Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Автоматизированное управление формированием сенсомоторных навыков у операторов технологических установок с применением компьютерных тренажеров

..pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
5.72 Mб
Скачать

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.4

 

 

 

 

Структура упражнения на перенос груза путем изменения угла поворота стрелы

 

 

 

Номер и название

 

Выполняемые

 

Наблюдаемые результаты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п/п

 

учебной задачи

 

обучаемым действия

 

действий обучаемого

 

 

 

1

 

Занять рабочее место

 

Оператор занимает рабочее место

 

Оператор находится в кресло-пульте трена-

 

 

 

 

 

(кресло-пульт)

 

 

 

жера

 

 

 

2

 

Проверить на начальное положе-

 

Перевести назад до упора рычаг управ-

 

Отключается механизм блокировки электро-

 

 

 

 

 

ние органов управления

 

ления подъемом, далее 3 хода вперед

 

питания на кресло-пульте, аналогично кресло-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пульту реального крана

 

 

 

3

 

Включить электропитание

 

Нажать на кнопку электропитания

 

Происходит имитация включения электропи-

 

 

 

 

 

кресло-пульта тренажера

 

 

 

тания, которое подается на кресло-пульт на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

реальном кране

 

 

 

4

 

Поднять подвешенный крюк

 

Нажать на кнопку звукового сигнала.

 

Подвешенный крюк начинает подниматься.

 

 

 

 

 

на 4 метра от земли

 

Перевести назад рычаг управления ме-

 

Когда крюк совпадет с зоной перемещения,

 

 

 

 

 

 

 

ханизмом подъема.

 

он будет подсвечен зеленым

 

 

 

 

 

 

 

Довести подвешенный крюк до подсве-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ченной красным цветом зоны

 

 

 

 

 

5

 

Остановить механизм подъема

 

Перевести вперед рычаг управления

 

Рычаг управления подъемом в нулевом поло-

 

 

 

 

 

на заданной высоте и задержать

 

подъемом

 

жении.

 

 

 

 

 

на 3–5 секунд, дождавшись оста-

 

 

 

Подвешенный крюк находится в заданной

 

 

 

 

 

новки колебаний крюка

 

 

 

зоне перемещения. Подсветка зоны снимает-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ся. На специальной площадке под крюком

 

 

 

 

 

 

 

 

 

появится изображение груза – контейнера

 

 

 

6

 

Опустить подвешенный крюк до

 

Нажать на кнопку звукового сигнала.

 

При попадании крюком в зону перемещения

 

 

 

 

 

подсвеченной красным зоны

 

Перевести вперед рычаг управления

 

произойдет смена подсветки красного на зе-

 

 

 

 

 

 

 

подъемом

 

леный. Контейнер (груз), находящийся на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

специальной площадке, будет сцеплен с крю-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ком автоматически (произойдет имитация

 

111

 

 

 

 

 

 

 

сцепки груза стропальщиком)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

111

 

 

 

 

 

 

 

 

 

112

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение табл. 3.4

 

 

Номер и название

 

Выполняемые

 

Наблюдаемые результаты

 

 

 

 

 

 

 

п/п

 

учебной задачи

 

обучаемым действия

 

действий обучаемого

 

 

7

 

Поднять подвешенный груз при-

 

Нажать на кнопку звукового сигнала.

 

Подвешенный на крюке груз начинает под-

 

 

 

 

мерно на 3–4 метра от земли

 

Перевести назад рычаг управления ме-

 

ниматься. Когда груз совпадет с зоной пере-

 

 

 

 

 

 

ханизмом подъема. Довести груз до

 

мещения, он будет подсвечен зеленым

 

 

 

 

 

 

красной зоны

 

 

 

 

8

 

Остановить механизм подъема на

 

Перевести вперед рычаг управления

 

Рычаг управления подъемом в нулевом поло-

 

 

 

 

этой высоте и задержать на 3–5

 

подъемом

 

жении, подвешенный груз в заданной зоне.

