А. Г. Капустин, кандидат технических наук, доцент

А. Г. Сергеев, магистрант

(УО «Белорусская государственная академия авиации»)

Известно, что в авиации наиболее полной и результативной формой обучения специалистов являются комплексные обучающие системы (Рисунок 1) ‒ совокупность учебно-справочной и тренажерной систем [1, 2].

Рисунок 1 – Cтруктура комплексной обучающей системы

Назначение комплексной обучающей системы для авиационных специалистов ‒ обеспечение устойчивых знаний и практических навыков; выработка необходимой реакции на разного рода возмущения; обеспечение оптимального взаимодействия инструктора и обучаемых.

Учебно-справочная система − справочное пособие при практической деятельности обучаемого. Учебно-справочная система состоит из отдельных модулей (симуляторов), то есть она построена по модульному принципу. Работа учебно-справочной системы организована на основе мультимедийных технологий [2]. Эти технологии обеспечивают: заданную полноту представления материала; свободный выбор направления изучения (за счет гибкого гипертекста); представление различных материалов (текстовых, иллюстративных, видеофильмов); анимационное представление иллюстративного материала (обеспечивает возможность интерактивного взаимодействия обучаемого с изучаемым курсом); звуковое сопровождение изучаемого материала; вывод на печать заданных фрагментов курса для углубленного самостоятельного изучения, тестирования знаний в режимах самообучения, тренинга и экзамена.

Создание учебно-справочной системы обычно осуществляется по следующему алгоритму (Рисунок 2).

Рисунок 2 – Алгоритм разработки учебно-справочной системы

Полная отработка понятийных логических и моторных навыков работы с бортовыми системами производится в режиме использования математических и компьютерных моделей (математическая модель бортовой системы; компьютерные анимационные модели штатных пультов, клавиатур контроля и управления; математические модели возникновения нештатных ситуаций; модели штатных алгоритмов управления системами и др.). Совокупность данных моделей образует тренажерную систему всего бортового оборудования воздушного судна [1, 2, 3].

Таким образом, при обучении с использованием комплексной обучающей системы обучаемый может реализовать следующие возможности: проследить работу систем в штатном режиме и изменения в их работе при изменении режимов; проконтролировать работу системы управления по отработке возмущений; выбрать и реализовать с помощью компьютерных моделей штатных средств управления нужный режим работы систем; проследить работу систем при действии нештатных ситуаций и ликвидировать эти ситуации, соблюдая заданный порядок действий; убедиться в правильности выполнения действий через регистрацию действий обучаемого и сравнения их с эталонными; получать оценку действий со стороны инструктора [1, 2, 4].

В данной работе рассматривается механизм разработки интерактивной мультимедии (входит в состав учебно-справочной системы), т. е. виртуального инструментария технической эксплуатации систем авионики [1,3,4,5]. Основной особенностью виртуального инструментария является максимально полное воспроизведение внешнего вида физических устройств и элементов управления ими, а также движения отдельных элементов в соответствии с происходящими физическими процессами [1].

В связи с ростом стоимости систем авионики в авиационных вузах получение студентом практических навыков технической эксплуатации систем авионики значительно затруднено. Поэтому учебные заведения не всегда могут позволить себе оборудовать реальные рабочие места технической эксплуатации современных авиационных систем летательных аппаратов [1,2,3,4].

Решением данной проблемы является использование в учебном процессе виртуального инструментария технической эксплуатации систем авионики.

Виртуальный инструментарий – мультимедийные анимационные имитаторы (симуляторы), предназначенные для имитации изменения состояний объекта управления и создания иллюзии действий с реальными органами управления и аппаратурой. Разработку такого инструментария в области авиационных технологий можно осуществлять с помощью комплексов программных средств, используемых для разработки программного обеспечения, именуемых Integrated development environment (IDE). К такой IDE можно отнести среду Adobe Flash и в какой-то мере инструмент разработки Unity. Компаративная оценка (краткая) возможностей Flash IDE и Unity приведена в таблице 1.

Таблица 1 – Сравнение ключевых возможностей Flash IDE и Unity

Критерий сравнения	Flash IDE	Unity
1. Наличие встроенного полноценного редактора кода с подсветкой синтаксиса языка	+	–
2. Наличие встроенного редактора для создания графических объектов	+	–
3. Простота освоения	+	–

Из таблицы 1 видно, что Flash более самодостаточен, чем Unity. Однако, это не значит, что Unity плохая среда разработки, просто она требует больше времени на освоение и более глубоких знаний во многих областях (моделирование, создание текстур и шейдеров, кодирование, работа с освещением), либо наличие целой команды разработчиков.

