Разработка подсистемы автоматизированного обучения компьютерного тренажерного комплекса оператора перегрузочной машины



ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯРАБОТА

на соискание академической степенибакалавра

на тему

«Разработка подсистемы автоматизированного обучения компьютерного тренажерного комплекса оператора перегрузочноймашины»

Оглавление

Список условных обозначенийисокращений 8

Введение 9

  1. Анализ  методов  и  средств  обучения  операторов  перегрузочныхмашин 11
    1. Особенности   автоматизации   процесса   профессиональногообу-

чения в различных отраслях с использованием компьютерныхтренажеров 11

  1. Автоматизация   процесса   обучения   операторов  перегрузочных

машин 20

  1. Построение функциональной модели существующей версиикомпьютерного тренажера операторапортальногокрана 31
  2. Выводы 33
  1. Разработка моделей программного и информационногообеспечения  подсистемы автоматизированного обучениякомпьютерноготренажерногокомплекса    34
    1. Функциональная модельАРМадминистратора 35
    2. Функциональная  модель  АРМ  обучаемого  для   теоретического

этапаобучения 36

  1. Функциональная   модель   АРМ   обучаемого   дляпрактического

этапаобучения 39

  1. Функциональная модельАРМинструктора 41
  2. Логическое моделированиебазыданных 48
  3. Выводы 55
  1. Выбор средств разработки подсистемы автоматизированногообучения  компьютерного  тренажерного комплекса.Проектированиепользовательскихинтерфейсов.  56
    1. Обоснование выборатехнологийразработки 56
    2. Проектированиепользовательскихинтерфейсов 64
    3. Выводы 79
    1. Определение экономическойэффективностиразработки 80
      1. Целиизадачи 80
      2. Эффекты отвнедренияподсистемы 80
      1. Защитаинформации 82

Заключение 85

Списокиспользованныхисточников 86

Приложения 89

Приложение   А. Диаграмма  деятельности  UML  поустановкепрепо-давателем настроек для теоретическогоэтапаобучения 89

Приложение   Б. Диаграмма  деятельности  UML  по  установкепрепо-

давателем настроек для практического этапаобучения 90

Приложение  В. Диаграмма деятельности работы обучаемого в  АРМ

длятеоретическогоэтапа 91

Приложение   Г. Диаграмма  деятельности  работы  администратора в

АРМ 92

Приложение  Д. Логическаямодельданных 93

Приложение  Е. Физическаямодельданных 94

Приложение    Ж. Протокол проверкитеоретическихзнаний 95

Приложение  И. Техническоезадание 96

Приложение  К. Текстпрограммы 130

Приложение  Л. АРМ инструктора.Руководствопользователя 177

Приложение    М. АРМ обучаемого.Руководствопользователя 192

Список  условных  обозначений  исокращений

GUI– англ.graphicaluserinterface, графический интерфейс пользователяIDE– англ.IntegratedDriveElectronics, интегрированная среда разработкиphp– англ.HypertextPreprocessor, предпроцессор  гипертекста

UML– англ.UnifiedModelingLanguage, унифицированный язык модели- рования

АМК–  аналоговая  моделькрана

АОС– автоматизированные обучающие системы АРМ–  автоматизированное  рабочееместо

ЗУН–  знания,  умения,навыки

КТК– компьютерный тренажерный комплекс МАИ–  метод  анализаиерархий

ОС– операционная система ОУ–  объектуправления

СОИ– система отображения информации СУБД– система управления базами данных УУ–  устройствоуправления

ХП–  хранимыепроцедуры

Введение

Актуальность работы.По данным исследований, нехватка высоко- квалифицированных рабочих заняла значимое место в ряду проблем, ме- шающих развитию экономики России в некоторых из отраслей, например в транспорте, оборонной  промышленности,  машиностроении,  строительстве  и т.д. По статистике Ростехнадзора РФ[1], работы в этих отраслях харак- теризуются высокой аварийностью и травматизмом, одним из источников которых  является человеческий фактор. В данных отраслях эффективность    и безопасность производственных процессов  во  многом  зависит  от  тако-  го важного фактора, как уровень владения операторами производственного оборудования необходимым набором профессиональных знаний, умений и навыков. Данными профессиональными навыками являются как сенсомо- торные навыки, так и навыки ситуационной осведомленности    операторов.

В процессе обучения будущий оператор должен освоить необходимые профессиональные знания (например, об устройстве перегрузочной маши- ны, об технике безопасности при работе на ней и пр.), научиться своевре- менно, точно, в соответствии с ситуацией выполнять требуемые техноло- гические операции, опираясь на знания о желаемой траектории процесса, оценивая фактическое протекание процесса, выбирая из возможных наи- более эффективные действия, направленные на выполнение поставленной задачи.

