автореферат диссертации по транспорту, 05.22.14, диссертация на тему:Разработка метода построения электронных эксплуатационных тренажеров авиационного оборудования

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

т

. 4

Иа правах рукописи

ПЕРЕГУДОВ ГЕННАДИЙ ЕКПЕНЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПОСТРОЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ТРЕНАЖЕРОВ АВИАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Сцгцнядьнииь 05^2.14 - Экяшуятйция воздушного трзвсзпортз

АВТОРЕФЕРАТ днихрищкн яв сиисише учеиий иашш чщщция 1(шивиц яяуж

Моаза -1996

Работа выполнена в Московском Государственном техническом университете гражданской авиация

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Ведущая организация - ГосНИИ Аэронавигация

Защита диссертации состоится 23 мая 1996г. в 15 часов па заседании специализированного совета Д.072.05.01 Московского Государственного технического университета гражданской авиации по адресу: 125838, Москва, Кронштадтский бульвар, д.20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ ГА

Автореферат разослан 19 апреля 1996г.

Ученый секретарь специализированного совета,

ДОКТОР технических наук ттлАесепп

СЛ. КУЗНЕЦОВ

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

В.И. КРИВЕНЦЕВ

кандидат технических наук, доцент Н.А. МАКСИМОВ

С.К.КАМЗОЛОВ

Сложность современных воздушных судов (ВС) и авиационного оборудования (АО) достигла такого уровня, при котором упущение в процедурах технического обслуживания и ремонта (ТОиР) может оказаться предпосылкой к опасному летному происшествию или к выводу из строя дорогостоящего оборудования. По этим причинам к профессиональной подготовке специалистов по ТО ВС предъявляются весьма высокие требования, удовлетворить которые при сохранении традиционных программ и методов первоначального обучения и практики только на реальных ВС и АО стало невозможным. Для развития комплекса навыков оперативного управления процессами технической эксплуатации (ТЭ) АО используются авиационные эксплуатационные тренажеры.

В последние годы теория эксплуатации сложных технических систем получила значительное развитие, особенно в области авиации. Это достигнуто благодаря усилиям крупных ученых и коллективов: ВВИА им. проф. Н.Е.Жуковского (Синдеева И.М., Константинова В.Д., Барзиловича Е.Ю., Воскобоева В.Ф., Красовского B.C.), ГосНИИ ГА (Климчука В.А., Ямпольского В.И.), ГосНИИ АН (Анодиной Т.Г., Демидова Ю.Н., Майорова A.B., Белогородского C.JT., Рябинина Л.В., Карасева ВЛ.), ГосНИИ ЭРАТ ВВС (Володхо A.M., Савенкова М.В., Перова В.И., Коровина Ю.И., Савина С.К.), ЛИИ МАП (Бочарова В.И., Деркача О.Я.), КНИГА (Игнатова В.А., Черненко Ж.С., Новикова B.C.), МГГУГА (Воробьева В.Г., Кривенцева В.П., Смирнова H.H., Ицковича А.А.,Сакача Р.В., Козлова А.И.) и других. При этом решены многие теоретические вопросы анализа систем ТЭ, особенно для ВС в целом, механических систем и радиооборудования. Однако, теоретические исследования процессов и систем ТЭ АО, а также разработка на этой основе новых методов и систем обучения инженерно-технического персонала нуждаются в дальнейшем развитии. Особенно актуальным является направление исследований, связанное с разработкой электронных тренажеров.

Целью настоящей работы является разработка метода построения электронных эксплуатационных тренажеров в системе автоматизированного обучения и тренажа инженерно-технического состава для повышения эффективности ТЭ АО ВС.

Для достижения поставленной цели в работе:

- проведен анализ проблемы построения электронных эксплуатационных тренажеров АО и разработаны принципы построения автоматизированной системы обучения и тренажа ИТС;

- выбрана структура моделей электронного тренажера, разработаны модели диалога и деятельности ИТС;

- разработаны модели функционирования АО;

- разработан и реализован на примере ПНО Ту-!54М метод построения электронного тренажера для ИТС,

Методы исследований базируются на комплексном использовании методов теории автоматов и агрегатов, а также объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна работы заключается:

- в разработке метода построения электронных эксплуатационных тренажеров АО для ИТС, который представляет собой способ теоретического исследования структур и моделей для электронного тренажера и его практическую реализацию;

- в разработке моделей электронного тренажера как совокупности моделей знаний и деятельности ИТС, моделей диалога ИТС с тренажером, учебно-информационных моделей;

- в разработке моделей функционирования АО на основе автоматного, агрегатного, функционально-логического и объектно-ориентированного представления;

На защиту выносятся следующие основные результаты.

