Тренажер оператора

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 119) 01) А 151) 0 09 В 9 0 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Московский институт электронного машиностроения и Всесоюзныйнаучно-исследовательский и испытательный институт медицинской техники(54)(57) ТРЕНАЖЕР ОПЕРАТОРА, содержащий блок моделирования объекта тре.кажа, первый вход и выход которогосоединены соответственно с первым выходом и входом имитатора сигналоввоздействия, второй выход блока моделирования объекта тренажа соединенс входом индикатора, выход которогосоединен с первым входом блока формирования сигналов, второй вход которого связан с первым выходом блокаручного управления, а его второй выход свя рн с третьим входом блокамоделирования объкта тренажа, третийвыход блока ручного управления связан с первым входом вычислительногоблока, второй вход которого связанс вторым выходом блока Моделирования объекта тренажа, при этом выходвычислительного блока соединен с первым входом первого блока сравнения,второй вход которого связан с выходом блока эталонных импульсных переходных функций, выход первого блока,сравнения связан с входом блока принятия решений, выход которого связанс первым входом блока отображенияинформации, второй вход которого свя. эан с ныходом узла памяти, вход которого связан с выходом дешифратора, вход которого связан с первым выходом второго блока сравнения, первый вход которого соединен с первым выходом блока Формирования сигнала, второй выход второго блока сравнения связан с входом блока сопряжения, выход которого связан с входом узла регистрации, второй выход блока формирования сигнала связан с входом программного блока, первый выход которого связан с вторым входом имитатора сигналов воздействия, второй выход которого связан с третьим.вхо дом блока формирования сигналов, второй ныход программного блока связан с вторым входом второго блока сравнения и генератора шума, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса Собучения путем обеспечения объективно,го контроля текущего состояния оперативного мышления оператора, он имеет коррелятор, узел аналого-цифровых преобразователей,формирующий фильтр и узел ныделения оптимальных функций, а вМод которого связан с первым выхоцом фф имитатора сигналов воздействия,а выход узла выделения оптимальных Функ-, ций связан с первым входом узла аналого-цифровых преобразователей, вто- рой вход которого связан с первым входом блока моделирования объекта трена;жа, выходы узла аналого-цифровых пре-. образователей связаны с входами коррелятора, выход которого соединен с ,входом блока эталонных импульсных пе реходных Функций, при этом генератор 4 ф шума связан с входом формирующего Фильтра, вход которого связан с третьим входом имитатора сигналов воздействия.Из обретение относит ся к устройст- вам обучения и контроля мыслительной деятельности операторов и может быть применено в любых отраслях народного хозяйства, раз,абатывающих и эксплуатирующих недетерминированные человекомашинные системы, а также в процессе проведения инженерно-психологических исследований в части обработки методов и средств по совершенствованию и контролю текущего состояния опера- О тивного мышления операторов,Известен тренажер оператора, содержащий блок моделирования объекта тренажа, имитатор сигналов воздействия, 15 индикатор, вычислительный блок, блок ручного упраелейия, узел отображения информации, узел памяти, дешифратор, блок принятия решений, узел регистрации, узел сопряжения, генератор шума,20 блок эталонных импульсных переходных функций 1Недостатком известного тренажера является невысокая эффективность проЧесса обучения. ;25Цель изобретения - повышение эффективности тренажа путем объективного контроля текущего состояния оперативного мышления операторов.ЗОПоставленная цель достигается тем, что тренажер оператора, содержащий блок моделирования объекта тренажа, первый вход и выход которого соединены сеответственно с перВым Вцхо дом и входом имитатора сигналов воздействия, второй выход блока модели,рования объекта тренажа соединен с входом индикатора, выход которого соединен с первым входом блока Формирования сигналов, второй вход которого связан с первым выходом блока ручного управления, а его второй выход связан с третьим входом блока моделирования объекта тренажа, третий выход блока ручного управления связан с первым входом вычислительного блока, второй вход которого связан с вторым выходом блока моделирования объекта тренажа, при этом выход вычислительного блока соединен с перВым входом первого блока сравнения, второй вход которого связан с выходом блока эталонных импульсных переходных Функций, выход первого блока сравнения связан с входом блока принятия решений, выход которого связан с первым входом блока отображения информации, второй вход которого связан с выходом узла памяти, вход кото рого связан с выходом дешифратора 60 вход которого связан с первым выходом второго блока сравнения, первый вход которого соединен с первым выходом блока Формирования сигнала, второй выход второго блока сравнения Я связан с входомблока сопряжения, выход которого связан с входом узла регистрации, второй выход блока формирования сигнала связан с входом программного блбка, первый выход которого связан с вторым входом имитатора сигналов воздействия, второй выход которого связан с третьим входом блока Формирования сигналов, второй выход программного блока связан с вторым входом второго блока сравнения и генератор шума, имеет коррелятор, узел аналого-цифровых преобразо.