Обратные задачи в распознавании, тренажеры, ложные объекты.
Заманчиво создать действующую модель сложной машины и на ней отработать основные моменты ее использования. Поэтому естественно и практически одновременно с появлением первых сложных машин возникли и тренажеры как для разработчиков (своего рода сложные виртуальные лаборатории) так и для пользователей. Они имитируют редко возникающие состояния … Наличие тренажеров в разработке – показатель ее уровня и конкурентоспособности. Тренажер в цикле обучения отражает степень зрелости и завершенности методики обучения. Подавляющее большинство задач и характеристик тренажера решаются и проверяются на качество, как обратные задачи в теории распознавания.
Существует несколько определений термина «тренажер». Слово тренажер происходит от английского train - тренировать, обучать. Русский энциклопедический словарь 1890 года "Брокгауз и Ефрон": Тренировка: так называется воспитание организмов (главным образом животных, особенно лошадей) направленное к достижению известных целей (например, к развитию у лошадей быстроты, у атлетов - мускула, у велосипедистов выносливого и быстрого хода и т.п.) и соответственно этому, соединенное с употреблением известных приемов, могущих оказать на организм желательное действие".
Ровно 100 лет спустя (1990 год) Русский энциклопедический словарь: "Тренажер: учебно-тренировочное устройство для выработки навыков и совершенствования техники управления машиной (механизмом)". Там же: " "Навык" - действие, сформированное путем повторения, характеризующееся высокой степенью освоения и отсутствием поэлементной сознательной регуляции и контроля".
Авиационные тренажеры (англ. flight simulator) - электронная или механическая система для тренажа летчиков или космонавтов в условиях полной имитации полета". (Энциклопедия "Britanica" 1998 год.) Современная трактовка - имитационная система, в которой различные моделируемые объекты отображают реальные транспортные средства, системы вооружения, органы управления и контрольные приборы; все это объединено в сеть для интерактивной тренировки в реальном масштабе времени с целью выполнения задач в генерируемом ландшафте.
Первые успехи в области тренажеростроения были достигнуты почти 100 лет назад. Первый авиационный тренажер был построен в Англии в 1910 году. Однако достаточно эффективный тренажер впервые был построен Эдвином А. Линком в 1927 году. Он предназначался для обучения летчиков в США под Нью-Йорком. Тренажер представлял собой упрощенный макет одноместного самолета с кабиной, закрепленной на универсальном шарнире. После открытия коммерческих авиалиний в США в 1934 году, усовершенствованный тренажер Линка получает широкое распространение.
В 50-е годы на основе аналоговой техники создаются тренажеры для Военно-воздушных сил США, полностью имитирующие кабину самолета и управление полетом в реальных условиях. В 60-е - 70-е годы после изобретения цифровой электроники на базе гибридных цифро-аналоговых устройств создаются еще более совершенные имитирующие системы. И, наконец, в 80-х - 90-х годах на основе компьютерной программной технологии создаются тренажеры, приближенные к реальности. Во всех реализациях тренажерной техники требование к адекватности конструкции кабины обучаемого является обязательным.
Последнее десятилетие принесло качественное снижение стоимости аппаратной поддержки процедур формирования виртуальных миров, расчета математических моделей сложных процессов. Как следствие этого произошло резкое увеличение областей применения тренажеров.
Вторая мировая война, потребовала кратчайшие сроки подготовить сотни экипажей боевых самолетов, подстегнула развитие тренажеростроения.
В пятидесятые годы прошлого столетия появились в составе тренажеров и первые вычислительные машины. В визуальном изображении внекабинного пространства стало возможным создание реалистических изображений внешней обстановки, что позволило имитировать заход на посадку и взлет самолетов в конкретных условиях и с конкретного аэродрома.
В 70-х годах в кабинах экипажей новых летательных аппаратов появились компьютеры, многофункциональные и многоцветные дисплеи.
Дальнейшее развитие тренажеров связано с появлением новых и новых поколения в области микроэлектроники. Имитацией внекабинной визуальной обстановки на компьютерах позволила обучать пилотов атаке наземных объектов с полным воссозданием реальной обстановки.
