Тренажерный комплекс для подготовки экипажей кораблей

ТРЕНАЖЕРНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ЭКИПАЖЕЙ КОРАБЛЕЙ Новиков Евгений Станиславович,Пялов Владимир Николаевич,Романчиков Вячеслав Иванович,Николаев Владимир Федорович,Барбанель Борис Аронович,Ляпустина Ольга Викторовна,Курносов Андрей Алексеевич,Москаленко Надежда Васильевна,Атаев Вячеслав Григорьевич,Глушков Игорь Борисович, Бычков Владимир Александрович, Завадский Николай Викторович, Харитонов Михаил Владимирович (RU) В изобретении представлен тренажерный комплекс для подготовки экипажей кораблей преимущественно по обслуживанию корабельных систем, включает в себя по крайней мере одно рабочее место обучаемого 1 в виде имитатора судового поста корабельной системы, рабочее место инструктора 2, систему обмена данными, программную среду, при этом рабочее место обучаемого 1 включает штатное функциональное устройство корабельной системы 4, штатный прибор взаимодействия с общекорабельными системами 5, штатный прибор распределения электропитания системы 6, штатный пульт управления функциональным устройством 7, а также дополнительный комплект модулей с неисправностями функциональных элементов корабельной системы. Рабочее место инструктора 2 включает системный блок ПЭВМ 8, к последовательному порту которого подключены клавиатура 10 с манипулятором Мышь 11, через интерфейс видеоадаптера - монитор 9, при этом системный блок ПЭВМ 8 и монитор 9 подключены к источнику бесперебойного питания 19, система обмена данными включает первый 12 и второй 13 контроллеры мультиплексного канала информационного обмена, модуль релейных сигналов 14, установленные в слоты шины 17 системного блока ПЭВМ 8 рабочего места инструктора 2 и посредством канала связи к прибору взаимодействия с общекорабельными системами 5 рабочего места обучаемого 1, причм модуль релейных сигналов 14 рабочего места инструктора 2 соединен посредством коммутационной панели 15 также с блоком питания 16. ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "КОНЦЕРН(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "САНКТПЕТЕРБУРГСКОЕ МОРСКОЕ БЮРО МАШИНОСТРОЕНИЯ"МАЛАХИТ"; ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ПРАВОВОЙ ЗАЩИТЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ВОЕННОГО,СПЕЦИАЛЬНОГО И ДВОЙНОГО НАЗНАЧЕНИЯ" ПРИ МИНИСТЕРСТВЕ ЮСТИЦИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ; 016241 Заявляемое изобретение относится к аппаратно-программным учебно-техническим средствам и предназначено для использования при формировании профессиональных навыков как операторов управления преимущественно подвижными объектами с морских технических средств, так и технического персонала по обслуживанию объекта техники. Известны программно-ориентированные средства подготовки операторов (экипажей кораблей, летного состава, водителей транспортных средств и пр.) к действиям в штатных и нештатных ситуациях, в частности тренажеры и тренажерные комплексы для подготовки операторов функциональных систем морских технических средств, таких как корабли, подводные аппараты и т.п., использующие в составе учебного пособия имитаторы реальных функциональных систем. Такие имитаторы, как правило, проблемно ориентированы и позволяют моделировать с помощью вычислительных средств внешние условия, работу функциональных блоков и функциональные связи между ними в реальном времени, действия оператора и обратные связи в системе "тренажер-инструктор-оператор" (например, ЕР 0537888 "Устройство для имитации радиочастотных излучателей", патент US 4828787 "Устройство для имитации работы атомного реактора с водяным охлаждением", патент RU 2006957 "Тренажер по управлению судовой электростанцией и гребной электрической установкой"). Целью обучения является ускорение адаптации обучающихся к профессиональной деятельности, выработка у операторов практических навыков управления функциональными системами объекта техники, возможность управления процессом обучения больших групп операторов, обеспечение задания разнообразных ситуаций, моделирующих реальные,оценка успешности обучения и т.д. К недостаткам указанных устройств следует отнести отсутствие возможности имитации нештатных ситуаций. Известен тренажер для изучения параметров работы систем управления манипуляторами подводного аппарата, а именно полунатурная модель подводного аппарата (а.с. СССР 738942, пр. 20.10.1978,публ. 20.07.1999), который содержит пост управления аппаратом с пультом управления и приводом перемещения по крену и дифференту, математическую модель движения аппарата и систему управления движением, связанную с ЭВМ, а также физическую модель аппарата с манипулятором и приводы пространственного перемещения. С целью обеспечения оперативного изменения структуры и параметров работы системы управления манипуляторами и изучения законов автоматического управления ими модель снабжена операционным усилителем электронной вычислительной машиной (ЭВМ) с тремя входами и одним выходом, электрогидравлическим усилителем, потенциометром обратной связи манипуляторов, моделью формирования закона автоматического управления звеном манипулятора и задающим органом звеньев манипулятора, расположенным на пульте