Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

• СОДЕРЖАНИЕ
• ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАШЕНИЙ
• ВВЕДЕНИЕ
• 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
• 1.1 Анализ перспектив развития электромеханических систем, применяемых в артиллерии
• 1.2 Анализ подходов к подготовке номеров расчета самоходных артиллерийских орудий
• 1.3 Анализ существующей учебно-тренировочной базы системы подготовки номеров расчета самоходных артиллерийских орудий
• 2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ СОВРЕМЕННОГО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КЛАССНОГО МОДУЛЬНОГО ТРЕНАЖЕРА
• 2.1 Подход к определению рациональной конфигурации обучающей системы
• 2.2 Концептуальная структура классного модульного тренажера
• 2.3 Обоснование содержания требований к элементам классного модульного тренажера
• 2.4 Оценка качества обучения
• 2.4.1 Устройство контроля своевременности выполнения действий номерами расчета
• 2.4.2 Подход к определению потенциального времени выполнения алгоритмов номерами расчета
• 3. ВЫРОБАТКА ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ К СОЗДАНИЮ КЛАССНОГО МОДУЛЬНОГО ТРЕНАЖЕРА
• 3.1 Тактико-технические требования к разработке классного модульного тренажера 2С19
• 3.2 Выработка рекомендаций по расчету затрат на формирование у
• номеров расчета требуемого уровня обученности
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Перечень сокращений

ЭМС - электромеханическая система;

АО - автоматизированное обучение;

АСУ - автоматизированная система управления;

ИАСО -интеллектуальная автоматизированная система обучения;

КИАС - комплект имитации артиллерийской стрельбы;

КТО - компьютерные технологии обучения;

НИТО - новые информационные технологии обучения;

ОЗ - огневая задача;

ПО - программное обеспечение;

ППП - пакет прикладных программ;

ПСО -программное средство обучения;

ПЭВМ - персональная электронно-вычислительная машина;

РВ и А - Ракетные войска и артиллерия;

САО - самоходное артиллерийское орудие;

УТК - учебно-тренировочный комплекс;

УТС - учебно-тренировочное средство;

СПП - система профессиональной подготовки;

СОИ - средства отображения информации;

ТСО - технические средства обучения;

УМБ - учебно-материальная база;

КМТ - классный модульный тренажер;

УМК - учебно-моделирующий комплекс;

ОКР - опытно-конструкторская работа.

Введение

Широкая автоматизация современных электромеханических систем, применяемых в качестве огневых средств артиллерийских подразделений, позволяет освободить номеров расчёта от некоторых трудоёмких, стереотипных и вспомогательных операций, и в свою очередь, перенести центр тяжести их деятельности в сферу интеллектуального труда. То есть предъявить более высокие требования к уровню профессиональной подготовки к качеству принимаемых решений номерами расчета.

Влияние человеческого фактора очевидно. Так по данным печати от 50 до 80% всех аварий и катастроф в авиации происходит по вине человека, на флоте 60%. Недостатки в учёте возможностей человека являются причиной снижения надёжности ракетных и радиоэлектронных систем примерно в 25% случаев. Установлено, что эффективность современных артиллерийских комплексов в ряде случаев реализуется лишь на 60-70%. Анализ боевого применения существующих и испытания новых САО показывает, что сроки освоения образцов увеличиваются в 2-3 раза, увеличивая при этом расходы на эксплуатацию и профессиональную подготовку номеров расчётов.

Тема выпускной квалификационной работы:

Разработка структурно-функциональной схемы тренажера, как сложной электромеханической системы

Целевая установка: на основе анализа перспектив развития артиллерии и подходов к подготовке номеров расчета самоходных артиллерийских орудий, разработать структурно-функциональную схему классного модульного компьютерного тренажера и выработать технические требования к нему

Актуальность данной темы обусловлена моральным отставанием существующих УТС от возможностей технического прогресса.

1. Постановка задачи исследования

артиллерийский орудие компьютерный тренажер

1.1 Анализ перспектив развития электромеханических систем,

применяемых в артиллерии

Использование достижений науки и техники в области электроники, вычислительной техники, телекоммуникаций, металловедения, перспективных технологий производства взрывчатых веществ и порохов, обеспечивает качественное изменение облика отечественной артиллерии на настоящем этапе.

При этом основными направлениями совершенствования САО должны стать:

оснащение бортовой системой управления, включающей центральную ЭВМ с блоками топопривязки, вычисления установок стрельбы, управления автоматом заряжания и автоматизированной системой прицеливания и наведения;

автоматизация процессов подготовки выстрелов, заряжания и восстановления наводки.

В области создания артиллерийских систем, указанные направления реализуются в настоящее время в 120-мм САО «Вена» и 152-мм артиллерийском комплексе 2С19-М «Мста-СМ».

Сравнительные характеристики основных образцов семейства Мста представлены в таблице 1.1

Таблица 1.1 - Сравнительные характеристики образцов артиллерийских систем семейства Мста

Характеристики	2С19	2С19М1	2С19М1-155
Физические значения	Масса Габаритные размеры	Длина Ширина Высота Клиренс	42000 кг 11,91 м 3,38 м 2,98 м 0,45 м	42000 кг 11,91 м 3,38 м 2,98 м 0,45 м	43000 кг 12,42 м 3,38 м 2,98 м 0,45 м
Вооружение	Калибр Длина ствола Скорострельность Сектор обстрела Максимальная дальность стрельбы: ОФС (3ОФ43) ОФС с ГГ (3ОФ61) УАС Краснополь	По вертикали По горизонтали	152 мм 47 клб. 8 в/мин от - 4о до + 68о 360о 24,7 км 29,0 км 20,0 км	152 мм 47 клб. 8 в / мин от - 4о до + 68о 360о 24,7 км 29,0 км 20,0 км	152 мм 52 клб. 6-8 в / мин от - 4о до + 70о 360о 30,0 км (L15A1) 41,0 км (ERFB BB)
Боекомплект			60 шт	60 шт	45 шт
Заряжание			Автоматическое заряжание снарядов и зарядов (подача зарядов в ручную)
Прицельная система			Оптическая система прямой и непрямой наводки
Аппаратура управления огнем			1В124 Прием и передача данных, автоматизированное наведение по вертикали	АСУНО Баллистический вычислитель, автоматизированное наведение, аппаратура топопривязки и ориентирования, спутниковая навигационная система. Хранение информации не менее чем до 10 огневых задач.
	Артиллерийская баллистическая станция		Имеется
	Техническое сопряжение с КАУО (Комплекс Автоматического Управления Огнем) по телекодовому каналу	Фальцет, Капустник -С	Машина -М, Фальцет -М, Капустник - С
	Готовность к открытию огня после получения координат цели Готовность к открытию огня на марше на уровне дивизиона	2,5 мин 9 мин	0,5 мин 3 мин