- метод построения электронных эксплуатационных тренажеров АО для ИТС;

- рациональная структура моделей электронного эксплуатационного тренажера;

- модели функционирования АО;

- реализация метода построения электронного эксплуатационного тренажера на примере ПНО Ту-154М.

Практическое значение работы. Результаты исследований были использованы при разработке следующих документов, подтверждающих практическую ценность:

- технического задания на комгогассные учебные классы для подготовки специалистов ИТС предприятий ГА по ТО ВС нового поколения;

- предложений по созданию инженерных тренажеров и комплектов средств обучения по новым типам ВС для специальностей 0621 и 1610;

Результатом теоретических исследований и опытно-конструкторских разработок стал электронный инженерный тренажер ПНО-154.

За время работы над диссертацией автор принял участие в нескольких НИР по тематике технической эксплуатации и эксплуатационного контроля АО, проводимых во исполнение решений Государственных Комиссий СМ СССР и РФ. Работы велись по договорам с НЭЦ АУВД, ГосНИИ "Аэронавигация", АНТК им. А.Н.Туполева, ХПКБ

"Авиаконтроль", департаментом воздушного транспорта и другими ведущими фирмами, институтами и предприятиями гражданской авиации и авиационной промышленности.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: на Ш-ей Всесоюзной научно-технической конференции "Тренажеры и компьютеризация профессиональной подготовки" (г. Калининград , 1991 г.); на Всесоюзной научно-технической конференции "Методы управления системной эффективностью функционирования электрофицнрованных и пилотажно-навигационных комплексов "(г. Киев, 1991г.); на Международной научно-технической конференции "Наука и техника гражданской авиации на современном этапе" (г. Москва, 1994 г. ); на внутривузовских научно-технических конференциях (МИИГА , 1991 и 1992 гг.).

Публикация результатов работы. Основные результаты работы опубликованы в 12-и научных трудах (9-и печатных трудах и 3-х отчетах о НИР).

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы и приложения с актами о внедрении. Работа содержит 194 с, в том числе 146 с текста, 73 рис., 14 таблиц, библиографии из 100 наименований.

Глава 1. Анализ проблемы построения электронных эксплуатационных тренажеров авиационного оборудования и постановка задачи диссертационной работы

В данной главе проведен анализ состояния развития авиационных эксплуатационных тренажеров и дана их классификация; проведен анализ структуры систем подготовки ИТС ГА и моделей профессиональной среды; разработаны принципы построения автоматизированной системы обучения и тренажа специалистов по эксплуатации АО.

Задачу специализированной подготовки ИТС ГА следует рассматривать исходя из организационного управления процессом обучения и тренажа. Субъект управления - инженерно-технический состав является элементом человеко-машинной системы управления техническим состоянием объекта управления - авиационной техники и взаимодействует с объектом с помощью различных средств технической эксплуатации на основе программ и планов ТОиР.

Только при реализации комплексного подхода в системе обучения и тренажа ИТС может быть обеспечена всесторонняя подготовка высококвалифицированных специалистов. Игнорирование или недооценка какого-либо фактора деятельности ИТС и соответственно той или иной составной части систем обучения и тренажа может привести к тому, что осмысленная деятельность ИТС при ТЭ AT будет затруднена или же невозможна.

Создание средств, обеспечивающих успешное решение задач подготовки и переподготовки ИТС, основывается на использовании системотехнического подхода с учетом технологического описания работы оборудования и деятельности ИТС, методов математического и имитационного моделирования с широким применением средств вычислительной техники.

В авиакомпаниии KLM начиная с 1993г для подготовки и переподготовки инженерно-технического персонала широко применяют электронные эксплуатационные тренажеры computer assisted training systems (CATS). Как показывает анализ тенденции в развитии инженерных тренажеров направление по разработке электронных тренажеров типа CATS становится основным. В 1993-95гг в МГТУ ГА были проведены работы по созданию электронного инженерного тренажера пилотажно-навигационного комплекса самолета Ту-154М.

Тренажер представляет собой единство системы имитации объекта и системы организации учебного процесса с оценкой качества тренажа. Основным признаком тренажера (имитатора) является наличие учебной информационной модели объекта управления, то есть наличие на экране дисплея структуры и элементов информационного и моторного поля системы отображений информации объекта управления. Степень соответствия учебной информационной модели (УИМ) объекту должна определяться опытным специалистом с учетом возможностей используемого устройства отображения информации тренажера (например, псевдографического дисплея) при формировании УИМ.

Возможность использования дисплеев для замены реального оборудования и пультов управления обоснована в опубликованных работах по инженерной психологии и в практике использования реально выполненных систем подготовки ИТС.

В настоящее время нет общей методики построения системы обучения и тренажа на основе средств вычислительной техники. Обычно проводится индивидуальная разработка, выполняемая для конкретных условий использования.