управления, причем выход задающего органа каждого из звеньев манипулятора соединен с первым входом соответствующего операционного усилителя ЭВМ, выход операционного усилителя - с входом электрогидравлического усилителя этого звена, потенциометр обратной связи - с вторым входом операционного усилителя, выход набранной на ЭВМ схемы формирования закона автоматического управления звеном манипулятора - с третьим входом операционного усилителя. Известное устройство позволяет адекватно моделировать управление движением и работой подводного аппарата в различных условиях подводной среды, однако оно характеризуется ограниченными функциональными возможностями, поскольку не предусматривает взаимодействия с инструктором имитации нестандартных ситуаций, в частности обесточивания аппарата. Известен автоматизированный тренажерный комплекс для подготовки экипажей кораблей (патентRU2234138, пр. 21.07.2003, публ. 10.08.04), содержащий комплект учебно-действующего образца автоматизированного рабочего места, установленного на качающейся платформе, комплект автоматизированных рабочих мест операторов, пост руководства обучением, вычислительно-модульный комплекс и систему обмена данными, при этом все элементы комплекса соединены между собой через локальную сеть. Использование комплекса обеспечивает максимальное приближение обучения к реальным корабельным условиям в море, что позволяло отрабатывать 75-80% задач курса боевой подготовки экипажа,которые включены в программное обеспечение тренажерного комплекса. Однако недостатком известного устройства является ограниченность функциональных возможностей и недостаточная надежность работы, поскольку известный комплекс перестает функционировать при отключении электропитания. Известен береговой тренажерный комплекс для подготовки экипажей кораблей, а именно транспортно-тренинговое судно для морского профессионального образования XXI века (патент RU 2263351,пр. 13.09.2002, публ. 27.10.2005), которое содержит систему управления, включающую центральный пульт управления, управляющий вход которого соединен параллельно с рабочим местом обучаемого(РМО), запоминающим устройством РМО и имитатором объекта, выход соединен с запоминающим устройством, которое через блок экспертной системы соединено с информационным входом центрального пульта управления, при этом выход центрального пульта управления через объект управления и систему централизованного контроля соединен с управляющим входом центрального пульта управления, выходы РМО и имитатора объекта соединены с запоминающим устройством РМО и через блок экспертной системы - параллельно с информационным входом центрального пульта управления и информационным входом РМО. Управляющим сигналом служат воздействия инструктора (вахтенного офицера) на объект управления, а также обучаемых. РМО являются резервными судовыми постами, дублирующими основные посты по приему и обработке информации при плавании в реальных условиях и при выполнении-1 016241 всех судовых работ с возможностью сравнения при этом решений вахтенных на основных постах с решениями, принимаемыми обучающимися на резервных судовых постах, которые запоминаются в компьютерно-тренажерной системе обучения. Известный тренажер позволяет ускорить приобретение профессиональных навыков обучающимися в физически реальных условиях. Однако известный тренажер недостаточно эффективен в нестандартных ситуациях, в частности при обесточивании тренажерной системы, грозящей потерей накопленной информации, или при несанкционированном доступе в систему. Кроме того, отсутствие в тренажере реальных технических средств, позволяющих диагностировать неисправность приборов, не позволяет приобретать навыки по техническому обслуживанию системы. К недостатку можно отнести и невозможность использования этого тренажера в береговых условиях. Тренажерный комплекс для подготовки экипажей кораблей (патент RU 2263351) в виде транспортно-тренингового судна для морского профессионального образования, включающий рабочее место инструктора (РМИ), встроенную компьютерно-тренажерную систему обучения в виде системы обмена данными и программной среды, РМО в виде имитаторов судовых постов, подключенных к системе обмена данными, выбран в качестве наиболее близкого аналога заявляемого изобретения по технической сущности. Целью заявляемого изобретения является создание тренажерного комплекса с повышенной надежностью работы и степенью защиты от несанкционированного доступа, работающего на штатной аппаратуре изучаемого объекта техники и максимально приближенного к реальным условиям использования изучаемого объекта техники. Цель достигается тем, что в тренажерном комплексе для подготовки экипажей кораблей преимущественно по обслуживанию корабельных систем, включающем по крайней мере одно РМО в виде судового поста корабельной системы, рабочее место инструктора (РМИ), систему обмена данными, программную среду в соответствии с изобретением, РМО включает имитатор штатного функционального устройства корабельной системы, имитатор штатного устройства взаимодействия с сопрягаемыми системами,имитатор штатного устройства распределения электропитания, имитатор штатного пульта управления функциональным