Таким образом современное самоходное артиллерийское орудие можно представить как сложную электромеханическую систему, которая состоит из подсистем. Основываясь на этом, разобьем систему на подсистемы, как для системы, так и для подсистем.

На рисунке 1.1 представлен алгоритм определения структурной сложности ЭМС.

На основе данного алгоритма в среде Mahtcad произведено решение задачи по расчету сложности трех систем 2С3М, 2С19 и 2С19М1 (в приложении А представлен расчет сложности 2С19).

Если рассматривать подсистему как отдельную, неразделимую структуру, то ее сложность определиться выражением:

(1.1)

где - коэффициент влияния изменения на сложность -й подсистемы;

- коэффициент неоднородности состава -й подсистемы,

; (1.2)

- коэффициент однородности -й подсистемы;

(1.3)

где - коэффициент, учитывающий соотношение числа ребер неориентированного графа с максимально возможным;

- количество вершин графа или число элементов -й подсистемы;

- количество ребер графа или число связей в -й подсистеме;

- энтропийные меры разнообразия связей и степеней вершин -й подсистемы.

Исходным предположением для определения энтропийных оценок является то, что, построив граф подсистемы, необходимо полностью абстрагироваться от физического содержания и попытаться получить максимум информации непосредственно из структуры подсистемы.

Для определения числа типов элементов и количества элементов каждого типа, требуется определить структурный ранг каждого элемента. Данная характеристика позволяет распределить элементы в порядке их значимости, которая определяется здесь только числом и направлением связей данного элемента с другим. Для вычисления структурного ранга воспользуемся приближенной формулой:

(1.4)

где - элементы матрицы смежности, возведенной в степень .

Матрица смежности для неориентированного графа имеет вид:

Таким образом, элементы с равными рангами и будут иметь одинаковый структурный тип.

Кроме того, число типов связей определится числом типов элементов, а количество связей каждого типа - суммой связей от всех элементов этого типа. Тогда

(1.5)

где .

Для определения энтропийной меры разнообразия степеней вершин используем действительные степени вершин , которые для каждого элемента находятся как число ребер, инцидентных данному элементу. Одинаковые и составляют тип элементов. Число типов определяется как величина . Тогда можно записать

(1.6)

где .

Оценка структурной сложности образца учитывает сложность структуры самого образца и составляющих его подсистем. Поэтому, для каждого образца необходимо определить параметры и .

Можно записать

где - количество подсистем образца;

- количество связей между подсистемами;

- энтропийные меры разнообразия связей и степеней вершин системы;

. (1.7)

Коэффициент однородности системы можно определить по формуле:

(1.8)

где - вес сложности каждой подсистемы;

На основе данного алгоритма в среде Mahtcad произведено решение задачи по расчету сложности трех систем 2С3М, 2С19 и 2С19М1 (в приложении 1 представлен расчет сложности 2С19). Результаты представлены в таблице 1.2.

Анализ полученных данных показал, что современные образцы электромеханических систем, т.е. артиллерийского вооружения, с повышением автоматизации становятся сложнее в структуре, что повлечет за собой увеличение времени подготовки специалистов. В тоже время, при неизменном показателе времени обучения снизится качественная составляющая специалиста артиллериста.

Таблица 1.2 - Расчет сложности структуры образцов САО

Показатели сложности	2С3М	2С19	2С19М1
	Гаубица 2А33	Прицел ПГ-4	Боеукладка	Транспортер	Электрооборудование	Механизм поворота башни	Система 2Э24	Гаубица 2А64	Система управления наведением 1П122	Прицельный комплекс 1П22	Приводы наведения 2Э46	Система питания боеприпасами	Электрооборудование	АСУНО
	0,16	0,68	0,41	0,56	0,18	0,39	0,56	0,31	0,28	0,59	0,54	0,41	0,54	1
	20,73	5,45	8,43	5,39	9,90	7,28	8,75	16,36	11,16	11,86	10,19	9,94	16,87	6,36
	0,31	0,08	0,13	0,08	0,02	0,11	0,13	0,21	0,15	0,16	0,13	0,13	0,22	0,06
	0,42	0,40	0,42
	11,06	15,50	16,84
	19,96	29,13	30,42

1.2 Анализ подходов к подготовке номеров расчета самоходных

артиллерийских орудий

Профессиональная подготовка, это является составной частью боевой подготовки, которая в свою очередь проводится на основании программ, организационных указаний, наставлений и приказов командиров артиллерийских формирований.

Профессиональная подготовка номеров расчета включает четыре ступени: профессиональный отбор, обучение, формирование расчетов, а также дальнейшее совершенствование профессионального мастерства с учетом психологических особенностей личности, ее мотивов и интересов (тренировка) (см рисунок 1.2).

При этом обобщенный показатель освояемости системы можно представить в виде

(1.9)

где - время, необходимое для проведения профессионального отбора;

- время, необходимое для достижения номером расчета достаточного уровня профессиональной обученности в выполнении алгоритмов своей деятельности;

- время, необходимое для осуществления комплектования расчётов;

- время, необходимое для проведения периодических тренировок с целью поддержания навыков номеров расчета в отдельности и расчета в целом.

