книги / Автоматизированное управление формированием сенсомоторных навыков у операторов технологических установок с применением компьютерных тренажеров

2.2. Математическая модель системы автоматизированного управления формированием сенсомоторных навыков у операторов

Предложена математическая модель системы автоматизированного управления формированием сенсомоторных навыков у операторов технологических установок в ходе профессиональной подготовкисприменениемКТК(посредствомвыполненияупражнений).

В процессе обучения оператора на КТК, заключающемся в прохождении комплекса упражнений, каждое из которых предназначено для формирования сенсомоторного навыка выполнения технологической операции, решается задача оптимизации [92–95]: за минимальное время обучения необходимо, чтобы выполнение операции было закреплено до автоматизма на заданном

ния и множества советующих воздействий (рекомендаций) Ugрек. обучаемому в процессе каждого v -го выполнения (Tgv – время v -го выполнения g -го упражнения);

число раз Ngнав. подряд на требуемом уровне качества (т.е. действие закреплено до автоматизма).

51

см. рис. 2.2) Gупр. =< MТО, Mвз. > , где MТО – множество технологических операций (вершин графа vg MТО ), выполнение каждой

из которых требует сформированности определенного навыка; Mвз. – множество дуг графа, показывающих взаимосвязь между

операциями. Каждая дуга < vg −1,vg > Mвз. обозначает, что навык выполнения операции vg основан на навыке выполнения опера-

ции vg −1 (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Пример взаимосвязи операций

Каждая операция vg MТО сопоставлена с упражнением на КТК, поэтому граф Gупр. определяет очередность выполнения упражнений. Конкретный маршрут графа Gупр. , используемый при

прохождении упражнений на КТК, определяется стадией и задачами обучения.

Набор выполняемых взаимосвязанных упражнений, определяемый графом Gупр. , обеспечивает отработку оператором типо-

вых действий по управлению технологической установкой, в том числе нештатных и аварийных ситуаций.

В блоке 2 задается множество логико-динамических моделей технологического процесса в форме сетей Петри. Для выполне-

ния операций vg MТО используется множество рычагов Mрыч.

53

сети Петри. В примере (см. рис. 2.4) траекторией Bпл. является

< t1,t5 ,t11 > .

Реальные траектории выполнения операции могут отличаться от расчетной. Например, такими траекториями в рассматриваемом примере (см. рис. 2.4) могут являться: < t1,t5 ,t10 ,t12 > ,

< t2 ,t6 ,t8 ,t11 > , < t1,t4 ,t5 ,t11 > и т.д. В зависимости от степени отклонения реальной от расчетной траектории системой будут формироваться советующие воздействия будущему оператору, что обеспечивает индивидуализацию процесса обучения.

2.2.2. Оценка, накопление и обработка оценок ситуаций (блоки 3.1 и 3.2)

В блоке 3.1 при выполнении упражнения фиксируются наиболее значимые для технологического процесса ситуации, каждая из которых представляет тройку

Yсит. (tz ) =< Sсит. (tz ), Sсит′ . (tz−1 ),Vсит. > ,

где Sсит. (tz ) = fсит. (Sсит′ . (tz−1 ),Vсит. ) – состояние моделируемой производственной среды в момент времени tz , зависящее от преды-

дущего состояния Sсит′ . (tz−1 ) , достигнутого в момент времени tz−1 ,

иот воздействия Vсит. обучаемого.

Вблоке 3.2 осуществляется сбор первичных данных о про-

цессе формирования сенсомоторного навыка (Mсит. – множество наиболее значимых ситуаций Yсит. (tz ) Mсит. из всех зафиксиро-

ванных), и на основе обработки этих данных вычисляются значения показателей качества, измеряемых в ходе упражнения и со-

ставляющих множество Xкачисп.. Xкач. , где Xкач. – множество всех показателей качества, сопоставленных с упражнением.

Показатели качества характеризуют результаты и правильность выполнения моторных действий. Примеры показателей:

55

отрезке [0; 1], получаемые обработкой данных о вычисленных в блоке 3.2 показателях качества:

Nsдин.

Ksагр. = Nsдин. ∏ Ksдин. (t j ) . j=1

Процесс расчета значений из M трм. и Mдин. рассмотрен в па-

раграфе 2.5.

Качество выполнения технологической операции в целом характеризуется интегральным показателем – комплексным коэффициентом овладения [96–98]:

показателей качества, вычисленное в блоке 4 (настройки процесса обучения) с использованием метода анализа иерархий

(МАИ) [99, 100].

Для вычисления Kовл. используется приведенная выше фор-

мула, поскольку суммируются однородные величины, заданные шкалами отношений [96].

Следует отметить, что в блоке 4 задаются значения параметров (устанавливаются с применением графического пользовательского интерфейса или запрограммированы) для работы других блоков в соответствии с требованиями нормативных доку-

57

Разработана методика принятия решений, способствующая информационной поддержке обучаемого в процессе формирования сенсомоторных навыков при выполнении упражнений на КТК и отличающаяся применением оригинальных алгоритмов.

Для представления логико-временных особенностей генерации управлений vреш. при многократном повторении обучаемым упраж-

нения с целью формирования сенсомоторного навыка построена имитационная модель в форме Сети Петри[101–103] (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Сеть Петри

Применение сети Петри позволяет формализовано описать алгоритм принятия решений (представленных позициями сети) с целью организации наиболее эффективной информационной поддержки обучаемого в зависимости от текущего уровня сформированности навыка (определяемого условиями в переходах сети).

Позиции p1 соответствует формирование начального подмножества показателей качества, оцениваемых при выполнении упражнения, p2 – выполнение обучаемым упражнения. Позиция p3 обозначает принятие решения о повторном выполнении упражнения без модификации подмножества показателей и об установке множества рекомендаций, p4 – о повторном выполнении без модификации подмножества показателей и без установки рекомендаций, p5 – о повторном выполнении с модификацией

59