Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТРЕНАЖЕРОВ

Князева М.Д. 1
1 ФГБОУ ВПО «Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова»
Основу систем проектирования учебно-тренировочных занятий для подготовки операторов современных технологических комплексов в промышленном производстве составляют в большей степени компьютерные комплексы, обеспеченные соответствующими программными инструментальными системами, в среде которых осуществляется проектирование сценариев учебных занятий. В данной работе предлагается подход к организации технологической системы обучения персонала, структура которой включает в себя динамические модули и средства инструментального сопровождения учебно-тренировочного процесса. В качестве динамического модуля используется специальное программное обеспечение для организации и контроля выполнения учебно-тренировочного процесса. Сопровождение динамического модуля содержит настройку параметров и характеристик моделирования, конструирование учебно-производственных заданий. Для организации контроля качества моделирования и выполнения заданий в редакторе динамических модулей включен редактор управления моделированием и оценки качества процессов управления.
моделирование
учебно-тренировочное занятие
технология проектирования
информационные технологии
1. Гилмор Р. Прикладная теория катастроф: пер. с англ.: в 2-х кн. / под ред. Ю.П. Гупало. – М.: Мир, 1984.
2. Трапезников С.Н., Князева М.Д., Мельников С.И. Технологические возможности и характеристики программно-инструментального комплекса // Известия Российского экономического университета им. Г.В. Плеханова. – 2012. – № 4. – С. 272–281.
3. Телемтаев М.М., Нурахов Н.Н. Концепция формирования целостности мышления и практики обучаемого // Alma mater (Вестник высшей школы). – 2010. – № 11. – С. 51–55.
4. Попов А.А. Алгоритмы для качественного исследования динамической системы при моделировании экономики региона. // Известия Российского экономического университета им. Г.В. Плеханова. – 2011. – № 1. – С. 032–045.
5. Томпсон Дж.М.Т. Неустойчивости и катастрофы в науке и технике. – М.: Мир, 1985. – 254 с.

Как правило, для проектирования сценариев занятий при организации занятий по функционированию в нормальных и экстремальных ситуациях применяются библиотеки стандартных решений моделирования ситуаций. В основу такой организации моделирования принимается объектный подход для организации образовательной среды, когда компьютерное средство обучения «собирается из готовых структурных объектов», включая математическое и информационное описание технологических элементов и объектов» и графическую и иную интерпретацию процессов, протекающих в технологических системах. Это обеспечивает сокращение времени на проектирование сценариев учебно-тренировочных занятий, но не позволяет в должной степени использовать методический багаж авторов компьютерных программ обучения и возможности компьютерных средств обучения по организации и проведению учебных занятий.

Наиболее приспособленными для организации динамичной среды учебно-тренировочных занятий оказываются инструментальные системы, которые позволяют реализовать процессные технологии организации компьютерного сопровождения образовательного процесса. В этом случае производственные ситуации, включая режимы нормального функционирования и работу в аварийных режимах, редуцируются к перечню отдельных процессов, протекающих в технологических элементах и объектах производственной системы. Осуществляется процессное моделирование с использованием минимального набора типовых математических структур и способов интерпретации процессов с применением стандартных методов, локализуемых относительно выделенного элемента или объекта моделируемого технологического комплекса.

Собственно выполняется моделирование технологических процессов, протекающих в изучаемом объекте или ситуации, интерпретация числовых значений координат математической модели в виде экранных образов, сцен, динамических явлений, выбор методов решения, задание параметров системы моделирования, выполнения операций управления производственными процессами и т.д. Все указанные средства редактирования локализованы в одном редакторе – Редакторе динамических модулей (РДМ). Поэтапная схема организации процесса конструирования динамического модуля представлена на рис. 1

Динамический модуль – специальное программное обеспечение организации и контроля выполнения учебно-тренировочного процесса. Сопровождение динамического модуля осуществляется в процессе эксплуатации и модернизации, включая настройку параметров и характеристик моделирования, конструирование учебно-производственных заданий. Для организации динамического модуля в программном комплексе предусмотрено специальное средство редактирования РДМ, которое включает три отдельных редактора в соответствии с функциональной структурой организации учебно-тренировочного процесса:

pic_12.tif

Рис. 1 Схема организации конструирования динамического модуля

В процессе создания динамического модуля последовательно проводятся операции инициализации компьютерной программы, формирования математической модели, структуры и параметров, проектирование системы интерпретации и системы управления моделированием. Последовательно параметры динамического модуля заносятся в соответствующие ячейки структур, предусмотренные для реализации сценария учебного занятия или процессов, обеспечивающих выполнение заданий на учебно-тренировочное занятие.