 

 

 

 

секунд, для остановки колебания

 

 

 

Подсветка будет снята. На специальной пло-

 

 

 

 

крюка

 

 

 

щадке слева, в 10 метрах, появится подсве-

 

 

 

 

 

 

 

 

ченная красным зона

 

 

9

 

Повернуть стрелу крана влево

 

Нажать на кнопку звукового сигнала.

 

Подвешенный на крюке груз начнет переме-

 

 

 

 

 

 

Перевести влево рычаг управления по-

 

щаться влево до вертикальной оси подсвечен-

 

 

 

 

 

 

воротом.

 

ной красным зоны

 

 

 

 

 

 

Довести груз до вертикальной оси под-

 

 

 

 

 

 

 

 

свеченной красным зоны

 

 

 

 

10

 

Остановить механизм поворота и

 

Нажать на педаль тормоза поворота.

 

Рычаг управления поворотом в нулевом по-

 

 

 

 

задержать груз на 5–10 с на высо-

 

Перевести вправо рычаг управления

 

ложении, подвешенный груз над подсвечен-

 

 

 

 

те, для остановки колебаний

 

поворотом.

 

ной красным зоной

 

 

 

 

 

 

Отпустить педаль тормоза поворота

 

 

 

 

11

 

Опустить груз на землю

 

Нажать на кнопку звукового сигнала.

 

Подвешенный груз начнет опускаться. Как

 

 

 

 

 

 

Перевести вперед рычаг управления

 

только груз совпадет с зоной перемещения, он

 

 

 

 

 

 

подъемом.

 

будет подсвечен зеленым, т.е. груз установлен

 

 

 

 

 

 

Довести груз до подсвеченной красным

 

на платформу

 

 

 

 

 

 

зоны на платформе

 

 

 

 

12

 

Остановить механизм спуска

 

Перевести вперед рычаг управления

 

Рычаг управления подъемом в нулевом поло-

 

 

 

 

 

 

подъемом

 

жении.

 

 

 

 

 

 

 

 

Произойдет автоматическая расцепка груза

 

 

 

 

 

 

 

 

(имитация расцепки груза стропальщиком)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

112

 

 

 

 

 

 

 

 

Окончание табл. 3.4

 

 

 

Номер и название

 

Выполняемые

 

Наблюдаемые результаты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п/п

 

учебной задачи

 

обучаемым действия

 

действий обучаемого

 

 

 

13

 

Поднять подвешенный крюк

 

Нажать на кнопку звукового сигнала. Пе-

 

Подвешенный крюк начинает подниматься.

 

 

 

 

 

 

 

ревести назад рычаг управления механиз-

 

Когда крюк совпадет с зоной перемещения,

 

 

 

 

 

 

 

мом подъема. Довести подвешенный крюк

 

он будет подсвечен зеленым светом

 

 

 

 

 

 

 

до красной подсвеченной зоны

 

 

 

 

 

14

 

Остановить механизм подъема

 

Перевести вперед рычаг управления

 

Рычаг управления подъемом в нулевом поло-

 

 

 

 

 

на этой высоте и задержать на

 

подъемом

 

жении, подвешенный крюк находится в за-

 

 

 

 

 

3–5 секунд, для остановки коле-

 

 

 

данной зоне. Подсветка снимается. Изобра-

 

 

 

 

 

бания крюка

 

 

 

жение груза на платформе исчезнет. На спе-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

циальной площадке справа в 10 метрах

 

 

 

 

 

 

 

 

 

появится подсвеченная красным зона

 

 

 

15

 

Повернуть стрелу крана вправо

 

Нажать на кнопку звукового сигнала.

 

Подвешенный на крюке груз начинает пере-

 

 

 

 

 

 

 

Перевести вправо рычаг управления пово-

 

мещаться вправо до вертикальной оси под-

 

 

 

 

 

 

 

ротом.