Тренажеры прочно заняли верхние позиции в комплекс средств обучения для выработки и закрепления знаний, навыков и умений специалистов в ожидаемых условиях эксплуатации, включая случаи отказов и возникновения нештатных ситуаций.
В настоящее время в различных странах проводятся широкомасштабные НИОКР по созданию новых тренажеров, выделяются значительные средства на закупку учебно-тренировочного оборудования. Только в прошедшем пятилетии в ВВС США на эти цели было затрачено 6 млрд. долларов, а общие расходы (подготовка, обучение кадров, комплектование, программное обеспечение, моделирование и д.) практически удвоились. Тренажеры и имитаторы представляют собой непрерывно растущий по широте применения и внедрению новейших технологий сектор военной промышленности США.
Использование тренажеров значительно уменьшает сроки освоения новой техники, поскольку они могут поступать потребителям с опережением поставки реальных машин. Кроме того, отпадает необходимость в значительных пространствах дл полигонов, исключается ущерб, наносимый окружающей среде.
Имитационное оборудование позволяет также эффективно моделировать аварийные ситуации. В последнее время моделирование с помощью тренажеров стало неотъемлемой частью процесса проектирования новой авиационной техники.
В организационном плане процесс приобретения тренажеров в США совпадает с жизненным циклом существования имитируемых систем. Этот цикл шире цикла производства имитируемых образцов на несколько лет. При создании авиационной техники от головной фирмы требуется одновременная поставка тренажеров и других технических средств обучения "под ключ".
Все больше внимания уделяется созданию и поставке не только самолетных, но и вертолетных тренажеров. Фирма "САЕ-Линк" поставила два тренажера вертолетов специального назначения, которые позволят экипажам реально отрабатывать задачи в экстремальных условиях. Они создавались параллельно с разработкой самих летательных аппаратов путем интеграции вычислительной техники и программного обеспечения.
Постепенно наращивается и заимствование наработанного программного обеспечения методик обучения. Системы управления вертолетов МН-60К и МН-47Е отличаются от аналогичных систем вертолетов UH-60A и CH-47D "Чинук" что, собственно и потребовало создания нового тренажера. При этом было использовано программное обеспечение для вертолетов UH-60A и CH-47D, которое затем дорабатывалось под вертолеты специального назначения.
Доработка программного обеспечения ведется параллельно с испытаниями тренажеров. Летчики-испытатели армейской авиации продолжили доводку тренажеров, в результате чего тренировки приблизились к реальным условиям полета. Так, тренажеры позволяют имитировать "игровое поле" размером 400 х 400 км и круговой маршрут длиной 2400 км., а также отрабатывать, дозаправку в воздухе, посадку на авианосец и полеты на предельную дальность.
С точки зрения безопасности полетов все без исключения вертолетные фирмы придают огромное значение обучению на тренажерах пилотов и техников Например, программа переучивания пилотов фирмы "Макдоннелл Дуглас" полетам на вертолетах, оснащенных системой NOTAR (No Tail Rolor - без рулевого винта) включает 25 ч занятий в классе, 12 ч тренировок на тренажере и лишь 3 ч полетов непосредственно на вертолете.
При поставках вертолета фирма обязуется обучить за свой счет одного пилота и двух техников.
Параллельно начинают массовое развитие видеоигры. В них так же создают изображение местности и окружающей обстановки, имитируя объемность изображения, солнечный и лунный свет, тени и даже восприятие местности как бы сквозь приборы ночного видения. По мнению специалистов, имитация с помощью видеоигр не может заменить тренажеров, но тем не менее она целесообразна на начальном этапе обучения. Рынок боевых видеоигр оценивается в сотни млн. долларов и продолжает быстро расти. Основным двигателем прогресса в этой области является разработка программного обеспечения, которое предназначается для персональных компьютеров, совершенствование аппаратной поддержки расчетов физики, пространственной геометрии.
