Программные продукты и системы

Современные системы вооружения относятся к сложным человеко-машинным системам и являются сегодня не только возможным, но и периодически появляющимся источником техногенных аварий и катастроф. Причины дестабилизации человеко-машинных систем разные, но однозначно можно утверждать, что одной из основных является противоречие между усложняющейся техникой и неизменными возможностями человека, что приводит к значительному увеличению влияния «человеческого фактора» на общую надежность таких систем [1].

Сегодня среди задач повышения качества образовательного процесса одними из важнейших являются разработка и обеспечение военных учебных заведений и флотов современными учебно-тренировочными средствами (УТС). Актуальность этого подтверждена рядом научных работ, выполненных в интересах Военно-морского флота (ВМФ). В связи с этим обоснование и разработка облика перспективных УТС и путей развития существующей учебно-материальной базы, используемой для подготовки специалистов связи ВМФ, своевременны и актуальны.

Тренажерная техника для подготовки корабельных связистов в военно-морских учебных заведениях достаточно эффективно используется с 70-х гг. ХХ века. В Высших специальных офицерских классах ВМФ (г. Санкт-Петербург) были разработаны аппаратные тренажеры «Ручеек», «Радиотелеграфист», «Связист», «Сигнальщик», которые длительное время использовались для подготовки операторов слуховой радиотелеграфной и сигнальной связи. Комплексный тренажер «Глобус» позволял отрабатывать действия личного состава боевых частей связи подводных лодок (ПЛ) и узлов связи флотов с использованием учебных образцов техники. Данный тренажер широко применялся в учебных заведениях ВМФ до середины 80-х гг. прошлого столетия.

Известно, что аппаратные тренажеры обладают высокой надежностью, но имеют узкую функциональную направленность и низкий модерни- зационный потенциал. C 90-х годов развитие тренажерной техники тесно связано с внедрением электронно-вычислительной техники (ЭВТ) в моделирующие устройства тренажеров с последующим формированием автоматизированных рабочих мест обучающихся (АРМО) и руководителя обучения на базе ЭВМ [2].

Первым комплексным тренажером на базе ЭВТ, позволяющим имитировать процессы радиообмена ПЛ с узлами связи, стал имитационный тренажер «Посейдон» (рис. 1), в состав которого были интегрированы лицевые панели пультов управления техникой и оконечная аппаратура связи.

Длительное время для подготовки связистов использовался тренажер с аналогичными возможностями «Молния-МТ2», в котором имитировался процесс обмена сообщениями между пультом руководителя обучения (береговой командный пункт (КП) и узел связи) и пультом дистанционного управления автоматизированного комплекса связи (АКС) ПЛ «Молния-МСМ». Тренажеры «Глобус», «Посейдон» и «Молния-МТ2» наряду с одиночной подготовкой специалистов позволяли тренировать расчеты боевых частей связи совместно с командирами ПЛ. Сегодня невозможно обеспечить использование данных тренажеров из-за устаревания ЭВТ в их составе.

Развитие информационно-коммуникационных технологий обусловило техническую возможность создания тренажерно-обучающих систем, функционирующих на базе локальных вычислительных сетей и характеризующихся высокой степенью адекватности моделируемой обстановки и среды деятельности корабельных специалистов с широкой вариативностью тактических ситуаций.

К тренажерно-обучающим системам этого поколения относятся имитационные тренажеры TGS-4000 и «Marsim-C», предназначенные для подготовки специалистов связи по использованию радиооборудования ГМССБ (рис. 2).

С 2007 г. в учебных центрах ВМФ для подготовки расчетов связистов ПЛ успешно функционирует локальная автоматизированная система обучения (ЛАСО) «Пакет-Пассат», базовой моделью которой является имитатор системы дистанционного управления современного комплекса связи «Смерч».

В 2005 г. был разработан комплексный тренажер корабельных связистов (КТ КС) «Племя-С» (патент РФ на ПМ № 38246, авторы: Катано- вич А.А., Лобов С.А., Васильев В.И. и др.). Этот тренажер используется в Военном институте дополнительного профессионального образования (г. Санкт-Петербург) для индивидуального, группового и комплексного обучения специалистов различного уровня: флагманских связистов (ФС) соединений, командиров боевых частей связи ПЛ и надводных кораблей (НК), в том числе и совместно с командирами кораблей [3]. Следует отметить, что в отличие от тренажеров для подготовки подводников это первый тренажер в России, который позволил осуществлять комплексную подготовку связистов НК по использованию АКС.

