными 3 от блока питания 16 системного блока ПЭВМ 8 напряжения постоянного тока 12 В. Отрабатываемые на РМО 1 задания через видеоадаптер (не показан) системного блока 8 визуализируются на мониторе 9, архивируются в памяти ПЭВМ, оцениваются и сравниваются по критериям достижения успешности обучения.

Выполнение РМО 1 в виде имитатора реального функционального устройства позволяет обучаемому приобрести стойкий навык работы в качестве оператора, решать сложные задачи управления с использованием опыта, полученного в условиях моделирования отказов оборудования.

1. Тренажерный комплекс для подготовки экипажей кораблей преимущественно по обслуживанию корабельных систем, включающий, по крайней мере, одно рабочее место обучаемого в виде судового поста корабельной системы, рабочее место инструктора, систему обмена данными, программную среду, отличающийся тем, что рабочее место обучаемого включает имитатор штатного функционального устройства корабельной системы, имитатор штатного устройства взаимодействия с общекорабельными системами, имитатор штатного устройства распределения электропитания, имитатор штатного пульта управления функциональным устройством, а также дополнительный комплект модулей с неисправностями функциональных элементов корабельной системы, рабочее место инструктора включает системный блок ПЭВМ, к последовательному порту которого подключены клавиатура с манипулятором, через интерфейс видеоадаптера - монитор, при этом системный блок ПЭВМ и монитор подключены к источнику бесперебойного питания, система обмена данными включает первый и второй контроллеры мультиплексного канала информационного обмена типа «Манчестер 2», модуль релейных сигналов, подключенных через коммутационную панель к системной плате системного блока ПЭВМ рабочего места инструктора и посредством интерфейса командного типа - к устройству взаимодействия с общекорабельными системами рабочего места обучаемого, причем модуль релейных сигналов рабочего места инструктора соединен посредством коммутационной панели также с блоком питания.

2. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что системная плата системного блока ПЭВМ, контроллеры и модуль релейных сигналов соединены посредством шины PCI.

3. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что он включает в себя дополнительный комплект модулей с неисправностями элементов функциональных устройств корабля для обучения их поиску и текущему ремонту изучаемого объекта техники.

4. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что программная среда включает операционную систему реального времени QNX 4.25 и графический редактор Photon microGUH.14.

5. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что аппаратно-программные средства рабочего места инструктора включают наращиваемую базу данных учебных задач для проведения обучения и имитаторы систем, сопрягаемых по реальным каналам связи с объектом обучения.