В основу профессиональной подготовки военных специалистов по эксплуатации специальной техники, в частности, вооружения и военной техники (ВВТ) в настоящее время предлагается положить технические решения, базирующиеся на использовании последних достижений в области виртуальной реальности и мультимедийных технологий. Гарантируя весьма высокий уровень адекватности моделирования изучаемых образцов ВВТ с учетом различного рода возмущающих факторов, такие тренажеры потенциально позволяют обеспечить достаточный уровень подготовленности персонала при существенно меньших затратах ресурсов, чем при использовании реальных объектов.
Одним из направлений реализации учебно-тренажерных комплексов такого класса является проектирование систем освоения объектов симуляторного типа (виртуальных симуляторов) ВВТ – мультимедийных анимационных имитаторов, предназначенных для виртуального воспроизведения состояний физических объектов созданием иллюзии действий с реальной техникой при различных условиях, включая возникновение внештатных и аварийных ситуаций. Основной их особенностью является максимально полное воспроизведение внешнего вида физических устройств и элементов управления ими, а также движения отдельных элементов в соответствии с происходящими физическими процессами. Изучаемая военная специальная техника, не только дорогостоящая, массогабаритная, нередко используемая в обучении в ограниченном числе или в единственном экземпляре, но и является источником повышенной опасности. Поэтому отработка действий специалистов на этой технике в аварийных и внештатных экстремальных ситуациях недопустима, так как это может привести к травматизму (гибели) личного состава. Применение систем освоения объектов симуляторного типа (виртуальных симуляторов) специальной техники в учебном процессе военного вуза позволит отрабатывать умения и навыки на отдельных моделях реального объекта и имитировать выполнение различных технологических операций индивидуально, без вмешательства других обучающихся. Это обеспечит повышение качества подготовки специалистов, в том числе их психологическую устойчивость, воспитание самостоятельности при принятии решений в случае возникновения аварийных и внештатных экстремальных ситуаций.
Под качеством систем освоения объектов симуляторного типа (виртуальных симуляторов) ВВТ понимается совокупность свойств, обусловливающих пригодность удовлетворять потребности в соответствии с назначением. Уровень качества – это относительная характеристика, основанная на сравнении значений показателей качества виртуального симулятора с базовыми значениями. Оценка качества данного программно-педагогического средства может быть произведена путем оценивания его показателей с установленными требованиями.
В общем виде задача разработки (синтеза) заключается в выборе оптимальной (или рациональной), в том или ином смысле структуры системы и ее параметров при заданных характеристиках внешней среды и с учетом ограничений, накладываемых на систему. Следовательно, задача проектирования систем освоения объектов симуляторного типа (виртуальных симуляторов) специальной техники как сложной системы может быть сформулирована таким образом – найти такой вариант структуры программы виртуального симулятора, которая удовлетворяла бы совокупности исходных данных, а именно:
совокупности внешних условий;
совокупности ограничений на структуру и параметры симулятора;
совокупности показателей качества, которые должны быть учтены при разработке;
совокупности ограничений, накладываемых на показатели качества;
в обладании наилучшими значениями совокупности показателей качества в смысле заданного критерия предпочтения.
Общей задачей и главным содержанием проектирования при разработке симулятора является создание виртуального образа, максимально достоверно имитирующего функционирование физического объекта. Для обеспечения достоверности виртуального образа необходимо, прежде всего, обеспечить визуальное сходство интерфейса симулятора и его адекватную интерактивную реакцию на управляющие воздействия обучаемого, выступающего в роли оператора объекта симуляции.
При управлении работой объекта изучения ВВТ, являющегося физическим объектом моделирования, оператор осуществляет воздействие на органы управления и отслеживает показания контрольно – измерительных приборов (КИП), размещенных на пульте управления. Поэтому интерфейс программы симулятора визуально должен представлять собой имитацию пульта управления объекта изучения ВВТ.
Процедура проектирования систем освоения объектов изучаемой специальной техники симуляторного типа реализуется поэтапно.