С целью повышения эффективности процесса приобретения таких навыков созданы различные программно-аппаратные средства, используе- мые в процессе профессионального обучения операторов[2–4].Однако, в существующих программно-аппаратных средствах профессионального обу- чения, и, в частности, в моделях и алгоритмах, лежащих в основе этих средств, не учтены некоторые важные специфические особенности работы операторов производственных процессов. Также, фактически отсутствуют программно-аппаратные средства, позволяющие интегрировать в единой ав- томатизированной обучающей системе одновременно процессы управления освоением знаний, умений, и  навыков.

Очевидным становится противоречие между необходимостью разви- тия профессиональной компетентности будущих операторов сложных про- изводственно-технологических   систем   (например,   перегрузочныхмашин)

и отсутствием необходимого научно-технического обеспечения этого про- цесса. Проектированию информационной системы, позволяющей устранить данные недостатки, посвящена настоящая выпускная квалификационная ра- бота.

Цель данной работы– Разработка подсистемы автоматизированного обучения компьютерного тренажерного комплекса оператора перегрузочной машины.

Задачи. Для достижения поставленной цели сформированы следую- щиезадачи:

-проанализировать особенности обучения крановщиков с использова- нием  компьютерных  тренажеров;

-построить  функциональную  модель  процесса  обучения  крановщиков с использованием компьютерного тренажерного комплекса до внедре- ния подсистемы автоматизированного обучения, выявить недостатки данноймодели;

-построить функциональную модель процесса обучения крановщиков с использованием компьютерного тренажерного комплекса после внед- рения  подсистемы  автоматизированногообучения;

-выбрать язык программирования, среду программирования и  СУБД  для  реализации  подсистемы  автоматизированногообучения;

-построить логическую и физическую модели базы данных подсисте-  мы  автоматизированного обучения;

-составить техническое задание на разработку подсистемы автомати- зированногообучения;

-спроектировать пользовательские интерфейсы подсистемы автомати- зированногообучения;

-реализовать подсистему автоматизированного обучения на основе раз- работанных моделей с использованием выбранных   средств;

-разработать руководства пользователей подсистемы автоматизирован- ногообучения.

Компьютерный тренажерный комплекс (КТК), включающий разрабо- танную подсистему , позволит сократить время подготовки операторов, по- высить объективность оценивания их профессиональных знаний и   навыков.

  1. Анализ методов и средств обучения операторов перегрузочных машин
    1. Особенности автоматизации процесса профессионального обучения в различных отраслях с использованием компьютерных тренажеров

    Тренажерпредставляет собой техническое средство обучения, позво- ляющее имитировать трудовые условия в учебном   процессе.

    Тренажеры позволяют повысить эффективность формирования у обу- чающихся производственных навыков управления технологическими про- цессами, определения причин неисправностей в технических объектах, вы- полнения и отработки сложных движений и  т.д.

    Главным преимуществом и отличием от других средств обучения яв- ляется то, что с помощью тренажеров воспроизводится работа на различном дорогостоящем, сложном и опасном оборудовании. Известно, что при обу- чении на реальном оборудовании возможности повторить какие-либо при- емы ограничены, а в некоторых ситуациях обучение на реальном оборудо- вании является невозможным из-за опасности (в первую очередь во время начального периода обучения) возникновения аварийных ситуаций, травм обучаемых, поломок техники и т.д. Также в процессе обучения на произ- водственном оборудовании недопустимо каким-либо образом «разделить» деятельность обучаемых на составляющие этапы, действия, компоненты, чтобы дать им возможность освоить их по   отдельности.

    Одним из существенных преимуществ использования тренажеров как средств обучения является то, что они способствуют повышению интереса     к обучению и тем самым обеспечивают ускорение процесса формирования навыков. Упражнения на тренажере проводятся до тех пор, пока действия обучаемых не будут доведены до автоматизма, т.е.  не  станут  в  необходи- мой степени точными и уверенными. Говоря другими словами, тренажеры представляют собой эффективное средство формирования   навыков.

    С одной стороны, согласно работе, в тренажерах должны моделиро- ваться наиболее трудные в обучении и наиболее значимые трудовые опе- рации. Однако, чем больше обучение на тренажере соответствует реальным условиям выполнения операций, тем выше эффективность обучения на  нем.

