Научный журнал

Современные наукоемкие технологии

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Боровиков И.Г. 1 Вивчарь Р.М. 1 Волков Н.А. 2 Пачин А.В. 1

---

1 ФГБВОУ ВО «ВКА имени А.Ф. Можайского» МО РФ

2 1-й Государственный испытательный космодром МО РФ

Проведен анализ современных учебно-тренировочных средств, предназначенных для обучения технологического персонала, эксплуатирующего сложные технические системы, который показал, что при разработке и совершенствовании учебно-тренировочных средств недостаточно учитываются накопленные знания о механизмах обучения и способности персонала к освоению учебного материала. Представлены модели деятельности в тренинге, с помощью которых достаточно достоверно можно описать процесс приобретения знаний и навыков во время обучения. Разработана методика использования учебно-тренировочных средств, которая позволит повысить уровень обученности технологического персонала в существующей системе подготовки с использованием учебно-тренировочных средств за счет применения моделей процесса приобретения знаний, которые позволяют формировать план обучения персонала с учетом индивидуальных способностей к освоению теоретических знаний и практических навыков. Применение методики позволит проводить обучение эксплуатирующего персонала с достаточным качеством без изменения системы подготовки. В качестве примера представлен расчет параметров процесса обучения оператора дизель-генераторной установки с использованием разработанной методики. Сделан вывод о необходимости использовать методику при разработке новых и совершенствовании существующих учебно-тренировочных средств обучения технологического персонала, эксплуатирующего сложные технические системы.

Статья в формате PDF

1551 KB

учебно-тренировочное средство

модель деятельности

методика использования

план обучения

технологический персонал

1. Осипова В.А., Даныкина Г.Б. Повышение эффективности обучения операторов технологических процессов на базе компьютерных тренажеров // Системы. Методы. Технологии. 2011. № 3 (11). С. 106–114.

2. Шукшунов В.Е., Янушкин В.В. Концептуальные основы разработки и создания учебно-тренажерно-моделирующего комплекса нового поколения // Программные продукты и системы. 2015. № 4 (112). С. 5–15.

3. Боровиков И.Г., Щербина И.С. Моделирование процесса освоения учебного материала личным составом боевого расчета частей запуска космических аппаратов // Труды Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского. Вып. 659. / под общ. ред. Ю.В. Кулешова. СПб.: ВКА имени А.Ф. Можайского, 2018. С. 194–201.

4. Дозорцев В.М. Оператор в компьютеризированной системе управления: к проблеме построения человеко-машинного интерфейса // Приборы и ситемы управления. 1998. № 3. С. 10–35.

5. Максимов Н.А., Шаронов А.В. Анализ формы изображений и распознавание объектов на основе скелетно-контурного представления // Научный вестник МГТУ ГА. 2014. № 207. С. 67–74.

6. Манько Н.Н. Когнитивная визуализация педагогических объектов в современных технологиях обучения // Образование и наука. 2009. № 8. С. 10–30.

7. Rouse W.B. Models of Human Problem Solving: Detection, Diagnosis, and Compensation for System Failures. Autumatica. 1983. Vol. 19. No.6. P. 613–625.

Идея обучения технологического персонала, эксплуатирующего сложные технические системы (СТС) с использованием компьютерных учебно-тренировочных средств (УТС), появилась относительно давно. Не учитывая время, когда для компьютерного тренинга предъявляли иллюстрации с различными состояниями измерительных приборов и регуляторов [1] или использовали натурные копии реальных объектов с добавлением простейших элементов автоматики, имитирующих взаимодействие человека с системой, идея обучения с помощью компьютерных УТС появилась в 1981 г. [2].

До настоящего времени, разрабатывая УТС, производители выполняют аппаратно-программную часть, эмуляторы системы управления, модели тренажа и т.д. самостоятельно. Это позволяет охранять интеллектуальную собственность производителей, но совершенно не способствует получение максимально возможного качества указанных отдельных компонентов. В частности, разрабатываемые УТС недостаточно учитывают особенности обучающегося и предметной области тренинга. Однако изучаемая уже более пятидесяти лет проблема обучения персонала, эксплуатирующего СТС [3], позволяет использовать накопленные знания о механизмах деятельности персонала и механизмах его обучения при разработке новых и совершенствовании уже существующих УТС.

Таким образом, в сложившихся обстоятельствах становится весьма актуальной разработка методики использования УТС, позволяющей разрабатываемым и совершенствуемым УТС планировать процесс обучения эксплуатирующего персонала с учетом индивидуальных способностей к освоению теоретических знаний и практических навыков, а также накопленных знаний о механизмах их приобретения. При этом методика должна быть достаточно универсальной и независимой от состава аппаратной части УТС.

Модель деятельности персонала в тренинге

Общепризнанным фактом является то, что в основе деятельности эксплуатирующего персонала лежит механизм распознавания образов [4]. Такое положение согласуется с современными физиологическими [5] и когнитивными [6] представлениями. Более того, сама категория опыта, чрезвычайно значимая в проблематике обучения, трактуется многими исследователями именно как высокоразвитая способность к распознаванию образов [7].

Разработанная В. Роузом [7] модель принятия решений трактует деятельность персонала при устранении неисправностей, как трехэтапный процесс, состоящий из идентификации неисправности, поиска причин ее возникновения и устранения последствий (табл. 1). При этом процесс идентификации можно трактовать, как процесс распознавания отклонений приведших к наступившему событию, и как анализ информации, которую наблюдает оператор. В наиболее простых случаях, когда известны требования к показателям приборов учета оператор может выступать в роли «независимого наблюдателя», способного определить момент наступления нежелательного события с помощью определения рассогласования между требуемыми и наблюдаемыми значениями. Однако при повышении сложности объекта оператор согласует свою деятельность с применением процедур анализа содержания возникшей ситуации.

