Патент ссср 826392

Патент ссср 826392

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскни

Соцнвлнстнческна

Реслублни

О П И С А Н И Е „„826392

ИЗЬВРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 31.08.79 (21) 2814404/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.Б

G 09 В 9/00

Гееудврствеииый комитет

Опубликовано 30.04.81. Бюллетень № 16

Дата опубликования описания 30.04.81 ио делам иэееретеиий и аткрмтий (53) УДК 681.3. .071 (088.8) (. . Х

IO. Б. Блувштейн, Б. Г. Ефимов и Б. М. Рештуй и: в ... ", . л

Би (72) Авторы изобретения (7I ) Заявитель мш Му: тмтми м.» (54) ТРЕНАЖЕР ОПЕРАТОРА

АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к тренажерной технике, и может быть использовано при обучении операторов систем управления на тренажерах.

Известны тренажеры, в которых предусмотрена возможность оценки операторской деятельности в процессе тренировки (1) и (2).

К недостаткам этих устройств следует отнести то, что,позволяя .оценивать деятельность обучающегося при решении им различных задач, например, диагностических, по управлению подвижным объектом, по вводу информации в систему, по распознаванию визуально наблюдаемых объектов, они вырабатывают оценку без учета психологических особенностей оператора, проявляющихся, в частности, в степени напряженности его деятельности в процессе отработки навыков на тренажере.

Кроме того, известны тренажеры, в которых предусмотрена возможность определения напряженности оператора (3) и (4).

Однако в одном из них оценка эмоциональной напряженности оператора основана на измерении его электрокожной проводимости, для чего необходимо применение специальных контактных датчиков, уста-. навливаемых на поверхности тела оператора. А это создает значительные неудобства для оператора и вводит в процесс обучения

S помехи, отсутствующие в реальных условиях.

Другой тренажер позволяет получить характеристики, определяющие психофизиологические возможности оператора, зависящие не только от уровня обученности (4).

Использование указанных характеристик при оценке деятельности обучающихся нецелесообразно.

Из известных тренажеров наиболее близким к изобретению является тренажер, содержащий блок управления, подключенный

11 через блок задания эталонов к блоку сравнения, через блок задания программы обучения — к блоку предъявления информации и через первый вычислитель — к блоку ввода ответных действий оператора и к блоку сравнения, соединенному с блоком ввода ответных действий оператора, с блоком совпадения и с блоком выдачи консультативной информации, второй вычислитель, соединенный с блоком регистрации и с блоком

826392 детектора, третий вход которого сОединен с выходом компаратора, а выход — со вторым входом третьего вычислителя и ко второму входу амплитудного детектора, третий вход которого соединен с выходом компаратора, а выход — со вторым входом третьего вычислителя, подключенного третьими вхд-55 дами ко вторым выходам блока оперативной памяти, вход блока интегрирования соединен со вторым выходом второго вычислимоделирования процесса решения задачи оператором, блок памяти, связанный с бло— ком сравнения и с двумя дополнительными вычислителями, один из которых через счетчик времени соединен с блоком совпадения, подключенным к блоку задания эталонов (5).

Недостатком известного устройства является то, что при выработке оценки учитываются лишь правильность, точность и время выполнения действий и не учитывается степень напряженности операторской деятельности при отработке навыков, Следовательно, такое устройство не позволяет дифференцированно оценить уровень подготовки операторов, достигших одинаковых показателей эффективности деятельности, но затрачивающих на выполнение задания различные усилия. А это, в свою очередь, приводит к снижению достоверности вырабатываемой оценки и к сужению функциональных возможностей устройства.

Цель изобретения — расширение дидактических возможностей и повышение точности тренажера, что повышает достоверность оценки деятельности обучающихся операторов.