 

свеченной красным цветом зоны

 

 

 

 

 

 

 

Довести груз до вертикальной оси подсве-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ченной красным зоны

 

 

 

 

 

16

 

Остановитьмеханизмповоротаи

 

Нажать на педаль тормоза поворота. Пере-

 

Рычаг управления поворотом в нулевом по-

 

 

 

 

 

задержатьгрузна5–10 снавысо-

 

вести влево рычаг управления поворотом.

 

ложении, подвешенный груз над подсвечен-

 

 

 

 

 

те, дляостановкиколебаний

 

Отпустить педаль тормоза поворота

 

ной красным зоной

 

 

 

17

 

Опустить подвешенный крюк

 

Нажать на кнопку звукового сигнала. Пе-

 

Подвешенный крюк начнет опускаться. При

 

 

 

 

 

до подсвеченной красным зоны

 

ревести вперед рычаг управления подъе-

 

попадании в зону перемещения, он подсвечи-

 

 

 

 

 

 

 

мом. Довести крюк до подсвеченной крас-

 

вается зеленым, т.е. крюк установлен на

 

 

 

 

 

 

 

ным зоны

 

платформу

 

 

 

18

 

Остановить механизм подъема

 

Перевести вперед рычаг управления подъ-

 

Рычаг управления подъемом в нулевом поло-

 

 

 

 

 

 

 

емом

 

жении

 

 

 

19

 

Выключить электропитание

 

Нажать на кнопку электропитания

 

Происходит имитация выключения электро-

 

 

 

 

 

кресло-пульта тренажера

 

 

 

питания, которое подается на кресло-пульт на

 

113

 

 

 

 

 

 

 

реальном кране

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

113

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.5

Показатели качества, вычисляемые в ходе выполнения упражнения

Показатель

Способ расчета

Единица

п/п

качества

показателя качества

измерения

1

Точность уста-

Вычисляется отклонение груза относи-

% от радиуса

 

новки груза

тельно центра специальной площадки

платформы

2

Плавность ус-

Рывок – перемещение рычага подъема с

Наличие или

 

тановки груза

0 положения до 2 или 3.

отсутствие

 

 

Опускание груза на спец. площадку –

рывка

 

 

более чем на 1 ход вперед положения

 

 

 

рычага подъема

 

3

Отклонение от

Вычисляется разница между достигну-

Метры

 

требуемой вы-

той высотой и центром подсвеченной

 

 

соты подъема

зоны

 

4

Плавность по-

Вычисляется угол отклонения груза от

Градусы

 

ворота стрелы

вертикальной оси стрелы

 

 

крана

 

 

5

Число аварий-

Вычисляется число различных аварий-

Безразмерная

 

ных ситуаций

ных ситуаций: соударения, столкновения

величина

 

 

и т.п.

 

6

Время подъема

Вычисляется время выполнения обучае-

Секунды

 

крюка

мым подъема крюка

 

7

Время подъема

Вычисляется время выполнения обучае-

Секунды

 

груза

мым подъема груза

 

8

Время опуска-

Вычисляется время выполнения обучае-

Секунды

 

ния крюка

мым опускания крюка

 

9

Время опуска-

Вычисляется время выполнения обучае-

Секунды

 

ния груза

мым опускания груза

 

10

Время останов-

Вычисляется время выполнения оста-

Секунды

 

ки механизма

новки механизма подъема

 

 

подъема

 

 

11

Время поворота

Вычисляется время выполнения обучае-

Секунды

 

стрелы крана

мым поворота стрелы крана

 

12

Время останов-

Вычисляется время выполнения оста-

Секунды

 

ки механизма

новки механизма поворота

 

 

поворота

 

 

Также создан аналогичный учебный курс для подготовки операторов перегрузочной машины специального назначения [110]. Особенностью данного курса является учет большого чис-

114

ла нарушений техники безопасности при выполнении упражнений: недопустимый рывок груза при его отрыве от поверхности; пропуск обязательного контрольного останова груза при его подъеме; удар груза о препятствие при его переносе; удар груза при его установке; чрезмерное отклонение каната от вертикали; превышение допустимой ошибки при установке груза; чрезмерно быстрое опускание груза; высокая горизонтальная скорость груза при его установке.