Пригодность человека к конкретному виду деятельности определяется профессиональным отбором (профотбором).

Требования к специалисту определяются совокупностью индивидуальных психологических качеств, которыми он должен обладать, чтобы успешно выполнять свои профессиональные обязанности. Одни качества в этой совокупности являются общими для всех классов воинских должностей, другие обусловлены спецификой деятельности (организаторские, сенсорно-гностические, сенсомоторные и прочие). Так, для наводчиков САО характерны:

точность и быстрота восприятия, точный глазомер;

устойчивость и концентрация внимания;

оперативная память;

быстрота мышления, умение выделить в информации главное;

координация движений руками.

Однако как показывают анализ итогов профессионального отбора военнослужащих для подразделений РВи А, с каждым годом наблюдается снижение общеобразовательного уровня и повышение количества условно пригодных кандидатов, что в свою очередь, снижает способности к обучению конкретной специальности.

Для оценки сроков освоения образцов САО на ранних стадиях их проектирования в анализ целесообразно включить лишь наиболее значимые компоненты выражения (1.9).

Действительно, поскольку затраты времени на проведение профессинально-психологического отбора кандидатов в номера расчета, а соответственно и следующее за ним комплектование боевых расчётов, как правило, занимают существенно меньшее время по сравнению с затратами времени на профессиональную подготовку, то ими можно пренебречь. Тогда можно принять, что .

Относительно затрат времени на тренировки , которые проводятся с целью поддержания у номеров расчета требуемого навыка и умения, следует отметить, что их продолжительность является производной от скорости забывания, что требуют отдельных исследований с психологической и педагогической точки зрения и этими проблемами в данной работе не занимались.

Таким образом, наиболее важным этапом для освоения образцов САО номерами расчетов является формирование у них требуемого уровня обученности, который оценивается временем . Принимая за , получим

(1.10)

где - время, необходимое на освоение информации о расположении элементов СОИ и ОУ на РМ;

- время, необходимое для приобретения номерами расчетов профессиональных навыков в выполнении осваиваемых АД.

Согласно программе обучения основными предметами боевой подготовки соединений, частей и подразделений ракетных войск и артиллерии являются техническая и специальная подготовка.

Основными задачами обучения по технической подготовке номеров расчетов являются:

изучение устройства, принципов действия и порядка подготовки материальной части САО к боевому применению;

изучение правил эксплуатации, хранения и сбережения САО;

отработка практических навыков по обнаружению и устранению простейших неисправностей САО;

содержание САО в постоянной боевой готовности.

Основными задачами обучения по специальной подготовке являются привитие номерам расчетов твердых практических навыков в выполнении функциональных обязанностей при боевой работе на штатных САО в соответствии со штатно-должностным предназначением и в порядке взаимозаменяемости, а также достижение слаженных и безошибочных действий в составе подразделений.

Занятия по специальной и технической подготовке организуются и проводятся в соответствии с программой боевой подготовки подразделений артиллерии. Знания, навыки и умения, полученные на этих занятиях, закрепляются на комплексных занятиях батарей, которые являются основным этапом боевого слаживания подразделений. Чем обуславливается время подготовки номеров расчета? Во-первых, процесс обучения номеров расчета должен продолжаться до тех пор, пока обучаемый не выйдет на так называемый требуемый уровень обученности, который характеризуется минимально возможными уровнями допускаемых ошибок и времени выполнения работы.

Во-вторых, это время обусловлено соответствующими приказами и соответствует индивидуальной подготовки номеров расчета САО.

В процессе обучения военнослужащие овладевают необходимой системой знаний, навыков и умений, которая определяется профилем боевой деятельности.

В общем смысле профессиональные знания - это та информация, которую накапливает военнослужащий в процессе профессионального обучения и боевой деятельности. Знания номеров расчетов могут выступать в форме наглядных представлений, отражающих деятельность изучаемого предмета и обладать свойством трансформации.

В этой системе средства профессиональной подготовки (СПП), применяемые для подготовки номера расчета можно разделить на две группы, одна из которых предназначена для технической подготовки или теоретического обучения, другая -- специальной (практической) подготовки.

Теоретическая подготовка позволяет прини-мать правильные решения в непредвиденных обстоятельствах, делает практическую профессиональную деятельность осмысленной. Это этап приобретения знаний об объекте, который осваивает НР. Для накопления знаний, связанных со спецификой деятельности служат технические средства обучения информационно-познавательного уровня, а именно:

учебные пособия;

руководства по устройству и эксплуатации САО;

технические описания образца и его элементов;

схема, чертежи, плакаты;

учебные кино, видео и диафильмы и т.д.

Для формирования субъективных моделей объекта и среды служат технические средства обучения технико-познавательного уровня:

электрифицированные стенды;

действующие учебно-разрезные макеты;

узлы и агрегаты;

учебные выстрелы;

учебно-разрезные выстрелы и весовые макеты.

Курс теоретической подготовки предшествует практическому обучению, закрепляющему теоретические знания и формирующие практические умения и навыки. Для формирования навыков у расчета САО может быть использована подсистема технических средств профессиональной подготовки технического уровня отработки навыка:

образцы САО;

индивидуальные тренировочные учебные места;

тренажеры начальной подготовки;

средства обеспечения тренировок в составе подразделений;

комплекты средств для тренировки заряжания;

встроенные и сопрягаемые тренажеры;

комплексные тренажеры расчетов;

тренажеры технического обслуживания и ремонта;

действующие макеты, разрезные узлы и агрегаты;

имитаторы элементов комплексов вооружения.

1.3 Анализ существующей учебно-тренировочной базы системы

подготовки номеров расчета самоходных артиллерийских орудий

В таблице 1.2 приведена укомплектованность элементами СПП артиллерийского вооружения.