Указанная цель достигается тем, что, тренажер, содержащий последовательно вкелюченные пульт преподавателя, блок программного управления, пульт обучаемого, первый вычислитель, блок сравнения, первый элемент И, счетчик времени, второй вычислитель и блок оперативной памяти, соединенный первым выходом со вторым входом второго вычислителя, а входом — со вторым выходом блока сравнения, третий выход которого подключен ко входу блока индикации, второй вход — ко второму выходу пульта обучаемого, третьи входы — к первым выходам блока постоянной памяти, соединенного первым входом с выходом первого элемента; а вторым входом — с выходом пульта преподавателя, первый вход которого подключен к выходу третьего вычислителя, выход блока программного управления соединен со вторым входом первого вычислителя, введены последовательно включенные блок интегрирования, блок деления кодов, амплитудный детектор, компаратор и второй элемент И, выход которого соединен со вторым входом пульта преподавателя, а второй вход — со вторым выходом блока сравнения, подключенного четвертым выходом к первому входу третьего вычислителя и ко второму входу амплитудного

5 о

15 го

25 зо

4 теля, третий вход которого подключен к выходу первого элемента И, второй вход блока деления кодов соединен с выходом счетчика времени, второй вход компаратора, подключен ко второму выходу блока постоянной памяти.

Критерием оценки операторской деятельности является вероятность правильного решения задачи за заданное время. Эта вероятность вычисляется на специально построенной модели обучаемого оператора, которая имеет структуру, подобную структуре реальной деятельности и определяющуюся видом отрабатываемой на тренажере задачи. Параметры модели соответствуют показателям эффективности операторской деятельности— вероятностям правильного выполнения отдельных действий и плотностям распределения времени выполнения этих действий.

Зти показатели вычисляются в ходе тренировки по результатам контроля за деятельностью обучаемого и присваиваются соответствующим параметрам модели. Таким образом, осуществляется подстройка параметров модели, т. е. модель обучаемого является адаптивной. Для вычисления оценки операторской деятельности на модели проводится серия статистических испытаний, каждое из которых представляет собой имитацию решения оператором отрабатываемой им задачи.

В качестве подлежащего учета психологического фактора принята темповая напряженность, которая обусловлена ограничением имеющегося в распоряжении оператора времени на решение стоящей перед ним учебной задачи. Уровень этой напряженности характеризуется величиной коэффициента темповой напряженности (КТН), определяемого как отношение фактического времени, выполнения действия обучаемым на тренажере оператором к среднему времени, полученному по результатам предыдущих решений задачи.

Значения КТН, превосходящие единицу, свидетельствуют о повышенной степени напряженности, оказывающей дезорганизующее воздействие на процесс деятельности и создающей дефицит времени на выполнение оставшейся части задачи. Стабилизация величины КТН является признаком автоматизма в действиях оператора, что в сочетании с высокими показателями эффективности его деятельности свидетельствует о достижении нормативного уровня обученности.

Выработка КТН позволяет в предлагаемом тренажере оценить деятельность обучающегося не только по показателям ее эффективности, но и с учетом уровня темповой напряженности оператора.

На фиг. 1 изображена блок-схема тренажера; на фиг. 2 — принципиальная схема амплитудного детектора; на фиг. 3 принципиальная схема компаратора.

826392

В состав тренажера входит пульт 1 преподавателя, который включает в себя управляющую и регистрирующую аппаратуру и соединен с блоком 2 программного управления, предназначенным для задания программы обучения и содержащим набор программ, соответствующих отрабатываемым оператором задачам. Каждая программа определяет последовательность и параметры информационных сигналов, предъявляемых оператору на информационной панели пульта 3 обучаемого, вход которого подключен к выходу блока 2. Данные, отображаемые на информационной панели, пульта 3 определяют характер деятельности обучаемого, который формирует свои исполнительные действия с помощью органов управления пульта 3. Выходы пульта 3 непосредственно и через вычислитель 4, предназначенный для вычисления ошибок измерения параметров сигналов и соединенный с блоком 2, подключены ко входам блока 5 сравнения. Этот блок служит для контроля 20 деятельности оператора путем сравнения последовательности выполнения действий и достигнутой точности измерения с эталонными последовательностями и допустимыми значениями ошибок измерения, которые хранятся в блоке 6 постояннои памяти, соеди25 ненном с выходом пульта 1 и с другими входами блока 5. Выходы блока 5 подключены ко входу блока 7 индикации, предназначенного для выдачи обучаемому в случае его неправильных или неточных действий консультативной информации в виде подсказки ко входу блока 8 оперативной памяти, служащего для хранения параметров модели оператора и обмена ими с вычислителями, и ко входу элемента И 9, а также ко входам элемента И 10, ко входу вычислителя