    1. Классификации тренажеров

    В первую очередь, тренажеры принято[3] классифицировать по принципам моделирования, заложенным в них. Тренажеры, моделирующие устройства и функции технических объектов, могут быть построены на принципах  физического  и  математическогомоделирования:

    -Под физической моделью подразумевается предмет, процесс, ситуация   и др., обладающие рядом физических свойств, сходных с оригиналом, но отличающиеся размерами, массой и отсутствием второстепенных явлений  идеталей.

    -На принципах  математического  моделирования  создаются  тренажеры на базе вычислительной техники. В том числе компьютерные трена- жеры, а также тренажеры на базе аналоговых вычислительных машин. Остановимся  более  подробно  на  классификациях  компьютерныхтре-

    нажеров, поскольку именно данный вид тренажеров получил наиболее ши- рокое  распространение  в  настоящеевремя.

    Компьютерные тренажеры для обучения персонала появились раньше всего в потенциально опасных сферах человеческой деятельности: атомная энергетика, авиация, космонавтика, судовождение и т.д.[3]. Это было свя- зано главным  образом с большим риском  для жизни и безопасности людей,   а также со строгим законодательством, предусматривающим обязательное использование компьютерного тренинга персонала в указанных областях деятельности.

    Важным основанием для классификации компьютерного тренажера является тип модели мира, на основе которой  он   построен:

    -Тренажеры, построенные на основе статической модели мира. С помо- щью таких тренажеров обучают действиям с некоторыми статичными объектами при отсутствии внешних возмущений. В таких тренажерах не предусмотрены какие-либо ситуации, развивающихся во времени.  На основе статической модели мира строятся тренажеры, представля- ющие собой виртуальные стенды для отработки действий с некоторы- ми  приборами  иоборудованием.

    -Тренажеры на основе динамической модели мира. Такие тренажеры предназначены для обучения действиям с некоторыми объектами при наличии  внешних  возмущений.  Возникающие  в  ходе  работы  натре-

    нажере ситуации могут развиваться во времени. На основе динамиче- ской модели мира строятся тренажеры для обучения процессу управ- ления различными транспортными средствами, например, автомоби- лем, самолетом, а также технические тренажеры для отработки дей- ствий в нештатных ситуациях. Внешние возмущения мира тренажера могут задаваться преподавателем при составлении упражнения, а так- же в процессе работы обучаемого на   тренажере.

    Рассмотрим классификацию компьютерных тренажеров по их назна- чению[2]:

    • Тренажеры,  обучающие  моторным  навыкам.Данные   тренаже- ры применяются для обучения вождению различных транспортных средств, сварочным работам, стрельбе и  т.п.

    Особая разновидность тренажеров – тренировочные устройства, ко- торые предназначены для облегчения формирования какого-либо од- ного двигательного навыка. Формирование выделенных навыков осу- ществляется с применением несложных приборов и приспособлений. Например, тренировочные установки для отработки координации дви- жений рук при опиливании металла напильником, резания слесарной ножовкой, координации движений рук при фигурном обтачивании де- талей ит.п.

    • Тренажеры, обучающие распознаванию образов.Используются для подготовки специалистов в области медицинской диагностики, опе- раторов различных военных специальностей, для обучения навыкам синхронного  перевода  ит.д.
    • Тренажеры, обучающие работе с исключительно исправной тех- никой по жесткому сценарию  обучения.Эти  тренажеры  строятся  на статической модели мира, не предусматривающей влияния каких- либо внешних возмущений на объекты мира. Они предназначены для обучения методикам работы с оборудованием, эксплуатации сложной техники,  например,медицинской.
    • Тренажеры, обучающие поведению в нештатных (аварийных) си- туациях.Используются для обучения работников атомных электро- станций, химических предприятий, а также при обучении управлению различными движущимися объектами, например такими, как    самолет

    или подводная лодка в сложных ситуациях (например, в случае опас- ности  столкновения  с  каким-либообъектом).

    • Тренажеры, обучающие решению задач с разветвленным деревом допустимых решений.Предназначены в первую очередь для обуче- ния навыкам проектирования, монтажа, сборки каких-либо систем, а также навыкам поиска неисправностей и ремонта оборудования.Рассмотрим  далее  наиболее  важные  и  тесно  взаимосвязанныефунк-

    ции, реализуемые в современных компьютерных тренажерах – функцию имитации объектов реального мира, функциюинтерактивного взаимодей- ствия с обучаемыми функциюконтроля действий    обучаемого.

    1. Имитация объектов реального мира в компьютерном тренажере

    Реализация этой функции связана с воспроизведением образов реаль- ного мира. Имитация объектов мира имеет две составляющие[5]: визуаль- ная  имитация  и  функциональнаяимитация.