Все параметры и элементы динамического модуля за исключением внешних компьютерных программ записаны в файле специальной структуры, с которым оперирует редактор динамических модулей. Математическая модель, используемая в качестве имитатора в динамическом модуле, включает дифференциальные уравнения, алгебраические выражения, логические и таблично задаваемые функции, переключатели. Вариант записи выражений в описании математической модели представлен на рис. 2.

Первые номера в перечнях координат модели динамического модуля составляют координаты, записываемые как дифференциальные переменные, для определения значений которых используются численные методы решения. Для записи выражений математической модели используются стандартные обозначения алгебраических функций и действий с действительными числами. Для обеспечения процесса интерпретации числовых значений координат модели в РДМ предусмотрено редактирование параметров системы интерпретации числовых значений, в котором реализованы различные известные способы отображения информации, принятых в компьютерных информационных средствах и системах.

pic_13.tif

Рис. 2. Фрагмент математической модели в динамическом модуле

Для организации контроля качества моделирования и выполнения заданий в учебно-тренировочных занятиях в редакторе динамических модулей включен редактор управления моделированием и оценки качества процессов управления. В качестве формата дифференциальной составляющей математической модели в динамическом модуле предусмотрен способ описания, в котором правые части дифференциальных уравнений представлены в виде суммарных выражений. Значения коэффициентов обеспечивают определенные динамические характеристики переходных процессов. Значения параметров дифференциальных уравнений подлежат настройке для обеспечения подобия характеристик модели процессам, которые могут быть получены или измерены в процессе эксплуатации реальных технологических объектов или элементов. Такой формат представления динамических модулей существенно облегчает процедуры и алгоритмы конструирования математических моделей сложных динамических объектов и проектирования учебно-производственных заданий для организации учебно-тренировочного процесса.

Качество выполнения заданий. Результаты и оценка

При организации контроля качества выполнения заданий в учебно-тренировочном процессе критерии хода выполнения и качества результатов выполнения записываются в виде отдельных математических выражений с указанием контролируемой координаты и значений индикаторов качества выполнения. Значения координат качества преобразуются в показатели качества выполнения заданий и передаются в систему регистрации результатов и оценок, локализованную в системе организации учебных занятий – в Картотеке Результатов Системы Обучаемого Программно-Инструментального Комплекса в виде квалификационной оценки в заданном формате.

В системе контроля указывается номер координаты математической модели, а также способ определения результата. Комбинации способов контроля могут быть использованы для формирования контрольной опорной траектории в пространстве координат модели.

Результаты выполнения заданий используются для управления учебным процессом и формирования аттестационных оценок, качества выполнения заданий и подготовки специалистов для выполнения производственных заданий в штатном режиме и режимах предаварийных тренировок и выполнения специальных операций управления в соответствии с регламентом квалификационных требований, предъявляемых к работникам промышленных предприятий.

Реальный масштаб времени моделирования

Настройка временного режима моделирования производится в перечне параметров динамического модуля на соответствующей панели, где формируется параметрическая структура системы моделирования, включая метод численного решения дифференциальных уравнений и масштабные параметры организации моделирования и интерпретации числовых значений координат математической модели. Вид панели, на которой представлены функции настройки параметров системы моделирования, имеет вид, показанный на рис. 3.

pic_14.tif

Рис. 3. Панель настройки параметров динамического модуля

Перечень значений параметров динамического модуля может быть оригинальным для каждого динамического модуля в соответствии с требованиями образовательной среды и характеристиками организации профессиональной подготовки. При включении динамического модуля в учебно-тренировочном занятии его запуск осуществляется автоматически как указание реакции системы управления занятием в соответствии со сценарием профессиональной подготовки персонала предприятия. Результаты выполнения заданий фиксируются в соответствующих протоколах по указанному формату записи.

Одним из важных показателей обеспечения качества моделирования является реальный масштаб времени, когда масштаб времени моделирования совпадает с реальным, в котором протекает моделируемый процесс в наблюдаемой ситуации.

Компьютерные тренажеры могут быть разработаны как с применением математических моделей, так и с использованием информационных моделей, состояния которых должны быть заранее просчитаны преподавателем и реализованы в виде отдельных фрагментов. Все варианты ответов обучаемого представляются в перечнях эталонов с указанными весами ответов. Предложенный подход к организации технологической информационной системы освобождает автора компьютерного средства от груза готовых решений, обеспечивая свободу выбора способов описания явлений и событий и организации интерпретации реальных производственных процессов.

Рецензенты:

Якушенков Ю.Г., д.т.н., профессор, зав. кафедрой, Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК), г. Москва;

Торшина И.П., д.т.н., профессор, декан факультета, Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК), г. Москва.

Работа поступила в редакцию 08.05.2013.


Библиографическая ссылка

Князева М.Д. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТРЕНАЖЕРОВ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 6-5. – С. 1075-1078;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=31688 (дата обращения: 22.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074