Рис. 3.14. Диаграмма деятельности UML для отдельной учебной задачи

115

Хорошо зарекомендовала себя методика чередования обучения на КТК с закреплением навыков на реальных перегрузочных машинах [7]. После формирования у обучаемого очередных операторских навыков по результатам работы на КТК рекомендуется повторение обучаемым упражнения на реальной перегрузочной машине. У обучаемого в реальной рабочей обстановке происходит формирование и закрепление правильной психологической модели управляемой системы. Время обучения на реальной перегрузочной машине, согласно данным исследований [7], значительно сокращается и составляет не более30 % отобщего времениобучения.

3.8. Анализ результатов работы оператора до и после внедрения подсистемы управления формированием навыков

Предлагается экспериментальное обоснование эффективности применения КТК оператора перегрузочной машины как средства формирования сенсомоторных навыков (в частности для определенной версии КТК, комплекса упражнений и/или методики обучения на КТК). Методика проведения подобного эксперимента основана на применении методов математической статистики и изложена в работе академика РАН Д.А. Новикова [96].

Предположим, что собраны две группы обучаемых: экспериментальная и контрольная, каждая по 20 человек. Обе группы успешно прошли тестирование знаний по окончании теоретического этапа обучения.

Первая (контрольная) группа обучалась на КТК перегрузочной машины, в котором система управления формированием сенсомоторных навыков не была реализована. Вторая (экспериментальная) группа обучалась на КТК с реализованной в виде программных модулей системой управления [145, 146].

По завершении практического этапа обучения в ходе проведения эксперимента каждый из обучаемых совершил перенос груза 5 раз. Таким образом, в каждой группе совершено по 100 переносов грузавходевыполненияконтрольного упражнения на КТК.

116

Следует проанализировать результаты формирования сенсомоторных навыков у обучаемых экспериментальной и контрольной групп по таким показателям, как:

время выполнения технологической операции, с;

точность установки груза (отклонение груза относительно центра специальной площадки), % от радиуса платформы;

плавность поворота стрелы крана (угол отклонения груза от вертикальной оси стрелы), градусы.

Оператор даже при неизменных внешних условиях не может подряд точно повторять свои действия [7]. Можно сказать, что действие оператора при каждом управлении носит в известной степени случайный характер. Показатели его работы имеют всегда некоторый разброс. Следовательно, качество и эффективность работы оператора можно оценивать только по средним статистическим данным [147], а опыты в одних и тех же условиях необходимо многократно повторять.

Для каждого из трех показателей, перечисленных выше, по-

лучены следующие данные (Приложение В): x = (x1, x2 , x3 ,..., x100 ) – выборка для экспериментальной группы, y = ( y1, y2 , y3 ,..., y100 ) –

выборка для контрольной группы, где xi ( i =1,100 ) и y j

( j =1,100 ) – элементы выборки, т.е. значения, полученные в ходе

эксперимента. Таким образом, всего получено по 300 элементов для экспериментальной и для контрольной группы.

Выявлено преимущество подготовки операторов экспериментальной группы:

для контрольной группы средняя длительность выполнения технологической операции (переноса груза) составила 61,2 с, а для экспериментальной– 49,5 с, т.е. сократиласьпримернона19 %;

для контрольной группы среднее отклонение груза относительно центра специальной площадки составило 12,6 % от радиуса платформы, а для экспериментальной – 8,8 %, т.е. сократилось примернона30 % (тем самымувеличилась точностьустановкигруза);

117

– для контрольной группы средний угол отклонения груза от вертикальной оси стрелы составил 16,9°, а для экспериментальной – 10,9°, т.е. сократился примерно на 36 % (тем самым увеличилась плавность поворота стрелы крана).

Для того чтобы обосновать различие состояний контрольной и экспериментальной групп по завершении практического этапа обучения, целесообразно использовать статистический критерий Крамера– Уэлча, поскольку данные измерены в шкалеотношений [96].

