Обоснование требований к комплексным автоматизированным обучающим системам, применяемым для подготовки специалистов расчетов по эксплуатации ракетно-космической техники

Анализ технических отчетов о результатах подготовки к пуску, пуска и полета ракеты-носителя (далее – РН) «Союз-2» в период с 2004 года по настоящее время показал, что в 76 % случаев время подготовки РН выходит за рамки, определенные технологическим графиком. Происходит это вследствие возникновения неисправностей наземного технологического оборудования и бортовой аппаратуры РН, время поиска и устранения которых может превышать время, отведенное на процесс подготовки в целом. Как правило, такие задержки связаны с большой продолжительностью поиска причин возникнове ния неисправностей, которая, в свою очередь, обусловле на уровнем подготовленности

Тарасов Анатолий Геннадьевич доктор технических наук, доцент, заместитель начальника кафедры автоматизированных систем подготовки и пуска ракет космического назначения. Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, Санкт-Петербург. Сфера научных интересов: разработка учебнотренировочных средств подготовки операторов автоматизированных систем подготовки и пуска ракет космического назначения; методология повышения безопасности эксплуатации технологического оборудования с применением робототехнических систем и комплексов. Автор более 100 опубликованных научных работ.

личного состава расчета к действиям при нештатных ситуациях. При отсутствии строгих временных и ресурсных ограничений такие задержки не влияют на успешное выполнение задачи по подготовке и запуску космического аппарата (далее – КА) за счет использования временных резервов для поиска и устранения возникших неисправностей. Однако при необходимости оперативного (в условиях жестких временных ограничений) наращивания (восполнения) орбитальной группировки (далее – ОГ) КА временные задержки в процессе подготовки ракеты космического назначения (далее – РКН) могут привести к срыву выполнения задачи по выведению КА [2].

Особенности комплексных автоматизированных обучающих систем для подготовки номеров расчета подготовки и пуска ракеты космического назначения

Среди разработчиков и изготовителей КАОС для подготовки специалиста расчета (далее – СР) подготовки и пуска РКН следует выделить следующие предприятия: ООО «Софтаэро» – системный диспетчерский тренажер управления воздушным движением; «Центр тренажеростроения и подготовки персонала» (ЦТиПП) – тренажеры для подготовки космонавтов; АО «НИЦ СПб ЭТУ»; АО «ЭКА» – автоматизированный комплекс подготовки расчетов РКН «Союз-2».

Несмотря на то, что в настоящее время не существует единой терминологической базы КАОС, среди них можно выделить следующие виды [1] (Рисунок 1).

• 1.    Мультимедийные энциклопедии, справочники, словари.

• 2.    Компьютерные системы тестирования (далее – КСТ).

• 3.    Компьютерные обучающие средства (далее – КОС).

• 4.    Тренажерные комплексы.

• 5.    Компьютерные системы обучения и тренажа (далее – КСОТ).

• 6.    Интерактивные электронные технические руководства (далее – ИЭТР).

Обоснование требований к комплексным автоматизированным обучающим системам, ..

Рисунок 1. Достоинства и недостатки КАОС

Представленные виды КАОС различаются реализацией теоретической, практической и групповой подготовок [6]. Разработка и внедрение КАОС направлены на повышение уровня профессиональной подготовленности НР, который, исходя из этапов подготовки, предлагается разбить на три составляющие: K _p,= { K _s , K _g , K _t}, где K _s – уровень теоретической подготовленности СР; K _g – уровень практической подготовленности СР; K _t – уровень подготовленности СР к выполнению задач в составе группы.

Общий уровень профессиональной подготовленности СР определяется как аддитивная свертка частных уровней с соответствующими коэффициентами значимости (Рисунок 2).

Рисунок 2. К определению общего уровня профессиональной подготовленности СР

Коэффициенты значимости соответствующих уровней подготовленности СР определяются экспертным опросом с учетом профессиональной деятельности оператора (см. Рисунок 3) при условии ws + Wg + wt = 1 .

Рисунок 3. Степень задействования ПЭВМ и изделия в УТС

Уровень теоретической подготовленности СР K _s с использованием КАОС определяется множеством описаний объектов технической системы, режимов ее функционирования и множеством способов взаимодействия оператора с технической системой, реализованных в КАОС[4; 5]:

sup X   sup J

K = x m ^e X + J- .

^s    Pos ( X ) Pos ( J )

Уровень практической подготовленности НБР по подготовке РКН K _g определяется реализацией множества задач функциональной деятельности, множества алгоритмов деятельности СР, множества характеристик факторов внешней среды, множества психофизиологических характеристик оператора в виде параметров восприимчивости воздействий факторов рабочей среды:

n            т          m

Kg = X ziaiti ⁺E vf ⁺E ^{r n} , i = 1              j = 1            l = 0

где z_i – степень реализации i-й функциональной задачи;

0, если оператор не задействован при решении i - й задачи , 1, если оператор задействован при решении i -й задачи ;

ti ⁼ )

• 1,    не имеется возможности масштабирования времени при решении i - й задачи ,

• 2,    имеется возможность масштабирования времени при решении i - й задачи ;

v_j – степень реализации влияния факторов внешней среды на деятельность оператора;

• 1,    не имеется возможности ослабления / усиления воздействия j -гофактора ,

• 2,    имеется возможность ослабления / усиления воздействия j - го фактора ;

r_l – степень реализации психофизиологической характеристики оператора в виде параметров восприимчивости воздействий факторов рабочей среды;

Обоснование требований к комплексным автоматизированным обучающим системам, ..

n l = <

0, если не имеется датчика для определения психофизиологической характеристики оператора , 1, если имеется датчик для определения психофизиологической характеристики оператора .