Поэтому, на наш взгляд, разработку виртуального инструментария по техническому обслуживанию систем авионики современного самолета целесообразно осуществлять с помощью среды Flash IDE.

На рисунке 3 приведен общий вид окна IDE [1]. Однако, в зависимости от решаемой задачи, каждый разработчик настраивает его под свои нужды. Среда разработки предлагает уже готовые настройки рабочего пространства (Рисунок 4).

Среда Flash IDE в своем составе имеет: окно проекта, где отображаются имеющиеся и создаются новые элементы (классы, файлы графических элементов, папки); библиотеку, в которой содержаться все создаваемые графические объекты (клипы, кнопки и графика); временную шкалу со слоями и временной диаграммой; инспектор свойств, динамически изменяющийся под выбранный инструмент; палитру цветов и образцы цвета. Это не все элементы, а только основные, с которыми приходится работать чаще всего. Чтобы посмотреть все, необходимо нажать пункт меню Окно.

Кроме того, в своем составе Flash имеет средства для компилирования, развертывания и отладки программного обеспечения. Встроенный дебагер позволят найти проблемные участки кода и отловить все ошибки на этапе компиляции приложения.

Рисунок 3 – Общий вид окна Flash IDE

Рисунок 4 – Управление готовыми рабочими пространствами

Кроме того, в своем составе Flash имеет средства для компилирования, развертывания и отладки программного обеспечения. Встроенный дебагер позволят найти проблемные участки кода и отловить все ошибки на этапе компиляции приложения (Рисунок 5).

После окончания разработки любое приложение можно портировать как на настольные компьютеры, так и на мобильные устройства с операционными системами Android и iOS.

Общей задачей моделирования при разработке инструментария является создание виртуального образа, максимально достоверно имитирующего функционирование физического объекта.

Для обеспечения достоверности виртуального образа необходимо, прежде всего, обеспечить визуальное сходство интерфейса симулятора и его адекватную интерактивную реакцию на управляющие воздействия обучаемого, выступающего в роли оператора авиационного оборудования [3]. Поэтому первым делом «отрисовывались» все графические элементы максимально похожими на реальные объекты системы.

Разработка виртуального инструментария по обслуживанию систем бортового оборудования воздушных судов осуществлялась в три этапа.

На первом этапе формулировались основные требования к создаваемому программному продукту: визуальное сходство интерфейса программы симулятора с пультом управления авиационной техники; интуитивно понятные приемы воздействия на органы управления и адекватная, ожидаемая реакция ассоциируемых с ними графических объектов интерфейса программы; достоверные хронометрические характеристики отклика математической модели процессов, протекающих в имитируемой схеме; схожее с реальным графическое представление результатов расчета в виде имитации работы контрольно-измерительных приборов, расположенных на пультах управления авиационного оборудования; адекватная (соответствующая реальной) реакция программы на неправильные (не предусмотренные инструкцией по эксплуатации авиационной техники) действия обучаемого.

Рисунок 5 – Встроенный редактор кода в среде Flash IDE

На втором этапе с учетом заданных требований формировалась модульная структура виртуального инструментария, представленная на блок-схеме (Рисунок 6).

Графический интерфейс программы воспринимает управляющие воздействия обучаемого на графические объекты, ассоциируемые с органами управления авиационного оборудования, и формирует поток данных изменяющихся координат графических объектов. Визуальный облик данного интерфейса может представлять собой обработанное фотографическое изображение моделируемого узла.

На третьем этапе осуществлялось алгоритмическое наполнение модулей программы виртуального инструментария.

Модуль интерпретации графических данных преобразует графическую информацию, поступающую в него в виде изменяющихся координат, в значения физических величин, характеризующих управляющие воздействия оператора.

Рисунок 6 – Структура программы виртуального инструментария

Модуль визуализации результатов расчета преобразует физические величины, полученные в результате математического моделирования физических процессов, протекающих в технологической схеме специальной техники, в графический вид.

Ядро виртуального инструментария (Рисунок 6) содержит алгоритм, построенный на основе комплексной математической модели детального описания физических процессов, происходящих в авиационных системах, например, осуществляющий расчет параметров состояния газа в любой точке его технологической схемы применительно к реальному и трансформируемому масштабу времени [2].