11, предназначенного для вычисления оценки деятельности оператора и связанного с пультом 1, и ко входу амплитудного детектора 12, который осуществляет выбор и запоминание максимального значения коэффи40 циента темповои напряженности по всем действиям, выполненным оператором при решении отрабатываемой задачи. Выход элемента И 10, подключен к блоку 6 постоянной памяти, а также через счетчик 13 времени и непосредственно — к вычислителю 45

14, предназначенному для определения параметров модели оператора (для реализации алгоритмов адаптации). Вычислитель 14 соединен входом и выходом с блоком 8 оперативной памяти, который подключен ко входам вычислителя 11. Выход амплитудного детектора 12 связан с компаратором

l5 и с вычислителем 11. Компаратор 15 предназначен для выработки сигнала превышения максимальным значением КТН допустимого значения. Второй вход компаратора 15 связан с блоком 6 постоянной памяти, а выход — с элементом И 9, подключенным к пульту 1, и с амплитудным детектором 12. Вход амплитудного детектора 12 соединен через блок 16 деления кодов, служащий для вычисления коэффициентов темповой напряженности, со счетчиком

13 времени и с блоком 17 интегрирования, в котором определяется средняя по всем тренировкам длительность выполнения обучаемым каждого действия. Вход блока 17 подключен к выходу вычислителя 14. Амплитудный детектор 12 реализован на операционных усилителях, по схеме с режимом сброса (фиг. 2). Для фиксации максимального уровня сигнала используется цепь из диода 18 и конденсатора 19. Операционный усилитель 20 служит для согласования схемы с источником входного сигнала — блоком 16, усилитель 21 (со входом на полевом транзисторе) — для обеспечения требуемой длительности запоминания. Цепи «конденсатор 22 в диод 23 » и «конденсатор 24— резистор 25» обеспечивают устойчивость операционных усилителей. Для сброса схемы предназначены контакты электромагнитного реле 26, которые замыкаются при подаче сигнала превышения и сигнала КОНЕЦ

ЗАДАЧИ на его обмотку. Компаратор 15 выполнен на операционном усилителе 27

IIo схеме амплитудного дискриминатора с двумя суммирующими резисторами 28 и

29 (фиг. 3). Схема ограничения на диодах

30 и 31, включенная в цепь обратной связи, позволяет получать на выходе компаратора

15 сигнал только двух уровней отсутствие сигнала превышения, наличие сигнала превышения. Блок 16 конструктивно выполнен на потенциометрах, управляемых шаговыми искателями.

Тренажер работает следующим образом.

Преподаватель осуществляет выбор и задание совокупности предъявляемых оператору сигналов путем ввода с помощью управляющей аппаратуры пульта 1 в блок 2 и в блок 6 номера программы обучения.

Последовательность сигналов, выработанных блоком 2 в реальном масштабе времени в соответствии с введенным в него номером программы индицируется на информационной панели пульта 3. Сигналы о результатах ответных действий оператора, реализуемых с помощью органов управления пульта 3, поступают на вход блока 5 для контроля правильности последовательности действий оператора и на вход вычислителя 4, где определяется величина ошибки, допущенной обучаемым при измерении параметров предъявляемых ему сигналов.: Истинные значения измеряемых параметров подаются на другой вход вычислителя 4 с выхода блока 2. В блоке 5 выполненные оператором действия сравниваются с эталонной последовательностью, а фактические ошибки измерения, поступившие из вычислителя 4 — с допустимыми величинами. Элементы эталонной последовательности и до826392 пустимые ошибки измерения выбираются в блоке б в соответствии с введенным в него номером программы обучения. Если выполненное действие соответствует требуемому и достигнутая точность измерения параметров сигналов находится в допустимых пределах, считается, что действие выполнено обучаемым правильно. В этом случае блок

