CC BY
23
малого и среднего бизнеса. Не последнюю роль играют крупные государственные заказы, исследовательские программы, диверсифицированная структура хозяйства региона, поскольку это способствует межотраслевой диффузии инноваций.
При благоприятном имидже процесс развития региона приобретает стабильность и устойчивость. Мировая практика показывает, что повышение научно-производственного потенциала территории как в староосвоенных районах, так и в районах сравнительно нового освоения, способствует притяжению населения и новейших производств, совершенствуется территориальная структура хозяйства, улучшается имидж района, что в свою очередь ведет к повышению качества жизни.
Подводя итог, следует отметить, что был проведён целый ряд обследований, выявивший шкалу факторов, влияющих на выбор района дислокации научно-производственных комплексов. Устанавливалось, что привлекает их в тот или иной регион, что повлияло на выбор конкретного места внутри региона. Решающее значение в большинстве случаев придается такому фактору, как качество трудовых ресурсов, причем в первую очередь кадров среднего технического персонала и высококвалифицированных рабочих, а при выборе места для размещения научно-производственных комплексов учитывают всю совокупность удачного сочетания факторов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Маергойз, И. М. Территориальная структура хозяйства / И.М. Маегройз. - Новосибирск: Наука,
1986. - 220 с.
2. Приказчикова, О. Ф. География инвестиционной привлекательности Пензенской области / Региональные аспекты географических исследований и образования: сб. XII Всероссийской научно-практической конференции. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2016. - С. 70-74.
3. Гришко, А. К. Анализ применения методов и положений теории статистических решений и теории векторного синтеза для задач структурно-параметрической оптимизации / А. К. Гришко // Надежность и качество сложных систем. - 2016. - № 4 (16). - С. 26-34. DOI: 10.21685/2307-4205-2016-4-4.
4. Mikheev M. Yu., Zhashkova T. V., Shcherban A. B., Grishko A. K., Rybakov I. M. Generalized structural models of complex distributed objects. 2016 IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS). Yerevan, Armenia, October 14-17, 2016. pp. 1-4. DOI: 10.1109/EWDTS.2016.7807742.
5. Приказчикова, О. Ф. Территориальная организация науки Германии / О. Ф. Приказчикова // Известия Пензенского государственного педагогического университета им. В.Г. Белинского. - 2012. - № 29. - С. 123-130.
6. Гришко, А. К. Алгоритм поддержки принятия решений в многокритериальных задачах оптимального выбора / А. К. Гришко // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2016. -
№ 1 (17). - С. 242-248.
7. Гришко, А. К. Анализ надежности сложной системы на основе динамики вероятности отказов подсистем и девиации параметров / А. К. Гришко // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс.
- 2016. - № 6 (34). - С. 116-121.
8. Приказчикова, О. Ф. Выбор диапазона радиосвязи в зависимости от физико-географических условий / О. Ф. Приказчикова, А. В. Приказчиков, М. С. Шамионов, Т. С. Емашкина, М. Ж. Успанов // Инновационные, информационные и коммуникационные технологии. - 2016. - № 1. - С. 561-564.
9. Гришко, А. К. Оптимальное управление параметрами системы радиоэлектронных средств на основе анализа динамики состояний в условиях конфликта / А. К. Гришко // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2016. - № 2 (38). - С. 102-111. DOI: 10.21685/2072-30592016-2-9.
10. Гришко, А. К. Оптимальное управление частотным ресурсом радиотехнических систем на основе вероятностного анализа динамики информационного конфликта / А. К. Гришко // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. - 2016. - № 57. - С. 21-28. DOI: 10.21667/19954 5 65-2 016-57-3-21-2 8.
11. Гришко, А. К. Определение показателей надежности структурных элементов сложной системы с учетом отказов и изменения параметров / А.К. Гришко // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль.
- 2016. - № 2 (16). - С. 51-57.
12. Гришко А. К. Алгоритм оптимального управления в сложных технических системах с учетом ограничений / А. К. Гришко // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2017.