КТ КС «Племя-С» (в составе тактико-специ­ального тренажерного комплекса «Командор» [4]) наряду с обеспечением теоретической подготовки позволяет проводить практические занятия [5, 6]:

–      групповые занятия по планированию связи в соединениях ПЛ и НК с определением параметров радиотрасс, построением схем связи, выполнением расчета сил и средств, разработкой распоряжений по связи (уровень ФС соединения кораблей);

–      занятия по применению каналов радиосвязи кораблей с имитацией работы основных трактов связи АКС ПЛ типа «Молния» и НК типа «Буран» и «Рубероид-2» (уровень командира боевой части связи корабля);

–      групповые занятия по изучению характеристик и устройства комплексов и средств связи с применением компьютерных имитационных моделей, воспроизводящих их внешний вид, интерфейс и алгоритмы функционирования (рис. 3) (уровень командира группы и инженера боевой части связи корабля);

–      занятия и тренировки по применению средств сигнальной и слуховой радиотелеграфной связи (уровень оператора средств связи).

В целом использование тренажера «Племя-С» для подготовки обучающихся позволяет повысить качество усвоения ими учебного материала и уменьшить необходимые для этого временные затраты, а также моделировать различные учебные ситуации, адекватные деятельности специалистов связи на флоте. Научно-педагогическим составом кафедры боевого применения средств связи накоплен богатый опыт использования данного тренажера в учебном процессе.

Вместе с этим отдельные возможности тре- нажера «Племя-С» не использовались в течение всего жизненного цикла изделия в связи с недостатками, существенно ограничивающими его полноценное применение. Выявлены следующие недостатки.

1.     Отдельные тренажерные модели средств, комплексов и каналов связи содержат ряд ограничений и неточностей в алгоритмах функционирования, что повлекло за собой отказ от их использования в учебном процессе.

2.     В режиме тренировок по обмену сообщениями не предусмотрено использование моделей современных средств связи. Это существенно ограничивает возможность тренажерной подготовки связистов для работы на новых проектах ПЛ и НК.

3.     Учебная информационная тренажерная модель организации связи подвижных объектов (ПЛ и НК) с береговым КП (узлом связи) отличается от фактической и имеет ряд существенных ограничений при моделировании учебных ситуаций, что не позволяет говорить о высокой степени адекватности моделирования предметной области.

4.     Автоматический контроль и оценка действий обучающихся, а также выработка тренажером адаптивных реакций на эти действия в соответствии с замыслом руководителя обучения не пре- дусмотрены. В связи с этим при моделировании радиообмена основная нагрузка в процессе тренировок возлагается на руководителя обучения, имитирующего работу операторов берегового КП, узла связи и системы радиоэлектронного подавления противника.

Известно, что разработчики компьютерных тренажеров часто возлагают на них множество функций отображения обучающей информации, не уделяя при этом должного внимания необходимой степени автоматизации функций управления обучением [7].

КТ КС «Племя-С» обладает широкими возможностями по моделированию предметной области [6], что достигнуто за счет информационно-коммуникационных технологий. В то же время это существенно усиливает загруженность руководителя обучения в процессе группового обучения (в том числе операторскими функциями) и не способствует индивидуализации обучения специалистов связи.

Указанные недостатки объясняются и тем, что компьютерные тренажеры являются сложными открытыми развивающимися системами с активными элементами. Особенностью разработки таких систем является то, что их легче изготовить и ввести в действие, начиная с некоторого уровня сложности, а далее преобразовывать и изменять, чем отобразить формальной моделью на этапе проектирования [8].

Одним из путей совершенствования современных тренажеров является автоматизация операторских функций руководителя обучения, которая позволит сосредоточить его усилия на решении главной педагогической задачи – определение вида обучающих воздействий в зависимости от достигнутого обучающимися уровня умений и навыков. Это подтверждается анализом литературы, содержащей вопросы методологии проектирования и использования тренажеров [7, 9].

По мнению авторов, перспективные тренажеры следует классифицровать в зависимости от целей подготовки конкретных специалистов на нескольких уровнях. Рассмотрим пути совершенствования тренажеров корабельных связистов на примере возможностей многопрофильного тренажера «Племя-С».

Специальный уровень – уровень применения комплексов, средств связи и документов по связи (в соответствии с классификацией это комплект специализированных тренажеров).

Реализация техники связи в виде программных тренажерных моделей дает преимущество для подготовки специалистов по ряду причин. В настоящее время в ВМФ достаточно остро стоит проблема комплектования учебных заведений образцами современных средств и комплексов связи. Также известно, что для полноценной подготовки специалистов поставка этой техники в единичных экземплярах не позволит обеспечить качественное групповое обучение, при котором необходимо одновременно осуществлять практическую подготовку нескольких специалистов.