Разработанный по данной методике модульный виртуальный инструментарий современного самолета (Рисунок 7 а, б, в), моделирующий условия эксплуатации реальных пилотажно-навигационных комплексов и приборного оборудования, разработанный с помощью интегрированной среды разработки Flash IDE, позволяет проследить работу систем авионики в штатном режиме и изменения в их работе при различных режимах эксплуатации; проконтролировать работу по отработке возмущений; выбрать и реализовать с помощью компьютерных моделей штатных средств управления нужный режим работы; проследить работу объектов при действии сложных нештатных ситуаций и ликвидировать эти ситуации, соблюдая заданный порядок действий; убедиться в правильности выполнения действий через регистрацию действий обучаемого и сравнения их с эталонными; получать оценку действий со стороны инструктора (Рисунок 7 а, б, в).

Модульная структура, разработанного инструментария, обеспечивает возможность относительно простой модернизации виртуального инструментария и наращивания его имитационных возможностей; сокращение сроков разработки; повышение надежности работы отдельных модулей; снижение затрат на техническую эксплуатацию модулей авиационных систем; резкое уменьшение времени развертывания и потребной площади для размещения; снижение стоимости авиационных обучающих средств [1,2,4].

Реализация этих концепций позволяет создать новое поколение высокоэффективных технических средств и систем обучения. Назначение таких систем: обучение полному объему знаний о назначении, устройстве и работе сложных технологических систем; обучение управлению сложными технологическими объектами в условиях действия возмущений; обучение управлению сложными технологическими объектами при возникновении нештатных ситуаций; обеспечение устойчивых знаний и навыков; выработка необходимой реакции на возмущения разного рода; обеспечение оптимального взаимодействия инструктора и обучаемых [2,3].

а)

б)

в)

Рисунок 7 – Виртуальный инструментарий технического обслуживания систем авионики современного самолета: а) − работа с пультом управления; б) – подключение аэродромного питания; в) – подключение аккумуляторов

Таким образом, виртуальные инструментарии позволяют выработать устойчивые логические и моторные навыки эксплуатации и управления объектами и технологиями любой сложности (космонавтика, авиация, атомные и тепловые электростанции, нефтехимия и т.д.). Использование такого инструментария в образовательном процессе способствует не только повышению качества обучения, но и экономии значительных финансовых ресурсов, созданию безопасной, экологически чистой среды обучения. Однако, внедрение таких инструментариев требует комплексного подхода, как со стороны образовательных, производственных и других государственных структур.

Список использованных источников

1. Сергеев, А.Г. Применение современных компьютерных технологий для разработки виртуального инструментария по технической эксплуатации приборного оборудования самолетов / А.Г. Сергеев // Сборник материалов III Белорусско-Китайского молодежного инновационного форума «НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ–2016». – 29–30 ноября 2016 г. – БНТУ, Минск. – С. 117–118.

2. Капустин, А.Г. Роль и место процедурных тренажеров технического обслуживания воздушных судов в подготовке авиационных специалистов / А.Г. Капустин, Н.С. Карнаухов // Совершенствование обеспечения полетов авиации: тезисы докладов VI военно-научной конференции курсантов и молодых ученых. Ред. коллегия Р. И. Могилянец, М. Н. Мануйлов, Д. Ю. Мягков – г. Минск. БГАА, 2015. – 432 с.

3. Сергеев, А.Г. Особенности разработки модульного мультифункционального тренажера авиационных систем перспективных летательных аппаратов / А.Г. Сергеев // 6-я Международная научно-практическая конференция авиационного факультета учреждения образования «Военная академия Республики Беларусь» «Актуальные вопросы науки и техники в сфере развития авиации», 19-20 мая 2016 г.: тезисы докладов. – Минск: ВА РБ, 2016 – С. 149–150.

4. Сергеев, А.Г. Виртуальный комплекс для исследования электрооборудования перспективных летательных аппаратов / А.Г. Капустин, Е.В. Балич, Н.С. Карнаухов, Р.А. Омелюсик, А.Г. Сергеев // Официальный каталог инновационной недели «InMAX’15» 2015. – 128 с.

5. Богдановская, И. Информационные технологии в педагогике и психологии. Стандарт третьего поколения / И. Богдановская, Т. Зайченко // Учебник для вузов – Санкт-Петербург: ИД «Питер», – 2015. – 304с.