На первом этапе формулируются основные требования к создаваемому программному продукту:
– визуальное сходство интерфейса программы симулятора с пультом управления объекта симуляции (то есть определяющие совокупность показателей качества, учитываемых при разработке):
– обоснованные понятные приемы воздействия на органы управления и адекватная, ожидаемая реакция ассоциируемых с ними графических объектов интерфейса программы;
– достоверные хронометрические характеристики отклика математической модели процессов протекающих в имитируемой схеме;
– схожее с реальным графическое представление результатов расчета, в виде имитации работы КИП, расположенных на пульте управления объекта изучения ВВТ;
– адекватная (соответствующая реальной) реакция программы на неправильные (не предусмотренные инструкцией по эксплуатации объекта симуляции) действия обучаемого.
Указанные показатели определяются также как внешнесистемные характеристики удовлетворение которым должно обеспечиваться либо на лингвистическом, либо на количественном уровне.
Главным содержанием начального этапа проектирования является анализ работы симулятора в целом и декомпозиция общей задачи симулятора на структурном уровне в виде самостоятельных подсистем (элементов, блоков) для последующих этапов проектирования.
Задача декомпозиции проектируемого изделия на более простые элементы (блоки, узлы) решается функционально-узловым (модульным) методом проектирования, который позволяет формировать структуру симулятора в виде модулей, выполняющих определенные функции.
Структура программы симулятора как учебно-тренажерного средства (УТС) должна удовлетворять заданным как внешнесистемным, так и внутрисистемным характеристикам и определяется как их совокупность. Эта зависимость является уравнением связи между внешнесистемными и внутрисистемными характеристиками.
Внешнестистемные характеристики описывают симулятор с точки зрения требований эксплуатирующих организаций (воинских частей) и рассматриваются как совокупность следующих требований:
- визуального сходства интерфейса программы симулятора с пультом управления изучаемой специальной техники;
- к воздействиям неадекватной реакции соответствующих приборов на ассоциированными с ними графические объекты;
- к хронометрическим характеристикам отклика математической модели процессов, протекающих в имитационной схеме;
- к результатам функционирования контрольно-измерительных приборов (КИП) и органов (переключателей, вентилей и т.д.), расположенных на пульте управления объекта симуляции.
С математической точки зрения внутрисистемные характеристики выполняют функцию независимых переменных задачи проектирования и определяют значения внешнесистемных характеристик, которые в свою очередь определяют эффективность и назначение проектируемого изделия. Внутрисистемные характеристики рассматриваются как совокупность хронометрических, технических, эргонометрических, дидактических и других требований:
На втором этапе с учетом заданных требований формируется модульная структура, включающая в себя: модуль интерпретации графических данных, который преобразует графическую информацию, поступающую в него в виде изменяющихся координат в значения физических величин, характеризующих управляющие воздействия оператора; модуль визуализации результатов расчета преобразует физические величины, полученные в результате математического моделирования физических процессов в графический вид; модуль расчета содержит алгоритм, построенный на основе математической модели детального описания физических процессов, происходящих в имитируемой системе объекта изучения ВВТ.
Завершающий этап проектирования характеризует разработку комплексной математической модели, описывающей поведение схемы моделируемой установки, пригодной для алгоритмического описания и функционирования применительно к реальному и изменяемому масштабу времени, что является наиболее сложной задачей при создании виртуального симулятора.
Соблюдение при проектировании рассмотренных требований, предъявляемых к структуре программ систем освоения объектов изучаемой специальной техники симуляторного типа, будет способствовать успешному освоению дисциплин будущими специалистами в военном вузе.
Библиографический список
- Дзюбенко О.Л., Коженков А.О. Методическое обеспечение разработки симуляторов многокомпонентнозарядной техники / Мат. XV Международной конф.: «Информатика: проблемы, методология, технологии» 2015 года), Воронеж, ВГУ, 2015.
- Дзюбенко О.Л., Коженков А.О. Применение виртуальных симуляторов в образовательно-обучающей среде военного ВУЗа Научно-практический журнал «Гуманитарные научные исследования» – № 1 2013 г. (электронный ресурс) URL: http://human.snauka.ru/2013/01/2181