Поэтому, необходима разработка системы автоматизации построения тренажеров и обучающих систем для специалистов по АО, которая основывается на следующих принципах, представленных на рис. 1.1.

Принципы разработки системы автоматизации построения электронных тренажеров АО для И'ГС

Использование серийных персональных ЭВМ и видеотерминалов

Обеспечение агрегатнруемости технических и модульности программных средств

Широкий набор и универсальность базовых учебно-методических средств

Многопользовательский режим работы

Обучение и тренаж без инструкторов

Модернизация существующего учебного процесса С целью повышения эффективности

Диалоговый (непроцедурный) режим взаимодействия пользователей с программными средствами на ЭВМ

Обеспечение автоматизации построения и коррекции в режийе диалога моделей знаний, средств учебно-технологического обеспечения системы, учебных информационных моделей -. объектов^ ситуационных и имитационных динамических тренажеров, сценариев контроля знаний « организации учебного процесса

Рис. 1.1 Принципы разработки системы автоматизации построения электронных тренажеров АО для И ТС

Основой системы автоматизации формирования тренажеров и систем контроля знаний является автоматизация построения моделей, обеспечивающих с достаточной точностью воспроизведение функционирования объекта управления (его информационной модели) для определенной деятельности ИТС, а также формирование диалоговой оболочки, организующей учебный процесс с помощью ЭВМ.

На основании анализа оперативной деятельности и моделей профессиональной среды ИТС, а также предложенных принципов

построения автоматизированной системы обучения и тренажа специалистов по эксплуатации АО задачу диссертационной работы можно сформулировать следующим образом.

Пусть С1'10 - множество функций, выполняемых системой АО, -множество функций АО, моделируемых электронным тренажером. Модель системы АО описывается множеством параметров Т*° = {}.

Пусть С1ИТС- множество функций, выполняемых ИТС при ТО АО, П"з;с - множество функций, выполняемых ИТС при ТО АО и моделируемых электронным тренажером. Модель деятельности ИТС описывается множеством параметров =

Тогда задачей диссертационной работы является поиск минимума невязок множеств реальных и моделируемых функций, выполняемых системой АО, а также множеств реальных и моделируемых функций, выполняемых ИТС при ТО АО, на множествах параметров моделей АО и моделей деятельности ИТС при условии, что множества моделируемых функций содержатся в множествах реальных функций. То есть

еТ^\у"эттс с\~";с (1.1)

еО", П™ еПИТС

Решению поставленной задачи посвящены последующие главы диссертации.

Глава 2. Выбор структуры моделей электронного тренажера и разработка моделей диалога и деятельности

Система автоматизации построения моделей ориентирована на формирование ряда моделей деятельности и функционирования подсистем объектов управления, а также организационных структур, определяющих порядок и форму учебного процесса с учетом принятой в ГА системы подготовки персонала.

Целесообразно выделить следующие группы моделей, представленные на рис.2.1.

Модель диалога ИТС с тренажером может быть представлена в виде ориентированного графа, однозначно задающего состояния диалога и переходы между ними. В качестве состояний удобно выбирать результат, определяемый элементом деятельности пользователя с пульта и приводящий к выводимой реплике ЭВМ, то есть переходы в графе диалога

Мдд« тренажедаАОда1яИТ^^_

Модели знаний ИТС

Моделк деятельности ИТС

Модели диалога (сценарии) ИТС с тренажером

Учебно-информационные модели систем АО

Модели функционирования систем АО

Рис.2.1. Структура моделей электронного тренажера АО для ИТС

обусловлены допустимыми действиями пользователя. Такому описанию соответствует конечный детерминированный автомат, определяемый пятью параметрами: М = (Х,и,0,Р,Ч>). Здесь ДМ^.К^ЫГ н<2 = {ч1}'1 -

соответственно множества входных команд и сообщений пользователя, выходных реплик ЭВМ и состояний модели диалога: с/, - начальное и конечное состояния; Ф : X*()->() и : Д' хУ - функции переходов и выходов (или Ч*: У).

Описанная модель диалога (управляемый сценарий) может быть задана специалистом по организации учебного процесса как формализация функционирования человеко-машинной системы обучаемый - ЭВМ.

Для создания эффективных систем автоматизации построения тренажеров необходима разработка соответствующей технологии создания и реализации тренажерных моделей.

Авиационное оборудование как объект моделирования характеризуется большим числом конструктивных элементов, функционирующих в тесном взаимодействии друг с другом. Представление таких систем в виде моделей встречает трудности, связанные с учетом причинно-следственных связей, существующих в реальном объекте, и моделированием управлений.

Модели объекта, требования адекватное™ и полноты моделирования процессов функционирования и управления определяются назначением тренажера. Для сокращения затрат на разработку и реализацию моделей объем моделирования определяется из учета программ обучения и соответствующих режимов функционирования, внешних проявлений функционирования объекта.