В ведущих странах поддерживается комплексная разработка и производство иерархической цепочки тренажных систем и упрощенных тренажных устройств. Например, линейка тренажеров поддержки обучения летчиков включает в себя и тренажное устройство для изучения звездного неба, которое будет представляет собой планетарий (ежегодно здесь будут обучаться 5000 курсантов). Здесь же и тренажер для специалистов по авиационной разведке и офицеров разведывательной авиации; семейство тренажных устройств для отработки навыков работы со спутниковой системой связи, среди которых будут специализированные тренажеры, макеты аппаратуры для имитации выполнения функций на уровне системы, а также рабочие места операторов /10/.
В СССР авиационные тренажеры появились в середине 30-х годов. И дальнейшее их развитие примерно совпало с зарубежным. В энергетике тренажеры начали входить в практику подготовки оперативного персонала в 60-е и 70-е годы. В Мосэнерго работы по тренажеростроению начались в начале 1979 года. Причем был издан приказ по энергосистеме со сроком окончания работ и вводу тренажера в эксплуатацию в конце 1979 года. Однако, первый полномасштабный тренажер в Мосэнерго был введен в только в 1984 году. В связи с засекреченностью разработок по авиационным и морским тренажерам необходимо было создать методологию и методику моделирования энергообъектов, причем такую, чтобы моделирование могли проводить сами энергетики.
Примером развития тренажеростроительного предприятия в России может служить ЗАО "ЦНТУ Динамика". Основные даты создания фирмы /10/ приведенный ниже.
1989 - год основания компании; 1990…1994 Разработка и серийный выпуск автоматизированных средств обучения для экипажей самолетов Су-27, МиГ-29, Су-24, МиГ-31 (совместно с ГМЦМ и ООО "Треком"); 1994…1996 - Изготовление и поставка в CFTE (Китай) полноразмерного инженерного тренажера с четырехстепенной (4-DOF) системой подвижности (совместно с ООО "Астра", ООО "Треком"), разработана АОС по переподготовке летного состава на самолет Ту-204–100, которая до настоящего времени эксплуатируется во многих летных учебных центрах Гражданской авиации; 1997…1999 -изготовление и поставка в FACRI (Китай) полноразмерного инженерного тренажера с шестистепенной (6-DOF) системой подвижности (совместно с ООО "Астрасим", ООО "Треком"); 2000 - Модернизация инженерных тренажеров ЦАГИ - ПСПК 102, ПС-10Н; 2001 - Впервые в Морскую Авиацию поставлен современный тренажер экипажа самолета Су-33; 2003 - Cоздан современный пилотажный стенд для поддержки исследований и проектирования перспективных истребителей. Завершены государственные испытания тренажера МиГ-29 Впервые создан комплексный тренажер экипажа вертолета Ми-24П. Ряд современных тренажеров экипажей вертолетов и самолетов включен государственный оборонный заказ. Первый российский тренажер, разработанный ЦНТУ «Динамика» в кооперации с КБ и НИИ отрасли, поставлен инозаказчику; 2004 -началась реализация проекта создания комплексного тренажера экипажа вертолета Ми-17МТВ. Завершены государственные испытания модернизированного комплексного тренажера экипажа самолета Су-33;
2005 - Создан новый комплексный тренажер экипажа самолета Су-33 в рамках Гособоронзаказа; 2006 - Создан инженерный тренажер для сопровождения проектирования самолетов Sukhoi Superjet 100. Завершены работы по созданию двух исследовательских пилотажных стендов для поддержки программы создания палубного самолета МиГ-29К. Осуществлена поставка тренажера Ми-17–1В для учебного центра ВМФ Мексики в Веракрузе; 2007 - Успешно завершены государственные испытания: - комплексного тренажера самолета Л-39; - комплексного тренажера вертолета Ми-24П; - процедурного тренажера вертолета круглосуточного применения Ми-24ПН.
«Динамика» вошла в группу организаторов плеяды научно-технических конференций. Первая из них «Тренажерные технологии и обучение: исследования, разработки и потребности рынка» (2001 г.) В дальнейшем проведено несколько конференций на которых освещаются различные вопросы тренажеростроения. В 2008 году в конце июня должна состоятся очередная конференция по тренажеростроению: “Тренажерные технологии и симуляторы”. На данную конференцию представлено более 90 докладов. И это история одной из фирм разработчиков в России, число которых приближается к сотне .