    Факторами, влияющими на эффективность визуальной имитации объ- ектов реального мира в компьютерном тренажере являются высокий  уро- вень подобия синтезируемого изображения оригиналу и высокий уровень соответствия  синтезируемого  звукового  окружения[6].

    Сущность такого фактора, каквысокий уровень подобия синтези- руемого изображения оригиналу, заключается в том, что синтезируемое изображение какого-либо устройства, детали и т.п. должно быть узнаваемо для обучаемого. В противном случае обучаемый может  просто не понять,  что он видит,  а это неизбежно приведет к потере времени, затрачиваемого  на обучение. При оценке степени соответствия синтезируемого изображе-  ния оригиналу целесообразно использовать три уровня подобия[6]:

    • Физическое подобиеозначает, что синтезированное изображение по основным физическим характеристикам повторяет оригинал. Физиче- ское подобие устанавливается на уровне трех групп характеристик: геометрических (пространственных), яркостных (энергетических) и временных.
    • Психофизическоеподобие устанавливается на уровне зрительных ощущений.В  силу  того,  что  возможности  зрительного  аппаратаче-

    ловека ограничены, обучаемый при некотором уровне искажений не ощущает разницы между синтезированным изображением и оригина- лом, так как зрительные ощущения одинаковы при различных ярко-сти, форме и цвете объекта.

    Как правило, работа некоторого реального оборудования часто сопро- вождается различным шумом. При этом звук может нести важную информацию о работе оборудования. Например, изменение звуковой картины, появление какого-либо шума может являться признаком ава- рии.

    При решении о необходимости имитации звука следует принять во внимание тот факт, что существующие на сегодняшний день техно- логии позволяют создавать достаточно реалистичные звуковые карти- ны (использование технологии пространственного звучания, прохож- дение препятствий, отражение звука  и т.д.).

    -Психологическоеподобие предполагает,  что  по  общему  восприя-  тию синтезированное изображение и оригинал являются схожими. По этой причине синтезированное изображение позволяет сформировать    у обучаемого достаточно определенное суждение о реальном объекте или процессе, хотя между синтезированным изображением и ориги- налом есть значительные отличия по физическим   характеристикам.

    Наилучший результат может быть получен при совместном примене- нии психофизического и психологического подобия синтезируемого изоб- ражения[6]. При этом  психофизическое подобие рациональнее применять     к наиболее важным объектам тренажера, а второстепенные объекты могут обладать  психологическимподобием.

    Далее следует отметить такой фактор, как высокий уровень соответ- ствия синтезируемого звукового окружения[6]. Как правило, работа неко- торого реального оборудования часто сопровождается различным шумом.  При этом звук может нести важную информацию о работе оборудования. Например, изменение звуковой картины, появление какого-либо шума мо- жет  являться  признакомаварии.

    При решении о необходимости имитации звука следует принять во внимание  тот  факт,  что  существующие  на  сегодняшний  день  техноло-  гии  позволяют  создавать  достаточно  реалистичные  звуковые  картины(ис-

    пользование технологии пространственного звучания, прохождение препят- ствий, отражение звука и  т.д.).

    В подавляющем большинстве существующих компьютерных тренаже- ровфункциональная имитацияобъектов осуществляется на основе мате- матическихмоделей.

    Адекватная математическая модель оборудованияипроцессовувеличивает эффективность тренажера за счет того, чтодляобучаемогоощущается меньшая разница между реальной ивиртуальнойобстановкой.Эффектличногоучастиявсвоюочередьвлияетназапоминаниеинформа-ции.Вкачествепримераможнопривестиматематическуюмодельпереме-щения груза, подвешенного на стрелепогрузочно-разгрузочногоустройства.Математическая модель в случае необходимостидолжнапозволитьучитывать влияние большего числа различных параметров.Например,приработе с реальным оборудованием часто возникаютситуации,изменяющиеусловия его работы, такие как изменение температурыатмосферноговозду-ха,сильныйпорывветра,аварийныеситуацииит.п.Поэтомувматемати-ческой модели должна быть предусмотрена возможность имитации   данных

    ситуаций.

    1. Интерактивное  взаимодействие  обучаемого  итренажера

    Взаимодействие пользователя с объектами тренажера может быть ре- ализовано путем использования специальныхпультов управления, иден- тичных пультам на реальном оборудовании[5,6]. В этом случае тренажер создается как аппаратно-программный комплекс,которыйпозволяет изу- чить все органы управления реальных устройств и сформировать на высо-  ком  уровне моторные навыки, необходимые  для работы с  объектом.