Структура, формализованное представление и режимы функционирования любой модели определяются областью их применения. Представленные ниже модели ориентированы на применение в тренажерах. Структура и язык формального описания моделей разработаны с учетом

необходимости обеспечения: разработки и представления моделей на технологическом уровне; создания эффективных процедур построения машинных моделей на основе их формализованных описаний.

Сценарий диалога (СД) - это формальная модель (спецификация) требуемого с точки зрения автора сценария (то есть внешне наблюдаемого) взаимодействия ИТС и ЭВМ с помощью средств отображения информации - информационных элементов вывода и моторных элементов ввода. СД включает последовательность кадров учебных информационных моделей прикладной среды и набор допустимых действий в каждом кадре, приводящих к смене кадра или изменению состояния данного кадра.

На рис. 2.2 представлена схема структурной декомпозиции сценария диалога, то есть элементы языка спецификации. Каждая связь в виде сплошной стрелки означает, что элемент (или подсистема), к которому направлена стрелка, включен (является элементом) в подсистему, от которой идет эта стрелка. Элементам и подсистемам могут быть поставлены в соответствие (штриховые стрелки) имена, структуры, описания.

Рис. 2.2. Схема структурной декомпозиции сценария диалога

Обучаемый ИТС включен в контур управления учебной человеко-машинной системы. В соответствии с известной целью управления на основе сведений, получаемых с информационного поля УИМ, он должен выполнить комплекс действий, обеспечивающих эффективное достижение этой цели с учетом возникающих возмущений, неисправностей и отказов.

Алгоритмические описания деятельности формализуют отдельные этапы деятельности в контуре - наблюдение, анализ и диагностику ситуации, принятие решения и планирование действий, выполнение действий.

Для удобства восприятия модели деятельности человеком последовательность операций субъекта по управлению предметом деятельности может быть представлена в виде графа с двумя типами вершин - вершин-действий и вершин-наблюдений, а такое представление модели деятельности аналогично принятой в сетях Петри. Использование аппарата сетей Петри целесообразно для анализа параллельных процессов, протекающих в объекте деятельности, и волевых решений субъекта, влияющих на переходы модели деятельности.

Сети Петри удобны для применения тем, что позволяют создавать модели на строгой математической основе, просты по структуре и доступны для понимания человеку с минимальной подготовкой. Закон функционирования сети определяется в зависимости от принятой интерпретации. Под интерпретацией сети понимают набор правил, позволяющих однозначно описать моделируемый процесс.

Глава 3. Разработка моделей функционирования авиационного оборудования

В данной главе разработаны различные модели функционирования авиационного оборудования для электронных тренажеров.

Одним из основных вопросов при создании любого тренажера является разработка модели, имитирующей функционирование объекта управления (ОУ) с требуемой степенью точности и в заданном темпе времени. В реальных условиях функционирование АО для ИТС проявляется только посредством изменений, отражаемых на устройстве отображения иформации УОИ.

Таким образом, назначением модели ОУ в тренажере является имитация функционирования объекта, наблюдаемого человеком посредством УОИ. Иными словами, для тренажера имитация функционирования объекта подменяется имитацией изменения УОИ.

Модель функционирования АО можно рассматривать как составную, состоящую то модели состояний и модели режима. Модели состояний являются дискретными и традиционно представляются в виде автоматных моделей:

Ля={8,В,Р„Вв), (3.1)

где 5 - конечное множество параметров, характеризующих состояние объекта; О - конечное множество управлений; , - функции выходов и

переходов соответственно.

Все действия ИТС делятся на запросы и управления. Результатом выполнения является изменение оперативного состояния объекта и как следствие - режима работы АО. В результате запроса извлекается и выдается информация о состоянии интересующего элемента (или группы элементов) АО. В общем случае оценка текущего состояния АО осуществляется на основе интеграции оценок состояний отдельных элементов объекта.

Это положение и конструктивные особенности АО позволяют представить схему функционирования модели как комбинацию параллельно функционирующих автоматов А„. На уровне объекта модель функционирования МР - []А

т

На уровне оборудования модель А т, в свою очередь, формируется как комбинация моделей устройств а/. Ат= У«,. Эта модель связывается

только с выполнением конкретных действий <1]. Изменение оперативного

состояния элементов модели осуществляется следующим образом.

Разрешенное управление с11, поступающее на вход модели,

анализируется. Из него определяется "адрес" объекта воздействия (диспетчерское имя) и собственно действие. По "адресу" определяется тип оборудования (устройства) и его текущее оперативное состояние 5„. В

библиотеке моделей отыскивается автомат д„ (А т), описывающий функционирование данного устройства (оборудования), и определяется Результат у, заносится в информационную структуру, имеющую древовидную форму по соответствующему "адресу". При отработке запроса требуемое состояние извлекается из информационной базы и выводится на соответствующее УОИ.

