SU826392A1 - Тренажер оператора автоматизированной системы управления 1 - Google Patents

Description

(54) ТРЕНАЖЕР ОПЕРАТОРА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

I

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике, в частности к тренажерной технике, и может быть использовано при обучении операторов систем управлени  на тренажерах.

Известны тренажеры, в которых предусмотрена возможность оценки операторской де тельности в процессе тренировки 1 и 2

К недостаткам этих устройств следует отнести то, что,позвол  -оценивать де тельность обучающегос  при решении им различных задач, например, диагностических, по управлению подвижным объектом, по вводу информации в систему, по распознаванию визуально наблюдаемых объектов, они вырабатывают оценку без учета психологических особенностей оператора, про вл ющихс , в частности, в степени напр женности его де тельности в процессе отработки навыков на тренажере.

Кроме того, известны тренажеры, в которых предусмотрена возможность определени  напр женности оператора 3 и 4.

Однако в одном из них оценка эмоциональной напр женности оператора основана на измерении его электрокожной проводимости , дл  чего Необходимо применение специальных контактных датчиков, уста-навливаемых на поверхности тела оператора . А это создает значительные неудобства дл  оператора и вводит в процесс обучени  помехи, отсутствующие в реальных услови х.

Другой тренажер позвол ет получить характеристики , определ ющие психофизиологические возможности оператора, завис щие не только от уровн  обученности 4.

Использование указанных характеристик при оценке де тельности обучающихс  нецелесообразно .