5 вырабатывает два выходных сигнала, поступающих на элемент И 10, на выходе которого появляется обобщенный сигнал BEPНО, поступаюгций в вычислитель 14 и в счетчик 13 для его остановки, обнуления и повторного запуска, а также используемый для выбора в блоке б величин, соответствующих следующему действию эталонной последовательности. При этом из блока 5 сигнал в виде. кода выполненного действия подается на вход элемента И 9, и на вход блока 8 для выбора в нем параметров модели оператора, соответствующих выполненному действгпо и вычисленных при предыдущем решении задачи обучаемым. По сигналу с элемента И 10 в счетчике 13 определяется время „ выполнения оператором очередного действия, которое затем поступает в вычисли гель l.4 и в блок 16. Выбранные в блоке 8 прсдыдуп ие значения параметров модели также !oc пают B вычислитель 14, где использ" ют.я для определения текущих значений пара метров, характеризующих уровень llo, nò .!пики оператора на данном этапе процесса обучения. Полученные значения вероятности и плотности распределения запоминаются в блоке 8, а плотность, кроме того, поступает в блок 17, где с ее помощью вычисляется среднее значение ;,времени выполнения обучаемым очередного действия. Вычисленные значения т; ит;, используются затем в блоке 16 для вычисления коэффициента темповой напряженности при выполнении данного действия по формуле

КТН„ Е 1

Полученные значения КТН в виде постоянного напряжения поступают на вход 1 амплитудного детектора 12, который осуществляет непрерывную фиксацию максимального коэффициента и подачу. его на входы вычислителя 11 и компаратора 15. В качестве порогового напряжения в компараторе 15 используется поступающее из блока 6 допустимое значение КТИ,„.Если максимальное значение КТН превышает допустимое, что свидетельствует о высокой степени напряженности оператора при выполнении им некоторого действия, то с выхода компаратора !5 выдается сигнал открывающий элемент И 9, в резулътате чего код действия, выполненного оператором с повышенной напряженностью, поступает на пульт 1, где фиксируется регистрирующей аппаратурой. Эта информация позволяет обунающему сделать вывод об отсутствии навыка, доведенного до автоматизма, и уделять основное внимание при дальнейших трени ровках на отработку действий, требующих

2О

3О

4О

so

55 от оператора значительных усилий.

Сигнал превышения с выхода блока 15 поступает, кроме того, на вход 2 амплитудного детектора 12 для сбора зафиксированного максимального значения коэффициента темповой напряженности.

Если при решении обучаемым задачи им либо нарушена требуемая последователь ность действий, либо превышена допустимая погрешность измерения, т. е. совершена ошибка, то один или оба сигнала на входе элемента И 10 отсутствуют, в результате чего отсутствует сигнал и на его выходе. В этом случае в вычислителе 14 не производится определение текущего значения вероятности. Кроме того, в случае ошибки обучаемому выдается на блоке 7 рекомендация по исправлению допущенной им ошибки в виде поступающих из блока 5 подлежащего выполнению эталонного действия и (или) допустимой ошибки измерения. После исправления ошибки сигнал ВЕРНО с выхода элемент И 10 поступает в вычислитель 14, где происходит вычисление текущего значения вероятности с учетом того, что при выполнении данного действия была допущена ошибка. Предусмотренная в тренажере возможность исправления ошибок позволяет продолжать процесс решения задачи и всегда доводить его до конца, что является необходимым условием вычисления оценки с помощью модели.

