ВОПРОСЫ ЦЕЛЕПОЛАГАНИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ТРЕНАЖЁРОВ ЗАО АМТ

Николаев И.А., Смирнов М.В., Сухарев М.В., Шраго И.Л.
ЗАО АМТ, Санкт-Петербург, 2009г.

Введение. В соответствии ГОСТ 21036-75 тренажёр - это техническое средство "профессиональной подготовки человека-оператора, предназначенное для формирования и совершенствования у обучаемых профессиональных навыков и умений, необходимых им для управления материальным объектом, путем многократного повторения обучаемыми действий, свойственных управлению реальным объектом". Данное определение, как, впрочем, и любое другое, не отражает всей сущности понятия тренажёр. Не даются полные ответы на вопросы о предназначении, свойствах и качествах тренажёра, рассматриваемых в аспекте разработки. Предложенные в данной статье идеи, компенсирующие этот недостаток, легли в основу современного семейства тренажёров компании АМТ.

Целеполагание. Опыт специалистов АМТ привёл к осознанию роли целеполагания как основы принятия решений при разработке тренажёров. Если в создании каждого продукта явно и неявно участвуют два субъекта: производитель и потребитель, то, в разработке тренажеров явно присутствуют трое: производитель, преподаватель и обучаемый. Выделение отдельных субъектов преподавателя и обучаемого согласуется с тем фактом, что они, будучи оба потребителями тренажёра, выражают различные интересы: задача обучаемого - получить знание, а преподавателя - передать. Таким образом, выделяется три категории целей:

  • цели преподавателя
  • цели обучаемого
  • цели разработчика.

Каждый источник целей создаёт предпосылки для реализации в тренажёре тех или иных качеств. При этом допускается взаимное пересечение и совпадение целей из разных категорий.

Цели преподавателя:

  • высокое качество результата - обучение теории, практическим навыкам и отраслевым регламентам
  • эффективность учебного процесса - одновременное обучения многих
  • удобные средства организации учебного процесса:
    • большое количество учебно-тренировочных задач
    • аудиторные занятия с применением современных средств демонстрации
    • индивидуальное и групповое обучение
    • тренировка коллективных действий обучаемых
    • удалённое обучение и контроль посредством Internet
  • Эффективное использование программных средств
  • обучение многим специальностям
  • отсутствие требований к используемой технике со стороны разработчика

В настоящее время растёт количество предметных областей, где применение тренажёров эффективно, устанавливаются новые стандарты качества подготовки специалистов. Развития производства требует большого количество квалифицированных специалистов (что не в последнюю очередь связано с текучестью кадров в некоторых областях производства), а это означает, что обучение должно быть массовым. Преподаватель заинтересован в повышении "пропускной способно-сти" учебного процесса, то есть в увеличении количества качественно обученных специалистов в единицу времени.

Тренажёр, в соответствии с тенденциями сегодняшнего дня,должен быть ориентирование на обучение элементарным и наиболее востребованным навыкам, таким как достижение поставленной цели, безоговорочное следование регламенту, умение сориентироваться в сложной ситуации и так далее. Кроме этого для преподавателя от тренажёра требуется удобство: выбор вариантов организации занятия (индивидуально, коллективно, в формате лекции с использованием проекционной техники), удобство контроля успеваемости и хода учебного процесса, возможность создавать уникальные учебно-тренировочные задания на базе стандартных.

Цели Обучаемого:

  • высокое качество результата (практическая полезность)
  • максимальная правдоподобность и реалистичность
  • понятность процесса обучения
  • интерес к процессу обучения на тренажёре

Обучаемый стремится извлечь максимальную пользу от работы с тренажером. Учебно-тренировочная задача должна быть понятна, выполнима, реалистична. Средства тренажёра должны быть дружественны к обучаемому, чтобы позволить ему, выполняя учебное задание, получать реальные знания.

Цели Разработчика:

  • простота разработки - наличие технологии
  • удобство сопровождения - повышение надёжности
  • масштабируемость
  • привлекательность для рынка - широкий круг потребителей (легкая переориентация на новые предметные области)

С точки зрения разработчика, тренажёр должен, в первую очередь, приносить прибыль, а значит пользоваться спросом. Это возможно тогда, когда изделие является надёжным и при этом обладает большим арсеналом полезных качеств. Также, разработчик заинтересован в минимизации собственных усилий - в аккумулировании своих знаний и опыта в виде технологий разработки с целью их многократного использования в дальнейших проектах.

Описанная выше дифференциация целей позволяет учитывать потребности всех групп пользователей на стадии формирования концептуальных свойств продукта. Несколько примеров иллюстрируют данный подход.

Рассматривается цель преподавателя в улучшении эффективности учебного процесса - обеспечении одновременного обучения максимально большого количества человек. Реализация этой цели возможна при функционировании тренажёра в формате компьютерного класса на базе локальных сетей, а также, возможности удаленного обучения, что позволяет сразу сделать выбор в пользу IP-технологий.

Простота разработки, как цель разработчика, достигается большим объемом повторно используемого кода (желательно, даже не перестраиваемого), что влечет требование повышения уровня абстракции программных средств тренажёра. Эта цель осуществима путём декомпозиции функций тренажера. То есть платформа тренажёра должна состоять из нескольких независимых модулей, каждый из которых возможно модифицировать отдельно. При этом области действия модулей не пересекаются между собой.