Таблица 1.2 - Состояние элементов СПП к АВ

Буксируемое АВ (Д 30, Д 20, 2А65, 2А36)
1.	Средства индивидуальной подготовки	25%
2.	Средства групповой подготовки	0%
3.	Средства подготовки в составе подразделений	10%
4.	Учебно-тренировочные средства комплексов вооружения	12%
Противотанковые артиллерийские комплексы (МТ12)
1.	Средства индивидуальной подготовки	50%
2.	Средства групповой подготовки	0%
3.	Средства подготовки в составе подразделений	0%
4.	Учебно-тренировочные средства комплексов вооружения	17%
САО (Акация, Гвоздика, Нона, МСТА-С, Гиацинт)
1.	Средства индивидуальной подготовки	35%
2.	Средства групповой подготовки	40%
3.	Средства подготовки в составе подразделений	0%
4.	Учебно-тренировочные средства комплексов вооружения	25%

Основными недостатками являются:

неполная номенклатура комплексов УТС к комплексам АВ;

недостаточная обеспеченность войск УТС, вследствие их отсутствия в серийном производстве;

моральное и техническое отставание УТС от научно-технического прогресса (70-80г.);

невозможность комплексирования технических средств в единую систему профессиональной подготовки РВиА, вследствие их технической и информационной несовместимости.

Основные причины такого состояния системы СПП:

недостаточный принцип финансирования производства УТС;

недостаточно возможности войск и ВУЗов по созданию своими руками;

резкое повышение стоимости;

снижение уровня материальной заинтересованности промышленности в производстве УТС.

Состояние тренажерной базы представлено в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Перечень тренажеров основных образцов самоходной артиллерии

Образец самоходной артиллерии	Шифр тренажера	Наименование тренажера	Примечание
122-мм самоходная гаубица 2С1	2Х25	Тренажер расчета	Малофункционален
152-мм самоходная гаубица 2С3	2Х26	Тренажер орудийных расчетов батареи	Очень громоздкий (6 башен с оборудованием)
152-мм самоходная гаубица 2С19	2Х51	Комплексный тренажер расчета	Дороже образца
120-мм самоходное орудие НОНА-СВ	2Х61	Комплексный тренажер расчета

Самым современным в настоящее время тренажер, поставляемый в войска в настоящее время является 2Х51 (рисунок 1.3). Тренажёр 2Х51 (таблица 1.4 и 1.5), по мнению разработчиков, позволяет быстро, эффективно, без расхода моторесурса гаубицы и боеприпасов (включая тренировку стрельбы в максимальном темпе) подготовить расчёты 152-мм самоходных гаубиц 2С19 в условиях учебного класса.

В состав тренажёра входят:

имитатор;

пульт инструктора;

источник питания с системой подключения;

накопители для снарядов и гильз.

Рисунок 1.3 - Общий вид тренажёра

Для обучения применяются снаряды в инертном исполнении и дооборудованные гильзы, используемые в 152-мм артиллерийских системах.

Каркасная конструкция колпака и корпуса имитатора позволяет изучать устройство и принцип действия механизмов боевого отделения самоходной гаубицы 2С19, знакомить обучаемых с рабочими местами, демонстрировать работу узлов, вести визуальный контроль в процессе обучения

Рабочие места в имитаторе тренажёра идентичны рабочим местам номеров расчёта самоходной гаубицы 2С19.

Таблица 1.4 - Основные технические характеристики

Наименование	Значение
Масса тренажера, кг	8890
Масса имитатора, кг	6934
Масса пульта инструктора, кг	206
Масса источника питания, кг	556
Масса накопителя, кг	328
Масса системы подключения, кг	106
Угол вертикального наведения, град	-3…+68
Угол горизонтального наведения, град	360
Продолжительность непрерывной работы, час	8
Продолжительность перерыва, час	1
Диапазон рабочих температур, С	-10…+40
Напряжение питания, В	380
Частота, гц	50
Мощность, потребляемая из сети, Квт	11,3

Таблица 1.5 - Основные габариты тренажера 2Х51

Габаритные размеры, мм	Длина	Ширина	Высота
Имитатор	6200	3500	3400
Пульт инструктора	1500	940	1305
Агрегат ВАКС	575	560	1500
Фильтр Ф-ВАКС	454	408	616
Накопитель	1950	970	750

Пульт инструктора (рисунок 1.4) позволяет вести процесс обучения с передачей расчёту исходных данных, аналогичных передаваемым старшим офицером батареи с машины управления. Пульт оборудован блоками контроля основных систем самоходной гаубицы 2С19 - системы наведения, механизмов заряжания, средств связи.

Рисунок 1.4 - Пульт инструктора.

Для обучения расчетов действиям с подачей выстрелов с грунта на тренажер привлекаются дополнительно два номера расчета, как и на самоходной гаубице 2С19.

После подготовки на тренажере расчет обеспечивает высокую эффективность самоходной гаубицы 2С19 со скоростью 8-9 выстрелов в минуту.

Существующие УТС в артиллерии на сегодняшний день в основном исчерпали свои возможности по интенсификации процесса обучения. На основе проведенного исследования можно сделать вывод о низкой адекватности существующих УТС для подготовки специалистов артиллерии реальной системе. Под реальной системой в работе понимаются условия боевой деятельности специалиста по выполнению функциональных обязанностей с применением штатных подразделений, на местности в реальных условиях боевой обстановки или обстановки тактических учений. Результаты исследований показывают, что существующие УТС способны реализовать лишь до 60 % условий боевой деятельности номера расчета при выполнении ОЗ.

Из анализа видно, что возможности применяемых УТС не обеспечивают выполнение требований по подготовке специалистов. Длительный срок использования имеющихся УТС позволяет утверждать, что возможности их уже максимально реализованы и находятся на пределе, следовательно, необходим поиск новых средств и методических приемов для подготовки специалистов, где компьютерные технологии обучения занимают ведущее место.

Сегодня одним из наиболее важных направлений является внедрение в учебный процесс и боевую подготовку классные модульные тренажеры.