- № 1 (21). - C. 118 - 124.
13. Гришко, А. К. Выбор оптимального диапазона и типа радиосвязи для различных физико-географических зон / А. К. Гришко, А. В. Приказчиков, О. Ф. Приказчикова, А. М. Мухамбетов, М. Б. Китаев // Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажёров: сб. Международной научно-практической конференции. - Пенза: Изд-во ПензГТУ, 2016. - С. 60-67.
14. Grishko A., Goryachev N., Kochegarov I., Brostilov S., Yurkov N. Management of Structural Components Complex Electronic Systems on the Basis of Adaptive Model. 2016 13th International Conference on Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications, and Computer Science (TCSET). Lviv-Slavsko, Ukraine, February 23-26, 2016. pp. 214-218. DOI: 10.1109/TCSET.2016.7452017
УДК 004.02
Роганов В.Р., Михеев М.Ю.
ФГБОУ ВО «Пензенский государственный технологический университет, Пенза, Россия
ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ ОПТИКО-ПРОГРАММНО-АППАРАТНОЙ КИБЕРФИЗИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ОБУЧЕНИЯ И ПОДДЕРЖАНИЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ НАВЫКОВ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СЛОЖНЫМИ ТЕХНИЧЕСКИМИ АГРЕГАТАМИ
Проведён анализ системы подготовки лётчиков с использованием авиационных тренажёров. Выделены основные составляющие процесса обучения лётчика. Выделены две группы имитаторов авиационного тренажёра. Первая группа работает по принципу обратной связи с центральной аппаратно-программной системой управления авиационного тренажёра. Параллельно имитаторы этой группы предоставляют лётчику информацию, позволяющую управлять авиационным тренажёром, задавая управляющие воздействия через имитаторы органов управления. Вторая группа оптико-аппаратно-программных имитаторов синтезирует для лётчика изображение участка местности, над которой пролетает модель летательного аппарата. В дальнейшем лётчик управляет моделью летательного аппарата, обработав полученное изображение. Для центральной аппаратно-программной системой управления авиационного тренажёра эти имитаторы являются тупиковыми системами. Авиационный тренажёр это ещё и эргатическая система центральным звеном которой является человек. Каждый имитатор авиационного тренажёра является киберфизической системой, разработанной для привития лётчику профессиональных навыков управления летательным аппаратом в конкретной ситуации. В статье предложен подход к требованиям к имитаторам, в зависимости от их отношения к одной или другой группе. Ключевые слова:
информационные технологии, модель, эргатическая система, авиационный тренажёр, киберфизическая система, аппаратно-программная система, оптико-аппаратно-программная система
Актуальность создания киберфизической системы обучения и поддержания профессиональных навыков управления сложными техническими агрегатами
Длительное время основная парадигма подготовки и поддержания необходимого профессионального уровня у кадров управляющих сложными техническими объектами [1]: генераторами электроэнергии, летательными аппаратами (ЛА), транспортными средствами (ТС), и другими специальными комплексами, сводилась к следующей процедуре. Отбор кандидатов по уровню профпригодности, затем теоретическая подготовка и затем поэтапное привитие профессиональных навыков управления при работе, в роли стажёра, вместе с наставником управляющим реальным объектом [2]. Преимущество такого подхода очевидны - обучаемый работает с реальным объектом и приобретает только профессиональные навыки управления [3,4]. Недостатки -высокая стоимость обучения и высокая вероятность, что обучаемый приведёт контролируемый технический агрегат к аварийной ситуации [5].
