Расширение функциональных возможностей тренажеров транспортных средств

В настоящее время известно множество способов моделирования психо­физио­логических эффектов в тренажерах транспортных средств (ТТС), со­гласно кото­рым вы­числяют в реальном времени параметры поведения объ­екта, синтези­руют в информационных каналах психофизиологические эф­фекты и преобра­зуют их в ощущения пространственного движения, зритель­ной внутри­кабинной и вне­кабинной информации, слуховой (шумовой, рече­вой), так­тильно-кинестетической (от органов управления) [1, 2].

Устрой­ства, реализующие известные способы, как правило, содержат: имитатор акселерационных воздействий (динамический стенд с кабиной опе­ра­тора); имитаторы зрительной внутрикабинной и внекабинной информа­ции; имитатор слуховой информации (шумовой, речевой); имитатор тактильно-ки­нестетической информации (органы управления); имитатор параметров пове­де­ния объекта (вычислитель динамики движения имитируемого транспорт­ного средства); пульт инструктора.

Общим недостатком известных способов является отсутствие восп­роиз­веде­ния некоторых психофизиологических ощущений дискомфорта, возни­кающих, у обучающегося опе­ратора при определённых режимах ра­боты ими­тируемого объекта, напри­мер:

·         ощущение опьянения или морской болезни, которое наблюдается при дви­же­нии автомобиля со скоростью 100–120 км/час. При движении возни­кают не только вибрации с частотами 0,2–20 Гц, но и срыв потока воздуха позади ав­томо­биля, рождающий инфразвук. Вращение колёс возбуждает вер­тикальные колеба­ния кузова автомобиля с частотами около 10 Гц. Неров­но­сти дорожного полотна вызывают колебания в диапазоне 0,5–11 Гц, вибрация двигателя 11–17 Гц и т.д. Интен­сивность колебаний достигает 100–115 дБ. При длительной езде на большой ско­рости воздействие инф­развука снижает быстроту зрительной реакции води­теля, особенно реакции на дорожные сиг­налы и на усложнения дорожной обста­новки, нарушает ко­ординацию его действий при управлении автомобилем [3];

·         ощущение затуманивания зрения, судорожное подергивание глазного яб­лока, нару­ше­ние чувства равновесия, усталость, нередко даже страх. Ис­следо­вания пока­зали, что аналогичные явления возникают у во­дителей гру­зовых автомобилей, тракторов, самоходных машин и летатель­ных аппаратов [3, 4];

·         ощущение воз­душной болезни или укачивание во время полета в турбулент­ной атмосфере. Турбулентность атмосферы вызывает вибрацию са­молёта со знакопе­ремен­ными перегрузками и инфразвуковое поле, которое воздействует на лет­чика. Длительное дей­ствие полета в турбулентной атмо­сфере может вызвать головокружение, вя­лость, безразличие, снижение про­дук­тивно­сти памяти и мышления, влияющие на дееспособность лётчика [5];

·         ощущение вялости, морской болезни и других симптомов у водите­лей ка­те­ров. Катер с двигателем мощностью 400 л.с. создаёт инфразвук 134 дБ на час­тоте 13 Гц при поступлении во всасывающее отверстие карбюратора по­тока воздуха [6];

·         ощущения бо­лей в ушах водителей и пассажиров в троллейбусе, при ра­боте компрессора воздушного тормоза [7] или у летчика при по­вышении или понижении давления воздуха в кабине лета­тельного аппарата;

·         ощущения страха, возникающего на реальном объекте в аварийных си­туа­циях. Ощущение страха зачастую проявляется в экстремальных ус­ловиях, например, полет на малых высотах. Малые высоты и большие скорости при­дают полетам свои особенности, ос­новными из которых являются близость земли, существенно увеличивающая риск по­лета, специфика пилотирования и воз­дей­ствие внешних факторов. Более строгое, чем в других видах по­лета вы­держивание вы­соты диктуется соображением безопасности, ибо превыше­ние необходимой вы­соты увеличивает возможность обнаружения летатель­ного ап­парата радиоло­кацион­ными средствами, а уменьшение ее вызывает опасность столкновения с препят­ствием на земле. Другой отличи­тельной особенностью пилотирования яв­ляется характер переключения внимания. Если на больших высотах на просмотр внекабинных ориентиров затрачива­ется около 5 % общего времени по­лета, то на малых высотах – до 90 % [8, стр. 83]. Кроме того, на про­цесс пило­тирования дополнительно накладыва­ется влияние инфразвукового поля, получен­ного при движении самолёта в турбулентной атмосфере [5]. Дли­тельное дей­ствие перечисленных факторов может вызвать так называемую воз­душную бо­лезнь или укачивание. При­чём, наиболее важны замаскированные симптомы её: головокружение, вялость, безразличие, снижение продуктивности памяти и мыш­ления, влияющие на дееспособность летчика.