В реальном АО управление с11 может приводить не только к изменению состояния sl оборудования Ат и связанному с этим изменению результирующего состояния Б'ир всего ОУ, но и влиять на состояние других элементов и оборудования. Для сохранения правильности

функционирования модели учитываются причинно-следственные связи (ПСС), существующие в реальном объекте АО.

Принятый подход позволяет при разработке учитывать не все ПСС, а только необходимые в пределах разрабатываемой тренировки. Для моделирования ПСС, вызываемых вводится корректировка состояний:

А 5 = (3.2)

где Б - конечное множество управлений; Я - конечное множество реакций объекта, вызываемых ПСС; Г, -> Л - функция соответствия.

Тогда текущее состояние объекта определяется как композиция состояний и поправок Л вызванных учетом ПСС:

= (з.з)

Наличие модели деятельности (МД) позволяет при разработке моделей ОУ связывать их только с действиями, предусмотренными МД. В множество О, предусмотренных МД, в качестве подмножества могут входить и неправильные действия. Это позволяет имитировать во время тренировки последствия ошибок и организовать достаточно эффективное сопряжение тренировок с демонстрацией нарушений работы АО. Действия, не предусмотренные МД, моделями функционирования не отрабатываются, так как тренажер не является инструментом для исследования поведения объекта. Исключение составляют действия, связанные с анализом оперативного состояния ОУ. Здесь МД не накладывает на запросы тренируемых никаких ограничений.

Использование МД в качестве регулирующего звена избавляет от необходимости разработки сложных моделей ОУ.

Рассмотрим методы агрегагивного представления дискретно-непрерывных и непрерывных моделей функционирования АО.

Под агрегатом понимается объект, определяемый множествами Т, X, Г, У, Z и операторами Я и С, где / еТ множество моментов времени; х еХ

- множество входных сигналов; geГ - множество управляющих сигналов; у еУ - множество выходных сигналов; 2 eZ - множество состояний. Операторы Я и С, называемые операторами переходов и выходов, определяют функции у(1), г(1). Необходимо также в описание агрегата ввести пространство параметров агрегата В и некоторое множество

определяющее моменты времени выдачи агрегатом выходных

сигналов.

Оператор С представляется в виде совокупности операторов С и С. Оператор С определяет моменты времени выдачи выходных сигналов, Б"

- значения выходных сигналов. Обозначим моменты времени выдачи сигналов С. Выдача выходного сигнала агрегата происходит тогда, когда

траектория состояния агрегата г" (г) пересекает одну из границ, заданную множеством X1 . Обозначим („ моменты времени поступления входных сигналов. Тогда для интервала /я<г<оо момент времени выдачи выходного сигнала определяется как

С = (3.4)

Значение выходного сигнала определяется через оператор С : у(/;) = С"(2(С).я}- (3.5)

Рассмотрим оператор Н. Вместе с состоянием г(1) введем состояние г (I + 0), в которое агрегат переходит за «малый» интервал времени. Оператор Я представляется в виде совокупности двух операторов V и и. Оператор V реализуется в моменты и описывает изменение сигналов

состояния агрегата при поступлении входных сигналов. Оператор II описывает изменение состояния агрегата в интервалах (г„ + поступления соседних по времени входных сигналов:

Таким образом, формальная схема агрегата при введенных выше ограничениях включает множества Т, X, У, X, , В и операторы С, С',

Расчет программной модели агрегата осуществляется следующим образом. Если вызов модели обусловлен поступлением входного сигнала, то рассчитывается новое состояние агрегата г(г„+о), определяются

траектория точки состояния агрегата до момента времени поступления следующего входного сигнала и момент времени выдачи агрегатом выходного сигнала !*, т. е. момент времени пересечения точкой г(1) одной из границ области, заданной множеством При появлении выходного сигнала, т. е. в момент времени I - 1\ (/ - модельное время, в котором функционирует система, состоящая из агрегатов), рассчитывается значение выходного сигнала у(0 и новое значение момента времени выдачи следующего выходного сигнала Г.

Таким образом, если представить отдельные элементы системы, моделирующей поведение АО в виде агрегатов, то это позволит организовать процесс расчета отдельных элементов системы и взаимосвязей между ними в виде единой схемы, а также применить к ним событийный метод.

В основу функционально-логического представления моделей функционирования ЛО положен логико-всроятностныи метод построения алгоритмов его функционирования и поиска места отказа.

Сущность метода заключается в формализации описания работы объекта АО с помощью функционально-логической модели, формализации взаимосвязи технических состояний (ТС) системы и признаков внешних проявлений отказов (ВПО) в виде таблицы состояний, выявлении однозначного соответствия между ТС системы и признаками ВПО, построении алгоритмов поиска неисправностей.