устройством, а также дополнительный комплект модулей с неисправностями функциональных элементов корабельной системы, РМИ включает системный блок персональной вычислительной машины (СБ ПЭВМ), к последовательному порту которого подключены клавиатура с манипулятором, через интерфейс видеоадаптера - монитор, при этом СБ ПЭВМ и монитор подключены к источнику бесперебойного питания, система обмена данными включает первый и второй контроллеры мультиплексного канала информационного обмена (МКИО) (мультиплексный канал передачи данных, обеспечивающий обмен информацией последовательным кодом по общей информационной магистрали),модуль релейных сигналов, подключенных через коммутационную панель к системной плате системного блока РМИ и посредством интерфейса командного типа к устройству взаимодействия РМО с сопрягаемыми системами, причем модуль релейных сигналов РМИ соединен посредством коммутационной панели также с блоком питания РМИ. Кроме этого, системная плата системного блока ПЭВМ, контроллеры и модуль релейного сигнала соединены посредством шины PCI (Peripheral component interconnect - шина ввода/вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера). Кроме того, программная среда включает операционную систему реального времени QNX и графический пользовательский интерфейс Photon, разработанные канадской фирмой QNX software systems Ltd. Кроме того, программная среда включает базу данных контрольных вариантов для проведения обучения и имитаторы сопрягаемых с объектом обучения систем. Технические результаты заявляемого изобретения, обеспечивающие повышение эффективности обучения, состоят в использовании при обучении дополнительно модулей с неисправностями элементов функциональных устройств, которые должен обнаружить обучаемый при выполнении задания, и выработке навыков работы обучаемых в штатных и нештатных ситуациях в условиях отказа оборудования. Положительный эффект заключается также и в том, что аппаратно-программные средства тренажера обеспечивают предотвращение потери данных при несанкционированном отключении питания. Структура тренажерного комплекса, содержащего РМО 1 (судовой пост), РМИ 2, каналы связи 3,схематично представлена на чертеже. РМО 1 представляет собой имитатор судового поста корабельной системы и включает штатные функциональные устройства корабельной системы (ФУКС) 4, например приборы кодового и релейного обмена информацией с подвижным объектом, штатный прибор взаимодействия с общекорабельными системами (ПВОКС) 5, такими как навигационный комплекс, корабельная информационно-управляющая система, штатный прибор распределения электропитания системы (ПРЭПС) 6, штатный пульт управления корабельной системой (ПУ КС) 7. В состав тренажерного комплекса включен комплект модулей с неисправностями элементов функциональных устройств корабля для обучения их поиску и текущему ремонту изучаемого объекта техники. ПУ КС 7 позволяет с использованием программного обеспечения рассчитать правильное решение задания с заданными параметрами, получаемыми с РМИ 2, в условиях полностью исправного оборудования и вывести это решение на экран монитора ПУ КС 7. Обучаемый на РМО 1 решает ту же задачу в-2 016241 условиях наличия неисправностей в корабельной системе, результаты решения отображаются на том же экране монитора ПУ КС 7. Обнаружение неисправностей и соответствующее устранение ошибки приведет к совпадению решений обучаемого и системы управления, что выразится в совпадении изображений решения задания. РМИ 2 представляет собой автоматизированное рабочее место на базе IBM-совместимой ПЭВМ с производительностью не хуже Pentium III. В качестве системного программного обеспечения на РМИ 2 используется операционная система реального времени QNX и графический пользовательский интерфейс Photon. РМИ 2 обеспечивает выполнение ряда работ, позволяющих сформировать требуемую учебноинформационную модель, подготовить тренажер и систему контроля обучаемых к работе в различных режимах обучения, провести тренировку под руководством инструктора. РМИ 2 обеспечивает выполнение следующих функций: формирование, коррекция и наращивание базы данных учебных задач; подготовка и ввод начальных условий тренировки, их оперативное изменение и контроль вводимых величин; моделирование движения носителя системы по нескольким различным участкам; моделирование движения целей для подвижных объектов по нескольким различным участкам; формирование данных от комплексов и систем корабля, сопрягаемых с корабельной системой управления в соответствии с протоколами их взаимодействия; передача по реальным каналам связи 3 данных от сопрягаемых с системой управления комплексов и систем корабля. РМИ 2 выполнено на базе ПЭВМ, в состав которой входят СБ ПЭВМ 8 и периферийные устройства- монитор 9, клавиатура 10 и манипулятор Мышь 11. РМИ 2 работает под управлением программного обеспечения, позволяющего решать учебно-тренировочные задачи. СБ ПЭВМ 8 доукомплектован двумя контроллерами 12, 13 мультиплексного канала информационного обмена (МКИО), которые обеспечивают обмен данными сопрягаемых с системой комплексов (навигационного и корабельного информационно-управляющего) между СБ ПЭВМ 8 и ПВОКС 5. В состав СБ ПЭВМ 8 