Экономический анализ существующих САО показал, что современные образцы отличаются не только своей сложностью, но и стоимостью. В таблице 1.6 представлены некоторые цены на 01.01.2002 в тыс.руб. без НДС.

Какова будет цена тренажеров представленных в таблице 1.6 современных САО можно только догадываться. Ведь как уже отмечалось 2Х26 представляет собой тренажер групповой, т.е. цена тренажера будет складываться из цен 6-ти башен с механизмами. 2Х51 конструктивно очень сложен и нужно отметить необоснованно, и цена его тоже высока.

Таблица 1.6 - Ценник основных образцов РАВ

№ п.п.	Наименование комплекса/образца	Цена на 01.01.2002г. (тыс.руб., без НДС	Годовая норма износа (%)	Полный ресурс (срок службы до списания) (лет)
1	Самоходная гаубица 2С1	8099,5	3,33	30
2	Самоходная гаубица 2С3	9801,5
3	Самоходная гаубица 2С3М	10192,9
4	Самоходная гаубица 2С3М1	10497,9
5	Самоходная гаубица 2С19	18948,6
6	Самоходная гаубица 2С19М1	25295,6

Необоснованность механизации тренажера 2Х51 выражается в том, что при всей своей оснащенности данный тренажер не позволяет выполнять задачи наведения гаубицы в точку наводки, т.е. при всей своей громоздкости и технической оснащенности не адекватен реальному образцу.

Таким образом, можно сделать вывод, о том что идеальным средством обучения и тренировки, расчета является штатный образец вооружения (САО). Однако экономически не выгодно использовать штатный образец САО в качестве УТС.

Проведенный анализ возможностей существующих УТС в артиллерии показал, что они не удовлетворяют потребностям в подготовке специалистов, т.к. способны реализовать лишь до 60% условий боевой деятельности номеров расчета. Поэтому для обеспечения достижения обучающимися требуемого уровня обученности необходима разработка обучающих систем, основанных на использовании компьютерных технологий, что позволит отдельные мероприятия имитировать, давая возможность выполнять номерам расчета более важные задачи.

2. Разработка структурно-функциональной схемы современного

автоматизированного классного модульного тренажера

Применения в учебном процессе обучающих систем показало, что из всех существующих систем наилучшим образом способствуют успеху, наиболее полно удовлетворяют дидактическим требованиям и максимально приближают процесс обучения к реальным условиям только компьютеры, которые в отличие от других средств обучения способны реагировать на действия обучаемых. Структура ТСО на базе компьютера показана на рисунке 2.1.

Проведенный в ходе исследования анализ зарубежного и отечественного опыта свидетельствует, что при включении в учебный процесс ТСО его изменения происходят по двум параметрам. Во-первых, по временному параметру, так как происходит сокращение времени на подготовку. Во-вторых, по так называемому «охвату обучаемых», когда при необходимости массового обучения основная сложность связана с организацией и проведением массового тренинга по выработке важнейших умений и навыков у каждого обучающегося.

Обучающая система должна иметь рабочие места обучающегося и руководителя занятия - обучающего, причем, рабочее место обучающегося оборудовано таким образом, чтобы по всем показателям (эргономичности, размерам моторных полей, информационной компоновке и др.) соответствовать реальному рабочему месту. В начале цикла обучения с обучающимся проводится психофизиологический контроль (ПФК) и контроль предметных знаний (ПК) в результате которых, а также с учетом имеющейся в базе данных информации о предыдущих результатах организационного управления с рабочего места обучающего осуществляются экспертные функции (корректировка базы знаний, определение либо корректировка целей и методик обучения и т.д.).

Оперативный контроль качества деятельности предназначен для обработки данных контролей и, кроме этого, для оценки деятельности обучаемого в ходе выполнения задач о результатах обучения обучающему.

Организационное управление определяет стратегию обучения с помощью обучающей системы. Данный вид управления осуществляет планирование программ обучения, диагностику ошибок обучаемых, принятие решений о коррекции программы обучения.

Таким образом, основываясь на выше изложенном, функциональная обобщённая структура управления процессом обучения с помощью ТСО представляется такой, как показано на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Функциональная обобщённая структура управления процессом обучения с помощью ТСО

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таким образом, подберем приблизительный состав приборов, узлов и агрегатов классного модульного тренажера:

рабочее место обучающего;

рабочие места обучаемых (номеров расчета);

учебно-моделирующий комплекс;

ЭВМ;

аппаратуру имитации визуальной обстановки;

аппаратуру имитации акустического воздействия на обучаемого;

средства технологической связи;

комплект ЭД;

комплект одиночного ЗИП.

2.1 Подход к определению рациональной конфигурации обучающей системы

Проведенный анализ подходов к построению сложных систем показал, что они, в основном, базируются на достаточно большом количестве исходных данных и с учетом функционирования существующих систем. Выбор метода исследования в работе основывался на том факте, что исходные данные по количественно-качественным параметрам современных обучающих систем скудны.

Однако, при этом, существует четко определенная цель функционирования обучающей системы - достижение максимального уровня обученности. На сегодняшний день наиболее точно учитывает процесс накопления знаний и умений выражение, где задается предельный уровень обученности. Реальная система обучения предполагает максимальный уровень обученности равный единице, а любая искусственная система обучения позволяет достичь уровень, в лучшем случае, лишь приближающийся к единице.

Таким образом, задача получения рациональной конфигурации обучающей системы строилась на допущение о возможности достижения с ее помощью уровня обученности, который бы стремился к уровню соответствия ее реальной системе. Критерии, относительно которых осуществлялся выбор оптимальной конфигурации обучающего средства, представляют собой конечное множество, следовательно, в ходе решения вариационной задачи при отыскании экстремальных значений, вместо функционала возможно рассмотрение целевой функции.

Таким образом, предложена последовательность определения рациональной конфигурации обучающей системы (рисунок 2.3), которая включает в себя ниже перечисленные мероприятия.