вателей, формирующий Фильтр и узелвыделения оптимальных функций, входкоторого связан с первым выходом имитатора сигналов воздействия, а выходузла выделения оптимальных функций связан с первым входом узла аналогоцифровых преобразователей, второй вход которого связан с первым входом блока моделирования объекта тренажа выходы узла аналого-цифровых преобразователей связаны с Входами коррелятора, выход которого соединен с входом блока эталонных импульсных переходных Функций, при этом генератор шума связан с входом Формирующего Фильтра, вход второго связан с третьим входом имитатора сигналов воздействия.Начертеже представлена блок-схема тренажера.Тренажер оператора содержит блок 1 моделирования объекта тренажа, вычислительный блок 2, блок 3 ручного управления, индикатор 4, генератор шума 5, имитатор б сигналов воздействия, первый блок 7 сравнения, блок 8 эталонных импульсных переходных Функций, блок 9 формирования сигналов, блок 10 принятия решений, узел 11 регистрации, блок 12 сопряжения, узел 13 отображения информации, узел памяти 14, дешифратор 15, второй блок сравнения 1 б, программйый блок 17, коррелятор 18, узел 19 аналого-циФровых преобразователей, Формирующий Фильтр 20, узел 21 выделения оптимальных Функций.После включения тренажер операто ра работает следующим образом. Для совершенствования и контроля характеристик деятельности оператора, взаимодействующего с объектом тренажа 1 подетерминированной программе, в программном блоке 17 генерируются сигналы управляющих действий человека-оператора, которые с его выхода поступают на вход имитатора сигналов воздействия б, который в свою очередь Формирует командные сигналы, подаваеьие на первый вход блока моделирования объекта тренажа 1, Последний вырабатывает сигналы реакции, поступающие на вход индикатора 4, где они предъявляютсяоператору путем отображения и сигна.лизации, и на вход имитатора сигналов воздействия 6 с целью влиянияна его логические элементы, с помощью которых устанавливаются условияимитируемой ситуации той или инойзадачи,Операт ор в соот вет с твин с полученной информацией с индикатора 4воздействует на органы ручного управ.ления блока 3, который вырабатывает 10сигналы управляющих воздействий,поступающие с его выхода на входобъекта тренажа 1Кроме того, сигналы с блока ручного управления 3,индикатора 4 и имитатора сигналов 15воздействия 6 с их выходов поступают на входы блока Формирования сигналов 9, в котором они преобразуютсяпо амплитуде и длительности длясогласования режимов работы тренажера. Сигналы с его выходов подаютсяна вход первого блока управления 16и вход программного блока 17. Программа, генерируемая блоком 17,представляет собой матрицу позиционных двоичных кодов. Каждая строкаматрицы соответствует программе отработки оператором той или иной задачи в зависимости от имитируемойситуации. Каждый разряд строки соответствует номеру органа ручного управления блока 3. При этом значение"1" предписывается разряду в случаезадействования по программе в опре"деленные моменты времени соответствующего органа ручного управления блока 3, а значение "0" - в случае егонезадействоваиия.Коды задействованных строк матрицы с выхода программного блока 17 40переписываются в первый блок сравнения 16, на другой вход которогос выходов блока ручного управления 3,индикатора 4 и имитаторов сигналавоздействия 6 через блок Формирования сигналов 9 по мере отработки оператором задачи поступают соответствующие а,лектрические сигналы. В первом блоке сравнения 16 йроиз водитсясравнение порядка поступления сигналов (излишние и недостающие сиг 50налы), время поступления сигналов( раньше, позже ) с их программнымизначениями. В случае отключения сигналы отклонения передаются на входыузла сопряжения 12 для кодированияи дальнейшего документирования в уэ.ле регистрации 11 и одновременноданные сигналы поступают с дРугоговыхода первого блока сравнения 16 навход дешифратора 15, который преобразует коды двоичных сигналов признака строк и признаков отклонений всигналы одноадресных кодов, поступающих с его выхода через узел памяти14 на вход узла отображения информа-,ции 13 для визуализации результатовработы оператора.Для совершенствования и контролятекущего состояния оперативногомышления оператора в программныйблок 17 введена соответствующая программа его эвристической деятельности, Сущность эвристической деятельности оператора заключается в том,что в процессе решения той или инойпрофессиональной задачи за требуемыйпромежуток времени оператору не представляется возможности осуществитьпростой перебор всех возможных вариантов решения задачи. Поэтому длядостижения цели, поставленной передсистемой "Оператор-объект управлениясреда" оператору требуется найти соответствующую эвристику, необходимость выработки которой человекомоператором можно проиллюстрироватьна примере деятельности пилота,Допустим, что пилоту в соответствии с полетнчм заданием необходимов турбулентной атмосфере выдержатьзаданную высоту, курс, скоростьполета, а также требуется вывестиЛА в заданную точку воздушного пространства в предписанное время.Из условий полетного заданияследует, что пилоту при простом йереборе всех возможных вариантовсочетаний семи переменных задачипридется проанализировать 42 варианта, а при двУхградационной характеристике (например, турбулентностьатмосферы, скорость полета и т.