Цели обучаемого, как то "максимальная правдоподобность" и "понятность процесса обучения", достижимы на уровне реализации интерфейса пользователя. Это означает создание полномасштабных макетов, имитирующих реальное оборудование, или качественной анимации процесса работы с тренажёром на экране компьютера с простым для освоения интерфейсом. Не следует забывать и об игровом моменте - именно на его базе формируется интерес обучаемого к работе с тренажёром. Таким образом, потребность во множестве различных вариантов отображения информации и озвученная выше абстрактность программных средств диктуют необходимость создания полиморфного интерфейса пользователя, самонастраивающегося на отображение конкретных экранных форм и их элементов.

Реализация целей. В современной серии тренажеров АМТ максимально полно (на концептуальном, технологическом, прикладном и программном уровнях) реализованы приведённые выше цели.

Всякий тренажер рассматривается всегда в двух форматах: полнокомплектный с макетами устройств и учебный класс с программным интерфейсом предметной области. Их функциональность базируется на едином программном коде. Тренажёры обоих типов формально являются самостоятельными устройствами, но в комплексе функционально дополняют друг друга. Этим достигается высокая пропускная способность и качество процесса обучения, надежность продукта, дешевизна и технологичность его изготовления.

Концепция тренажёра предполагает независимость моделирующей, имитирующей и отображающей (в том числе и аппаратной) компонент, связанных средствами описания предметных областей (Рис. 1-2). Каждая из компонент, не зная о существовании других, выполняет строго свою группу функций. Эти компоненты взаимодействуют в рамках единой организующей и имитирующей среды - сервере тренажеров.


Рис. 1. Концептуальная схема тренажёра.

Моделирующая среда связана с расчётом математической модели. Отображающая среда ответственна за взаимодействие с пользователем - осуществляет получение управляющих воздействий и вывод результатов. Имитирующая среда исполняет роль связующего звена, на её базе предоставляются средства описания предметной области, организован ввод-вывод и синхронизация всех подсистем тренажёра.


Рис. 2. Интерфейс описания предметной области тренажёра.

Выделение в тренажере независимых компонент означает для разработчика большой объём единого программного кода сервера и его клиента. Наличие средств описания предметной области на базе объектной модели значительно упрощает разработку любого специализированного тренажера. Функциональность тренажёра наращивается только за счет развития его вычислительных моделей и технологий средств отображения информации. Имитирующая среда сервера тренажеров, будучи не привязанной ни к чему конкретному, обеспечивает возможность создания тренажеров в различных предметных областях. Стоимость и продолжительность разработки при этом существенно снижаются. Выбор среды Java в качестве платформы разработки задач-клиентов обеспечивает для пользователя (в частности учебного заведения и преподавателя) свободу выбора архитектуры компьютера и операционной системы, что автоматически придаёт тренажёру большую рыночную привлекательность и удобство использования.

Сервер тренажеров как программный продукт представлен сервером приложений - расчета технологических моделей, веб-сервером для обмена ресурсами описаний предметных областей, подсистемой объектной модели описаний предметных областей, задачей управления учебным процессом (Supervisor) и задачей полиморфного клиента обучаемого, который реализует передачу серверу управляющих воздействий, приём от сервера результатов имитации и отображение их различными способами. Код любого конкретного тренажера, реализующего некоторую вычислительную модель, регистрируется на сервере тренажеров и становится его частью.

Взаимодействие между клиентом и сервером осуществляется по IP- протоколам, что позволяет не ограничиваться только локальными сетями (Intranet), но и осуществлять доступ к ресурсам Имитатора через Internet.

Преподаватель и обучаемый взаимодействуют более эффективно. Локальная сеть позволяет одновременную работу нескольких обучаемых (теоретически, сервер тренажеров позволяет до 255 подключений) под контролем одного преподавателя - обучаемые не обязаны находится рядом с инструктором. Сервер тренажеров предоставляет разнообразные средства организации учебных занятий. Например, реализация подключения клиента к серверу позволяет производить коллективную работу группы обучаемых в бригаде, при которой происходит распределение ролей, обязанностей и возможностей управлять оборудованием. Задача Supervisor (Рис. 3) отвечает за организацию группового и индивидуального обучения.Также, она позволяет задавать учебно-тренировочные задачи, удаленно контролировать ход их выполнения, вмешиваться в работу обучаемых и принудительно запускать нештатные ситуации.


Рис. 3. Экран задачи Spervisor

Предполагается, что обучаемый должен начинать знакомиться с предметной областью, выполняя учебно-тренировочные задачи в формате учебного класса. При этом осуществляется интенсивное знакомство с предметной областью, теоретической базой предмета изучения, технологиями, регламентами, нештатными ситуациями и их ликвидацией. После освоения всего этого, обучаемого можно допускать к занятиям на полнокомплектном тренажёре, где он, выполняя идентичные задания, научится ориентироваться в оборудовании и приобретет психомоторные навыки.

 

Заключение. Эффективность описанного в докладе подхода подтверждается и практически. Начиная с 2005 года, АМТ удалось не только разработать три двухуровневых тренажера, но и достичь к 2009 году рубежа в сто установленных тренажеров.