Для ефективного віртуального тренажера необхідно створити зручне для користувача середовище, в якому користувач зможе легко орієнтуватися, зосередивши свою увагу на учбовому матеріалі, питаннях тестів і порядку роботи, а не на управлінні програмою тренажера.

На підставі наявного досвіду можна виділити декілька основних правил при розробці ЕУ:

1. Обов'язкове використання фреймів. Ділення області екрану на декілька самостійних вікон дозволяє вирішити завдання навіації, спростити користувачеві пошук потрібної інформації, ефективніше організувати діалог (контекстні підказки, зауваження, допомога). Бажано, щоб структура фреймів не мінялася значно в ході роботи, оскільки мигання фреймів на екрані буде втомлювати користувача і заплутає його.

2. Необхідно, по можливості, зменшити прокрутку. Краще розбити матеріал на розділи, для проглядання кожного розділу користувач не повинен витрачати багато часу. Ілюстрації, фотографії, анімаційні кліпи повинні бути такого розміру, щоб цілком уміщатися на екрані.

3. Читання великої кількості тексту з екрану стомлює очі, тому текст можна продублювати звуком. Особливо зручно це по відношенню до эл. схемам: замість того, щоб перебігати очима з малюнка на опис, користувач може вивчати схему, слухаючи пояснення до неї.

В Тверському державному технічному університеті розроблена Віртуальна лабораторія, що включає електронний підручник, програму тестування і мультимедійний віртуальний тренажер-імітатор. Програма може бути використана для проведення лабораторних робіт і перевірки знань студентів, але більшою мірою орієнтована на самостійну роботу студентів.

Віртуальний тренажер має два режими роботи: знайомство із стендом і виконання роботи. При розробці тренажера використовувалися фотографії реального стенду. За допомогою редактора тривимірних сцен 3D STUDIO MAX фотографіям доданий об'єм і створена велика кількість анімаційних кліпів рухів елементів стенду. Слід зазначити, що стенд має обмежену кількість рухомих елементів. Це різні стрілки, відмітки шкал, рукоятки, кнопки, тумблери, перемикачі. Решта устаткування нерухома і в програмі тренажера виконує роль фону. Рухомі елементи упроваджувалися на цьому фоні в тривимірні сцени і для них створювалися сценарії анімації.

При виконанні роботи на віртуальному тренажері користувачеві надана така ж свобода дій, як і при роботі з реальним стендом. Користувач не обмежений жорсткою послідовністю дій. У тренажері не реалізована функціональна залежність між рухами елементів, для фіксації станів використовуються цифрові коди. Вони приховані від користувача і міняються по ходу його дій. Зміни кодів примушує рухомі елементи стенду приймати заздалегідь відомі положення. Існує набір станів рухомих елементів стенду, цифрові коди для цих станів жорстко визначені і постійно контролюються, проміжні стани стенду не перевіряються. Таким чином, користувач може досягати бажаних результатів різними шляхами. Наприклад, порядок включення і виключення двох незалежних пристроїв не має значення і користувачеві дозволяється проводити ці операції в довільному порядку. При цьому якщо користувач істотно порушує порядок роботи, так, що на реальному стенді робота не могла б виконуватися, то віртуальний стенд також не працює. Деякі дії користувача можуть викликати так звану "нештатну ситуацію" (моделюється аварія, поломка устаткування), вони спричиняють за собою покарання користувача. Можливість моделювання подібних нештатних ситуацій - одне з достоїнств віртуальних тренажерів, оскільки на реальному дорогому устаткуванні подібні дії студента не допускаються.

ВИКОРИСТАННЯ ТРЕНАЖЕРНИХ СИСТЕМ В АВІАЦІЇ

У сучасному світі існує чимало професій, які характеризуються поєднанням праці підвищеної складності й особливої відповідальності за наслідки виконання завдання. Особливо це стосується професії льотчика. Особливості діяльності льотного складу, робота на межі людських можливостей, наявність емоціогенних чинників визначають головну проблему - професійної надійності пілота. Якщо в 30-х роках з вини льотного складу сталося 35-40% аварій та катастроф, то в 50-х рр. ця цифра становила 55%, у 70-х - 60-65%, у 80-90 рр. - 70-75%, у 2000 р. - 92%.