    Также стоит отметить, что одним из распространенных способов ре- ализации функций взаимодействия обучаемого с тренажером является при- менение виртуальных органов управления. Однаковиртуальные органы управления зачастую обладают существенными недостатками. Имеет место достаточно большое количество устаревших решений на  базе  клавиатуры для ввода команд – наборов символов, которые  никак не связаны с работой  на реальном оборудовании. Иногда используются так называемые «графи- ческие  метафоры  команд»  -  кнопки  на  экране  пользователя,активизирую-

    щие при щелчке мышью некоторое действие. Существенным недостатком использования таких устаревших решений является то, что начав работу на реальном оборудовании, обучаемому будет необходимо снова изучать орга-  ныуправления.

    Прежде, чем начать выполнение работы на тренажере, обучаемый дол- жен быть ознакомлен со специальным визуальным языком, применяемом в компьютерном тренажере, например значками изображений,  используемы- ми в различного рода дисплеях, индикаторах, экранах,   табло.

    Компьютерные тренажеры должны обеспечивать управление процес- сом тренировки обучаемого по разным параметрам – составу учебных за- даний, их сложности, темпу освоения и т.д.[3]. При этом функциональная адекватность управления процессом тренинга определяется качеством ин- терфейсного обеспечения.

    Интерфейс обучаемого в компьютерном тренажере должен обеспе- чивать интерактивный диалог и представление  оперативной  информации  (по объему, времени и скорости предъявления) о технологическом процессе адекватно задачам обучения и психофизиологическим возможностям чело- века[3].

    Для того чтобы человеко-машинный интерфейс компьютерного тре- нажера был интуитивно понятен и информативен для обучаемых, целесо- образно при этом руководствоваться следующими основными принципами при  построениитренажеров:

    -работа с клавиатурой и мышью не должны усложнять обучение на тренажере (к примеру, необходимо отказаться от реализации в тре- нажере таких действий, как двойной щелчок мыши, одновременное нажатие  несколькихклавиш);

    -минимальное количество возможных для выполнения обучаемым аль- тернативных действий в каждый момент  времени;

    -отказ от использования выпадающего меню и замена данного элемен-    та управления функциональными кнопками, сменяющимися в опреде- ленной последовательности;

    -отказ от действий программы «по умолчанию» (например, если обуча- емому нужно совершить одно возможное в данный момент действие,  ондолженизучитьописаниемпредстоящегодействияиподтвердить

    совершение данного действия нажатием соответствующей   кнопки);

    -исключение отвлекающей информации с учетом начального уровня подготовки обучаемых.

    Управление информационной поддержкой обучаемого реализуется в компьютерных  тренажерах  двумяспособами:

    • Интерактивное управлениеподразумевает отображение информа- ции по требованию обучаемого и с учетом ситуации, в которой он находится.
    • Контекстное управлениеподразумевает отображение информации не по инициативе учащегося, а в зависимости от возникшей ситуации (например, если обучаемым допущена какая-либо ошибка). Инфор- мация в данном случае может отображаться, например, в виде тек- стовых сообщений, а может сопровождаться загоранием сигнальной ламы, звонком  и т.п.(в  особенности при имитации  аварии).

    Таким образом, использование тренажеров позволяет предоставлять обучаемому дополнительную информацию о правильности его трудовых действий, что значительно ускоряет и улучшает процесс   обучения.

    Еще одним требованием является возможность многопользователь- ского доступа[6]. При создании сложного компьютерного тренажера, на- пример, перегрузочной машины или буровой установки, необходимо преду- смотреть доступ нескольких обучаемых, обладающих разными ролями. На- пример, в случае с буровой установкой это могут быть бурильщик, помощ- ники бурильщика, механик и т.д., а в случае с перегрузочной машиной – крановщик, стропальщик и т.п. Также должна быть предусмотрена роль преподавателя, влияющего на процесс управления усвоением ЗУН посред- ством выдачи подсказок обучаемому,  оцениванию результатов  работы и  т.д.

    1. Учет масштаба времени в компьютерных   тренажерах

    Также важным фактором, влияющим наэффективностьиспользова-ния  компьютерных  тренажеров   в   процессепрофессионального обученияисвязаннымкаксфункциейимитацииобъектовреальногомира,такисфункцией интерактивного взаимодействия с обучаемым,являетсяхаракте-ристика масштаба времени при обучении на компьютерном тренажере[3,6].Соднойстороны,должнабытьпредусмотренавозможностьработыв

    реальном времени. Это обусловлено тем, что, работая с настоящим обору- дованием, оператору, как правило, приходится принимать решения и про- изводить необходимые  действия, почти не имея времени на обдумывание.  По этой причине, если при обучении подобным ситуациям на тренажере масштаб времени не будет соответствует реальному, то  у  обучаемого  мо- жет сложиться неверное представление о работе какого-либо отдельного устройства или системы в  целом.