Уровень практической подготовленности СР по подготовке РКН в составе расчета определяется его способностью организовать взаимодействие между номерами расчета [3], выбрать оптимальное распределение номеров расчета по выполняемым работам для достижения поставленной цели и своевременно реализовать данное управление:

q

Kt = Z uh ^ h ^ h , h = 1

где u_h – степень реализации вида управления;

0, если оператор не способен организовать

а

h

e h

взаимодействие между номерами расчета , 1, если оператор способен организовать взаимодействие между номерами расчета ;

• 1,    если выбранное распределение номеров расчета

не является оптимальным ,

• 2,    если выбранное распределение номеров расчета

является оптимальным .

Учитывая опыт подготовки специалистов с использованием различных типов тренажерных средств, можно сформулировать следующие требования к КАОС для подготовки специалистов расчетов подготовки РКН [1; 6].

• 1.    КОС должны обеспечивать возможность автоматизированного выбора программы обучения с учетом начального уровня теоретической подготовленности СР.

• 2.    На рабочих местах специалистов расчетов должна быть создана в реальном масштабе времени имитируемая обстановка, близкая к реальной, и система оценки готовности специалистов расчетов к выполнению возложенных на них учебных и специальных задач [7].

• 3.    В КАОС должны быть реализованы унифицированные модули выбора задач тренировки в зависимости от начального уровня подготовки, контроля и автоматизированного оценивания подготовленности оператора, документирования уровня подготовки специалистов расчетов.

• 4.    Оптимизация структуры построения и реализации КАОС должна вестись в направлении увеличения прироста уровня профессиональной подготовленности СР и уменьшения затрат на разработку и построение КАОС [7; 8].

Необходимо отметить положительный опыт создания КАОС для подготовки специалистов расчетов подготовки РКН (систем и агрегатов ТК и СК, заправочно-нейтрализационных станций космодромов Байконур и Плесецк) (см. Таблицу).

Обеспеченность КАОС персонала объектов НКИ по группам наземного оборудования в ракетно-космической отрасли

Основные группы оборудования объектов НКИ	Степень обеспеченности	Примечания
Технические комплексы подготовки СЧ РКН (РН, КА, РБ, КГЧ, РКН)
Монтажно-технологическое оборудование	Есть	«Союз-2», «Протон-М»
Оборудование СУ, ТМИ и СНЭСТ	Есть	«Союз-2»
Оборудование газоснабжения и пневмовакуумных испытаний	Есть	«Союз-2»
Технические системы ТК	Частично	«Союз-2», «Протон-М»
Стартовые комплексы РКН
Стартовое, транспортно-установочное оборудование	Есть	«Союз-2», «Протон-М», «Рокот», «Зенит»
Заправочное оборудование	Есть	«Союз-2», «Протон-М»
Оборудование газоснабжения	Есть	«Союз-2», «Протон-М»
Оборудование СУ, ТМИ и СНЭСТ	Есть	«Союз-2»
Технические системы СК	Частично	«Союз-2», «Протон-М»
Заправочные станции КА и РБ
Заправочное оборудование, оборудование нейтрализации КРТ	Частично	Плесецк
Оборудование газоснабжения и пневмовакуумных испытаний	Частично	Плесецк

На основе проведенного анализа можно сделать следующие выводы:

• •    существующие КАОС ориентированы на обучение штатным режимам функционирования техники, порядок действий (принятия обоснованных решений) при возникновении непредвиденных нештатных ситуаций по выходу из них практически не рассматривается;

• •    КАОС не интегрированы с системой подготовки и принятия решений и системами поддержки повседневной профессиональной деятельности лица, принимающего решение.

Заключение

Используемые в настоящее время КАОС весьма разнородны по своей структуре и модельному наполнению, спроектированы индивидуально для решения конкретных задач обучения на уникальных образцах техники. Очевидно, что при такой широкой номенклатуре КАОС требования к ним должны определяться на этапе проектирования ракетнокосмических комплексов с учетом их функционального назначения и технико-экономических ограничений.

Основным видом требований в случае применения КАОС является требования назначения, определяющие характеристики, обеспечивающие выполнение задачи обучения в заданных условиях. Требования к КАОС в первую очередь должны быть направленны на формирование модельного обеспечения, определение вида и уровня правдоподобия используемых моделей, алгоритмов их работы, порядка взаимодействия и обмена данными, функциональную зависимость теоретической и практической части обучения. КАОС должно включать модель оценки качества обучения, которая позволит оценивать влияние уровня подготовленности специалистов расчета на целевые показатели реальных процессов подготовки РКН.

Обоснование требований к комплексным автоматизированным обучающим системам, ..