Из известных тренажеров наиболее близким к изобретению  вл етс  тренажер, содержащий блок управлени , подключенный через блок задани  эталонов к блоку сравнени , через блок задани  программы обучени  - к блоку предъ влени  информации и через первый вычислитель - к блоку ввода ответных действий оператора и к блоку сравнени , , соединенному с блоком ввода ответных действий оператора, с блоком совпадени  и с блоком выдачи консультативной информации, второй вычислитель, соединенный с блоком регистрации и с блоком моделировани  процесса решени  задачи оператором, блок пам ти, св занный с блоком сравнени  и -с двум  дополнительными вычислител ми, один из которых через счетчик времени соединен с блоком совпадени , подключенным к блоку задани  эталонов 5. Недостатком известного устройства  вл етс  то, что при выработке оценки учитываютс  лишь правильность, точность и врем  выполнени  действий и не учитываетс  степень напр женности операторской де тельности при отработке навыков, Следовательно , такое устройство не позвол ет дифференцированно оценить уровень подготовки операторов, достигших одинаковых показателей эффективности де тельности, но затрачивающих на выполнение задани  различные усили . А это, в свою очередь, приводит к снижению достоверности вырабатываемой оценки и к сужению функциональных возможностей устройства. Цель изобретени  - расширение дидактических возможностей и повышение точности тренажера, что повышает достоверность оценки де тельности обучающихс  операторов . Указанна  цель достигаетс  тем, что, тренажер, содержащий последовательно вкелюченные пульт преподавател , блок программного управлени , пульт обучаемого , первый вычислитель, блок сравнени , первый элемент И, счетчик времени, второй вычислитель и блок оперативной пам ти, соединенный первым выходом со вторым входом второго вычислител , а входом - со вторым выходом блока сравнени , третий выход которого подключен ко входу блока индикации, второй вход - ко второму выходу пульта обучаемого, третьи входы - к первым выходам блока посто нной пам ти, соединенного первым входом с выходом первого элемента-, а вторым входом - с выходом пульта преподавател , первый вход которого подключен к выходу третьего вычислител , выход блока программного управлени  соединен со вторым входом первого вычислител , введены последовательно включенные блок интегрировани , блок делени  кодов, амплитудный детектор, компаратор и второй элемент И, выход которого соединен со вторым входом пульта преподаватёл , а второй вход - со вторым выходом блока сравнени , подключенного четвертым выходом к первому входу третьего вычислител  и ко второму входу амплитудного детектора, третий вход которого соединен с выходом компаратора, а выход - со вторым входом третьего вычислител  и ко второму входу амплитудного детектора, третий вход которого соединен с выходом компаратора , а выход - со вторым входом третьего вычислител , подключенного третьими вхОдами ко вторым выходам блока оперативной пам ти, вход блока интегрировани  соединен со вторым выходом второго вычислител , третий вход которого подключен к выходу первого элемента И, второй вход блока делени  кодов соединен с выходом счетчика времени, второй вход компаратора, подключен ко второму выходу блока посто нной пам ти. Критерием оценки операторской де тельности  вл етс  веро тность правильного решени  задачи за заданное врем . Эта веро тность вычисл етс  на специально построенной модели обучаемого оператора, котора  имеет структуру, подобную структуре реальНОИ де тельности и определ ющуюс  видом отрабатываемой на тренажере задачи. Параметры модели соответствуют показател м эффективности операторской де тельности- веро тност м правильного выполнени  отдельных действий и плотност м распределени  времени выполнени  этих действий. Эти показатели вычисл ютс  в ходе тренировки по результатам контрол  за де тельностью обучаемого и присваиваютс  соответствующим параметрам модели. Таким образом, осуществл етс  подстройка параметров модели, т. е. модель обучаемого  вл етс  адаптивной. Дл  вычислени  оценки операторской де тельности на модели проводитс  сери  статистических испытаний, каждое из которых представл ет собой имитацию рещени  оператором отрабатываемой им задачи. В качестве подлежащего учета психологического фактора прин та темпова  напр женность , котора  обусловлена ограничением имеющегос  в распор жении оператора времени на решение сто щей перед ним учебной задачи. Уровень этой напр женности характеризуетс  величиной коэффициента темповой напр женности (КТН), определ емого как отношение фактического времени выполнени  действи  обучаемым на тренажере оператором к среднему времени, полученному по результатам предыдущих решений задачи. Значени  КТН, превосход щие единицу, свидетельствуют о повышенной степени напр женности , оказывающей дезорганизующее воздействие на процесс де тельности и создающей дефицит времени на выполнение оставщейс  части задачи. Стабилизаци  величины КТН  вл етс  признаком автоматизма в действи х оператора, что в сочетании с высокими показател ми эффективности его де тельности свидетельствует о достижении нормативного уровн  обученности . Выработка КТН позвол ет в предлагаемом тренажере оценить де тельность обучающегос  не только по показател м ее эффективности ,. но и с учетом уровн  темповой напр женности оператора. На фиг. 1 изображена блок-схема тренажера; на фиг. 2 - принципиальна  схема амплитудного детектора; на фиг. 3 - принципиальна  схема компаратора. В состав тренажера входит пульт 1 преподавател , который включает в себ  управл ющую и регистрирующую аппаратуру и соединен с блоком 2 программного управлени , предназначенным дл  задани  программы обучени  и содержащим набор программ , соответствующих отрабатываемым оператором задачам. Кажда  программа определ ет последовательность и параметры информационных сигналов, предъ вл емых оператору на информационной панели пульта 3 обучаемого, вход которого подключен к выходу блока 2. Данные, отображаемые на информационной панели, пульта 3 определ ют характер де тельности обучаемого , которьш формирует свои исполнительные