За статистичними даними, в авіації 80-85% аварій і катастроф відбуваються з вини людини. Тільки за 3 місяці 2004 долі у світі сталося 13 аварій і катастроф (у тому числі 10 - з вини пілотів), в яких загинуло 124 людини. У Військово-повітряніх Силах (ВПС) людський чинник найбільш виражений, бо льотна діяльність пілота, як правило, постійно відбувається в екстремальних умовах.

Встановлено, що професійна надійність льотного складу в екстремальних умовах залежить від рівня знань, навичок і умінь особистості в управлінні повітряним судном, високого рівня мотивації, оперативного мислення, емоційної стійкості, розподілу і перемикання уваги й інших професійно важливих якостей. Саме ці взаємопов`язані якості є основою професійної надійності пілотів, що забезпечують безпеку польотів за людським чинником.

Дослідження (Д.В. Гандер, В.О. Пономаренко, Р.М. Макаров та інші) показали, що професійна діяльність пілота при управлінні повітряним судном пов'язана з великим нервово-емоційним напруженням, особливо через вплив екстремальних чинників. Навіть незначна втрата стійкості організму до негативних впливів середовища може призвести до трагічних наслідків.

Аналіз аварійності показує, що в основі помилкових дій пілотів лежать невміння: працювати в перевантаженому інформаційному полі в умовах ліміту і дефіциту часу; будувати концептуальну модель образу польоту в нештатних ситуаціях; створювати і реалізовувати образ діяльності при моделюванні нестандартних елементів польоту.

У другій половині ХХ століття було виконано величезну кількість робіт з проблеми людського чинника. Створення науково-дослідного випробного інституту авіаційної і космічної медицини в 50-х роках ХХ століття в СРСР, а також подібних центрів, авіаційних шкіл і лабораторій при університетах США та в інших країнах дозволило розробити науково-теоретичну базу для рішення медико-біологічних проблем, ергономіки, психології і психофізіології льотної праці, авіаційної та інженерної психології. Віконані дослідження стали підгрунтям для розробки перспективних літаків і навчально-тренувальних засобів, у тому числі - електронних комплексних тренажерних систем, які відіграють особливу роль у формуванні професійної надійності льотного складу.

Дослідження сучасних вчених (К.К. Платонов, В.Г. Кузнєцов, Ю.В. Воронцов, І.В. Жарикова, Є.І. Шерешев, Р.М. Макаров та інші) показали, що тренажери є не лише ефективним засобом формування професійно важливих якостей пілота, але й засобом прогнозування професійної надійності пілота в польоті.

КОМПЛЕКСНИЙ ТРЕНАЖЕР ЕКІПАЖУ ЛІТАКА

Розглянемо один із авіаційних тренажерів, який симулює роботу військового літака МІГ-29.

Комплексний тренажер для літака МІГ-29, створений фахівцями ЦНТУ "Динаміка", поставлений ВВС Бірми. Тренажер призначений для навчання і тренування льотного складу по різних видах льотної і бойової підготовки, а також привчання стійких навиків в роботі з устаткуванням кабіни при вирішенні наступних завдань:

· підготовка і перевірка устаткування кабіни перед вильотом;

· запуск, прогрівши, випробування двигунів;

· рулювання, заняття початкового положення для зльоту з різних злітних дистанцій;

· зліт з бетонною БВПП;

· виконання маршрутних польотів з використанням пілотажно-навіаційного комплексу в різних метеоумовах;

· виконання польотів на пілотаж;

· взаємодія з наземним оператором;

· захід і виконання посадки в різний час доби;

· виконання польотів з використанням дублюючих приладів;

· відпрацювання дій в особливих випадках і нештатних ситуаціях на різних етапах польоту;

· перехоплення повітряних цілей під час проходження бою на середніх і малих відстаннях;

· проведення ближнього маневреного бою з використанням системи целеспрямування і застосуванням ракет з візуальною імітацією процесу;

· поразка візуально видимих наземних (морських) цілей при застосуванні штатних варіантів озброєння і різних режимів роботи СУВ з візуальним відображенням всіх етапів застосування зброї.

Завдяки використанню новітніх комп'ютерних технологій склад устаткування тренажера в порівнянні з тренажерами попереднього покоління скоротився до наступних модулів:

· кабіна;

· стійка електроживлення;

· обчислювальний комплекс;

· імітатор візуальної обстановки;

· робоче місце інструктора;

· маслонасосная станція;

· допоміжний тренажер.