Данные виды информации играют важную роль при обучении экипажа на ТТС, так как по ним он судит о текущем состоянии и местонахождении имити­руемого транспортного средства и где необходимо проявить волевые уси­лия обучающегося персонала, чтобы, несмотря на все отрицательные симптомы, проявившиеся в данной ситуации, задание было выполнено на должном уровне. Все указанные особенности вызывают нервно-психологи­ческое напряжение у операто­ров, повышают требования к его эмоционально-волевым качествам, па­мяти, восприятию, мышлению, физической и психоло­гической выносливости.

Невозможность воспроизведения вышеперечисленных ощущений на со­временных ТТС с помощью имеющихся в составе тренажера имитаторов объ­ясня­ется тем, что из-за конструктивных и динамических ограничений ис­пол­ни­тельных приводов имитатора акселерационных воздействий не­воз­можно вос­производить перемещения с амплитудами, выходящими за указан­ные пределы, при которых синтезируются инфразвуковые колебания той ин­тен­сивности и частотой, как на реальном объекте. В случае же масштаби­ро­вания (умень­ше­ния), по сравнению с реальными перемещениями, величины воспроизводи­мого сигнала во всем диапазоне, восприниматься органами чувств опера­тора не бу­дет, т.к. станет ниже порога их чувствительности.

Для устранения вышеперечисленных недостатков разработан способ и устройство моделирования психофизиологических воздействий в ТТС.

Техническим результатом предлагаемого способа является расширение функцио­наль­ных возможностей ТТС за счет воспроизведения психофизиоло­ги­че­ских ощущений, возникающих у обучающегося оператора при опреде­ленных ре­жимах работы транспортных средств, а именно: состоя­ние укачи­вания, боле­вых ощущений, утомления, страха, чувство тревоги, эйфории и т.п.

Это достигается тем, что в реальном времени вычисляют параметры дви­же­ния объекта, синтези­руют в информационных каналах психофизиоло­гиче­ские эф­фекты и прео­бразуют их в ощущения пространственного движе­ния, зрительной внутрикабинной и внекабинной информации, звуковой, так­тильно-кинестетической информации, сопровождающие ра­боту управляе­мого транс­портного средства с имитатора параметров поведения объекта. Кроме того, до­полни­тельно вычисляют в реальном времени параметры дви­жения объекта, при кото­рых происходит синтез в информационных каналах инфразвуко­вых ко­лебаний, по частотному и энергетическому спек­тру адекват­ных на реаль­ном объекте, и преобразуют их в ощу­щения страха, состояния укачивания, болевых ощущений, утомления, эйфо­рии и т.п.

Для воспроизведения указанных ощущений в форсированном ре­жиме с пульта инструктора пораздельно или в определенной (комплексной) взаимо­связи произ­водят синте­з в информационных каналах инфразвуко­вых ко­леба­ний, воздействуют на обучающегося оператора частотой и интен­сив­но­стью, адекватной частотному и энергетическому спектру колебаний, при кото­рых у оператора проявляются эти ощущения, находясь на реальном объекте.

Для ограничения неблагоприятного воздействия инфразвука на окру­жаю­щую обстановку, рабочее место оператора с источником инфразвука по­мещают в акустический демпфер.

Предлагаемый способ также может быть применен для обучения опера­торов работающих с объектами страте­гического назначения, где приходится сталкиваться в своей профессиональной деятельности с различными видами аварийных ситуаций, неизбежно возникаю­щие на указанных объектах. Мно­гие аварии возникают именно по вине оператора, не сумевшего справиться со своими эмоциями и взять себя в руки ввиду различ­ных причин. Поэтому ава­рии антропогенного характера можно было бы предот­вратить (или, по край­ней мере, уменьшить их негативные последствия), обучив и подготовив пер­сонал к различным нестандартным и чрезвычайным ситуациям.

Профессиональная деятельность персонала является разновидностью сложного умст­венного, нервно-эмоционального и физического труда, отли­чающегося большой психофизиологической напряженностью. По результа­там проведенного экспертного опроса [9] были выделены че­тыре блока профес­сионально важных качеств персонала, формирование и оценка кото­рых осуще­ствляется непосредственно в процессе эксплуатации стратегически важного объекта:

·         дисциплинарно-профессиональные качества (дисциплинированность, ис­полни­тельность, ответственность, трудолюбие, работоспособность и др.);

·         специально-профессиональные качества (техническая культура, творче­ское мышление, способность предвидеть развитие ситуации, знания теоретиче­ского и практического характера и др.);

·         организаторские качества (умение организовывать работу, требователь­ность, способность принимать осмысленные решения, навыки воспитательной ра­боты и др.);

·         психологические качества (целеустремленность, быстрота принятия ре­ше­ний, эмоциональная устойчивость, инициативность, решительность, внима­тель­ность, самостоятельность и др.).