д.могут увеличиваться или уменьшаться)число перебора вариантов возрастаетв геометрической прогрессии. Есливсе логические условия задачи будутполностью пилотом анализироваться,то он не сможет найти за 2-3 с рационального решения, а тем саьвмпилоту для достижения цели требуется каждый раз при решении "игровой"ситуации находить эвристику,На примере проведенного полетного задания покажем как учитыватьобъективно текущее состояние оперативного мышления пилота предложенным устройством.Вначале допустим, что пилот управляет средне-магистральным пассажирским самолетом (как объектом тренажа).Для определения эталонного (оптимального) Состояния оперативногомышления, которым должен обладатьреальный пилот в недетерминированной системе "Пилот-ЛА-среда" необходимо найти параметры дополнительно введенных узлов - формирующегофильтра 20 и узла выделения оптимальных Функций 21.Формирующий фильтр 20, входящий в состав предложенного устройства, 1098024предназначен для формирования параметров воздействующих Фактбров среды на систему "Пилот-ЛА", в частности турбулентность атмосферы, имитируемой с помощью генератора шума 5. при выборе параметров указанного Фильт 5 ра 20 учитывается тот Факт, что для данного класса ЛА Влияние турбулентности атмосферы на состояние динами- ки самолета выражается в изменении его углов атаки и скольжения и составляет .в среднем 5-7Исходя из приведенных значений изменения угла атаки и скольжения ЛА, по амплитудно-частотной характеристике самолета выбирается полоса про пускания частот и коэффициент передачи сигнала Формирующего Фильтра 20,При определении параметров узла выделения оптимальных Функций 21, характеризующих эталонное состояние оперативного мышления реального пилота, исходят иэ предположения, что пилотпри управлении ЛА, который имеет удовлетворительные по управляемости и устойчивости характеристики, обладает аналогичными амплитудно-частотными характеристиками что и ЛА, возмущаемый средой, Тогда полоса пропускания частот и коэффициент передачи сигналов узла выделения опти- Зо мальных Функций 21 соответствуют значениям полосы пропускания частот и коэффициента передачи Формирующего Фильтра 20.После определения параметров Фильтра 20 и узла 21 рассмотрим мето дику оценки текущего состояния оперативного мышления пилота предложенным устройством, которое после включения работает следующим образом,с 40Программный блок 17, в который заложена программа эвристической деятельности пилота, генерирует кодовые сигналы, амплитуда и длительность которых выбрана в соответствии с ам плнтудно-частотной характеристикой ЛА и которые с его выхода подаются на вход имитатора сигналов воздействия б. Также на другой Вход имитатора 6 подводятся сигналы, сФормированные с помощью генератора шума 5 н Формирующего Фильтра 20, Поступившие на входы имитатора сигналы преобразуются в нем по амплитуде и длительности в соответствии с амплитудно- частотными характеристиками ЛА. Далее с первого выхода имитатора б сигналы подаются через узел аналогоцифровых преобразователей 19 на один из входов коррелятора 18, на другой вход которого через узел выделения 6 О оптимальных Функций 21 и узел аналого-цифровых преобразователей 19 также поступают сбответствующие сиг калы для определения с помощью кор- ) релятора 18 эталонной корреляционной Я характеристики, выражающей эталонное (оптимальное) текущеее состояние опе" ративного мышления испытуемого пилота, Коррелятор 18 по двум поступившим сигналам вычисляет укаэанную характеристику в виде импульсной переходной функции:Ь (ь) = уЮкй ),Фде 1 з (Ц - эталонная импульсная переходная Функция, характеризующая требуемое состояние оперативного жшления реального пилота, усредненная по времени;Ч(Ц- сигнал ка входе блока моделирования объекта тренажа 1;( 1 - ь) - сигнал на выходе фильтра эталонных импульсных переходных функций 21.Сигнал 6 , представляющий произведение двух указанных сигналов, усредненных по времени, с выхода коррелятора 18 подводится на вход блока эталонных импульсных переходных Функций 8, где н запоминается, После определения предложенным устройством эталонного состояния оперативного мышления испытуемого пилота рассмотрим методику Фиксации его текущего состояния мышления. Сигналом, который сформирован в имитаторе б, воздействуют на вход блока моделирования объекта тренажа 1, сигналы реакции которого подаются на Вход индикатора 4,где предъявляются пилоту путем отображения и сигнализации, сиг налы реакции объекта тренажа 1 также поступают ка первый вход .вь 1 числительного блока 2.Оператор в соответствии с полученной стимульной информацией, поступившей ка вход индикатора 4, воздействует на Ораны ручного управления блока Э, который вырабатывает сигналы управляющих воздействий, поступающие с его ВыходОВ ка Второй вход Вычис лительного блока 2. Сигналы, поступившие с индикатора 4 и блока ручного управления 3 на входы вычислительного блока 2, являются основой для определения текущего состояния оперативного мышления испытуемого пилота, которое в вычислительном блоке 2 определяется по следующему аналитическому выражению:),Ф- .нй) й. )где Ь(ь) - импульсная переходнаяФункция, усредненная по времени ихарактеризующая текущее состояниеоперативного моления пилота;х(1) - сигнал на выходе имитатора б;) - сигнал реакции пилота настимульную информацию, вынесеннуюна индикатор 4.Сигнал п Л) , представляющийпроизведение стимульного сигнала к(1)