Рисунок 2.3 - Структура определения рациональной конфигурации обучающей системы

1. На основе задачи функционирования обучающей системы по подготовке специалистов по С и УО выделяются следующие блоки:

подготовки стрельбы и управления огнем;

выполнения огневых задач;

конструктивно-технологический;

педагогический.

2. Определяется перечень частных показателей в каждом блоке, наиболее полно характеризующий обучающую систему с точки зрения ее назначения и области использования.

3. На этапе работы экспертной группы определяются весовые коэффициенты выбранных показателей путем их ранжирования методом парных сравнений Повышение достоверности информации по ценности показателей, полученной от экспертов, осуществляется путем сравнения пар абстрактных объектов.

Характерной особенностью существующих методик проведения экспертного анализа является не учет компетентности экспертов.

4. Из возможного перечня показателей, разбитых по блокам, формируются частные наборы, являющиеся вариантами обобщенных конфигураций обучающих систем.

Каждому показателю ставится в соответствие его критерий, определенный по результатам экспертного анализа.

5. Определение уровня соответствия той или иной конфигурации реальной системе осуществляется на основе учета уровня соответствия комплексного показателя.

(2.1)

6. На основе полученных значений и общих начальных условий обучения рассчитываются показатели эффективности обучающих систем различных конфигураций.

Как обучающее устройство, КМТ предназначен для повышения эффективности и качества обучения и в соответствии с ГОСТ 26387-84 он характеризуется по следующим основным группам показателей эффективности и качества: назначения, надежности, эргономические, эстетические, технологичности, транспортабельности, патентно-правовые, унификации, экологические, безопасности, экономические показатели, показатели отражающие затраты на разработку, создание и эксплуатацию системы.

Таким образом, это наводит нас на разработку требований к структурным элементам и к КМТ в целом как к обучающей системе для подготовки специалистов артиллерии с помощью различных методов подготовки в соответствии с перечнем.

Под методом обучения в работе понимается система упорядоченного и целенаправленного взаимодействия между преподавателем (обучающей системой) и обучающимся, обеспечивающая рационализацию педагогических целей обучения. Таким образом, требования характеризуют возможность организации такого взаимодействия с обучающей системой.

На основе анализа структуры обучающих систем и методов обучения, используемых в традиционной системе подготовки номеров расчета САО и с учетом дидактических принципов использования ЭВМ в учебном процессе, предложены требования к структурным элементам и к КМТ в целом.

Рассмотрение требований осуществлялось первоначально к структурным элементам КМТ, а затем к КМТ в целом.

Моделирующее устройство - это устройство, осуществляющее процесс построения учебной модели, предполагаемой или существующей системы «человек-машина», а также экспериментирование с этой моделью на ЭВМ.

Моделирование, включает в себя как стадию построения модели, так и стадию планирования и реализации соответствующих экспериментов с этой моделью. Оно представляет собой имитацию некоторой реальной или воображаемой системы. Такая система необходима потому, что реальная система может быть либо недоступной для использования, либо действия, проводимые на реальной системе, недопустимо дорогие. Математическое моделирование исключает субъективизм в оценке той или иной ситуации. Моделирующее устройство КМТ предназначено для формирования учебной модели боя и дополнительной информации, необходимой обучающемуся в процессе обучения.

Благодаря ему КМТ с достаточно высокой степенью достоверности способен «предсказать» исход боевого эпизода с участием артиллерийского подразделения, то есть «берет на себя» имитацию боя, основываясь на строгих, выявленных в результате многолетних исследований закономерностях его развития, учитывающих характеристики обученности, вооружения, местности, погодных и других условий.

Моделирование осуществляется посредством языков моделирования высокого уровня, реализованных в программах, и являющихся основным звеном КМТ. Исходя из главенствующей роли программ в моделирующем устройстве, требования больше будут относиться к ним.

Таким образом, к моделирующему устройству предъявляются нижеперечисленные требования.

1. Адекватность модели реальной системе. Под реальной системой в работе понимается совокупность органов управления подразделением, средств разведки, огневых подразделений, действующих в реальных условиях (тактических, погодных), результатов огневого воздействия на противника и др. Адекватность предполагает уменьшение числа ограничений в модели и их важности, так как всякое ограничение означает исключение, а это в свою очередь, означает, что в модели чего-то не будет хватать. Модель будет наиболее полной, если она будет включать в себя максимальное количество переменных и структур (рисунок 2.4).

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Это значит, что каждый элемент тренажера (информационная модель) может быть взаимооднозначно сопоставлен с элементом (реальный образец).

На рисунке 2.4

- множество показателей, характеризующих реальный образец САО ( - количество параметров, характеристик и учебно-боевых задач);

- множество показателей, характеризующих УТС;

- множество показателей, характеризующих «помехи».

Задача создания КМТ (синтеза) сводится к преобразованию -мерного вектора в -мерный вектор с наименьшими помехами .

Для оценки точности построения модели предлагается коэффициент адекватности модели реальному образцу

. (2.2)

Модель системы тем адекватнее, чем ближе она при сравнении к фактическому поведению реальной системы. КМТ предназначен для формирования знаний, умений и навыков в вооруженной борьбе и любое несоответствие модели реальной системе приводит к развитию отклонения в формируемом навыке, что в реальных условиях может повлечь за собой невыполнение задачи и гибель людей. Таким образом, моделируемые условия не должны превышать некоторых значений, присущих реальной системе, а отклонения от среднего моделируемого значения не должны превышать значений, которые бы выходили за границы, характеризующие точность выполнения огневой задачи. Отклонения моделируемых условий, согласно, не должны превышать пределов.

2. Возможность многократного возвращения к изучаемому материалу. Данное требование предполагает возможность возвращения в конце занятия (тренировки) или в их ходе к тем командам, этапам расчетов, где обучающийся допустил ошибки. КМТ, его моделирующее устройство, обрабатывает выполнение ОЗ параллельно с обучающимся, производит все необходимые при этом расчеты на уровне, близком к идеальному. Методика проведения тренировок предполагает наличие такого этапа в ходе ее проведения, как разбор выполнения ОЗ, где обучающий указывает на допущенные ошибки, их характер, причины.