Анализ выделенных профессионально важных качеств показывает, что пер­вые три блока качеств интегрированы с психологическими качествами обу­чае­мого и определяют не только поведение персонала стратегически важ­ного объ­екта в релевантной области, но и влияющее на эффективность их деятель­ности.

В связи с этим весьма важной психолого-педагогической проблемой ста­но­вится разработка средств и методов, позволяющих эффективно и бы­стро адапти­ровать сенсомоторные образы, сформированные в обучающей системе, к реаль­ным условиям непосредственной формы восприятие инфор­мации. До на­стоящего времени у проектировщиков комплексных средств обучения сущест­вовало мне­ние о невозможности с помощью технических средств имитировать полную ин­формационную среду, которая имеет место в реальных условиях, включая и пси­хофизиологическую напряженность у обу­чающегося персонала. При моделирова­нии экстремальных режимов работы объекта всегда существо­вала их условность, предметная неполнота, чувст­венная обедненность и т.п. Все это сказывается на эффективности обучения и развития навыков принятия решений в штатных и ава­рийных режимах.

В ходе проведения НИРС по данной тематике на кафедре «Автоматизация и управле­ние» Пензенской государственной технологической академии были выполнены следующие виды работ:

·         разработка структурной схемы имитатора психофизиологических воздей­ст­вий для развития эмоционально-волевых качеств у обучающихся опе­раторов;

·         разработка структурной схемы модуля анализа энергетических характери­стик инфранизкочастотного электроакустического преобразователя для обеспе­чения безопасности обучающего персонала и окружающей среды;

·         оценка эффективности повышения качества ТТС и выявление резервов повышения конкурентоспособности ТТС как обучаю­щих систем;

·         подана заявка на предполагаемое изобретение, по которой получен патент [2]; 

·         внедрение в учебный процесс академии для реализации основных профессио­нальных образовательных про­грамм при проведении лекцион­ных, лаборатор­ных работ, курсовом и диплом­ном проектировании;

·         участие во Всероссийском смотре-конкурсе научно-технического творчества студентов высших учебных заведений «Эврика-2007» (Новочеркасск, 2007), по результатам которого студент Бояров П.А. награжден дипломом лауреата в номинации «Интеллектуальные тренажеры и тренажерные комплексы»;

·         участие во Всероссий­ском конкурсе молодежных проектов и программ (выставка «НТТМ июнь 2009» г. Москва), по результатам которого студент Кузнецов Б.В. награжден медалью «За успехи в научно-техническом творчестве» по номина­ции «Лучший научно-исследовательский проект в области технических наук» по проекту «Исследование и разработка автоматизированной сис­темы управления аэрокосмическим тренажером».

Литература

1. Прошкина Л.А. Совершенствование управления предприятиями авиацион­ного трена­жеро­строения в условиях модернизации экономики: Дис…кан­д. эко­н. наук. – Пенза, 2006. – 173 с.

2. Патент 2369909 РФ. МКИ: G09В9/00. Способ моделирования психофи­зиологических эффектов в тренажере и устройство для его реализации / В.Н. Прошкин, Я.А. Туровский, П.А. Бояров // Опубл. 10.10.09 Бюл. № 28.

3. Новогрудский Е.Е. и др. Инфразвук: враг или друг. – М.: Машиностроение, 1989.– 64 с.

4. Измеров Н.Ф. и др. Инфразвук как фактор риска здоровью человека (ги­гиенические, ме­дико-биологические и патогенетические механизмы) – Воронеж, 1998. –  276 с.

5. Хорбенко И.Г. Звук, ультразвук, инфразвук. – М.: Знание, 1986. – 178 с.

6. Чедд Г. Звук. – М.: Мир, 1975. – 162 с.

7. Большая Советская Энциклопедия, т. 18. – М.: Советская Энциклопе­дия, 1977. – С. 331 – 332.

8. Покровский Б.Л. Лётчику о психологии. – М.: Военное издательство мини­стерства обо­роны СССР, 1974. – 83 с.

9. Самолаев Ю.Н. Классификация профессионально важных качеств авиаци­онного спе­циа­листа. IV Всероссийская научно-методическая конференция «Тренажеры и компьюте­ризация профессиональной подго­товки» ГАНГ им. И.М. Губкина – Москва, 1994. –  С. 14 – 16.