    С другой стороны,возможность коррекции масштаба временимо- жет быть необходима для ускорения или замедления некоторых процессов. Например, у какого-то химического или физического процесса может быть длительный срок наступления – несколько дней. Естественно, что в рамках учебного процесса необходимо скорректировать масштаб времени с целью ускорения процесса до нескольких  минут.

    1. Функция  контроля  действийобучаемого

    Рассмотрим основные виды контроля действий обучаемого в совре- менных  компьютерных тренажерах.

    Достаточно редков современных тренажерах реализуется входной контроль знаний, представляющий собой набор тестовых вопросов по ос- новным понятиям и положениям теории[5]. По результатам входного кон- троля организуется допуск к выполнению упражнений на тренажере. Одна- ко практически во всех без исключения тренажерах реализован профильный контроль, заключающийся в постоянном мониторинге действий обучаемого. Заключительный контроль обычно представляет проверку решения обучае- мого, причем далеко не каждый тренажер способен проводить ее автомати-чески. Многие тренажеры предоставляют преподавателю функцию прове- дения проверки: например, с целью данной проверки сохраняются экраны тренажера в определенные моменты времени, а далее преподаватель про- водит анализ этих изображений и формирует заключение о  правильности хода выполнения работы и результата обучаемого. Отдельные тренажеры автоматически проверяют решения обучаемых. А в некоторых случаях под- держивается также и функция автоматического анализа хода работы обуча- емого.

    В заключение описания особенностей компьютерных  тренажеров  сто-

    ит отметить, что для обеспечения корректности имитируемая модель обо- рудования и процессов, а также выполняемые обучаемым операции на тре- нажере должны соответствовать требованиям имеющихся нормативных до- кументов (ГОСТы, инструкции и т.п.), в которых содержится информация о необходимом порядке выполнения операций, входящих, например, в состав определенного  технологического  процесса[6].

    1. Автоматизация процесса обучения операторов перегрузочных машин
    2. Рассмотрим детальнее особенности компьютерных тренажеров как средств формирования профессиональных навыков на примере компьютер- ных  тренажеров  операторов  перегрузочныхмашин.

      Известно, что работы, связанные с перемещением грузов, были наи- более тяжелыми и трудоемкими во  все  времена[7,8].  В  настоящее  вре- мя разработаны и находят  широкое применение различные по конструкции   и мощности машины, предназначенные для облегчения и повышения эф- фективности этих работ, т.е. перегрузочные машины: портальные краны, башенные краны, мостовые краны, одноковшовые экскаваторы, перегрузоч- ные машины специального назначения и  т.д.

      Данные перегрузочные  машины  представляют  собой  дорогостоящее и опасное оборудование, имеющее специфические технические характери- стики (динамические свойства, габариты и т.д.). Основным исполнителем перегрузочных работ является машинист крана, который посредством орга- нов управления оказывает регулирующее  воздействие  на  машину,  задавая ей  определенныйрежим.

      Таким образом, перегрузочные работы представляют собой характер- ный пример, где требуются сенсомоторные навыки[7], а также навыки си- туационной осведомленности для эффективного и безопасного выполнения работ.

      1. Традиционные методы и средства обучения   крановщиков

      Прежде чем перейти к особенностям тренажеров операторов перегру- зочных машин, необходимо проанализировать традиционные методы обу- чения  операторов  перегрузочных  машин  и  понять,  почему  возникланеоб-

    ходимость  создания  соответствующихтренажеров.

    В первую очередь, необходимо пояснить специфику приобретаемых обучаемыми знаний, умений, навыков как частей компетенций примени- тельно к обучению работе на перегрузочных машинах, основываясь на ма- териалах[7].

    Профессиональныезнания– это сведения, усваиваемые учащимися в процессе профессионального обучения и деятельности для овладения дан- ной специальностью. Перечень учебных дисциплин и программ определя- ется учебным планом. Кроме определенных общеобразовательных и общих технических дисциплин, операторы должны знать устройство, эксплуата- цию и ремонт оборудования, технику безопасности, промышленную сани- тарию и противопожарные мероприятия, организацию труда,  нормирование  ипланирование.

