Адаптивное устройство обучения операторов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 4 (51) С 09 В 9/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54)(57) АДАПТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ОБУЧЕНИЯ ОПЕРАТОРОВ, содержащее генератор шума, блок моделирования объектов тренажа, первые входы которого соединены через имитатор сигналов воздействия и программньй блок с пер" вым входом блока сравнения, вторым входом соединенного с выходом формирователя сигналов, первый вход которого соединен с первым выходом блока ручного управления, вторым выходом связанного с вторым входом блока моделирования объекта тренажа, первый вход которого связан с вторым входом формирователя сигналов и с первым входом индикатора, вторым входом подключенного к второму выходу блока моделирования объекта тренажа и к ЯО 1138822 А первому входу вычислительного блока,вторым входом соединенного с третьимвыходом блока ручного управления, авыход вычислительного блока соединенс первым входом узла сравнения, вторым входом связанного с выходом узлаэталонных импульсных переходныхфункций, а выход узла сравнения соединен с первыми входами блока регистрации и блока отображения, вторыевходы которых связаны с выходомблока сравнения, от л и ч а ю щ е -е с я . тем, что, с целью повьппенияэффективности процесса обучения,оно имеет узел. формирующих фильтров,электронный коммутатор, квантователь фесигналов, триггер и еыкостный накопитель, вход которого соединен с выходом узла сравнения, а выход емкостного накопителя через триггер и Сафквантователь сигналов соединен спервым входом электронного коммутатора, вторым входом соединенного с майвыходом генератора шума, причем вы- ваваходы электронного коммутатора соединены через узел форМирующих фиЯьт- Сфров с первым входом имитатора сиг- у)налов воздействия.ЮИзобретение относится к эргономике, в частности к устройствам обучения, и может быть использовано вотраслях народного хозяйства, проектирующих и эксплуатирующих человекомашинные системы, а также как частьтренажерной техники,Известно устройство обучения операторов, содержащее блок моделированияобъекта тренажа, соединенный через 1 ОФимитатор сигналов воздействия с программным блоком, блок ручного управления, выходами подключенный к входам блока моделирования объекта тренажа, вычислительного блока и Формирователя сигналов, узел сравнения,первый вход которого соединен с выходом вычислительного блока, второйвход подсоединен к выходу узла эталонных импульсных переиодных Функций, 20а выход узла сравнения подключен кодному из входов блока регистрациии блока отображения информации, генератор шума, соединенный с одним извходов имитатора сигналов воздействия, блок сравнения, первый входкоторого соединен с выходом Формирователя сигналов, второй. вход подсоединен к одному из выходов программного блока, а выход блока сравнения подключен к одному из входовблока регистрации и блока отображения информации, индикатор, один входкоторого соединен с первым выходомблока моделирования оьъекта тренажаи Формирователя сигналов, другойвход подключен к второму выходу блока моделирования объекта тренажа иодному из входов вычислительногоблока 11 .Недостаток известного устройстваобучения операторов заключается втом, что оно не позволяет автоматически подстраивать воздействующиеФакторы на концептуальную модельсубъекта в зависимости от его текущей скорости адаптации и тем самымснижает эффективность процесса обучения операторов.Цель изобретения - повышение эФ 50фективности процесса обучения операторов путем автоматической подстройки воздействующих Факторов на концептуальную модель субъекта в зависимости от текущей скорости адаптации инди 55видуума.Поставленная цель достигаетсятем, что адаптивное устройство обучения операторов, содержащее генераторшума, блок моделирования объектовтренажа, первые входы которого соединены через имитатор сигналов воздействия и программный блок с первымвходом блока сравнения, вторым входом соединенного с выходом Формирователя сигналов, первый выход которогосоединен с первым выходом блока ручного управления, вторым выходом связанного с вторым входом блока моделирования объекта тренажа, первыйвход которого связан с вторым входомФормирователя сигналов и с первымвходом индикатора, вторым входомподключенного к второму выходу блока моделирования объекта тренажа и к,первому входу вычислительного блока,вторым входом соединенного с третьимвыходом блока ручного управления авыход вычислительного блока соединенс первым входом узла сравнения, вторым входом связанного с выходом узлаэталонных импульсных переходных Функций, а выход узла сравнения соединенс первыми входами блока регистрациии блока отображения, вторые входыкоторых связаны с выходом блока сравнения, имеет узел Формирующих Фильтров, электронный коммутатор, квантователь сигналов, триггер и емкостныйнакопитель, вход которого соединенс выходом узла сравнения, а выходемкостного накопителя через триггери квантователь сигналов соединен спервым входом электронного коммутатора, вторым входом соединенного свыходом генератора шума, причем выходы электронного коммутатора соединены через узел Формирующих Фильтровс первым входом имитатора сигналоввоздействия.