Отечественный и зарубежный анализ разных отраслей народного хозяйства, где необходимо постоянное повышение профессиональной подготовки операторов и водителей привёл к созданию тренажёрных комплексов [6], где для оператора, или водителя воспроизводятся условия работы сложных технических агрегатов и транспортных средств в простых и предаварийных ситуациях [7]. Эксплуатация таких тренажёров показала их эффективность и неоднозначность при решении задач обучения [8,9]. В частности было выявлено, что кроме положительных профессиональных навыков управления, обучаемый приобретает и, так называемые, «ложные навыки» управления [9]. Это является следствием невозможности создания полной модели управляемого объекта [10]. В дальнейшем все работы по созданию тренажёрных комплексов стали сводиться к разработке тренажёров для обучения в определённых ситуациях, в которых приобретение ложных навыков можно пренебречь [11]. Наиболее полно использование тренажёров проводится при обучении лётчиков управлению летательными аппаратами (ЛА). Это связано в первую очередь с высокой вероятностью гибели неподготовленного лётчика при выводе ЛА из предаварийной ситуации [12]. В дальнейшем остановимся на исследовании авиационных тренажёров (АТ) и выделим случаи, когда обучение на АТ целесообразно.
В дальнейшем будем считать АТ киберфизическим комплексом, реализованным как совокупность от-
дельных систем, называемых имитаторами, объединённых с целью профессиональной подготовки лётчика в определённых учебных ситуациях, оговоренных в ТЗ на АТ [2]. Качество подготовки лётчика зависит в целом от возможности комплекса АТ воспроизвести для лётчика условия полёта на АТ, максимально приближенные к полёту на ЛА в аналогичной ситуации [4]. Термин киберфизический комплекс означает, что каждый имитатор создан как киберфизическая модель реализующая аппаратно-программными или оптико-аппаратно-программными, или механо-аппаратно-программными средствами реалистичную модель узла ЛА, или внешней среды с качеством достаточным для тренировки лётчика в условиях оговоренных в ТЗ на АТ. Добавим ещё что АТ это эргатический комплекс, ориентированный на создание у лётчика, при пилотировании АТ [7], чувства нахождения в реальном полёте на реальном ЛА [13]. Такой подход требует исследования взаимодействия имитаторов АТ с лётчиком [14]. Остановимся на этом подробнее.
Исследование общего подхода взаимодействия лётчика с имитаторами авиационного тренажёра
Чем больше учебных ситуаций реализованы на АТ, тем совершеннее должен быть киберфизический комплекс, состоящий из разных имитаторов [12]. Все имитаторы АТ можно разделить на две группы.
Первая группа имитаторов включена в систему управления АТ, с использованием обратной связи. Каждый такой имитатор, в режиме реального времени, получает от центральной системы управления АТ исходные данные, обрабатывает их и передаёт обратно, параллельно отображая на имитаторах приборов кабинного оборудования соответствующие показания. Будем считать, что эта часть АТ создаёт динамическую модель полёта (Рис.1).
Вторая группа имитаторов является для центральной системы управления АТ тупиковыми системами. Эти имитаторы синтезируют для лётчика изображение местности, над которой пролетает модель ЛА [15]. Это имитатор визуальной обстановки (ИВО) и ему подобные имитаторы. Управление моделью ЛА лётчик производит, зрительно обработав предоставленную ему информацию, в соответствии со своим постоянно изменяемым в течение жизни опытом, который будем считать информационной моделью полёта [3]. формируется с рождения человека, в ней отображаются его теоретические знания и практические навыки о правилах управления ЛА. АТ предназначен для совершенствования 0х( Ь) .
Рисунок 1 - Структурная схема включения лётчика и имитаторов, синтезирующих изображение участка местности над которым пролетает модель летательного аппарата в аппаратно-программный комплекс
авиационного тренажёра
Тогда человеко-машинная система, примером которой будем считать АТ, может быть представлена уравнением
х(Г) = Ах(Г) + Ви(Г\ и = -РСх(Т)
— вектор управ-объекта; С —
где — вектор состояния;
ления; В— матрицы параметров
матрица операторов информационной модели, учитывающей поведение всех имитаторов тренажере; Р— матрица параметров оператора.
В целом будем считать, что матрица Р характеризует особенности получения и восприятия оператором получаемой информации от первой и второй группы имитаторов, её переработки и формирования управляющих воздействий.