Логико-вероятностный метод построения алгоритмов поиска и устранения отказов содержит следующую последовательность операций: построение функциональной схемы АО; построение функционально-логической модели АО; построение таблицы состояний: выявление различных ТС и разработка алгоритмов поиска различных отказов; выявление неразличимых ТС и дополнение признаков ВПО до однозначного соответствия между состояниями и признаками; ранжирование ТС по вероятностям появления; разработка алгоритмов поиска отказов но дополненным признакам ВПО.

Составление алгоритма связано с решением задачи оптимизации -нахождения алгоритма, критерий оценки (средние затраты на поиск неисправностей, среднее время поиска и т.д.) которого имеет минимальное или близкое к нему значение. Существует ряд методов для решения задачи оптимизации, целесообразность применения которых обусловлена характером исходной информации и сложностью АО. В данной работе для построения моделей функционирования и алгоритмов поиска неисправностей АО использованы метод математической логики и информационно- вероятностный метод.

Для представления модели функционирования системы АО в идеологии объектно-ориентированного программирования (ООП), необходимо разбиение ее на объекты с точки зрения принципа действия системы (функциональной схемы). Не обязательно соответствие объектов модели объектам (блокам) реальной системы, но желательно их соответствие функциональным единицам схемы.

Объекты модели должны образовывать иерархическую структуру, в которой объекты нижестоящего уровня являются подмножеством вышестоящего объекта. Самый высокий (первый) уровень состоит из единственного и самого крупного объекта - самой системы в целом. Подсистемы (каналы и прочие устройства) реальной системы представляются в модели подобъектами (объектами более низкого уровня).

Объекты модели разделяются на несколько основных типов, каждый из которых имеет свой шаблон для описания объектов данного типа, стандартизирующий информацию о графическом представлении, функционировании, реакции на отказы и связях с другими объектами. При описании конкретного объекта, в случае если он не имеет какого либо свойства, предусмотренного для его типа, соответствующий пункт описания не опускается, а проставляется отсутствие данного свойства.

Глава 4. Реализация метода построения электронного тренажера для

инженерно-технического состава иа примере разработки электронного тренажера ГШ О ТУ-154М

Электронный тренажер пилотажно-навягационного оборудования самолета Ту-154М (ЭТ-ПНО-154М-ИТС) разработан для обучения инженерно-технического состава эксплуатационных предприятий, студентов ВУЗов, курсантов училищ и колледжей гражданской авиации практической работе по техническому обслуживанию модернизированного пилотажно-навигационного оборудования самолета Ту-154М.

Процесс изучения ПНК включает следующие этапы:

1). теоретическое изучение;

2). практическое изучение на электронном тренажере и получение допуска к проведению самостоятельных работ на самолете;

3). практическое изучение ПНК на учебном самолете и получение допуска к стажировке в эксплуатационном предприятии;

4). стажировка в эксплуатационном предприятии и получение допуска к самостоятельному обслуживанию.

Традиционное изучение ПНК в ВУЗах и технических училищах содержит только первый и третий этапы. Инженерно-технический состав первый этап обучения проходит в учебно-тренировочных центрах, а четвертый этап - в своих эксплуатационных предприятиях. Использование ЭТ на втором этапе обучения позволяет существенно повысить качество обучения, а также ускорить его за счет сокращения третьего и четвертого этапов.

В состав ЭТ-ПНО-154М-ИТС входят: четыре учебных рабочих места, рабочее место методисга-разработчкка, унифицированное программное обеспечение, специализированное программно-математическое обеспечение, комплект технической документации.

Оболочка и дизайн основных экранов тренажера разработаны в среде Windows, как наиболее полно удовлетворяющей современным требованиям технологии Multimedia.

Ко всем трем категориям обучаемых (ИТС, студенты, курсанты) предъявляются одинаковые требования к уровню начальной подготовки. Эти требования предполагают предварительное теоретическое обучение ПНК и наличие минимальных навыков работы с персональной ЭВМ. Теоретическое изучение ПНК позволяет ознакомиться с назначением, принципом действия, устройством, конструктивными и эксплуатационными особенностями оборудования.

Целью обучения является закрепление знаний, полученных при теоретическом изучении комплекса и формирование умений и навыков по выполнению его ТО.

В результате обучения на тренажере обучаемый должен знать: состав и размещение блоков, приборов и устройств ПНК на самолете; состав и размещение элементов коммутации и сигнализации самолетного оборудования, не входящих в состав ПНК, но обеспечивающих его работу; состав и назначение контрольно-проверочной аппаратуры (КПА), инструмента и приспособлений, а также расходных материалов, необходимых дня проведения ТО ПНК; технологию оперативного и периодического ТО, поиска и устранения отказов ПНК.