действи  с помощью органов управлени  пульта 3. Выходы пульта 3 непосредственно и через вычислитель 4, предназначенный дл  вычислени  ощибок измерени  параметров сигналов и соединенный с блоком 2, подключены ко входам блока 5 сравнени . Этот блок служит дл  контрол  де тельности оператора путем сравнени  последовательности выполнени  действий и достигнутой точности измерени  с эталонными последовательност ми и допустимыми значени ми ощибок измерени , которые хран тс  в блоке 6 посто нной пам ти, соединенном с выходом пульта 1 и с другими входами блока 5. Выходы блока 5 подключены ко входу блока 7 индикации, предназначенного дл  выдачи обучаемому в случае его неправильных или неточных действий консультативной информации в виде подсказки ко входу блока 8 оперативной пам ти, служащего дл  хранени  параметров модели оператора и обмена ими с вычислител ми, и ко входу элемента И 9, а также ко входам элемента И 10, ко входу вычислител  11, предназначенного дл  вычислени  оценки де тельности оператора и св занного с пультом 1, и ко входу амплитудного детектора 12, которьш осуществл ет выбор и запоминание максимального значени  коэффициента темповой напр женности по всем действи м, выполненным оператором при рещении отрабатываемой задачи. Выход элемента И 10, подключен к блоку 6 посто нной пам ти, а также через счетчик 13 времени и непосредственно - к вычислителю 14, предназначенному дл  определени  параметров модели оператора (дл  реализации алгоритмов адаптации). Вычислитель 14 соединен входом и выходом с блоком 8 оперативной пам ти, который подключен ко входам вычислител  11. Выход амплитудного детектора 12 св зан с компаратором 15 и с вычислителем 11. Компаратор 15 предназначен дл  выработки сигнала превыщени  максимальным значением КТН допустимого значени . Второй вход компаратора 15 св зан с блоком 6 посто нной пам ти, а выход - с элементом И 9, подключенным к пульту 1, и с амплитудным детектором 12. Вход амплитудного детектора 12 соединен через блок 16 делени  кодов , служащий дл  вычислени  коэффициентов темповой напр женности, со счетчиком 13 времени и с блоком 17 интегрировани , в котором определ етс  средн   по всем тренировкам длительность выполнени  обучаемым каждого действи . Вход блока 17 подключен к выходу вычислител  14. Амплитудный детектор 12 реализован на операционных усилител х, по схеме с режимом сброса (фиг. 2). Дл  фиксации максимального уровн  сигнала используетс  цепь из диода 18 и конденсатора 19. Операционный усилитель 20 служит дл  согласовани  схемы с источником входного сигнала - блоком 16, усилитель 21 (со входом на полевом транзисторе) - дл  обеспечени  требуемой длительности запоминани . Цепи «конденсатор 22- диод 23 и «конденсатор 24 - резистор 25 обеспечивают устойчивость операционных усилителей. Дл  сброса схемы предназначены контакты электромагнитного реле 26, которые замыкаютс  при подаче сигнала превыщени  и сигнала КОНЕЦ ЗАДАЧИ на его обмотку. Компаратор 15 выполнен на операционном усилителе 27 по схеме амплитудного дискриминатора с двум  суммирующими резисторами 28 и 29(фиг. 3). Схема ограничени  на диодах 30и 31, включенна  в цепь обратной св зи, позвол ет получать на выходе компаратора 15 сигнал только двух уровней и„,1 - отсутствие сигнала превыщени , U ,, - наличие сигнала превыщени . Блок 16 конструктивно выполнен на потенциометрах, управл емых щаговыми искател ми. Тренажер работает следующим образом. Преподаватель осуществл ет выбор и задание совокупности предъ вл емых оператору сигналов путем ввода с помощью управл ющей аппаратуры пульта 1 в блок 2 и в блок 6 номера программы обучени . Последовательность сигналов, выработанных блоком 2 в реальном масщтабе времени в соответствии с введенным в него номером программы индицируетс  на информационной панели пульта 3. Сигналы о результатах ответных действий оператора, реализуемых с помощью органов управлени  пульта 3, поступают на вход блока 5 дл  контрол  правильности последовательности действий оператора и на вход вычислител  4, где определ етс  величина ощибки, допущенной обучаемым при измерении параметров предъ вл емых ему сигналов. Истинные значени  измер емых параметров подаютс  на другой вход вычислител  4 с выхода блока 2. В блоке 5 выполненные оператором действи  сравниваютс  с этаонной последовательностью, а фактические ощибки измерени , поступивщие из вычисител  4 - с допустимыми величинами. Элементы эталонной последовательности и допустимые ошибки измерени  выбираютс  в блоке 6 в соответствии с введенным в него номером программы обучени . Если выполненное действие соответствует требуемому и достигнута  точность измерени  параметров сигналов находитс  в допустимых пределах , считаетс , что действие выполнено обучаемым правильно. В этом случае блок 5 вырабатывает два выходных сигнала, поступающих на элемент И 10, на выходе которого по вл етс  обобщенный сигнал ВЕРНО , поступающий в вычислитель 14 и в счетчик 13 дл  его остановки, обнулени  и повторного запуска, а также используемый дл  выбора в блоке 6 величин, соответствующих следующему действию эталонной последовательности . При этом из блока 5 сигнал в видекода выполненного действи  подаетс  на вход элемента И 9, и на вход блока 8 дл  выбора в нем параметров модели оператора , соответствующих выполненному действию и вычисленных при предыдущем решении задачи обучаемым. По сигналу с эле .мента И 10 в счетчике 13 определ етс  врем  -г 1 выполнени  оператором очередного действи , которое затем поступает в вычислитель 14 и в блок 16. Выбранные в блоке 8 предыдущие значени  параметров модели также поступают в вычислитель 14, где используютс  дл  определени  текущих значений параметров, .характеризующих уровень подготовки оператора на данном этапе процесса обучени . Полученные значени  веро тности и плотности распределени  запоминаютс  в блоке 8, а плотность, кроме того, поступает в блок 17, где с ее помощью вычисл етс  среднее значениег1(.времени выполнени  обучаемым очередного действи . Вычисленные значени  TJ. ,используютс  затем в блоке 16 дл  вычислени  коэффициента темповой напр женности при выполнении данного действи  по формуле