введен также модуль релейных сигналов 14, который обеспечивает обмен сигналами сопрягаемого с корабельной системой управления комплекса стартовой автоматики объектов самонаведения между СБ ПЭВМ 8 и ПВОКС 5, входящим в состав РМО 1. Кроме того, СБ ПЭВМ 8 доукомплектован коммутационной панелью 15, которая обеспечивает выдачу в релейный канал связи напряжения постоянного тока 12 В от СБ ПЭВМ 8, для чего соединитель этой панели подключается к любому свободному соединителю жгута блока питания (БП) 16 СБ ПЭВМ 8. Контроллеры 12, 13 мультиплексного канала и модуль релейных сигналов 14 установлены в слоты шины PCI 17 на системной плате (СП) 18. Коммутационная панель 15 установлена на место, предназначенное для крепления планок дополнительных модулей к корпусу СБ ПВЭМ 8. Подключение РМИ 2 к сети электропитания производится через источник бесперебойного питания(ИБП) 19 типа UPS со встроенной аккумуляторной батареей. Таким образом, обеспечивается возможность нормального функционирования РМИ 2 в течение не менее 5 мин при несанкционированном отключении электропитания или при выходе параметров электропитания за допустимые пределы, т.е. на время, необходимое для экстренного завершения работы и предотвращения разрушения программного обеспечения и потери данных. На РМИ 2 предусмотрена возможность восстановления программного обеспечения в случае его повреждения. Для восстановления программного обеспечения используется компакт-диск, на котором записан образ программного обеспечения с соответствующими настройками. В процессе восстановления программного обеспечения производится автоматическая идентификация оборудования ПЭВМ, поэтому компакт-диск можно использовать только в ПЭВМ, входящую в состав РМИ. Тренажерный комплекс используют следующим образом. После включения напряжения от ИБП 19 программное обеспечение с набором ситуативных задач, экспертной системой оценки результатов, данными корабельной информационно-управляющей системы, а также данными навигационного комплекса,записанными на жестком диске, подключенном к СП 18 или введенными с внешних носителей информации, используется для вывода задания на монитор 9 РМИ 2 посредством периферийных устройств РМИ клавиатуры 10 и манипулятора Мышь 11. Коммутационная панель 15 СБ ПЭВМ 8 обеспечивает выдачу в релейный канал связи 3 от БП 16 напряжения постоянного тока 12 В. Отрабатываемые на РМО 1 задания через видеоадаптер (на схеме не показан) СБ ПЭВМ 8 визуализируются на мониторе 9, архивируются в памяти ПЭВМ, оцениваются и сравниваются по критериям достижения успешности обучения. Выполнение РМО 1 в виде имитатора реального функционального устройства позволяет обучаемому приобрести стойкие навыки работы в качестве оператора, решать сложные задачи управления с использованием опыта, полученного в условиях моделирования отказов оборудования.-3 016241 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Тренажерный комплекс для подготовки экипажей кораблей преимущественно по обслуживанию корабельных систем, включающий по крайней мере одно рабочее место обучаемого (1) в виде имитатора судового поста корабельной системы, рабочее место инструктора (2), систему обмена данными, программную среду, отличающийся тем, что рабочее место обучаемого (1) включает штатное функциональное устройство корабельной системы (4), штатный прибор взаимодействия с общекорабельными системами (5), штатный прибор распределения электропитания системы (6), штатный пульт управления функциональным устройством (7), а также дополнительный комплект модулей с неисправностями функциональных элементов корабельной системы, рабочее место инструктора (2) включает системный блок ПЭВМ (8), к последовательному порту которого подключены клавиатура (10) с манипулятором Мышь(11) через интерфейс видеоадаптера - монитор (9), при этом системный блок ПЭВМ (8) и монитор (9) подключены к источнику бесперебойного питания (19), система обмена данными включает первый (12) и второй (13) контроллеры мультиплексного канала информационного обмена, модуль релейных сигналов(14), установленные в слоты шины (17) системного блока ПЭВМ (8) рабочего места инструктора (2) и посредством канала связи к прибору взаимодействия с общекорабельными системами (5) рабочего места обучаемого (1), причм модуль релейных сигналов (14) рабочего места инструктора (2) соединен посредством коммутационной панели (15) также с блоком питания (16). 2. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что системная плата (18) системного блока ПЭВМ (8), контроллеры (12) и (13) и модуль релейных сигналов (14) соединены посредством шины PCI (17). 3. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что он включает в себя дополнительный комплект модулей с неисправностями элементов функциональных устройств корабля для обучения их поиску и текущему ремонту изучаемого объекта техники. 4. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что программная среда включает операционную систему реального времени QNX и графический пользовательский интерфейс Photon. 5. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что аппаратно-программные средства рабочего места инструктора (2) включают наращиваемую базу данных учебных задач.