На чертеже представлена блок-схе-ма адаптивного устройства обученияоператоров,Схема содержит блок 1 моделирования объекта тренажа, вычислительныйблок 2, блок 3 ручного управления,индикатор 4, имитатор 5 сигналоввоздействия, генератор 6 шума, узел7 эталонных импульсных переходныхфункций, узел 8 сравнения, Формирователь 9 сигналов, программный блок10, блок 11 регистрации, блок 12отображения информации, блок 13сравнения, узел 14 формирующих Фильтров, электронный коммутатор 15, емкостный накопитель 16, триггер 17,квантователь 18 сигналов.Э 113882При этом блок 1 моделирования объектов тренажа первыми входами соединен через имитатор 5 сигналов воздействия и программный блок 10 с первым входом блока 13 сравнения, вторым входом соединенного с выкодом Формирователя 9 сигналов, первый вход которого соединен с первым выходом блока 3 ручного управления, вторым выходом связанного с вторым 10 входом блока 1 моделирования объекта тренажа, первый вход которого связан с вторым входом Формирователя 9 сигналов и с первым входом индикатора 4, вторым входом подключенного к второму выходу блока 1 моделирова-. ния объекта тренажа и к первому входу вычислительного блока 2, вторым входом соединенного с третьим выходом блока З,ручного управления, а выход вычислительного блока 2 соединен с первым входом узла 8 сравнения, вторым входом связанного с выходом узла 7 эталонных импульсных переходных Функций. Выход узла 8 сравнения соединен с первыми входами блока 11 регистрации и блока 12 отображения, вторые входы которых связаны с выходом блока 13 сравнения, а емкостный накопитель 16 входом соединен с выкодом узла 8 сравнения. Выход емкостного накопителя 16 через триггер 17 и квантователь 18 сигналов соединен с первым входом электронного коммутатора 15, вторым входом соединенного с выходом генератора 6 шума, причем выходы электронного коммутатора 15 соединены через узел 14 формирующих Фильтров с первым входом имитатора 5 сигналов воздействия.40Адаптивное устройство обучения операторов работает следующим образомДля совершенствования и контроля 45 характеристик управляющих действий оператора, деятельность которого совершается в соответствии с положениями инструкции, в программный блок 10 введена соответствующая программа 50 его деятельности. Кодовые сигналы с выхода программного блока 10 поступают на один иэ входов имитатора 5 сигналов воздействия, где они дешифрируются и с его первого выхода по даютсяна первый вход блока 1 моделирования объекта тренажа, Последний4вырабатывает сигналы реакции, посту-2 4пающие с его выхода на первый вход индикатора 4, где и предъявляются оператору путем отображения и сигнализации, и на один из входов формирователя 9 сигналов.Оператор в соответствии с полученной информацией на индикаторе 4 воздействует на органы ручного управления блока 3, который вырабатывает сигналы управляющих воздействий, поступающие на один из входов блока 1 моделирования объекта тренажа и формирователя 9 сигналов воздействия, в котором производится их преобразование по амплитуде и длительности для согласования режимов работы устройства обучения.Программа деятельности оператора, генерируемая программным блоком 10; представляет собой матрицу позиционнык двоичных кодов. Каждая строка матрицы соответствует программе отработки той или иной зацачи в зависимости от имитируемой ситуации. Каждый разряд строки соответствует номеру органа ручного управления блока 3.Значение "1" приписьвается разряду в случае задействования по программе в определенные моменты времени соответствующего органа управления, а 1значении "0" - в случае его незадействования.В программный блок 10 введена также программа последовательности отображения информации в соответствии с выбранной строкой матрицы и сигналом Формирователя 9 сигналов. Коды задействованных строк матрицы с выхода программного блока 10 переписьваются в блок 13 сравнения. На другой вход блока 13 с выхода блока 3 ручного управления через Формирователь 9 сигналов по мере отработки оператором задач поступают электрические сигналы. В блоке 13 производится сравнение времени поступлениясигналов (раньше, пооже) с их программными значениями. В случае отклонения от нормы сигналы отклоненияпередаются на блок 11 регистрации для документирования и блок 12 отображения информации для индикациичисла ошибочных действий оператора. Для совершенствования и контроля характеристик эвристической деятельности оператора, в частности текущей скорости адаптации, в програм-. ный блок 10 введена соответствующаяды вычислительного блока 2 сигналыявляются основой для определениятекущего состояния управляющих действий оператора, которое в блоке 2оценивается по следующему аналитическому выражению: Ь = Ъ(1-) а(1), где Ь Х Ч ) - импульсная переходнаяФункция, усредненнаяпо времени и характеризующая текущее состояние управляющихдействий оператора;а(С) - реакции оператора наинформацию, вынесенную на индикатор 4;Ь(С -С) - стимульные сигналы(сигналы реакции объекта тренажа);- временные задержки.Сигнал, представляющий собой произведение стимульного сигнала Ь(С - ) и реакции а(С) оператора и усредненный по времени, с выхода вычислительного блока 2 поступает на первый вход узла 8 сравнения, на другой вход которого с выхода узла 7 эталонных импульсных переходных Функций также поступает эталонный сигнал Ь ( т ), представляющий собой произведение стимульного сигнала Ь(С -1) и сигнала а(С) реакции эталонного оператора, усредненный по времени.