Тогда процесс управления АТ можно представить так. Лётчик, получая от имитаторов тренажёра на
временном интервале информацию
Вх(£), Сх(£) и сравнивая её с информационной моделью полёта Qx(t), задаёт управляющие воздействия и(^, преобразующиеся динамической моделью в воздействия х(^ , поступающие на имитаторы тренажёра. Обработав х(^ , имитаторы, через различные устройства, создают у обучаемого чувство нахождения в реальной обстановке. Это является следствием адекватности характеристик, получаемых лётчиком от динамической и информационной модели полёта. Заметим, что Qx(t) постоянно изменяется, в том числе и при выполнении полёта на АТ. Это свидетельствует, что лётчик приобретает новые определённые навыки управления ЛА.
Таким образом показано, что авиационный тренажёр, как и любая другой тренажёр обучения водителей транспортных средств, или операторов сложных технических агрегатов, является примером системы человек-машина, или эргатической системы. Такую эргатическую систему целесообразно представить как систему с оператором в контуре управления. Деятельность оператора по управлению объектом рассматривается как сложный управленческий акт, включающий процессы восприятия и переработки информации, формирование и выполнение на этой основе двигательных движений по управлению ЛА. В структуре сенсорномоторного навыка управления, двигательный компонент является интегральным показателем, отражающим полноту и качество переработки оператором информации, поступающей по каналам различных подсистем тренажёра. В конечном итоге почти вся информация, воспринимаемая оператором, реализуется в управляющих движениях. Тогда вектор управления, формируемый оператором, представляется в виде
и(^ = -Р[Сх(^ + Ях(^ + РхШ].
Матрица Р характеризует особенности восприятия и переработки оператором поступающей информации и формирование на этой основе управляющих движений. Практически невозможно достоверно предположить реакцию оператора, что затрудняет формирование количественных критериев качества рассматриваемых систем. При отсутствии количественных критериев качества эргатической системы исследование проводят используя формализованный аппарат. Если же такого критерия нет, то альтернативой формализованному аппарату будут служить субъективные суждения оператора, допускающие неоднозначные толкования. За критерий качества ИВО принимают его возможность отобразить перед обучаемым не меньше определённого числа узнаваемых объектов, заданных в ТЗ на АТ. Это позволяет, за счёт реализации полёта модели ЛА в модели пространства, создать у лётчика чувство полёта на реальном ЛА в учебных ситуациях, заданных в ТЗ на АТ.
Заключение
Анализ наиболее распространённых учебных ситуаций, показывает что современные оптико-аппаратно-программные системы моделирования изображения местности над которыми пролетает модель ЛА, могут позволить увеличить число учебных ситуаций, связанных с восстановлением ориентировки в пространстве. Как правило, в АТ восстановить ориентировку пилот может только при выполнении посадки на модель ВПП. Это обусловлены недостаточным комплексированием имитаторов АТ информация от которых позволяет использовать методы определения места нахождения модели летательного аппарата в модели окружающего пространства. Следствием такого положения дел является ориентация использования АТ как средства для приобретения профессиональных навыков пилотирования ЛА, восстановление ориентировки в пространстве при обучении взлёту-посадке на ВПП. Остальные задачи самолётовождения решаются в режиме - «полёт в облаках» вне видимости земли.
Предложенная система оценки авиационного тренажёра может помочь улучшая комплексирование отдельных имитаторов АТ и учитывая информационную модель полёта проводить работы по модернизации существующих АТ и разработки новых, увеличивая число учебных ситуаций. В частности, добавив обучение задачам самолётовождения при полёте от одного поворотного пункта маршрута к другому при видимости земли, ориентируясь по реперным объектам, расположенным на подстилающей поверхности сцены визуализации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Михеев М.Ю., Лепешев А.А., Лысенко К.Н. Синтез обобщенных информационно-логических и математических моделей состояний и процессов в сложных эргатических системах/Современные информационные технологии. 2016. № 23 (23). С. 36-40.