КТН. - -J. --J-,

cp

Полученные значени  КТН в виде посто нного напр жени  поступают на вход 1 амплитудного детектора 12, который осуществл ет непрерывную фиксацию максимального коэффициента и подачу его на входы вычислител  11 и компаратора 15. В качестве порогового напр жени  в компараторе 15 используетс  поступающее из блока 6 допустимое значение КТНдоп.Если максимальное значение КТН превыщает допустимое , что свидетельствует о высокой степени напр женности оператора при выполнении им некоторого действи , то с выхода компаратора 15 выдаетс  сигнал открывающий элемент И 9, в результате чего код действи , выполненного оператором с повыщенной напр женностью, поступает на пульт 1, где фиксируетс  регистрирующей аппаратурой. Эта информаци  позвол ет обучающему сделать .вывод об отсутствии навыка , доведенного до автоматизма, и удел ть основное внимание при дальнейших тренировках на отработку действий, требующих от оператора значительных усилий.

Сигнал превыщени  с выхода блока 15 поступает, кроме того, на вход 2 амплитудного детектора 12 дл  сбора зафиксированного максимального значени  коэффициента темповой напр женности.

Если при решении обучаемым задачи

им либо нарушена требуема  последователь ность действий, либо превышена допустима  погрешность измерени , т. е. совершена ощибка, то один или оба сигнала на входе элемента И 10 отсутствуют, в результате чего отсутствует сигнал и на его выходе . В этом случае в вычислителе 14 не производитс  определение текущего значени  веро тности. Кроме того, в случае ошибки обучаемому выдаетс  на блоке 7 рекомендаци  по исправлению допущенной им ошибки в виде поступающих из блока 5 подлежащего выполнению эталонного действи  и (или) допустимой ощибки измерени . После исправлени  ошибки сигнал ВЕРНО с выхода элемент И 10 поступает в вычислитель 14, где происходит вычисление текущего значени  веро тности с учетом того, что при выполнении данного действи  была допущена ошибка. Предусмотренна  в тренажере возможность исправлени  ощибок позвол ет продолжать процесс решени 

задачи и всегда доводить его до конца, что  вл етс  необходимым условием вычислени  оценки с помощью модели.

Когда оператором выполнено последнее действие предписанного - алгоритма, из

блока 5 выдаетс  сигнал КОНЕЦ ЗАДАЧИ, поступающий на вход вычислител  11. По этому сигналу в вычислителе 11 начинаетс  статистическое моделирование процесса решени  задачи оператором с параметрами

присущими ему после проведенных тренировок . При этом используетс  совокупность вычисленных на данном этапе обучени  параметров модели оператора, поступивших из блока 8. После проведени  серии испытаний полученные статистические данные

используютс  дл  получени  зависимости веро тности правильного решени  задачи от времени, характеризующей уровень подготовки обучаемого после проведенных тре нировок. Значение этой веро тности, соо ветствующее нормативному времени, .делитс  на КТН„ц,, поступивший с выхода амплитудного детектора 12. Полученна  влтичина принимаетс  за оценку де тельности обучаемого оператора и выдаетс  в регистрирующую аппаратуру пульта 1. Сигнал

КОНЕЦ ЗАДАЧИ из блока 5 пос-у. также на вход 3 амплитудного детектора 12, в результате чего происходит сброс .максимального значени  коэффициента темповой

напр женности, зафиксированного к концу решени  задачи. Это необходимо дл  правильной работы схемы при следующем решении задачи обучаемым.

По сравнению с известными, в предлагаемом тренажере предусмотрена возможность учета темповой напр женности при выработке оценки операторской де тельности , что приводит к .повышению достоверности этой оценки;

Кроме того, обучающий обеспечиваетс  дополнительной информацией, в виде сигнала о превышении допустимой величины напр женности с фиксацией кода действи , выполненного оператором с повышенной напр женностью. Это позвол ет обучающему судить об уровне развити  отрабатьшаемого на тренажере навыка и обоснованно выбирать дальнейшие шаги в ходе тренировки . Тем самым, расшир ютс  функциональные возможности тренажера и устран етс  присущий известным устройствам недостаток, который состоит в недифференцированном подходе к оценке уровн  подготовки операторов, работающих с разной степенью напр женности. Индивидуализаци  процесса обучени , а также возможность получени  оценки с высокой степенью достоверности позвол ют сократить сроки и повысить качество подготовки операторов. Кроме того, необходимо отметить, что при определении уровн  напр женности не требуетс  применение специальных датчиков, внос щих в процесс обучени  отсутствующие в реальных услови х помехи и неудобства. Этим достигаетс  значительное приближение условий тренировки к реальным, что также приводит к повышению качества подготовки обучающихс  операторов.

Claims (5)

1.Авторское свидетельство СССР № 602983, кл. G 09 В 7/02, .1977.

2.Авторское свидетельство СССР № 616651, кл. G 09 В 7/00, 1977.

3.Авторское свидетельство СССР № 590805, кл. G 09 В 9/00, 1976.

4.Авторское свидетельство СССР 643957, кл. G 09 В 19/00, 1978.

5.Авторское свидетельство СССР

по за вке № 2628137/18-24, кл. G 09 В 9/00, 1978 (прототип).