Таким образом, вся информация о ходе выполнения обучающимся ОЗ и контрольные данные должны быть занесены в БД, откуда она может извлекаться в ходе разбора. Кроме того, если обучающийся не допустил ошибок по ПС и УО, он должен иметь возможность возвратиться к тем этапам выполнения ОЗ, которые решены КМТ более целесообразно.

В данном требовании есть еще один аспект, который наиболее актуален при вторичном обучении или тренировке. Известно, что в процессе переработки информации в мозге человека создаются устойчивые структуры - нервные связи. По мнению некоторых авторов, механизм этот можно представить наличием в мозге нескольких отделов памяти: иконической, кратковременной, долговременной и оперативной. Вся воспринимаемая человеком информация поступает в иконическую память, где необходимая востребуется и поступает в отдел кратковременной памяти, где она находится непродолжительное время.

Здесь происходит оценка значимости информации. В дальнейшем при поступлении информации той же направленности, что и основной информационный сигнал, информация, имеющаяся в кратковременной памяти, переформировывается в долговременной памяти и содержится там длительное время. В противном случае, через непродолжительное время, первоначальная информация «стирается», освобождая место в памяти для следующих порций информации.

Таким образом, использование повторения в ходе занятия с помощью КМТ значительно усиливает качество и длительность сохранения информации.

3. Обеспечение гибкости при выборе стратегии обучения. Многие обучающие системы в настоящее время построены на основе линейного или разветвленного программного оснащения. Недостатком такого рода программ является то, что в первом случае каждый обучающийся проходит заранее определенную последовательность его действий во время самого хода обучения. Во втором - каждый очередной шаг обучающегося определяется в зависимости от его предшествующих действий и корректируется посредством анализа полученных результатов, разъяснения допущенных ошибок и указания путей их исправления по заранее определенным алгоритмам.

Таким образом, имеющиеся подходы не позволяют чутко реагировать на готовность обучающегося к усвоению учебной информации.

Реализуемая в КМТ структура алгоритмов обучения, тренировки и контроля, в результате которых моделирующее устройство будет принимать решение о каждом шаге обучения в зависимости от ряда факторов, характеризующих как самого обучающегося, так и процесс усвоения им знаний, умений и навыков, осуществляет адаптацию обучающей системы к обучающемуся.

2.2 Концептуальная структура классного модульного тренажера

КМТ должен осуществлять процесс подготовки специалистов и повышение их квалификации на базе сформированных адаптированных сценариев обучения с использованием средств и методов искусственного интеллекта в условиях, максимально приближенных к реальным. Как сложная система, КМТ включает различные виды обеспечения (техническое, информационное, математическое, программное, учебно-методическое, организационное)

Техническое обеспечение представляет собой совокупность вычислительного комплекса, рабочих мест обучающегося и обучающего, различных устройств, обеспечивающих работу КМТ.

Программное обеспечение КМТ - совокупность программ, обеспечивающих ввод, обработку, хранение, синтез рабочих программ и др.

Учебно-методическое обеспечение - совокупность учебного материала, методик его подачи, методических указаний, статистических данных об успеваемости и др.

Информационное обеспечение представляет собой совокупность знаний о психофизиологическом состоянии обучающегося, об уровне усвоения им предметных знаний, динамике их изменения, о возможных результатах и продолжительности обучения.

Под математическим обеспечением в работе понимается совокупность математических моделей, лежащих в основе программного обеспечения комплекса.

Организационное обеспечение включает штатную структуру обслуживающего персонала комплекса, документацию на него, регламентирующую объем нагрузки на комплекс, периодичность и порядок его технического обслуживания.

На основе проведенных исследований была составлена концептуальная структурная схема КМТ, представленная на рисунке 2.5.

Обучающая информация всех видов (текстовая, графическая, звуковая и визуальная) содержится в базе знаний КМТ и в совокупности представляет собой модель предмета обучения.

Модель управления обучением осуществляет предоставление обучающемуся очередного учебного воздействия, рационального в конкретной ситуации с точки зрения целей и методики обучения. Информация о целях и методике обучения заносится в БЗ по результатам работы с экспертом-методистом и может оперативно корректироваться конкретным педагогом перед занятием для реализации индивидуальной методики преподавания.

Модуль адаптации к обучающемуся, состоящий из модели психологического и психофизиологического тестирования и модели тестирования предметных знаний, предназначен для определения интеллектуальных способностей, уровня базовой подготовки, а также психофизиологических возможностей и состояний обучающегося с целью корректировки модели предмета обучения. По результатам тестирования, модуль адаптации формирует в БД информацию об обучающемся, фиксирует результаты последующей работы, информацию о состоянии знаний и о ходе его взаимодействия с КМТ.

Модель настройки предмета обучения позволяет адаптировать предъявляемый учебный материал в зависимости от возможностей и состояний обучающегося.

Кроме моделей, формирующих непосредственно процесс обучения, к моделирующему устройству относятся модели, позволяющие проводить тренировки по СиУО на фоне конкретной боевой обстановки, объединенные в блок формирования ОЗ.

Модель боевой обстановки предназначена для формирования информации о боевых действиях подразделений противника.

Модель результатов ведения огня формирует управляющее воздействие для изменения боевой обстановки в зависимости от эффективности выполнения ОЗ обучающимся.



Рисунок 2.5 - Концептуальная структурно-функциональная схема КМТ

Модель контроля и оценки уровня подготовленности обучающегося предназначена для формирования информации о порядке ее выполнения параллельно.

Модель имитации окружающей среды осуществляет наложение возмущающих воздействий на видео и аудио информацию, поступающую к номеру расчета.

Лингвистический процессор предназначен для перевода естественно - языковых конструкций во внутреннее формальное представление адекватное смыслу запроса.

Блок генерации ситуаций предназначен для формирования в процессе обучения нестандартных ситуаций с целью развития творческого мышления и индивидуализации процесса подготовки специалистов.