    Учащийся должен научиться своевременно, точно, в соответствии с ситуацией выполнять действия, управляющие перемещением груза, а эти действия должны быть доведены до автоматизма, осуществляться наиболее экономно и с наименьшим напряжением. Поначалу, обучаясь выполнению действий, формируются соответствующиеумения, а уже затем, когда дей- ствия доведены до автоматизма и выполняются на высоком качественном уровне, можно утверждать, что у обучаемых сформированы необходимыенавыки. В деятельности машинистов перегрузочных машин ведущую роль играют моторные (двигательные), сенсорные навыки, восприятие состояния машины и технологической среды, а также их комплексы (сенсомоторные навыки).

    Способности будущего оператора перегрузочной машины на практике самостоятельно и качественно осуществлять определенную работу базиру- ются на приобретенных знаниях и навыках  и  называютсякомпетенция-  ми. Компетенции в наибольшей степени проявляются при возникновении нестандартных ситуаций, требующих творческого использования знаний и навыков.

    Традиционные методы обучения трудовым действиям предусматри- вают проведение занятий на реальном оборудовании[7]под руководством инструктора и, как правило, по индивидуальной форме. Но также не исклю- ченопроведениепрактическихзанятийсгруппойобучаемыхдляформиро-

    вания  практическихзнаний.

    Одним из таких методов обучения являетсяпоказ приемов трудовых действий, как на оборудовании, так и без него. Этот метод имеет целью создание в сознании обучающихся точного и четкого зрительного образа трудовых действий, с которым они сравнивают свои действия в процессе упражнений по отработке (разучиванию) соответствующих приемов и спо- собовработы.

    Полный и точный образ трудового  действия в сознании обучающего-  ся возникает не мгновенно. Поэтому инструктор выполняет показываемые трудовые действия, отдельные составляющие его движения в замедленном темпе, расчленяя прием или целостное действие на отдельные изолирован- ные части, делает паузы между ними, фиксирует внимание обучающихся не только  на конечных, но и на промежуточных моментах   действия.

    Основным  методом   традиционного  обучения  являются  упражнения

    –многократные повторения определенных действий в целях их сознатель- ного  совершенствования[2,7].

    Упражнения в процессе производственного обучения должны прово- диться в определенной системе. Система упражнений предполагает взаи- мосвязь, иерархию их учебных целей; отработку правильности выполнения изучаемых трудовых действий, их точности (координации движений, сно- ровки, соблюдения технических требований к структуре и качеству и т.п.), достижение определенной скорости в работе (темпа, ритма, производитель- ности  труда),  формирование  профессиональнойсамостоятельности.

    Для каждого этапа тренировок (в зависимости от класса упражнения) должны формулироваться критерии и показатели уровня подготовки[2,7,8] (освоения знаний, умений, навыков). Например, при изучении приемов и операций – это отработка правильности трудовых действий, далее – дости- жение  точности,  скорости,сноровки.

    Управление процессом усвоения ЗУН в ходе выполнения упражнений происходит на основе наблюдения инструктора за действиями обучаемого, оценки его вопросов и ответов инструктору. В ходе обучения инструктор субъективно, но на основе собственного профессионального опыта оцени- вает качество выполнения упражнения и дает указания обучаемому, изме- няет  содержание  и  темп  показа  и  объяснения,  либо  выставляетитоговую

    оценку. Инструктор может использовать для контроля простейшие измери- тельные приборы (например, секундомер), либо приборы, входящие  в  со- став оборудования.

    Согласно[8]  примерная  программа  подготовки  крановщика  куправ-

    лению портальным краном без использования тренажера представлена в таблице1.1.

    Однако при обучении на реальных перегрузочных машинах возника-  ют трудности в реализации таких важных принципов обучения, как поэтап- ность и непрерывность, нет объективного контроля и самоконтроля кор- ректности действий обучаемого. Как правило, инструкторы не имеют педа- гогической подготовки. Ограничено время тренировок, недопустима само- подготовка и повышена вероятность создания аварийных ситуаций. Нельзя совместить теоретическую и практическую подготовку. Для обучения из производственного технологического процесса отвлекается высокопроизво- дительная техника, которая в процессе обучения изнашивается, дополни- тельно расходуется электроэнергия. Программы производственного обуче- ния не основаны на методике обучения приемам управления, а определяют- ся в основном опытом  инструктора.

    Согласно[9], все указанные недостатки обучения могут быть устране- ны, сроки подготовки операторов снижены, а качество подготовки улучшено за счет рационального использования в учебном процессе    тренажеров.