Кабіна тренажера виконана на основі носової частини фюзеляжу реального літака і оснащена повним комплектом приладів, важелів, пультів і табло. Використана штатна система завантаження важелів управління.

Система візуалізації:

· система комп'ютерного синтезу зображення позакабінної обстановки, створена на базі могутніх IBM комп'ютерів і графічних прискорювачів GeForce (дозвіл 1248 х 1024, частота зміни кадрів не менше 30 кадрів в секунду);

· проекційний тракт, що складається з шести проекторів, блоків зшивання зображень фірми 3D-perception і циліндрового натяжного екрану; завдяки використанню цього устаткування і спеціального ПО досягаються кути поля зору FOV (120°H x 60°V) при забезпеченні злитої і неперервності зображень у всіх шести каналах.

Індикатор на лобовому склі представлений в центральному каналі у вигляді геометричного і інформаційного аналога штатного зразка. Завдяки спеціальному програмному забезпеченню і ретельному юстируванню системи цілеспрямування (НСЦ) вдалося добитися функціонування штатної системи в тренажерному середовищі.

Допоміжний тренажер призначений для попередньої підготовки льотного складу в режимі автономної від основної кабіни роботи, а також для імітації дій другого літака при спільній роботі з основною кабіною (польотах «в парі»).

До складу допоміжного тренажера входять:

· монтажна стійка;

· монітори для імітації приладової дошки і позакабінного оточення;

· двомашинний обчислювальний комплекс.

В процесі виходу програмного забезпечення тренажера брали участь льотчики МА ВМФ, ВВС, ЛІІ і РСК МіГ. По відгуках льотчиків, на тренажері вдалося добитися адекватності динамічної моделі літака і його озброєння реальному пристрою, а також хорошої якості системи візуалізації. Це дозволяє відпрацьовувати на тренажері всі режими пілотування і бойового застосування аж до таких складних, як «штопор» і «звалювання».

Споживча потужність: ~ 20 кВт; модуль електроживлення тренажера під'єднується до промислової мережі (50 Гц, 220 В, 380 В).

Тренажер успішно пройшов Державні Випробування ГЛІЦ ВВС.

Тренажер створений в кооперації з РСК «МіГ», ЦАГИ, ГОСНІІАС.

Кабіна тренажера має вигляд:

Кабіна інструктора:

Крім авіації тренажери часто застосовуються і у інших областях, наприклад в атомній енергетиці чи в різноманітних рефрежераторних установках. Розглянемо викоритання подібних тренажерів для навчання роботи на суднових холодильних установках.

Тренажерна підготовка фахівців знайшла застосування в авіації, судноводінні, ракетно-космічній техніці, тобто в тих областях, де навчання на справжньому об'єкті зв'язане з великими витратами, а часом і з небезпекою виникнення аварійних ситуацій. В значній мірі ці обставини займають велике місце в підготовці експлуатуючого персоналу суднових холодильних установок, що є об'єктами підвищеної небезпеки. Застосування тренажерів, тобто об'єктів, в тому або іншому ступені відтворюючих справжній об'єкт експлуатації, дозволяє персоналу, що навчається, отримати навики експлуатації і найбільш ефективного використання устаткування, що дає можливість надалі, в умовах нормальної експлуатації уникнути багатьох ускладнень і аварійних ситуацій, особливо при експлуатації СХУ. Холодильні установки відносяться до об'єктів підвищеної небезпеки, помилки в експлуатації яких можуть привести до катастрофічних наслідків і загибелі експлуатуючого персоналу установки і членів екіпажу рефрижераторного корабля.

Ці обставини вимагають певних підходів при розробці тренажерної техніки, виходячи з поступовості вивчення і освоєння процесів експлуатації і вдосконалення навиків відповідно до ускладнення завдань експлуатації на кожному послідовному рівні.

В зв'язку з цим, стосовно суднових холодильних установок, доцільна розробка тренажерів, відповідних різним завданням експлуатації у міру їх ускладнення.

Виходячи з викладеного, представляється доцільною розробка тренажерів СХУ різних типів, що забезпечують початкову підготовку експлуатуючого персоналу (рефмашиністів), вирішення складних експлуатаційних завдань (підготовку рефмехаників) і вирішення завдань аналізу і оптимізації експлуатації стосовно конкретних змінних умов для різної промислової і кліматичної обставини.

