Применение интерактивных электронных технических руководств в образовательных технологиях

На этапе эксплуатации изделий приборостроительного предприятия основным учебным пособием служит техническая документация, с помощью которой специалисты изучают назначение, состав, принцип действия, особенности эксплуатации приборов и систем управления. Эффективность такого специфического учебного процесса обусловлена педагогическими качествами технической документации. Поэтому при разработке различных видов технической документации необходимо иметь в виду и педагогический аспект ее применения. Сегодня наиболее предпочтительной формой технической документации является интерактивная электронная документация, представляемая в виде интерактивных электронных технических руководств (ИЭТР). Разработка этих руководств необходимо связана с «формализацией педагогических знаний и представлением их в соответствии с требованиями информационно-коммуникационных технологий» [1], т.е. с решением основной проблемы е-дидактики.

Классификация электронной документации

Представление эксплуатационной документации (ЭД) в форме ИЭТР является одним из требований современных информационных технологий, в том числе, CALS-технологий (Continuous acquisition and life-cycle support), направленных на обеспечение информационной поддержки жизненного цикла изделий (ИПИ). ИЭТР, в соответствии с требованиями стандартов ИПИ, представляет собой «структурированный комплекс взаимосвязанных технических данных, предназначенный для предоставления в интерактивном режиме справочной и описательной информации об эксплуатационных и ремонтных процедурах, связанных с конкретным изделием» [2].

В табл. 1 приведена классификация электронной технической документации по международным и российским стандартам

Таблица 1

Соответствие международной и российской классификаций электронной технической документации

Международная классификация
Class 0	Class 1	Class 2	Class 3	Class 4	Class 5

Не	Индексиро-	Линейно	Линейно	Иерархи-	Интегри-
индексированные	ванные растровые изображения страниц	структурированные	структурированные в кодах SGML	чески структури-	рованная электронная
растровые изображения страниц		для просмотра на экране		рованные в кодах SGML	система на основе базы данных

	Индексированные (класс 1)	Линейно структурированные (класс 2)	Иерархически структурированные (класс 3)	Интегрированные (класс 4)
Российская классификация

Международная классификация [3] принята в соответствии со стандартами MIL-D-87268 (Military specification MIL-D-87268. Manuals, Interactive Electronic Technical: General content, style, format and user-interaction requirement) и MIL-M-87269 (Military specification MIL-M-87269. Data Base, Revisable: Interactive Electronic Technical Manuals, for support of).

Техническая документация класса 0 (Class 0), рассматриваемая в этой классификации, не является в строгом смысле электронным документом. Она представляет собой набор изображений, полученных сканированием страниц и предназначенный для целей архивации в электронном виде или распечатки по требованию. Эти страницы готовы к просмотру на мониторе, но не индексированы для перемещения /поиска по документу при использовании.

Электронная документация 1-го международного класса (Class 1) представляет собой набор изображений, полученных сканированием страниц, предназначенный для постраничного отображения на мониторе с возможностью доступа пользователя к отдельным страницам путем перемещения / поиска по документу с помощью автоматизированной информационной/поисковой систем.

Электронная документация 2-го класса по международной классификации (Class 2) представляет собой систему, предназначенную для интерактивного отображения на экране документов с использованием поисковых индексов и разметки гипертекста, включенных непосредственно в файл документа.

Электронная документация 3-го международного класса (Class 3) основана на использовании линейно-структурированного файла документа в кодах SGML и не иерархической базы данных.. Она обеспечивает диалоговый показ технической информации, переведенной в коды SGML в соответствии с требованиями MIL-D-87268 , с использованием системы гипертекста для отображения информации в соответствии с требованиями MIL-M-87269.

Электронная документация 4-го класса по международной классификации (Class 4) обеспечивает интерактивное отображение на мониторе технической информации, предварительно подготовленной и хранящейся в иерархической базе данных. При этом исходная информация/данные впоследствии сжаты (с сохранением возможности просмотра) таким образом, чтобы обеспечить к ним свободный доступ в диалоговом режиме в соответствии с требованиями международных стандартов.

Электронная документация 5-го международного класса (Class 5) – это интегрированная электронная система технической информации для интерактивного представления ИЭТР 4 класса, включающая в себя помимо этого необходимые данные для системы экспертной оценки с отображением результатов на экране и другие прикладные программы, такие как диагностика или автоматизированный учебный курс на базе ЭВМ.