В Белоруссии создание тренажеров также имеет свою историю. 708 завод министерства обороны СССР (в дальнейшем 708 завод Мингорисполкома, сегодня Минский завод автомобильной комплектации) на протяжении нескольких десятков лет разрабатывает и производит тренажеры бронетехники, осуществляя их поставку в различные страны. При этом были решены вопросы:
-создания виртуальных миров, в которых находятся имитируемые объекты; -моделирования физических процессов; -моделирования реакции сложной техники на действия органов управления; -моделирования отказов оборудования; -контроля и учета действий обучаемых; -автоматического выставления оценок; -ведения базы данных по обучаемым; -функционирования до 9 рабочих мест в сети без нарушения взаимодействия и эффекта реального времени. Ведутся работы по:
-интеллектуализации противодействующей стороны; -введению виртуальных членов команд, не имитируемых на оборудовании тренажеров.
Рисунки 12.1…12.2. иллюстрируют применяемые технологии. По картам, трехмерным описаниям местности и спутниковым фотографиям формируется сцена, на которой планируется проводить обучение экипажей. Экран руководителя занятий по выбору отображает обстановку на экране обучаемого и его действия.
Панель режимов работы позволяет: управлять компьютерами обучаемых; готовить задание к занятиям; анализировать ведомости оценок и штрафов; контролировать положения органов управления у обучаемых; переводить тренажеры в режим "делай как я".
Выпускает тренажеры имитирующие бронетехнику и 140 Ремонтный завод (г. Борисов). ЗАО «Аэромаш» разрабатывает и производит авиационные тренажеры. ОДО «Электронные тренажеры» - стрелковые тренажеры. Приведенные сведения далеко не исчерпывают всего множества разработчиков и производителей тренажеров.
Разработка тренажеров сложный процесс, объединяющий специалистов различного профиля. Опыт североамериканских ученых из института ЭПРИ показывает, что разработкой тренажеров и подготовкой персонала в энергетике занимаются в США специалисты, проработавшие в эксплуатации электростанций или сетей не менее 10 - 15 лет.
|
|
Рис.12.1. Спутниковый снимок, 3D форма участка поверхности имитируемого полигона |
Рис.12.2. Вид полигона на рабочем месте инструктора |
В тренажерных комплексах, имитирующих действия сложной военной техники такая ситуация штатная. Очень не просто привлечь к разработке технических требований на узлы тренажера всех конструкторов и испытателей узлов и приборов имитируемого объекта. Да и они не в состоянии уверенно, логически однозначно, описать поведение этих узлов. Эксплуатационная документация не может обеспечить полноту данных, необходимых для моделирования узлов. Неразличимая для обучаемого, разница реакций объекта и тренажера на органы управления и возмущающие воздействия стоит во главе разработки. Полная конструкторская документация по известным причинам не доступна, да и объем ее превышает разумные рамки, которые можно освоить в реальные сроки разработки.
Обучаемый, в общем случае, получает информацию через органы чувств – зрение (90%), слух , тактильные ощущения, акселерационный анализатор (вестибулярный аппарат). Усвоение материала связано, как с осмыслением опыта предшественников, так и собственного опыта, значение второго наиболее важно. Информационное наполнение собственного опыта включает в себя и оценку правильности решений принимаемых обучаемым, учитывает специфику индивидуального мышления и по этому наиболее глубоко усваивается.
Тренажеры задействуют все органы чувств и создают условия для осмысления происходящего, как собственного опыта. Практически реальная граница в возможностях тренажеров видна только в моделировании стрессовых нагрузок на обучаемого (страх и т.п.), да и то переходить эту границу не желательно скорее по этическим, чем по техническим соображениям. Таким образом, тренажеры практически являются верхней по эффективности строкой в общей пирамиде средств обучения.