Додатково до вказаних типів тренажерів доцільна розробка тренажерів для вивчення фізичних явищ, що відбуваються в основних вузлах суднової холодильної установки: у генераторах холоду - холодильних машинах різних типів, споживачах холоду різних типів і елементах генераторів і споживачів холоду.

Програма навчання фахівців в області суднової холодильної техніки передбачає підготовку фахівців нижчої ланки - рефрижераторних машиністів і вищої ланки - рефрижераторних механіків. Рефрижераторні машиністи повинні добре знати пристрій СХУ, уміти вести нормальну експлуатацію, визначати аварійні ситуації і знаходити виходи з них.

Рефрижераторні механіки керують роботою рефрижераторних машиністів, погоджують роботу холодильних установок з технологічною службою, визначають оптимальні параметри холодильно-технологічного устаткування, прогнозують режими роботи і ефект устаткування в різних умовах.

Для вирішення цих основних завдань необхідно мати тренажери різних типів, що дозволяють забезпечити послідовний перехід від простіших завдань до складніших.

ТРЕНАЖЕР - "ПУЛЬТ-ТАБЛО ЧЕРГОВОГО ПО СТАНЦІЇ"

Розглянемо ще один приклад застосування компютерних тренажерів - тренажер, призначений для навчання та тренування диспетчерів.

Тренажер призначений для навчання і тренування диспетчерів, начальників станцій, чергових по станції і що вчаться і студентів залізничних спеціальностей управління роботою з.д. станції середнього класу і контролю за поїздовою обстановкою на станції. Застосування даного тренажера дозволяє істотно підвищити безпеку руху і якість роботи персоналу станції за рахунок збільшення досвіду роботи, зокрема, і в нештатних ситуаціях, що моделюються тренажером.

Тренажер представляє комп'ютерну систему, в яку входять:

· головний комп'ютер, керівник роботою тренажера, що реалізовує вибраний сценарій тренування, що формує 3D-графичне представлення обстановки на станції;

· пульт-табло, в яке входить від 200 до 500 активних і пасивних осередків, що є елементами управління і індикації;

· пристрої графічного відображення, як які можуть застосовуватися від одного до трьох моніторів або плазмових панелей;

· інструментальний комп'ютер, призначений для створення в САПРе опису конкретної станції.

Основні відмінності даного тренажера від подібних :

· можливість динамічної конфігурації пульт-табло. Для кожного тренування можна зібрати, як з кубиків, пульт-табло потрібної конфігурації, наприклад, для конкретної станції. В цьому випадку, можна проводити тренування персоналу в обстановці, максимально наближеної до умов реальної роботи;

· 3D-графіка дозволяє візуально спостерігати поїздову обстановку на станції, що також максимально наближає тренування до реального життя;

· наявність спеціалізованої САПР для створення необхідної конфігурації пульт-табло.

Осередки пульт-табло виконані на основі мікроконтролерів Atmel серії AVR підключаються до головного комп'ютера через інтерфейс RS232C. Застосування спеціальних осередків-шлюзів дозволяє підключати до 1022 осередків, що дозволяє макетувати станції середнього класу з путнім розвитком практично будь-якої складності. Ще однією особливістю тренажера є можливість його роботи як в автономному режимі, коли все "життя" станції моделює головний комп'ютер, так і у складі "Віртуальної залізниці" (ВЖД), підключаючись через Internet з'єднання до сервера ВЖД. Це дозволяє одночасно проводити загальні тренування необмеженої кількості персоналу, що знаходяться на необмеженій відстані, що особливо привабливо для Російських залізниць, що мають протяжність сотні кілометрів (в межах однієї дороги).

Загальний вигляд пульта

ВИКОРИСТАННЯ КОМП'ЮТЕРНИХ ТРЕНАЖЕРІВ В ЗБРОЙНИХ СИЛАХ УКРАЇНИ

1. http://disser.com.ua

2. http://observer.sd.org.ua/

3. http://www.transas.ru/products/simulators/

4. Автореф. дис... канд. пед. наук: 13.00.02 / Ю.В. Щербина; Укр. інженер.-пед. акад. -- Х., 2004. -- 20 с. -- укp.

5. Автореф. дис... канд. пед. наук: 13.00.02 / О.М. Керницький; Укр. інж.-пед. акад. -- Х., 2005. -- 19 с.: рис. -- укp.