    1.2.1.1 Тренажеры операторов перегрузочных  машин

    Изначально используемые тренажеры для обучения операторов пере- грузочных машин представляли собой уменьшенные модели реальных ма- шин с вынесенными пультами управления. Пульты были снабжены рукоят- ками и педалями управления машиной, с их помощью учащийся управлял электроприводами, приводящими в движение механизмы модели   машины.

    Тренажеры, разработанные на базе физических моделей машин, от- личались простотой, наглядностью и были весьма полезны на начальной стадии изучения устройства машин, способов управления ими, технологии перегрузочных работ.  Однако  им были присущи существенные  недостатки:

    -Поскольку учащийся на таких тренажерах  располагается  за  вынос-  нымпультом,товосприятиеимсостояниямашинынесоответствует

    Таблица 1.1 — Примерная программа подготовки крановщика к управлению портальным краном безтренажера

    Цель и содержаниезанятий

    Кол. уч.часов

    Изучение оборудования кабины крановщика. Знакомство с панорамой технологической площадки и объектами, расположенными наней.

    1

    Изучение органов управления краном, взаимного соответствия направ- ления перемещения рукояток и движения механизмов крана. Изучение способов и последовательности включения и выключенияэлектрообору- дования имеханизмов.

    1

    Обучение управлению подъемным движением груза: выбор слабины ка- ната; подъем груза на уровень контрольной остановки для проверки за- стоповки и тормозов с последующей плавной установкой груза и ослаб- лению канатов; подъем груза с контрольной остановкой на высоте, обес- печивающей безопасное перемещение над различными объектами с по- следующей плавнойустановкой.

    3

    Обучение перемещению груза путем изменения вылета стрелы с предва- рительным его подъемом и последующей плавной и точной установкой: объяснение и показ особенностей колебательного движения и способов его успокоения; перемещение груза на расстояние до 4 метров; переме- щение груза на различныерасстояния.

    5

    Обучениеперемещениюгрузаповоротнымдвижениямкранаспредвари- тельным подъемом груза и последующей плавной и точной установкой: перемещение с поворотом до 300; перемещение с поворотом на любые углы.

    6

    Обучение перемещению груза путем совместного управления вылетом стрелы и поворотом с предварительным подъемом груза и последующей плавной его установкой с заданной точностью: перемещение груза враз- личные зоны рабочей площадки без препятствий; перемещение груза в различные зоны с обходом препятствий; перемещение различных грузов с соответствующими грузозахватнымиприспособлениями.

    16

    Обучение управлению передвижением крана по рельсовымпутям

    2

    Всего:

    34

    Самостоятельная работа по управлению краном и уходу за ним под на- блюдением инструктора(стажировка)

    170

    Квалификационныеиспытания

    8

    реальному, при котором машинист располагается непосредственно на объекте управления. В результате тренировок на таком тренажере у обучающегося формируются навыки, соответствующие иному образ- ному восприятию состояния машины, нежели в реальных    условиях.

    -Практически  невозможно  достичь  соблюдения  динамического  подо-

    бия  модели  реальноймашине.

    -Невозможно осуществлять повторные упражнения с возрастающей трудностью, при постоянном самоконтроле, уточнении и совершен- ствовании  качествадействий.

    Преодолеть перечисленные выше недостатки позволили электронные тренажеры  (рисунок1.1).

    Согласно[7] впервые в мировой и отечественной практике разработку электронных тренажеров для подготовки крановщиков начали в 1971 году сотрудники кафедры вычислительной техники и автоматического  управле- ния Пермского политехнического института (в настоящее время кафедра информационных технологий и автоматизированных систем Пермского на- ционального  исследовательского  политехнического университета).




    Похожие работы, которые могут быть Вам интерестны.

    1. РАЗРАБОТКА ПОДСИСТЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТУДИИ КОМПЕТЕНТНОСТНЫХ ДЕЛОВЫХ ИГР

    2. Разработка подсистемы для проведения подобных олимпиад среди школьников

    3. Разработка подсистемы расширенного учета рабочего времени сотрудников

    4. Разработка модульной подсистемы контроля состояния удаленного стендового оборудования

    5. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ РАБОТЫ ПОДСИСТЕМЫ ЛРГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА СКЛАДА ТОРГОВОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

    6. Разработка автоматизированного приложения График Рабочего Дня

    7. Разработка аммиачной турбохолодильной машины для химического производства

    8. Разработка машины для нанесения логотипа на металлическую тару

    9. Разработка автоматизированного участка механообработки детали Вал ведущий 24-1291

    10. Разработка проекта программы автоматизированного начисления арендной платы Аренда