Руководитель занятий и различные комиссии, допускающие обучаемого к работам, хотели бы составить индивидуальный портрет его пригодности, видеть придельные возможности, перспективы. Тренажеры позволяют создать индивидуальный портрет обучаемого, учитывающий его реакцию, ее скорость и оптимальность. Применение тренажерной техники позволяет многократно повторять критические, сложные, близкие к аварийным ситуации, добиваясь их правильной отработки обучаемым.
Конструктор, создатель новой техники желал бы на стадии разработки, до изготовления опытных образцов и в ходе испытаний проверить на себе, специалистах заказчика (будущих пользователях) правильность и эффективность принимаемых решений. И здесь наилучшие условия предоставляют гибкие тренажеры. Их наличие сокращает сроки доводки изделий, повышает их конкурентоспособность, позволяет быстрее найти оптимальные варианты.
США и другие отдельные страны довели объемы производства тренажеров до десятков процентов от объема выпуска соответствующих образцов военной техники. Отношение времени обучения на тренажере ко времени обучения на самолете летного состава в армии США достигло к 2-х тысячным годам величины - 8:1.
Наибольший опыт использования тренажеров на сегодня накоплен в армиях разных стран. Как показывают литературные источники, при пусках и испытаниях ракет в сухопутных войсках 40 проц. общего числа отказов происходит из-за ошибок операторов, в военно-морских силах - более 60 проц., а в авиации - 70 процентов. Широкое привлечение тренажеров в качестве моделей при проектировании систем оружия позволяет повышать эффективность создаваемого вооружения с одновременным сокращением времени и материальных затрат на его разработку. Гражданский сектор идет вслед, используя наработанные технологии.
Велик интерес к имитации реальных машин и их физически достоверного поведения и в игровой индустрии, рассчитанной на массового потребителя.
Тесно связаны с тренажерами и вопросы создания автоматических систем управления сложными машинами, функционирующие практически без участия человека. Примером может служить работы центра VRAC. Ее научно-исследовательская группа получала дополнительный $4.2 Миллионов контракт от правительства США. Они привлекаются для разработки следующего поколения управляющего интерфейса для автоматических аэромашин. Исследователи формируют виртуальную среду, которая позволяет видеть окружающее воздушное пространство, и местность, над которой летит машина, а также генерируют информацию с виртуальных приборов, камер, радара, и других систем.
Моделируются сложные ответственные операции. Например, в компании MedSim Advanced Medical Simulations, Ltd создан очень реалистичный и постоянно совершенствуемый медицинский тренажер MedSim Patient Simulator для отработки навыков диагностики и соответствующих действий медицинского персонала.
Например, глазные веки открыты, закрыты или моргают в зависимости от состояния "пациента", зрачки соответственно реагируют на свет (имитация травмы головы); происходят движения рук при стимулировании бессознательного "пациента", непроизвольные движения рук (имитация травмы рук).
Рис.12.3. Пример тренажера водяного скутера
Тренажер водяного скутера, напоминает автомобильный или морской тренажеры. Наряду с тренажерами подготовки операторов, механиков-водителей различных видов техники широко распространены инженерные тренажеры подготовки оборудования, виртуальной сборки, виртуальных испытаний и т. п.
Адекватность означает воспроизведение в имитируемом объекте результирующих функций, а также внешних и внутренних связей, соответствующих исходному объекту с такой точностью, которая достаточна для решения поставленных задач в необходимом объеме, при этом отличие результата от требуемого допуска должно лежать в поле назначенного допуска и обеспечивать:
адекватность целей и условий;
адекватность интерфейса (рабочих мест операторов энергообъектов);
адекватность информационных потоков;
адекватность математического моделирования;
эргономическую адекватность;
психологическую адекватность.
Адекватность математического моделирования (динамических моделей) в тренажере является доминирующей. От того, с какой точностью воспроизводятся параметры процессов, напрямую зависит качество всего тренажера и его дидактическая ценность.