2. Роганов В.Р. Постановка задачи совершенствования эргатического-оптико-аппартно-программного комплекса моделирования визуально наблюдаемой части виртуального пространства для авиационного тренажёра/В сборнике: Методы и средства измерений в системах контроля и управления сборник статей международной конференции. Под редакцией Жашковой Т.В.. 2016. С. 126-138.
3. Годунов А. И. Идентификация процессов управления в сложных системах. Конспект лекций. -Пенза, ПВАИУ. 1986. - 42 с.
4. Андриянов А.Р., Горячев Н.В., Мухамбетов А.М., Надрышин Р.Р., Байсанов А.З. Применение беспилотных летательных аппаратов в военной и гражданской сфере Современные информационные технологии. 2016. № 24 (24). С. 36-39.
5. Roganov V.R., Asmolova E.A., Seredkin A.N., Chetvergova M.V., Andreeva N.B., Filippenko V.O. Problem of virtual space modelling in aviation simulators//Life Science Journal. 2014. Т. 11. № 12. С. 1097.
6. Роганов В.Р., Филиппенко В.О., Асмолова Е.А., Михеев М.Ю. Расширение списка задач обучения на авиационном тренажере при полётах в режиме постоянной видимости земли/Современные информационные технологии. 2016. № 24 (24). С. 49-55.
7. Роганов В.Р., Михеев М.Ю., Асмолова Е.А., Жашкова Т.В. Имитаторы визуальной обстановки для тренажеров подготовки водителей транспортных средств/Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2016. № 2. С. 326-328.
8. Полтавский А.В., Жумабаева А.С., Бикеев Р.Р. Многофункциональные комплексы беспилотных летательных аппаратов: развитие в системе вооружения/Надёжность и качество сложных систем. №1 (13). 2016. - с. 39-45.
9. Обработка информационных потоков в авиационных тренажерах / А.И. Годунов, М.В. Петухов, В.Р. Роганов, Г.Н.Серёгин. Актуальные проблемы авиационных и аэрокосмических систем.: Казанский Государственный Технический Университет иМ.: А.Н. Туполева (КАИ), Embry-Riddle Aeronautical University (ERAU), Академия Космонавтики им.: К.Э. Циолковского, Академия Наук авиации и Воздухоплавания №2(4), 1997. С. 37-47.
10. Асмолова Е.А., Короп Г.В., Михеев М.Ю., Нечай Т.А., Ремонтов А.П., Роганов В.Р. Модели и алгоритмы систем планирования технологических процессов локального железнодорожного комплекса промышленного предприятия//Монография, Пенза, 2016, ПензГТУ. - 112 с.
11. Михеев М.Ю., Гудков К.В., Гудкова Е.А., Володин К.И., Пискаев К.Ю. Математическое моделирование технических систем//Пенза, 2015. - 92 С.
12. Роганов В.Р., Михеев М.Ю., Четвергова М.В., Жашкова Т.В., Гудков К.В., Гудкова Е.А., Мещерякова Е.Н., Асмолова Е.А. Формирование виртуальной реальности/Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2016. № 2. С. 328-332.
13. Роганов В.Р. К вопросу о выборе имитатора визуальной обстановки/Современные информационные технологии. 2014. № 19. С. 159-162.
14. Михеев М.Ю., Лепешев А.А., Лысенко К.Н Синтез обобщенных информационно-логических и математических моделей состояний и процессов в сложных эргатических системах/Современные информационные технологии. 2016. № 23 (23). С. 36-40.
15. Роганов В.Р. Система объемного телевидения/патент на изобретение RUS 2146856 30.12.1997
УДК 004.02
Роганов В.Р., Михеев М.Ю.