Многоуровневый принцип модели (навыки, правила, знания) представлен на рис. 1.

Первый уровень, на котором определяются правила, можно представить в виде набора инструкций по порядку действий при возникновении известных (типовых) неисправностей, при этом инструкции фиксируются оператором при накоплении опыта в предыдущих тренажах или содержат новую информацию. При рассмотрении этапов деятельности в отдельности наблюдается преобладание прямой связи. Однако при устранении реальных неисправностей цель (восстановление работоспособного состояния оборудования) достигается посредством последовательности единичных действий, что определяет понимание и анализ возникшей неисправности посредством обратной связи на уровне знаний.

Деятельность человека в современной системе управления технологическими процессами (ТП) можно рассмотреть как поэтапный и непрерывный (идентификация, поиск причин, устранение), а также многоуровневый (навыки, правила, знания) процесс принятия решений. Это определяет принципиальные требования к методике использования УТС и обучения персонала с использованием УТС.

Методика использования учебно-тренировочных средств

Учитывая вышесказанное, методика использования УТС, предназначенных для подготовки специалистов, эксплуатирующих СТС, должна включать планирование процесса обучения с учетом деятельности оператора в тренинге, определения качества составленного плана и непосредственно процесса приобретения знаний и навыков с учетом их начального уровня. Используя разработанные модели процесса обучения (ПО) и процесса выполнения ТП, методику можно представить в виде обобщенной структурно-логической схемы (рис. 2):

1. Определение начального уровня обученности на этапе № 1.

2. Формирование исходных данных о технологическом процессе на этапе № 2.1 и процессе обучения персонала на этапе № 2.2.

3. Зацикливание процесса определения параметров ПО на этапах № 3, 4, 6.

4. Определение параметров ПО на этапе № 5.

5. Сравнение значения целевого показателя полученного в результате моделирования ПО и ТП с заданным значением на этапе № 7.

6. Возврат на этап корректировки данных при несоответствии целевого показателя требованиям на этапе № 8.

7. Процесс обучения по составленному плану на этапе № 9.

В целом предложенная методика позволит формировать план обучения персонала, эксплуатирующего СТС с учетом индивидуальных способностей к освоению теоретических знаний, что позволит выполнить требования по вероятности своевременного завершения ТП, несмотря на возникающие в процессе неисправности и необходимость их устранения.

Расчет параметров процесса обучения

В описанной выше методике наибольший интерес представляет этап № 5, на котором из набора исходных данных о ТП и ПО с помощью моделирования становится возможным расчет целевого показателя процесса обучения, вероятности завершения ТП за заданное время.

Этап определения параметров ПО включает в себя три основных этапа:

– моделирование процесса обучения на основе исходных данных об уровне обученности персонала Wоб и начальном уровне практических навыков Iоб [3] (этапы 1–3);

– моделирование ТП на основе исходных данных о ТП и данных о ПО, сформированных в процессе моделирования [1] (этап 4);

– вычисление целевого показателя ПО pвз на основе данных о времени завершения ТП полученных в результате моделирования ТП [1] (этапы 5–7).

На рис. 3 представлена структурно-логическая схема определения параметров процесса обучения.

Работу методики для наибольшей наглядности представим в виде примера расчета параметров ПО оператора дизель-генераторной установки (ДГУ) электроснабжения удаленного объекта с использованием учебно-тренировочных средств:

1. Определение способностей личного состава к освоению теоретического материала, используя накопленные экспериментальные данные и их запись в виде матрицы переходных вероятностей [3]:

2. На основании перечня занятий подготовки персонала, эксплуатирующего ДГУ, определим достаточную продолжительность изучения теоретического материала и время, отводимое на практический тренаж [3]:

tпр = 11.

3. Используя статистические данные о процессе практического обучения операторов и известные модели научения [1], наиболее точно описывающие научение идентификации неисправностей, поиску их причин и устранению, произведем моделирование процесса практического научения (рис. 4).

4. Определение аналитического выражения методом регрессионного анализа зависимости математического ожидания времени завершения ТП от времени обучения практическим навыкам [7]:

5. Определение оптимального плана обучения. В рассматриваемом случае оптимальное значение очевидно исходя из вида целевой функции и определяется ограничениями (табл. 2).

Таблица 2

Оптимальный план обучения

6. Определение параметров закона распределения времени завершения ТП (табл. 3).

Таблица 3

Параметры закона распределения

7. Вычисление вероятностей завершения ТП за заданное время (табл. 4) и их графическое представление (рис. 5).

Произведя сравнение с требуемыми значениями целевого показателя, можно заключить, что для достижения значения рвз ≥ 0,97 время на процесс обучения необходимо распределить следующим образом (табл. 5).

Таблица 4

Результаты расчета целевого показателя

Таблица 5

Результаты работы методики

Выводы

Разработана методика, которая позволит повысить уровень обученности эксплуатирующего персонала в существующей системе подготовки с использованием учебно-тренировочных средств, а также определить параметры системы подготовки персонала, необходимые для достижения заданного целевого показателя за счет формирования плана обучения персонала с учетом индивидуальных способностей к освоению теоретических знаний и практических навыков. Что, в свою очередь, позволит провести обучение эксплуатирующего персонала с достаточным качеством.

Библиографическая ссылка