Классификация видов моделей в современной теории моделирования, причем имеется минимум 210 имитационных моделей, определенных на основе бинарных альтернативных отношений следующих типов: детерминированные – стохастические, статические – динамические, непрерывные - дискретные и т.д. Получаем, что только имитационных моделей, определенных на основе бинарных отношений, имеется 210 =1024 типов, а с учетом других типов моделей (аналитические, физические, информационные и т. д.), а также разнообразия применяемых критериев, методов решения систем уравнений и т. п., получим огромное множество вариантов описаний технологического объекта..
Cовременная классификация разделяет модели на два класса:
дескриптивные (description models);
прескриптивные (prescription models, normative models).
Дескриптивные модели предназначены для: осмысления действительности - объяснения и описания наблюдаемых фактов, общения, обучения человека, реализации эксперимента, инструмента прогнозирования (Шеннон К.).
Прескриптивные модели предназначены для нахождения желательного состояния объекта, например, оптимального: технико-экономические и конструктивные расчеты при проектировании (нормативные методики расчета).
Характеристики системы дескриптивных моделей определяются из накопленного опыта, предшествующего процесса управления, и на основании основных законов физики.
Норберт Винер: «Все эти системы, в которых некоторое устройство приобретает определенную структуру или функцию на основании прошлого опыта, приводят к весьма интересному новому подходу в технике. Устройства такого рода можно применять не только для того, чтобы проводить игры и другие целевые действия, но и постоянно совершенствовать свое поведение на основании прошлого опыта».
У самонастраивающихся тест моделей при изменении внутренних свойств объекта изменяются математические характеристики моделей, то есть производится валидация или проверка статистики модели с корректировкой параметров модели. У самоорганизующихся тест моделей при изменении внешних (структурных) свойств объекта изменяется структура модели, то есть производится верификация, или проверка и корректировка структуры модели.
Наиболее перспективны самонастраивающиеся и самоорганизующиеся параметрические многомерные динамические модели, обладающие свойствами непрерывности, линейности по параметрам и нелинейности по переменным, стационарности и стохастичности, работающие во временной области.
Математическая модель объекта часто состоит из дифференциальных уравнений, основанных на рассмотрении физической природы процессов, то есть стандартных балансовых уравнений, а количественные зависимости и направленность процессов должны определяться законами аэродинамики, гидродинамики, термодинамики и т.д. Зависимости между параметрами связей должны однозначно и единообразно описываться уравнениями энергетического, расходного и гидравлического балансов в элементах оборудования.
Динамические свойства объектов управления должны моделироваться в пределах возможностей восприятия человеком изменений инерционных свойств.
Допустимость достаточно больших отклонений временных характеристик при моделировании технологических процессов с точки зрения психофизиологии оператора можно объяснить следующим. По современным представлениям, у человека нет специального временного анализатора, равнозначного по физиологическому смыслу зрительному или слуховому. Это подтверждается тем, что ошибка в восприятии пространства в процессе зрительной чувствительности значительно меньше ошибки в оценке длительности.
Точность статических и достаточно большие отклонения при моделировании динамических характеристик объектов подтверждается как российскими исследователями, так и зарубежными материалами.
Стандарт на тренажеры энергоблоков ANS 3.5 (США) на основании опыта эксплуатации тренажеров ограничивает только величину максимальной статической погрешности, для динамической точности эти требования носят лишь качественный характер.
У.Эшби пишет, что «…теория систем должна строиться на методах упрощения (simplification) и, по сути дела, представлять собой науку упрощения».
Целевая функция человеко-машинной системы при обучении оператора на тренажере, определяющая необходимую и достаточную точность и сложность модели объекта управления, состоит в следующем:
• обеспечение человеку-оператору адекватной информационной модели прототипа объекта управления;
• обеспечение возможности анализа информации и принятия решений;
• формирование и совершенствование у оператора профессиональных навыков и умений при заранее заданных отклонениях (смещениях) модели относительно моделируемого прототипа, то есть погрешности моделирования, обеспечивающих необходимую эффективность обучения.