уметь: найти на самолете блоки, приборы и устройства ПНК, а также элементы его коммутации и сигнализации о работе; провести смотровые и монтажно-демонтажные работы; включить, проверить работоспособность и выключить функциональные системы ПНК; проверить системы ПНК на соответствие нормам основных технических параметров с помощью КПА на самолете; провести поиск и устранить отказы и неисправности ПНК заменой отказавших и неисправных блоков, приборов и устройств или путем соответствующих регулировок;

иметь представление о: взаимодействии ПНК с другим самолетным оборудованием; характерных отказах и неисправностях ПНК.

Рассмотрим концепцию создания электронного тренажера модифицированного ПНК-154М и методику пользования тренажером.

При входе в ЭТ обучаемый регистрирует свое имя. Затем объясняются правила выбора раздела курса, уровня подготовки, типа работ и регистрации результатов обучения.

Выбор раздела курса осуществляется в соответствии со структурой ПНК-154М. Выбор урока обучаемым произволен, однако рекомендуется изучение по порядку. Каждый обучаемый вправе самостоятельно

определить начальный уровень своей подготовки. Для этого он выбирает один из трех уровней. Первый уровень - новичок ("Я только начинаю практическое изучение ПИК, мне требуется постоянная помощь"). Второй уровень - специалист ("Я уже кое-что умею, но если я ошибусь мне потребуется помощь"). Третий уровень - мастер ("Я уверен в себе и справлюсь сам").

Каждый обучаемый вправе самостоятельно определить тип работ, которые он собирается выполнить на тренажере. Для этого он выбирает один из четырех типов работ: смотровые работы, проверка функционирования, поиск и устранение отказов, проверка исправности. Первые три типа работ составляют содержание оперативного ТО, четвертый тип работ выполняется при периодическом ТО.

Предложенная концепция создания электронных тренажеров ПНК положена в основу методологии разработки данного тренажера.

Организация рабочих окон представлена на рис.4.1.

файл Опеоации Средства Опции Окно

'ВСТВЕИаВДаГЗВЗЕННПН

Рис.4.1 Организация рабочих окон

После отработки соответствующего игрового фрагмента (в зависимости от уровня подготовки и вида работ) автоматически появляется

рабочее окно с общим видом самолета. Каждое рабочее окно характеризуется типом окна и изображением, которое в него загружено.

Перемещение от общего вида вглубь к конкретному прибору вызывает автоматическое образование цепочки промежуточных окон. Например, переход от общего вида к прибору на левой приборной доске пилота вызовет появление окон с кабиной, досками пилотов, левой доской, и только из него можно будет выбрать необходимый прибор. Лицевая панель пульта управления и индикации ПУИ-85 показана на рис.4.2.

Рис.4.2. Лицевая панель ПУИ-85

Тренаж осуществляется путем взаимодействия с органами управления пультов и приборов в соответствии с технологиями проведения ТО.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе проведенных исследований получены следующие основные выводы:

1. Одним из основных средств развития комплекса навыков оперативного управления процессами технической эксплуатации (ТЭ) АТ являются эксплуатационные инженерные тренажеры. Анализ тенденций в

развитии эксплуатационных инженерных тренажеров показывает, что направление по разработке электронных тренажеров становится основным.

2. Задачу специализированной подготовки ИТС ГА следует рассматривать исходя из организационного управления процессом обучения и тренажа, тогда при реализации комплексного подхода в системе обучения и тренажа ИТС может быть обеспечена всесторонняя подготовка высококвалифицированных специалистов.

3. Целью моделирования является формирование и отображение информации об объектах, процессах, свойствах, правилах, ситуациях в множество состояний информационного поля учебной информационной модели тренажера в соответствии с формируемой деятельностью ИТС в условиях принятой организации учебного процесса.

4. Электронный эксплуатационный тренажер представляет собой единство системы имитации объекта и системы организации учебного процесса с оценкой качества тренажа.

5. Моделями деятельности ИТС алгоритмически описываются фрагменты различных этапов взаимодействия обучаемого с объектом управления - системой АО. На основе этих моделей может быть организован контроль знаний ИТС и сформирована модель инструктора как некоторый сценарий (план), использующий в качестве базы данных соответствующие модели его деятельности.

6. Модель диалога ИТС с тренажером может быть представлена в виде ориентированного графа, однозначно задающего состояния диалога и переходы между ними. В качестве состояний удобно выбирать результат, определяемый элементом деятельности пользователя с пульта и приводящий к выводимой реплике ЭВМ. Такому описанию соответствует конечный детерминированный автомат.

7. Модель АО можно рассматривать как состоящую из двух условно независимых частей: модели конфигурации и модели режима АО. Модель конфигурации АО удобно представить в виде иерархической автоматной модели. Модель режима представляет собой расчетную модель, обеспечивающую воспроизведение в реальном времени режимных параметров АО как результата управлений.