После сравнения указанных сигна" лов в узле 8 результирующий сигнал д( ) с выхода узла 8 сравнения подается на один из входов блока 11 регистрации для документирования и блока 12 отображения информации для индикациитекущего состояния управляющих действий оператора и на вход емкостного накопителя 16 сигналов.Генерация, прохождение и обработка сигналов в устройстве обучения для совершенствования и контроля характеристики скорости адаптации оператора аналогична рассмотренной мето- дике по оценке его текущего состояния управляющих действий. Только для определения характеристики скорости адаптации процедуру тестирования необходимо провести на двух вре 3 1138822 программа его деятельности в системе оператор - устройство обучения.Программа эвристической деятельности оператора состоит из двух подпрограмм. Первая из них предназначе на для генерации начальных условий в состоянии блока 1, а другая - вносит изменения в начальные условия состояния блока 1 моделирования объекта тренажа, имитируя тем самым 10 отказы каких-либо Функциональных узлов объекта тренажа.Совершенствование и.контроль характеристик текущей скорости адаптации оператора к условиям профессио нальной задачи производится следующим образом,Программный блок 1 О генерирует сигналы двоичной псевдослучайной последовательности, которая задает 20 начальные условия в состоянии объектатренажа, С второго выхода программного блока 10 электрические сигналы указанной последовательности поступают на второй вход имитатора 5 сигна" 25 лов воздействия, на другой вход которого поступают сигналы с генератора 6 шума через электронный коммутатор 15 и узел 16 Формирующих фильтров. Сигналы генератора 6 шума имитируют 30 воздействующие Факторы среды на систему оператор - устройство обучения. Сигналы, поступившие на входы имита- торов 5 с программного блока 10 и .генератора 6 шума, перемножаются. ц 5 Сигнал, представляющий собЬй произведение указанных сигналов, с второ" го выхода имитатора 5 подается на один из входов блока 1 моделирования объекта тренажа. Последний выра батывает сигналы реакций, которые с его выхода подводятся на второй вход индикатора 4, где и предъявляются оператору путем отображения и сигнализации. Сигналы реакции блока 45 1 моделирования объекта тренажа поступают также на первый вход вычислительного блока 2.Оператор в соответствии с полученной информацией на индикаторе 4 50 воздействует на органы ручного управления блока, вырабатывающего сигналы управляющих воздействий, поступающие с его выходов на один из входов блока 1 моделирования объекта трека жа и на второй вход вычислительного блока 2. Поступившие с индикатора 4 и блока 3 ручного управления на вхо ) = ц 11 Ъ 1- Ф) - сЦ Ъ И-Я1138822 О= Х б 1(т 1:О е Ч(й- текуща адапта- времен тестир я скоростьции операторные интервал Т в ератоф 2 т Та нал н фильтигруютс по св ущ а у ую с твин с тации.Автом тическая настрой йствующих фактор ую модель субъек т его текущей ск физически реали разом.еский сиги а парамет- Зв на кона в завиров воз цептуал симостиадаптациидующим о т е 4 ется ал, величинаавна Электричапряжения торого менных интервалах Т и 2 Т, соответственно используя подпрограммы эвристической деятельности оператора.Количественно определяется текущая скорость адаптации оператора по следующей формуле ра,Ь ( ) - эталонная импульсная3переходная функция;1( ) - импульсные переходныефункции, характеризующие текущее состояние оператора на временных интервалах Ти 2 Т соответственно.В предлагаемом устройстве за счет автоматической настройки параметров воздействующих сигналов вырабатывается допустимый диапазон изменения факторов, воздействующих на концепт альн модель субъекта в соответ.его текущей скоростью адапс выхода емкостного накопителя 16 5поступает на вход триггера 17, Прнпревышении поданным напряжением порога срабатывания триггера 17 сигналс выхода триггера 17 подается через Окв,".нтователь 18 сигналов на один извходов электронного коммутатора шума. После соответствующей коммутации сигнал с выхода электрониогокоммутатора 15 поступает на вход 5узла 14 формирующих фильтров. Приэтом коэффициент передачи и полосапропускания частот формирующегофильтра узла 14 прямо пропорциональны величине сигнала, поступающего семкостного накопителя 16.2 О им образом, сформированный с выходе узла 14 формирующих ов, с помощью которого имитивоздействующие факторы среды, им параметрам согласован с й скоростью адаптации оператоПредлагаемое техническое решение позволяет повысить эффективность процесса обучения вследствие того, что параметры воздействующих факторов среды на концептуальную модель субъекта в процессе решения профессиональной задачи автоматически поддерживаются на таком уровне, на котором оператор способен своевременно сформировать алгоритм управляющих действий, и тем самым обеспечивается оптимальная дозировка психофизиологических нагрузок в процессе обуче" ния операторов.атент", г.ужгород, ул.Проектная Фили 10694/39 Тираж 452 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035,. Москва, Ж, Р. Подписнкомитета СССРи открытийушская наб., д,4