Комплексный тренажёр - тренажёр, в котором в полном объёме реализованы интерьерные и математические модели энергоустановки с законченным технологическим циклом, предназначенный для формирования и совершенствования у обучаемых всего комплекса навыков и умений управления этой энергоустановкой. При выполнении в соответствии с СТУ современного тренажёрного комплекса оператор имеет возможность качественно пройти весь курс обучения управлением технологическим процессом от изучения теоретических основ и нормативных документов до выработки навыков управления работой оборудования (в штатных режимах и аварийных ситуациях) и доведения этих навыков до автоматизма.
С точки зрения сертификации тренажеров, необходимая точность математических моделей определяется в России СТУ 115.015-2003 и, в основном, равняется классу точности измерительных приборов, исключая, естественно, пусковые и остановочные режимы, где точность допускается в пределах +10 % от номинального значения.
Таким образом, основной принцип обучающей эффективности тренажеров должен заключаться в достижении необходимой и достаточной точности и полноты имитации условий управления реальным объектом, а также в наличии и использовании средств автоматизации обучения (сервисных программ, т.е. учебно-методического обеспечения).
Этап проверки адекватности и комплексной наладки тренажера должен состоять из следующих частей:
• предварительная проверка логической, статической и динамической составляющих цифровой модели объекта управления с определением отклонений от проектной документации;
• отладка отдельных имитаторов (частей программы) с устранением различного рода ошибок (логических, методических, технических и т.п.);
• комплексная наладка подсистем тренажера с проверкой правильности взаимодействия их между собой, а также с приборами, системами сигнализации, защит и блокировок;
• приемочные испытания тренажера по специальной программе.
Применяются три метода оценки характеристик программного обеспечения тренажера: визуальный, экспертный и тестовый.
Визуальный метод предполагает оценку исследуемой характеристики путем визуальной фиксации ее наличия в установленной форме.
Экспертный метод позволяет оценить функционирование программного обеспечения в процессе его эксплуатации, опираясь на эксплуатационные документы и контрольные варианты работы программ.
Тестовый метод позволяет обеспечить оценку адекватности модели технологических процессов и оборудования, использованной в тренажере. При этом используется зарегистрированная в Роспатенте программа автоматического тестирования модели.
Программное обеспечение тренажера должно быть оценено по следующим характеристикам: характеристики идентификации, характеристики функционального назначения, функции обработки данных, адекватность модели энергоустановки, характеристики информационной совместимости, характеристики целостности и сохранности программ и данных, характеристики интерфейса пользователя, и системные характеристики.
Характеристики идентификации оцениваются визуальным методом – путем проверки наличия и содержания по каждому пункту требований.
Характеристики функционального назначения оцениваются экспертным методом по каждому набору программных данных задаются определенные наборы входных данных, а результаты оцениваются по содержимому экрана и выходных форм на бумажном носителе.
Упрощенная система уравнений достаточно точно приближена к модели исходной системы по переходным характеристикам и установившимся значениям.
В основе комплексного тренажера лежат математические модели элементов имитируемой техники. Диапазон глубины имитации достаточно велик. В расчетной базе тренажера заложена математическая модель идеальных объектов. В перспективных разработках используются модели, построенные с учетом износа, разброса технологических процессов и параметров элементов комплектации. В последнем случае на помощь приходят теории чувствительности и динамического хаоса. Модели в основном линейных и поливариантных систем упрощены на основании вещественного разложения Шура. Используя данный метод упрощения математических моделей систем, повышена точность приближения упрощенной модели к исходной модели по переходным и устанавливающимся значениям, ускорена реакция систем на действия органов управления и изменения окружающей среды. К реальным условиям модели адаптируются через добавление разностных файлов, исходно представляемых в графическом формате.
Это позволяет получить упрощенные адаптивные уравнения функционирования имитируемой техники, решать их не более чем в единицы, десятки миллисекунд на вычислительной технике тренажера.
В ходе создания тренажера и последующей эксплуатации рабочие модели должны корректироваться по замечаниям пользователей. Для такой доработки предусмотрены внешние файлы данных, изменение которых доводит «поведение» объектов без перекомпиляции программ. Почувствовать общее число имитируемых объектов позволяет требуемая сцена уборки зерна комбайном (рис. 12. 3).
Рис.12.3. Совместная сцена движущегося поля и вращающейся косилки