Для решения такой задачи целесообразна разработка программного комплекса имитаторов КП и боевых постов боевых частей связи в соответствии с вооружением базовых проектов кораблей. Следует предусмотреть и создание гибкой системы назначения (закрепления) программных имитаторов средств связи на различные рабочие места обучающихся, что на сегодняшний день в тренажере «Племя-С» реализовано только при конфигурировании боевых постов связи НК. Это даст возможность адаптировать тренажерную подготовку к конкретной группе обучающихся: при одиночной подготовке группы специалистов или в составе расчетов для различных проектов кораблей (рис. 4).

При подготовке группы связистов каждый обучающийся будет выступать в роли командира боевой части на имитируемом КП связи ПЛ или НК. При подготовке расчетов станет возможной организация совместной подготовки специалистов, например, в следующем составе: ФС соединения ПЛ, командир ПЛ, командир боевой части и командир группы на моделируемых КП связи и на автономном резервном посту связи (АРПС) соответственно. В обоих вариантах имитация работы лиц дежурной службы управляющего КП и приданного ему узла связи будет осуществляться с АРМ руководителя обучения.

Тактико-специальный уровень – уровень применения каналов связи.

Тренажер этого уровня должен предусматривать моделирование процессов формирования сеансов связи и обмена сообщениями в имитируемых каналах связи, а также моделирование учебных ситуаций и вводных в части передачи сообщений с учетом реальных условий внешней среды и противодействия противника. Вместе с этим такой тренажер может иметь в своем составе тренажерные имитаторы комплексов и средств связи, то есть включать в свой состав комплекс специализированных тренажеров нижестоящего уровня, функционально связанных между собой.

Функционирование тренажеров тактико-специ­ального уровня основано на имитации тактической обстановки, процессов функционирования стационарных и подвижных объектов связи, информационных потоков, циркулирующих между ними, каналов связи, среды деятельности обучающегося и руководителя обучения (рис. 5).

Методология проектирования тренажеров определяет необходимость использования сис- темотехнического подхода при исследовании тренажеров с позиции надсистемы – системы тренажерной подготовки [7]. Предъявляемые требования к системным свойствам тренажеров отражены в ГОСТе РВ 29.05.005–95. Анализ соответствия возможностей тренажера «Племя-С» этим требованиям показал следующее:

–      возможность изменения параметров учебной информационной модели системы связи, позволяющей имитировать радиообмен подвижных объектов (ПЛ и НК) с береговыми КП и узлами связи, обеспечена на 75 %;

–      степень адаптивности моделей тренажера к действиям обучающихся составляет 40 %;

–      автоматизация контроля и документирования действий обучающихся реализована на 28 %.

В тренажере не предусматриваются автоматический контроль и оценка действий обучающихся, а также выработка тренажером адаптивных реакций на эти действия в соответствии с замыслом руководителя обучения. Функции берегового КП (узла связи) выполняются руководителем обучения в процессе тренажа вручную, и, как следствие, по ряду учебных элементов отсутствует возможность использования тренажера обучающимися во время самостоятельной подготовки.

При имитации потоков сообщений основную нагрузку в процессе тренировок несет руководитель обучения, и она возрастает пропорционально увеличению количества обучающихся в учебных группах. Это является следствием отсутствия в составе тренажера адаптивных к действиям обучающихся учебных моделей документов радиоданных (учебных документов по связи).

Указанный недостаток свойственен и другим современным тренажерам связи (ГМССБ, ЛАСО «Пакет-Пассат»). Следовательно, уже на тактико-специальном уровне (уровень применения каналов связи) тренажеры корабельных связистов не обеспечивают в полной мере выполнение ряда требований, возлагаемых на УТС. Можно говорить лишь о реализации в них имитационных моделей некоторых радиоканалов, позволяющих демонстрировать процессы приема и передачи сообщений с использованием имитаторов техники связи.

Для расширения возможностей перспективных тренажеров необходима разработка моделей радиоданных (документов по связи), а также адаптивной модели организации связи (обмена сообщениями) подвижных объектов ВМФ с береговыми узлами связи (КП), представляющей собой формальное отражение потоков сообщений в различных радиоканалах. Реализация в тренажерах таких компонентов позволит обеспечить моделирование работы береговой системы связи в автоматическом режиме без выполнения руководителем обучения операторских функций.