8. Для моделирования систем АО, содержащих взаимодействие параллельных компонентов и представления причинно-следственных связей между ними, может быть использован аппарат сетей Петри. Закон функционирования сети определяется в зависимости от принятой интерпретации, под которой понимается набор правил, позволяющих однозначно описать моделируемый процесс.

9. Модель функционирования АО можно рассматривать как составную, состоящую из модели состояний и модели режима, причем модели состояний являются дискретными и представляются в виде автоматных моделей:

10. В общем случае оценка текущего состояния АО осуществляется на основе интеграции оценок состояний отдельных элементов объекта, что позволяет представить схему функционирования модели как комбинацию параллельно функционирующих автоматов

11. Если представить отдельные элементы системы, моделирующей функционирование АО в виде агрегатов, то это позволяет организовать процесс расчета отдельных элементов системы и взаимосвязей между ними в виде единой схемы, а также применять к ним событийный метод.

12. Для системы АО, которая представляет собой достаточно разветвленную структуру с большим количеством параллельных ветвей и с малым количеством происходящих внутри нее событий, более предпочтителен событийный метод расчета на основе функциональных причинно-следственных агрегативных моделей.

13. В основу функционально-логического представления моделей функционирования АО может быть положен логико-вероятностный метод, сущность которого заключается в формализации описания работы объекта АО с помощью функционально-логической модели, формализации взаимосвязи технических состояний системы и признаков внешних проявлений отказов в виде таблицы состояний, выявлении однозначного соответствия между ТС системы и признаками ВПО, построении алгоритмов поиска неисправностей.

14. Концепция применения электронного тренажера ПНО-154 предусматривает многоуровневую, многоговариантнуто и многорежимную подготовку ИТС в диалоге с тренажером. Оболочка и дизайн основных экранов должны разрабатываться в среде Windows, как наиболее полно удовлетворяющей современным требованиям технологии Multimedia.

По содержанию работы имеются следующие публикации:

1. Перегудов Г. Е. Перспективы разработки и использования авиационного комплексного инженерного тренажера. II Тренажеры и компьютеризация профессиональной подготовки : Тезисы докладов Ш-ей Всесоюзной научно-технической конференции. - г. Калининград ( 1-3 октября 1991 г.). - М., 1991. - с. 301.

2. Перегудов Г. Е. Особенности авиационных инженерных тренажеров. И Методы управления системной эффективностью функционирования электрифицированных и пилотажно-навигационных комплексов : Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции. - Киев: КИИГА, 1991. -

3. Перегудов Г. Е. Разработка моделей функционирования АО. Сб. научн. тр. - МИ ИГА, 1991. - с.87-96.

4. Перегудов Г. Е., Бестугин В. А., Комаров В. Ю. Имитационное моделирование систем ПНО в авиационных тренажерах. II Наука и техника гражданской авиации на современном этапе: Тезисы докладов Международной научно-технической конференции. - М : МГТУГА, 1994. -

5. Комаров В. Ю., Перегудов Г. Е. Описание авиационных систем в идеологии объектно-ориентированного программирования. II Наука и техника гражданской авиации на современном этапе: Тезисы докладов Международной научно-технической конференции. - М : МГТУГА , 1994. -

6. Кузнецов C.B., Комаров В.Ю., Перегудов Г.Е., Кузнецов Г.Э. Концептуальные положения создания электронных тренажеров пилотажно-навигационного оборудования на базе персональных ЭВМ. II Наука и техника гражданской авиации на современном этапе: Тезисы докладов Международной научно-технической конференции. - M : МГТУГА , 1994. -

7. Кузнецов C.B., Комаров В.Ю., Перегудов Г.Е. Разработка электронного тренажера пилотажйо-навигационного оборудования самолета Ту-154М для инженерно-технического состава. В сб. трудов "Проблемы повышения эффективности эксплуатации авиационных электросистем и ПНК" М.: МГТУ ГА, 1995, с.59-64.

8. Кузнецов C.B., Комаров В.Ю., Перегудов Г.Е. Разработка оболочки и дизайна основных экранов электронного тренажера ПНО для ИТС. В сб. трудов "Проблемы повышения эффективности эксплуатации авиационных электросистем и ПНК" М.: МГТУ ГА, 1995, с.65-73.

9. Кузнецов C.B., Комаров В.Ю., Перегудов Г.Е. Описание моделей систем АО в идеологии объектно-ориентированного программирования. В сб. трудов "Проблемы повышения эффективности эксплуатации авиационных электросистем и ПНК" М.: МГТУ ГА, 1995, с.74-82.

с.26.

с.22.

с.21.

Соискатель

Г.Е. Перегудов