12. Комп’ютерні тренінгові системи в економіці та навчанні
Люди в переважній більшості жваво цікавляться всім
на світі, за виключенням того, що дійсно необхідно знати
О. Уайльд
Проблема створення комп’ютерних тренінгових систем для навчання персоналу в самих різних галузях техніки економіки, технології тощо привертає все більшу увагу фахівців. З одного боку, виявляється гостра необхідність у удосконаленні професійних навичок персоналу, що працює з тим або іншим обладнанням, у тій або іншій галузі і який вирішує спеціалізовані задачі, що вимагають особливих знань і навичок у конкретній предметній галузі. З іншого боку, сучасний рівень інформаційних технологій забезпечує можливість високоякісної реалізації усіх компонентів системи і процесів навчання (моделі процесів і пристроїв, користувацькі інтерфейси, засоби автоматизованого контролю дій особи, що навчається тощо).
12.1. Загальні відомості про тренажерні системи
Термін ”тренажер” – це явний неологізм, продукт 20-го століття, хоча саме поняття, яке в ньому укладене – певний пристрій для навчання людини і створення у нього певних навичок, застосовувалося, напевно, ще на зорі цивілізації. При цьому в доіндустріальному суспільстві тренування здійснювалася, головним чином, за принципом – ”роби як я”, хоча, якщо напружити фантазію й освіжити в пам'яті літературні та інші джерела, можна представити ”пристрої”, що використовувались нашими далекими і не дуже далекими предками для виховання й навчання.
У першу чергу це, ляльки, які супроводжують людство з часів Адама і Єви. Не забувалися й тварини, зокрема Мілоном Кротонським1, який для розвитку сили носив на плечах теля, а те росло, росло... (рис.12.1)
Рис.12.1. Мілон Кротонський з биком на плечах
У ратній справі стародавні, прагнучи зберегти у здоров'ї своїх воїнів, використовували на тренуваннях дерев'яні мечи і списи з затупленими наконечниками, а пізніше з'явилися маківари2, які вже можна сміливо назвати функціонально замкненими тренажерами. Сучасний кіногерой здійснював підготовку до операції «Ы» з використанням гіпсових кішечок, а відомий пісенний дід що тільки не вигадував для повноцінного тренувального процесу своєї милої голубки.
Тренажери у сучасному розумінні з'явилися у зв’язку з необхідністю масової підготовки спеціалістів для роботи або на однотипному обладнанні, або зі схожими робочими діями, а також для військових потреб. Останнім часом, у зв'язку зі швидкою комп'ютеризацією світового співтовариства, зі створенням найскладнішої техніки, експлуатація якої пов'язана з ризиком для життя не тільки однієї людини, але й людства взагалі, виникла ціла індустрія – тренажерні технології.
На думку Haskett consulting inc. (HCI): ”Люди запам'ятовують 20% того, що вони бачать, 40% того, що вони бачать і чують і 70% того, що вони бачать, чують і роблять”. Зрозуміло, що необхідним елементом ефективного навчання є постійні тренування.
У сьогоднішніх умовах, ціна помилок оперативного персоналу виробництв з складним технологічним устаткуванням або управлінського персоналу багатократно зростає. Особливої важливості набуває якісне навчання і постійна підтримка кваліфікації і готовності персоналу, його протиаварійні тренування.
Машинний (комп'ютерний) експеримент дозволяє не тільки сформувати моторно-рефлекторні навики дій в складних ситуаціях, але й наочно показати фізичну суть процесів, що протікають в устаткуванні, управлінні, їх взаємну залежність, а також ряд істотних тонкощів, яким, на жаль, не завжди надається значення на практиці. Тренажергі моделі можуть також надати неоціниму допомогу при аналізі аварій, як з погляду накопичення статистики, так і шляхом проведення машинного експерименту з відтворення аварійної ситуації.
Розвиток індустріального суспільства робить процес підготовки і постійного підвищення кваліфікації фахівців все дорожче і дорожче. На перше місце виходять, як проблеми донавчального тестування і відсівання кандидатів (профорієнтація), так і усіляке здешевлення процесу підготовки при збереженні прийнятної ефективності.
Тренажерні технології – це складні комплекси, системи моделювання і симуляції, комп'ютерні програми і фізичні моделі, спеціальні методики, що створюються для того, щоб підготувати особу до прийняття якісних і швидких рішень.
Автоматизована тренажерно-навчальна система (тренажер) – автоматизований апаратно-програмний функціонально орієнтований комплекс для навчання людини і відпрацьовування певних навичок й умінь.
В сучасних тренажерах і в програмах підготовки і навчання, що на них ґрунтуються, закладаються принципи розвитку практичних навичок з одночасною теоретичною підготовкою. Реалізація такого підходу стала можлива у зв'язку з бурним розвитком й здешевленням електронно-обчислювальної техніки і прогресом в галузі створення віртуальної реальності. На базі цих технологій розроблені багаточисельні тренажери для військового застосування, що дозволяють імітувати бойові дії з найвищою детальністю в реальному часі, створено безліч додатків технології віртуальної реальності для медицини, що дозволяють здійснювати операції електронному пацієнту з високим ступенем достовірності, прийняття управлінських рішень й багато іншого, при цьому галузі застосування тренажерних технологій постійно розширюються.
Тренажерні технології виникли й одержали найбільший розвиток там, де помилки при навчанні на реальних об'єктах можуть привести до надзвичайних наслідків, а їх усунення – до великих фінансових витрат: в військовій справі, медицині, ліквідації наслідків стихійних лих, в атомній енергетиці, авіації і космосі.