Указанная международная классификация нашла свое отражение в последних редакциях российских стандартов по электронной документации. В частности, ГОСТ 2.601-2006 выделяет следующие четыре вида интерактивной электронной документации (ИЭД):

• •    индексированные ИЭД, соответствующие 1-му международному классу (набор изображений страниц, индексация страниц в соответствии с содержанием, документ может быть выведен на печать без предварительной обработки);

• •    линейно-структурированные ИЭД, которые выполнены в соответствии с функциональными задачами и возможностями интерактивных электронных документов 2-го или 3-го международного класса, т.е. либо как единый файл, содержащий перекрестные ссылки, который может быть выведен на печать без предварительной обработки (сlass 2), либо как линейная совокупность файлов, отражающих внешние ссылки на интерактивные схемы, видео-данные, 3D-модели и др. (сlass 3);

• •    иерархически-структурированные ИЭД, соответствующие 4-му международному классу, в которых технические данные организованы как информационные объекты внутри иерархической базы данных;

• •    интегрированные ИЭД, соответствующие 5-му международному классу и предполагающие также возможность прямого интерфейсного взаимодействия с электронными программными модулями диагностики изделия.

В международных спецификациях для интерактивной электронной технической документации принята аббревиатура ИЭТР – интерактивные электронные технические руководства.

Современные информационные технологии позволяют формировать документ как в печатной форме, так и виде ИЭТР из единого электронного источника. Они основаны на модульной технологии разработки технической документации в соответствии с международной спецификацией S1000D [3]. Спецификация S1000D содержит требования к созданию технических руководств по проектам разработки любого воздушного, морского или наземного транспорта или оборудования как гражданского, так и военного назначения. Основной особенностью данного международного стандарта является то, что информация по спецификации S1000D генерируется в форме информационных модулей, называемых модулями данных (МД).

Модуль данных определяется как “наименьшая самостоятельная единица данных в составе технического руководства” [3] и включает в себя: 1) блок идентификации и статуса, содержащий всю необходимую управляющую информацию (реквизитная часть); 2) содержательную часть, включающую информационное насыщение МД. Все модули данных, применимые к описываемым объектам, объединены в составе единой (общей) базы данных (ОБД). Преимуществом ОБД является возможность издания документации в формате, не зависящем от конкретной применяемой при разработке информационной технологии.

Спецификация S1000D обеспечивает хранение данных в электронной форме и возможность издания документации в виде печатной публикации или в виде ИЭТР с использованием XML- и WEB-технологий. Формирование ИЭТР как средства обучения обеспечивает следующие функции: 1) выбор и отображение определенного раздела документа; 2) отображение как растровой, так и векторной графики из состава проектной документации; 3) реализацию перекрестных ссылок; 4) включение по ссылкам дополнительных данных в форме таблиц, иллюстраций, звуковых и видео данных; 5) использование системы окон для ввода дополнительной информации; 6) совмещение на экране текстовой и соответствующей графической информации; 7) организацию диалогового режима с пользователем.

Формирование ИЭТР как средства обучения

С учетом рекомендаций [4] проектирование ИЭТР как средства обучения реализовывалось в соответствии с положениями психологической теории поэтапного формирования умственных действий и было направлено: 1) на формализацию процедур поиска и устранения неисправностей; 2) на формализацию процедур освоения содержания и приемов использования ИЭТР; 3) на использование максимального объема информации из состава эксплуатационной документации (ЭД); 4) на разработку технологии представления графической документации (структурных, функциональных, принципиальных схем), обеспечивающей возможность последовательного выбора достаточной для эксплуатации системы степени детализации отображаемого материала; 5) на обеспечение возможности визуального представления действий персонала при эксплуатации системы с детализацией, достаточной для понимания основных процедур, необходимых персоналу при эксплуатации системы; 6) на разработку технологии виртуального отображения действий обучаемого по управлению с текстовыми подсказками и имитацией технологического процесса управления.