В существующих тренажерах поведенческая модель деятельности руководителя обучения, имитирующая работу лиц дежурной службы КП и узлов связи, представляет собой одноканальную систему массового обслуживания с очередью обслуживания заявок, поступающих в виде сообщений (выполненных вводных) от обучающихся. Продуктами деятельности руководителя обучения являются результаты контроля непротиворечивости и достаточности донесений, составленные им ответные сообщения-реакции и результат их доведения до обучающихся по моделируемым в тренажере каналам связи. Доказано, что такая деятельность руководителя обучения является алгоритмической, а, следовательно, может быть математически описана в виде сетей (сетевые графики, алгоритмы, сети Петри и др.) и возложена на ЭВМ [10].

Тренажерная модель организации связи подвижных объектов ВМФ с береговыми узлами связи (КП) может быть реализована системно; она представляет собой комплекс структурных, логических и расчетных элементов. В современных тренажерах тактико-специального уровня важная роль должна быть отведена разработке логических элементов, определяющих следующие алгоритмы: работа элементов в «образованиях» системы связи в соответствии с документами по организации связи; организация радиообмена береговых КП (автоматизированных объектов связи) с ПЛ и НК; формирование сеансов связи.

Тактический уровень – уровень планирования связи (тренажер управления в ГОСТе РВ 29.05.005–95). Данный уровень предполагает создание тренажерных средств формирования интеллектуальных умений и навыков по связи при решении основных тактических и функциональных задач с использованием средств интеллектуальной поддержки деятельности офицера-управленца.

Этот уровень реализован на тренажере «Племя-С» в виде специализированного программного комплекса «Тренажер флагманского связиста», который позволяет рассчитывать вероятность радиосвязи в некоторых диапазонах радиоволн с нанесением результатов на рабочую карту и разработкой ряда планирующих и директивных документов. Тренажер ФС позволяет специалистам приобретать навыки планирования связи с отдельными элементами автоматизации, что существенно экономит учебное время. В то же время следует отметить, что данный комплекс в настоящее вре- мя не может использоваться на флотах в силу ряда программных недоработок и ограничений. В частности, в реализованных методиках и алгоритмах комплекса планирования связи не учитываются ряд условий воздействия внешней среды и противника, а также особенности организа- ции связи флотов. Процесс формирования схемы связи соединения автоматизирован не в полном объеме.

Автоматический контроль и оценка действий обучающихся по планированию связи, а также выработка тренажером адаптивных реакций на действия обучающихся не предусмотрены. Таким образом, требования ГОСТ в данном тренажере не соблюдены. Поэтому так называемый тренажер ФС по своим функциям таковым не является, а представляет собой комплекс интеллектуальной поддержки принятия решений, в котором автоматизированы отдельные элементы деятельности должностных лиц по планированию связи соединения кораблей.

В соответствии с содержанием деятельности ФС на данном уровне наибольшую ценность в перспективном тренажере будут представлять структурные и расчетные элементы тренажерной модели радиообмена в системах связи различных уровней. К структурным элементам относятся различные структуры «образований» системы связи, к расчетным – методики расчета параметров тракта распространения радиоволн каналов связи с подвижными объектами ВМФ в различных диапазонах; методики расчета характеристик каналов связи различных родов связи; методики оценки качества связи с учетом воздействия вероятного противника. Разработка таких методик должна быть выполнена с ориентацией на их использование в дальнейшем и должностными лицами командного профиля. Это позволит им принимать личное участие на всех этапах количественного обоснования решений (в части организации и боевого использования связи).

Таким образом, совершенствование тренажера ФС целесообразно выполнить, как минимум, по следующим основным направлениям: разработка (внедрение в тренажер) методик оценки выполнения требований к связи в различных радиоканалах; автоматизация процесса формирования распоряжений по связи и схемы связи; автоматизация контроля и оценки действий обучающихся на основе типовых вариантов организации связи.

На наш взгляд, перспективные тренажеры корабельных связистов в соответствии с ГОСТом РВ 0169-001–2010 должны быть:

–      компьютерными, то есть без реализации в них аппаратной части и реальных лицевых па- нелей аппаратуры (по экономическим соображениям), за исключением отдельных специализированных тренажеров изделий военной техники;

–      интеллектуальными, то есть обеспечивать автоматическое функционирование по сценариям, предварительно разработанным руководителем обучения;

–      адаптивными, то есть реакции, вырабатываемые учебными информационными моделями тренажеров в автоматическом режиме, должны зависеть от конкретных действий обучающихся и соответствовать требованиям руководящих документов, регламентирующих организацию связи.

Следует также отметить, что современный ГОСТ, стандартизирующий термины и определения тренажеров военного назначения, регламентирует различные виды тренажеров, в частности, «автоматизированный», «адаптивный», «интеллектуальный» и другие тренажеры. На наш взгляд, указанные определения вносят в систему классификации тренажеров военного назначения некоторую неопределенность. Это связано с тем, что отсутствие в тренажере хотя бы одного из этих качеств не позволит называть его таковым в соответствии с требованиями, содержащимися в ГОСТ РВ 29.05.005–95.