Можна виділити наступні типи комп'ютерних тренажерів:
1. Електронний екзаменатор. Це простий програмний продукт, що реалізовується на всіх видах вітчизняної і зарубіжної обчислювальної техніки. Основна його функція – це заміна живого екзаменатора в строго регламентованих областях (техніка безпеки різних виробництв, правила дорожнього руху тощо). Як правило, такий екзаменатор містить набір білетів з декількох питань, пропонованих що іспитується у випадковому порядку, і ряду неправильних і однієї правильної відповіді на кожне питання. Залежно від складності екзаменатора, він може забезпечувати також наступні можливості:
– показ малюнків в кадрі питання;
– показ мультфільмів (анімація) в кадрі питання;
– аналіз відповіді що іспитується у вигляді чисел і формул;
– попереднє навчання (показ правильних відповідей);
– редагування старих і створення нових питань.
2. Статичні (або логіко-динамічні) тренажери. Найширше в цьому класі поширені тренажери з оперативних перемикань в електричних мережах. Основна особливість полягає в тому, що в таких програмах відсутня фізико-математична модель процесів, що відбуваються в устаткуванні, але показується і перевіряється певний порядок дій. Порядок дій зазвичай жорстко задається; у складніших випадках передбачаються розгалуження в ланцюжку дій, що забезпечується логічними функціями (логіко-динаміна модель).
Основними недоліками таких тренажерів є:
– неможливість відхилення дій особи, що навчається, від скільки завгодно складного, однак все одно жорстко заданого ланцюжка дій;
– складність програмування динамічних ефектів (навіть простої зміни свідчень приладів).
Зазвичай, розробники таких тренажерів спочатку роблять для себе інструментальні засоби (конструктори), що дозволяють легко намалювати потрібні електричні схеми і задати ланцюжки правильних дій.
3. Динамічні тренажери мають у своїй основі математичну модель реальних фізичних процесів і тому найбільш корисні для якісного навчання персоналу. Зрозуміло, для розрахунку достатньо повної моделі певного об’єкта потрібно значні машинні ресурси комп’ютера, та ще в реальному масштабі часу. Тому модель спрощують, але так, щоб її поведінка в обумовлених технічним завданням рамках відповідало реальній системі з певною точністю. Саме цим пояснюється відносно невелика кількість розробників тренажерів такого класу.
4. Пультові тренажери. У них, окрім комп'ютера, присутня апаратна частина (наприклад, копія реального пульта управління певним об’єктом). На пульті можуть бути представлені тільки основні прилади і органи управління (спрощений тренажер), управління певною частиною, окремою установкою (локальний тренажер); нарешті, пульт може бути копією реального пульта управління (повномасштабний тренажер). Комп'ютер в даному випадку замінює реальний керований об'єкт; тут, як правило, застосовується динамічна модель.
5. Сучасна комп'ютерна технологія (мультимедіа) дозволяє створювати діалогові повчальні програми і тренажери, що включають комп'ютерну мультиплікацію, аудіо і відеотехніку. Це підсилює відчуття реальності при роботі з тренажером і відкриє нові можливості в процесі навчання.
У загальному випадку тренажер представляє собою програмно-апаратний комплекс, що має структуру, представлену на рис.12.2.
Рис.12.2. Структура тренажера
Визначимо деякі поняття, що застосовуються при аналізі автоматизованих тренажерно-навчальних комплексів (тренажерів).
Моделюючий комп’ютер може бути як простим, так і складним і пов'язується з інтерфейсом оператора через систему введення-виведення. Інтерфейс оператора може складатися, як з панелей управління і контролю, так і відеотерміналів і розподіленої системи управління, що обслуговує відеотермінали. У більшості випадків фізичні властивості інтерфейсу оператора точно або в максимально наближеному ступені відповідають конкретному процесу, що моделюється.
Імітаційна модель. Програмні моделі, що використовуються в імітаційному комп'ютері, реалістично відображають взаємодію компонентів і систем модельованого процесу. Це найважливіша частина тренажерної системи, від ступеня наближеності імітаційної моделі до реального об'єкта або ситуації залежить якість одержуваних навичок.
Інтерфейс оператора. Інтерфейс оператора дозволяє особі, що навчається маніпулювати органами управління способом, наближеним або ідентичним, що використовується в реальному процесі. Динамічний відгук тренажера максимально наближений до відгуку систем і компонентів реального об'єкта.
Інтерфейс інструктора. Інтерфейс інструктора дозволяє керувати роботою тренажера, обирати сценарій тренінгу і початковий стан імітованого процесу, вводячи збої модельованого процесу або його компонентів, за рахунок зміни зовнішніх факторів. При цьому частину функцій інструктора може автоматично виконувати імітаційна модель.
Додаткове периферійне обладнання. Периферійне обладнання включає в себе принтери, панелі аварійної сигналізації й інше обладнання, необхідне для підвищення реалістичності модельованої навколишньої ситуації або документування процесу тренування.
Тренажери можуть об'єднуватися між собою в мережу для відпрацьовування навичок взаємодії декількох осіб. При цьому може використовуватися загальний моделюючий комп'ютер з декількома інтерфейсами операторів або окремі моделюючі комп'ютери з пристроєм узгодження між ними.
Окремо треба відзначити клас тренажерів, що не використовують спеціальну апаратну інтерфейсну частину. Це чисто комп'ютерні тренажери. Роль інтерфейсу в них виконують стандартні пристрої введення-виведення комп'ютера: клавіатура, миша, монітор. Використання таких тренажерів доцільне у випадках, коли для модельованих об'єктів і ситуацій відсутня необхідність використання спеціального обладнання. Прикладом можуть слугувати тренажери з прийняття рішень і вироблення навичок поведінки, що не зв'язані напряму з управлінням певними пристроями.