Содержательная часть ИЭТР, помимо отображения текстового документа РЭ, должна была предоставлять для обучаемого следующие дополнительные возможности [3]: 1) изучение устройства изделия, его составных частей и комплектующих, принципов действия и правил эксплуатации при различных режимах и условиях эксплуатации, способов и средств поддержания и восстановления технической готовности; 2) получение сведений о возможных неисправностях изделия, их вероятных причинах и методах их выявления и устранения на основе интерактивных средств с использованием необходимого объема структурных, функциональных и принципиальных схем; 3) представление и ведение ведомости ЗИП; 4) представление и ведение каталога предметов снабжения изделия на корабле и береговой базе, обеспечивающего подготовку заявок на поставку материальных средств через бортовую автоматизированную систему обеспечения эксплуатации корабля; 5) обеспечение обучаемого справочными и нормативными материалами по планированию и проведению технического обслуживания изделия, регламентных и ремонтных работ и их материально-техническое сопровождение; 6) обучение действиям при использовании изделия в нормальных и аварийных ситуациях.

Перечисленные требования к ИЭТР вполне соответствуют функциональным возможностям интеллектуальных обучающих систем, описанных в [4,5]. Реализация этих возможностей в ИЭТР обеспечила реализацию следующих дополнительных функций:

• •    для конструктивных единиц типа «прибор» и «модуль» при их упоминании в тексте предусматривается возможность перехода по ссылкам для получения основной информации, а также дополнительных технических данных, предоставляемых меню, например: «Конструкция_ Лицевая панель_ Модульный состав» - для приборов и меню «Конструкция_ Лицевая панель_ Характеристики (Справочный лист)» - для модулей; при этом состав меню может изменяться с учетом особенностей системы управления;

• •    полученное с помощью меню изображение модульного состава любого прибора предусматривает возможность получения дополнительной информации по каждому модулю при установке курсора на выбранный модуль;

• •    для иллюстрации поиска и устранения неисправностей предусматриваются алгоритмы, заменяющие текстовые комментарии в составе РЭ и обеспечивающие использование дополнительной информации в части использования ЗИП (расположение в окне места расположения элемента замены в таблице ЗИ, видеоролик процесса замены), а также, при необходимости, представления фрагментов схем соединений (например, при поиске места обрыва канала связи);

• •    блок-схемы алгоритмов поиска и устранения неисправностей (заменяющие текстовые комментарии) отображают на экране диалоговый режим пошаговых действий пользователя, при котором предоставляемая обучаемому информация по дальнейшим действиям зависит от его ответов «да» или «нет» на определенных шагах; отображение такого режима средствами ЭСО возможно как путем последовательного наращивания схемы в соответствии с ответами пользователя, так и окрашиванием тракта движения по блок-схеме алгоритма;

• •    предусматривается включение в ИЭТР интерактивных схем с возможностью их последовательного раскрытия до необходимого уровня детализации; например, от структурно-функциональной схемы системы - к отдельным каналам управления (сигнализации) путем выбора нужного канала из меню и последовательного его отображения до уровня схемной реализации, что позволяет использовать в интерактивном режиме многостраничные схемы в виде отдельных фрагментов в электронном отображении с возможностью их распечатки.

Примеры использования интерактивных средств обучения

В качестве примера на рис. 1а, 1б, 1в представлены этапы последовательного раскрытия путей движения по дереву поиска неисправности в зависимости от ответов обучаемого «да» или «нет».

Участок блок-схемы, приведенный на рис. 1б предоставляет реализуемые по выбираемым обучаемым гиперссылкам возможности просмотра ведомости ЗИП-О запасных частей и запуска видеоролика по замене неисправного модуля. Участок блок-схемы, который представлен на рис. 1в, предоставляет по выбору обучаемого возможности отображения и печати фрагмента таблицы внешних связей.

Рис. 1а. Альтернативы ответа обучаемого на вопрос диагностического модуля

Рис. 1б. Пример раскрытия блок-схемы диагностики при выборе ответа “да”

Рис. 1в. Пример раскрытия блок-схемы диагностики при выборе ответа «нет» и последующих ответов «да»

Рис. 2а, 2б, 2в отображают отдельные фрагменты видеоролика замены отказавшего модуля.

Рис. 2а. Этап отключения неисправного модуля

Рис. 2б. Этап снятия креплений неисправного модуля

Рис. 2в. Этап извлечения неисправного модуля

Заключение

Возможности ИЭТР как элемента компьютерной образовательной технологии позволяют формировать образ изучаемого объекта комплексно, а наличие интерактивности повышает эффективность усвоения материала за счет соответствия структуры диалога с документом положениям психологической теории поэтапного формирования умственных действий. Применение новых информационных технологий дает возможность использовать всю полноту выразительных средств компьютерной графики, что способствует лучшему усвоению материала. В перспективе при разработке различных видов технической документации необходимо учитывать их использование в качестве учебного средства.