Когда оператором выполнено последнее действие предписанного . алгоритма, из блока 5 выдается сигнал КОНЕЦ ЗАДАЧИ, поступающий на вход вычислителя 11. По этому сигналу в вычислителе 11 начинается статистическое моделирование процесса решения задачи оператором с параметрами присущими ему после проведенных тренировок. При этом используется совокупность вычисленных на данном этапе обучения параметров модели оператора, поступивших из блока 8. После проведения серии испытаний полученные статистические данные используются для получения зависимости вероятности правильного решения задачи от времени, характеризующей уровень подготовки обучаемого после проведенных тре нировок. Значение этой вероятности, сооветствующее нормативному времени, елится на КТН,поступивший с выхода амплитудного детектора 12. Полученная в, личина принимается за оценку деятельн сти обучаемого оператора и выдается в регистрирующую аппаратуру пульта 1. Сигнал(КОНЕЦ ЗАДАЧИ из блока 5 пос- унгет также на вход 3 амплитудного детектора 12, в результате чего происходит сброс . факсимального значения коэффициента темповой

826392 напряженности, зафиксированного к концу решения задачи. Это необходимо для правильной работы схемы при следующем решении задачи обучаемым.

По сравнению с известными, в предлагаемом тренажере предусмотрена возможность учета темповой напряженности при выработке оценки операторской деятельности, что приводит к .повышению достоверности этой оценки.

Кроме того, обучающий обеспечивается дополнительной информацией, в виде сигнала о превышении допустимой величины напряженности с фиксацией кода действия, выполненного оператором с повышенной напряженностью. Это позволяет обучающему судить об уровне развития отрабатываемого на тренажере навыка и обоснованно выбирать дальнейшие шаги в ходе тренировки. Тем самым, расширяются функциональные возможности тренажера и устраняется присущий известным устройствам недостаток, который состоит в недифференцированном подходе к оценке уровня подготовки операторов, работающих с разной степенью напряженности. Индивидуализация процесса обучения, а также возможность получения оценки с высокой степенью достоверности позволяют сократить сроки и повысить качество подготовки операторов. Кроме того, необходимо отметить, что при определении уровня напряженности не требуется применение специальных датчиков, вносящих в процесс обучения отсутствующие в реальных условиях помехи и неудобства.

Этим достигается значительное приближение условий тренировки к реальным, что также приводит к повышению качества подготовки обучающихся операторов.

Формула изобретения

Тренажер оператора автоматизированной системы управления, содержащий последовательно включенные пульт преподавателя блок программного управления, пульт обучаемого, первый вычислитель, блок сравнения, первый элемент И, счетчик времени, второй вычислитель и блок оперативной па35

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 602983, кл. G 09 В 7/02, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР № 616651, кл. G 09 В 7/00, 1977.

4о 3. Авторское свидетельство СССР № 590805, кл. G 09 В 9/00, 1976.

4. Авторское свидетельство СССР № 643957, кл. G 09 В 19/00, 1978.

5. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2628137/18-24, кл. G 09 В 9/00, 45 1978 (прототип).

1О

25 зо мяти, соединенный первым выходом со вторым входом второго вычислителя, а входом — со вторым выходом блока сравнения, третий выход которого подключен ко входу блока индикации, второй вход — ко второму выходу пульта обучаемого, третьи входы — с первым выходам блока постоянной памяти, соединенного первым входом с выходом первого элемента И, а вторым входом — с выходом пульта преподавателя, первый вход которого подключен к выходу третьего вычислителя, выход блока программного управления соединен со вторым входом первого вычислителя, отличающййся тем, что, с целью расширения дидактических возможностей и повышения точности тренажера, он содержит последовательно включенные блок интегрирования, блок деления кодов, амплитудный детектор, компаратор. и второй элемент И; выход которого соединен со вторым входом пульта преподавателя, а второй вход — со вторым выходом блока сравнения, подключенного четвертым выходом к первому входу третьего вычислителя и ко второму входу амплитудного детектора, третий вход которого соединен с выходом компаратора, а выход — со вторым входом третьего вычислителя, подключенного третьими входами ко вторым выходам блока оперативной памяти, вход блока интегрирования соединен со вторым выходом второго вычислителя, третий вход которого подключен к выходу первого элемента И, второй вход блока деления кодов соединен с выходом счетчика времени, второй вход компаратора подключен ко второму выходу блока постоянной памяти.

826392 фив. 2

Составитель А. Карлов

Редактор Е. Кинив Техред А. Бойкас Корректор М. Демчик

Заказ 2503/71 Тираж 484 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4