ФГБОУ ВО «Пензенский государственный технологический университет, Пенза, Россия
К ЗАДАЧЕ РАЗРАБОТКИ КИБЕРФИЗИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ИМТАТОРОВ ТРЕНАЖЁРА, МОДЕЛИРУЮЩИХ ПРОСТРАНСТВО ЗА ОСТЕКЛЕНИЕМ КАБИНЫ
Проведён анализ киберфизических систем имитаторов визуальной обстановки тренажёров, на примере наиболее развитого авиационного тренажёра. В исследованных авиационных тренажёрах визуально наблюдаемое изображение за остеклением кабины изображение окружающего пространства является следствием использования когнитивной графики. Получаемая при этом информация о перемещении модели летательного аппарата в модели пространства дублируется информацией, получаемой обучаемым от других имитаторов кабинного оборудования. Показано, что в настоящее время для моделирования изображения за остеклением кабины используются как псевдообъемные эргатические оптико-программно-технические системы, так и системы с использованием обычных индикаторов высокой чёткости. Так как тренажёр не может создать полную модель транспортного средства, возможны случаи, когда обучаемый получает кроме профессиональных навыков управления нежелательные ложные навыки управления. В статье показано, как уменьшить вероятность привития ложных навыков
Ключевые слова:
информационные технологии, киберфизическая система, эргатическая оптико-программно-техническая система
Актуальность использования когнитивной графики при создании киберфизической системы моделирования пространства окружающего тренажёр подготовки пилотов летательных аппаратов и водителей транспортных средств
В известных тренажерах подготовки пилотов летательных аппаратов, машинистов локомотивов, водителей транспортных средств задача формирования перед обучаемым визуально наблюдаемого трёхмерного пространства решается за счет использования псевдообъёмных эргатических оптико-программно-технических систем. Термин псевдообъемная оптико-аппаратно-программная система моделирования визуально наблюдаемого трёхмерного изображения относится к имитаторам визуальной обстановки тренажеров подготовки пилотов летательных аппаратов и водителей транспортных средств, создающих для человека трёхмерную модель окружающего пространства с качеством достаточным для тренировки глазомера. В этом случае в процесс формирования у человека эффекта наблюдения трёхмерного пространства включается зрительный аппарат конкретного человека (из-за этого могут возникнуть случаи, когда человек с необученным зрительным аппаратом не будет видеть объёмного изображения [4]). Такие системы включают 3Dиндикаторы и компьютерные генераторы изображения [1] с визуальными базами данных [2]. В визуальных базах данных хранится информация о всех видимых моделях района визуализации и об управляющих примитивах [3]. Управляющие примитивы позволяют исключить эффект просвечивания, при подвижном наблюдателе, и повысить насыщенность наблюдаемого района моделями объектов и огней, за счёт исключения, на первом этапе синтеза, из рассмотрения той части сцены визуализации, которая, при таком расположении наблюдателя, не видна [4]. Такие псевдообъёмные эрга-тические оптико-программно-технические системы получили название «Имитатор визуальной обстановки» (ИВО) [5].
Известны также решения, когда вместо псевдообъемных эргатических оптико-программно-технических систем применяются обычные телевизионные
плоские экраны [6], высвечивающие изображение синтезированной обычным компьютером двухмерной центральной проекции части модели местности перед макетом кабины тренажёра, или изучаемого объекта, который выглядит как неплоский (Рис.1).
Рисунок 1 - Пример "неплоского" изображения
Отличие этих двух подходов в гипотезе использования киберфизической системы моделирования пространства, окружающего кабину тренажёра [7]. Псевдообъемные системы моделирования трёхмерного пространства вокруг кабины тренажёра с качеством, достаточным для тренировки глазомера применял лидер советского тренажёростроения НПО «ЭРА» и «Донской центр тренажеростроения и обучения персонала» (Рис.2) [8].
Сейчас ряд фирм используют дешёвые системы визуализации примером могут тренажёры подготовки машинистов локомотива, выпускаемые ПКБ ЦТ, ориентированные на использование широкоугольные индикаторы, с разрешением 1366*768