Таким образом, на этапе создания перспективного тренажера корабельных связистов ключевая роль на тактико-специальном и тактическом уровнях должна быть отведена разработке комплексной модели радиообмена подвижных объектов ВМФ с береговыми узлами связи (КП), а также с кораблями группировки разнородных сил (тактической группы). Такая модель позволит решать ряд системных задач:

–      дидактическую – создание учебного фона (в части вариантов построения элементов («образований») системы связи и организации связи в них и между ними) при отработке тактических элементов применения сил;

–      исследовательскую – анализ и синтез вариантов построения элементов («образований») системы связи и организации связи в них и между ними при обосновании направлений развития систем связи различного уровня, проектировании их элементов и разработке документов по организации связи;

–      практическую – формирование предложений по применению элементов («образований») системы связи и организации связи в них и между ними в процессе управления связью должностными лицами системы связи.

Учебные заведения испытывают острый не- достаток в современных образцах вооружения и военной техники, поэтому наиболее востребованными в перспективных тренажерах корабельных связистов являются имитационные модели современных комплексов и средств связи (специальный уровень).

Реализация адаптивной учебной информационной модели системы связи, функционирующей в радиоканалах со свободно конструируемой синтаксической информацией, возможна, но труднореализуема. Это потребует существенных временных и интеллектуальных затрат разработчиков и в целом окажется экономически невыгодным. Системные требования к тренажерам в части адаптивности моделей тренажера к действиям обучающихся, на взгляд авторов, целесообразно выполнять только в отношении радиоканалов с формализованной структурой сообщений (тактико-специальный уровень).

Нецелесообразна и разработка различных частных расчетных методик по планированию связи для перспективного тренажера (тактический уровень), если данные методики, автоматизирующие деятельность ФС, в дальнейшем не будут востребованы и не найдут своего применения на флоте.

По мнению авторов, недостатков и ограничений, присущих тренажерам корабельных связистов, в будущем удастся избежать при соблюдении требований соответствующей нормативной документации. Общие и специальные требования к тренажерам определены в действующих государственных стандартах и не требуют уточнений. В настоящее время назрела объективная потребность в разработке руководящего документа, регламентирующего специфические требования по предметной области к тренажерам специалистов связи ВМФ различного уровня.

Литература

1.     Магид С.И., Загретдинов И.Ш., Львов М.Ю. [и др.]. Нормативно-технические требования и современная реализация тренажеров для обеспечения надежности оперативного персонала электроэнергетических объектов. URL: http: www.testener­go.ru (дата обращения: 16.11.2014).

2.     Захаров В.Г., Захаров В.Л. Учебно-тренировочные средства ВМФ: страницы истории и перспективы развития // Вестн. фонда «Кораблестроение». 2006. № 2. С. 63–70.

3.     Кузеванов В.И. Комплексный тренажер для подготовки командного состава и специалистов связи. URL: http://infomirspb.ru/articles/14.html (дата обращения: 16.11.2014).

4.     Римашевский А.А., Ильин В.А. «Командор»: информационные технологии в военно-морском образовании // Оборонный заказ. 2006. № 10. С. 3–8.

5.     Катанович А.А., Нероба Г.С. Комплексы и системы связи надводных кораблей. СПб: Судостроение, 2006. 312 с.

6.     Сергеев В.В., Пучко Е.В., Родионов А.В. Возможности комплексного тренажера корабельных связистов «Племя-С» // Автоматизированные системы управления техническим обеспечением. Обучающие системы и тренажеры: сб. матер. 2-й науч.-практ. конф. Тверь: Изд-во НИИ ЦПС, 2007. С. 54–56.

7.     Печников А.Н., Ветров Ю.А. Проектирование и применение компьютерных технологий обучения. Ч. 1. Концепция и применение компьютерных технологий обучения. СПб: Изд-во БГТУ, 2003. Кн. 1. 195 с.

8.     Волкова В.Н., Денисов А.А. Теория систем. М.: Высш. шк., 2006. 511 с.

9.     Алтунин В.К., Стручков А.М. Проектирование компьютерных систем обучения и интеллектуальной тренажерной подготовки специалистов ВМФ. Тверь: Изд-во НИИ ЦПС, 2004. 205 с.

10.  Информационные технологии в системе управления силами ВМФ; [под общ. ред. В.В. Авдошина]. СПб: Элмор, 2005. 832 с.