2.3 Обоснование содержания требований к элементам классного

модульного тренажера

Как обучающее устройство, УМК предназначен для повышения эффективности и качества обучения и в соответствии с ГОСТ 26387-84 он характеризуется по следующим основным группам показателей эффективности и качества: назначения, надежности, эргономические, эстетические, технологичности, транспортабельности, патентно-правовые, унификации, экологические, безопасности, экономические показатели, показатели отражающие затраты на разработку, создание и эксплуатацию системы.

Таким образом, исследования были направлены на разработку требований к структурным элементам и к УМК в целом как к обучающей системе для подготовки специалистов артиллерии с помощью различных методов подготовки в соответствии с перечнем.

Требования к рабочему месту руководителя.

Рабочее место руководителя (обучающего) - это зона деятельности преподавателя, оснащенная техническими средствами оперативного управления процессом обучения. Со своего рабочего места обучающий должен иметь возможность получать как можно более полную информацию о ходе обучения. Рабочее место включает устройство ввода информации, обеспечивающее изменение алгоритма обучения в полуавтоматическом режиме и режиме работы КМТ под руководством обучающего, средство отображения информации, дающее возможность наблюдения за ходом обучения и функционированием КМТ.

Анализ структуры обучающих средств, особенности методики проведения занятий по стрельбе и управлению огнем, являются основой для предъявления к рабочему месту обучающего следующих требований:

обеспечение управления параметрами учебной информации модели в полуавтоматическом режиме работы КМТ и режиме работы под руководством преподавателя;

обеспечение возможности оперативного вмешательства в действия обучающегося в процессе тренировки и обучения в случае допущения ошибок, ведущих в реальных условиях к гибели людей или нарушению мер безопасности;

обеспечение управления физическими факторами моделируемой системы, воздействующих на обучающихся;

обеспечение контроля за действиями всех обучающихся и получения данных о контроле хода обучения и оценках обучающихся;

возможность коррекции учебной информации, используемой обучающимися в процессе обучения и тренировки.

Требования к рабочему месту номера расчета (обучающегося).

Рабочее место НР (обучающегося) - зона деятельности, оснащенная техническими средствами для профессиональной подготовки и вспомогательным оборудованием для контроля за готовностью обучающегося к обучению и ходом учебного процесса.

В КМТ должны быть рабочие места только тех номеров расчета, которые считаются наиболее важными и сложными в обучении.

Они смонтированы в башне орудия, установленной на качающейся платформе. На рабочих местах обучающихся располагаются штатные приборы рабочих мест САО, и кроме того:

имитатор затвора с механизмом досылки;

имитатор прицельного комплекса;

имитатор аппаратуры управления наведением;

средства связи.

Методика проведения занятия предполагает максимально-эффективное использование рабочего места, возможности которого позволяют обучающемуся действовать в условиях, приближенных к реальным.

Таким образом, к рабочим местам обучающихся предъявляются следующие требования:

соответствие по исполнению и компоновке информационных и моторных полей реальным рабочим местам;

возможность передачи на рабочие места обучающихся информации об ошибках, допущенных в ходе выполнения огневой задачи;

возможность получения визуальной информации через приборы наблюдения;

возможность получения и передачи через телефонную гарнитуру информации от командиров огневых подразделений и руководителя занятия;

идентичность пространственных характеристик управляющих движений обучающихся при работе на КМТ и в реальных условиях;

возможность наблюдения за полем боя, первым разрывом вне машины с помощью системы виртуальной реальности;

обеспечение имитации на рабочих местах КМТ физических условий окружающей среды, статичности, либо динамичности ( имитация движения, воздействия ударной волны и т.п.) рабочего места, воздействий противника, т.е. комплексирование различных форм информации статического и динамического типа.

Требования к средствам отображения и предъявления информации:

Средства отображения информации предназначены для предъявления различных данных в визуальной и аудио формах. Они используются как обучающимся, так и обучающим.

Средства отображения и предъявления информации обеспечивают возможность предъявления следующих видов информации:

учебной;

о результатах работы обучающегося;

о результатах контроля работы обучающегося.

Кроме того, если принимается решение при создании КМТ на исключение отдельных операций, то выполнение этих операций не только имитируется временным отрезком, но визуальным и аудио проигрышем.

С помощью средств отображения и предъявления информации у обучающегося формируется образ реальной обстановки, он проводит оценку обстановки, принимает решение, планирует управляющее воздействие.

К средствам отображения и предъявления учебной информации предъявляются следующие требования:

они должны совпадать по месту с приборами наблюдения в реальной системе;

обеспечение считывания информации с требуемой точностью;

использование различных цветов для отображения различной информации;

в случае совместной аудио-визуальной подачи информации, видео информация задерживается до конца подачи звуковой, т.к. слуховые анализаторы принимают информацию не одномоментно, как зрительные, а последовательно;

видеоинформация должна быть обеспечена высоким цветовым контрастом.

Требования к органам управления КМТ.

Органы управления КМТ служат для передачи управляющих воздействий от выполняющего огневую задачу к ЭВМ и играют роль связующего звена между ними.

К органам управления КМТ относятся приборы и средства связи, а также устройство ввода информации. Они должны обеспечивать проведение занятия как методом тренировки, так и методом упражнения в работе на технике и приборах, причем в совмещенном варианте.

Таким образом, к органам управления КМТ предъявляются следующие требования:

обеспечение соответствия изменения положения органов управления, изменению отображаемой обстановки. Поворот угломерных механизмов органов управления должен соответствовать изменению визуализируемой обстановки в допустимых пределах;

обеспечение соответствия масштаба визуализируемой обстановки реальному масштабу обстановки в реальных приборах;

обеспечение соответствия длительности моделируемых действий системы после управляющих воздействий длительности аналогичных процессов в реальной системе;

обеспечение ввода в КМТ информации о результатах планирования огня, данных для проведения тестирования обучающегося.

Требования к модулю адаптации к обучающемуся.