Эмпирическое значение критерия Крамера – Уэлча рассчитано на основании информации об объемах M и N выборок x и y,

выборочных средних x и y, выборочных дисперсиях Dx и Dy

сравниваемых выборокдля каждогоизтрех показателей:

– для времени выполнения технологической операции:

T

=

M N

x

y

 

 

=

 

100 100

 

 

 

49,5 61,2

 

 

10,53;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

эмп.

 

M Dx + N Dy

 

 

100 30,9 + 100 90,8

 

 

 

 

– для точности установки груза:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

=

M N

x

y

 

 

=

 

100 100

 

8,8 12,6

 

 

7,86;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

эмп.

 

M Dx + N Dy

 

 

100 9,2 + 100 14,9

 

 

 

 

– для плавности поворота стрелы крана:

T

=

M N

x

y

 

 

=

100 100

 

10,9 16,9

 

 

11,38.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

эмп.

 

M Dx + N Dy

 

100 8,0 + 100 19,7

 

 

 

Вычисленное значение критерия в каждом случае Tэмп. > 1,96,

поэтому достоверность различий характеристик контрольной и экспериментальной групп после окончания эксперимента составляет 95 %.

Таким образом, начальные (до начала эксперимента) состояния экспериментальной и контрольной групп совпадают, а конечные

118

(после окончания эксперимента) – различаются. Следовательно, можно сделать вывод, что эффект изменений обусловлен применением в процессе профессиональной подготовки разработанного КТК с соответствующими программными модулями [148] системы управленияформированием сенсомоторныхнавыков.

3.9. Технология создания тренажерных комплексов для обучения операторов

Предложенная математическая модель может быть использована при создании КТК для операторов различных технологических установок с учетом возможных доработок, связанных со спецификой данных процессов.

В процессе проектирования КТК должны быть учтены во взаимосвязи [7]: технология осуществления работ, особенности машины как объекта управления человеком, требования к тренажеру, основы методики обучения, пути технической реализации требований. В случае принятия положительного решения о создании нового КТК производится:

определение базовых марок машин для придания соответствующих свойств тренажерам;

выявление наиболее характерных технологических ситуаций в работе операторов;

изучение характера деятельности операторов в реальных условиях;

анализ рабочего места оператора, органов управления машиной, основных параметров машины как объекта управления;

анализ воспринимаемой и используемой оператором при работе информации;

формулирование требований к работе оператора и его подготовке.

Это дает возможность предъявить основные требования к КТК и к методике обучения на нем, определить роль инструктора. В итоге разрабатывается техническое задание на КТК.

119

Перед проектированием макета КТК необходимо [7]:

определить целесообразный уровень упрощения динамической модели машины, а также информационной модели технологической ситуации;

определить базовые технологические ситуации для отработки навыков, набор упражнений с различными сценариями, уровнем сложности, оцениваемыми показателями качества;

выбрать систему оценок для определения уровня подготовленности обучаемого.

Далее производятся техническая реализация макета КТК, его наладка, тестирование, определение надежности отдельных компонентов и КТК в целом. На макете производится анализ соответствия аналоговой модели машины и информационной модели натурным условиям и задачам обучения.

С помощью макета КТК осуществляется [7]:

разработка проекта методики обучения на КТК совместно

собучением на реальной машине;

проведение на нескольких группах обучаемых сравнительного обучения на тренажере и без него.

После этого по результатам обучения при необходимости выполняется корректировка методики и внесение добавлений и исправлений в конструкцию макета КТК.

Затем следуют завершающие этапы разработки: опытная эксплуатация макета КТК с анализом результатов и разработка опытной серии КТК.

Применение КТК, основанных на разработанной математической модели системы управления, востребовано на начальном этапе формирования компетенций [149, 150] у будущих операторов с целью безопасного формирования необходимых сенсомоторных навыков, исключающего травмы обучаемых, поломку оборудования и другие негативные последствия.

120

Соседние файлы в папке книги