Программные продукты и системы

Задачи обеспечения заданной боевой готовности ВМФ можно успешно решить только при эффективном функционировании системы военно-морского образования и системы боевой подготовки. В свою очередь, эффективность образования и боевой подготовки зависит от наличия учебно-тренировочных средств (УТС), соответствующих современному состоянию ВМФ [1].

В своем развитии УТС прошли несколько этапов. Наиболее значимый этап связан с внедрением современных информационных технологий [2].

НИИ «Центрпрограммсистем» (г. Тверь) разрабатывает УТС для ВМФ более 25 лет. Это одно из ключевых направлений деятельности предприятия, которое прошло путь от разработки первой автоматизированной системы обучения (АСО) ВМФ с использованием первых локальных вычислительных сетей персональных компьютеров (АСО 101, 1992 г.) до создания тактических тренажерных комплексов, предназначенных для подготовки экипажей кораблей ВМФ (2013 г.).

Общие технические решения и применяемые технологии:

-      использование средств вычислительной техники Intel общепромышленного исполнения и локальных вычислительных сетей, в том числе в защищенном исполнении, с применением интерфейсов Ethеrnet;

-      кроссплатформенная программная реализация [3];

-      защита от несанкционированного доступа;

-      использование моделирующих систем и технологии распределенного моделирования;

-      практически неограниченные возможности по модернизации за счет как разработки и внедрения нового ПО, так и замены аппаратной части на более современные программно совместимые средства;

-      унификация программно-технических решений, используемых при разработке УТС, позволяющая полностью или частично включать их в состав других изделий;

-      использование унифицированного аппарат­но-программного комплекса руководства обучением и комплексирования (АПК РОК) [4];

-      использование инструментальных программных средств собственной разработки, которые постоянно совершенствуются, а их перечень пополняется новыми средствами.

Работа предприятия по созданию УТС для ВМФ ведется по четырем основным направлениям: АСО, специализированные тренажеры, комплексные тренажеры, тренажерные комплексы.

Автоматизированные системы обучения

Данные системы предназначены для обеспечения процесса группового теоретического обучения под руководством преподавателя [5].

В общем случае АСО – это среда, в которой автоматизированные учебные занятия реализуются как процесс функционирования единой системы, объединяющей обучающего, обучающихся и средства автоматизации. Обеспечиваются создание занятий любой тематики и различных видов (теоретические, практические, контрольные), их проведение, изменение плана проведения занятия и дополнение их новым учебным материалом. Средства поддержки проведения занятий позволяют преподавателю обеспечить индивидуальный подход к обучающемуся и оперативно воздействовать на процесс обучения.

В основу разработки АСО положен подход, предполагающий проведение автоматизированных учебных занятий на базе компьютерных обучающих программ, которые представляют собой набор информационных файлов, обеспечивающих в процессе занятий выдачу учебной информации, интерактивное управление ею, а также контроль (входной, промежуточный, выходной) в соответствии с алгоритмом, заданным разработчиком сценария компьютерных обучающих программ. Разработчиком сценария являлся специалист в конкретной предметной области с достаточным педагогическим опытом (как правило, преподаватель учебного заведения).

В общем виде специальное ПО (СПО) АСО включает комплексы программ инструментальных средств разработки компьютерных обучающих программ, поддержки проведения автоматизированных учебных занятий, поддержки учебного процесса [6].

В состав АСО включен набор опорных (базовых) компьютерных обучающих программ, на которые могут ориентироваться пользователи при разработке средствами АСО собственных компьютерных обучающих программ.

С помощью инструментальных средств предприятием создана база компьютерных обучающих программ различной тематики, состоящая на данный момент из нескольких тысяч компьютер- ных обучающих программ, которые обеспечивают информационную поддержку теоретического обучения практически по всем военно-учетным специальностям ВМФ. Работы по созданию компьютерных обучающих программ по заказу МО РФ продолжаются.

В НИИ «Центрпрограммсистем» разработано несколько поколений АСО, которые приняты на снабжение ВС РФ и широко используются при подготовке специалистов ВМФ. К ним относятся АСО-101 (1993 г., поставлено 62 серийных образца), «Обзор-АСО» (2012 г., поставлено 13 образцов) и АСО МСК (2014 г., поставлен 1 образец).

Основные технические решения:

-      технология единой информационно-дидактической среды теоретического обучения;

-      технология создания электронного образовательного ресурса (компьютерные обучающие программы, электронные учебники, интерактивная электронная документация) с использованием оригинальных инструментальных программных средств, рассчитанная на широкий круг пользователей;

-      сертификация программных комплексов для разработки и использования информации ограниченного доступа;

-      наличие специального редактора тестов для разработки контрольных вопросов, обеспечивающего возможность проведения входного, промежуточного и итогового контроля;

-      применение специальных шаблонов и биб- лиотеки учебно-информационных фрагментов, позволяющих снизить трудоемкость разработки компьютерных обучающих программ;

-      поддержка всех распространенных форматов данных и форм представления информации, в том числе 3D-графики, перечень которых постоянно расширяется;

-      возможность подключения внешних программ (например, отдельных частей программных имитаторов пультовых приборов образцов военного вооружения и специальной техники (ВВСТ) для предтренажерной подготовки);

-      открытость системы как для конечного пользователя, так и для модернизации, имеющей гибкую настройку, что позволяет потребителю использовать нужную комплектацию.

Специализированные тренажеры

Данные тренажеры предназначены для практической подготовки к эксплуатации образцов ВВСТ, то есть к техническому обслуживанию, ремонту, борьбе за живучесть технических средств и решению функциональных задач управления.

Основной целью практической подготовки является отработка, в первую очередь, моторных навыков операторов, поэтому АРМ обучающихся (АРМО) в специализированных тренажерах основаны на использовании корабельного оборудования или, как правило, аппаратно-программных имитаторов (действующих макетов) пультовых приборов образцов ВВСТ, достоверно воспроизводящих эргономику штатного оборудования. Для обеспечения подготовки по техническому обслуживанию в состав специализированных тренажеров входят имитаторы инженерных панелей и пультов, выполненные с использованием или действующих макетов, или программных комплексов в виде программных имитаторов.

Для подготовки к использованию отдельных образцов ВВСТ, особо сложных для имитации (моделирования) в обеспечение выработки умений и навыков по их эксплуатации, допускается применение специализированных тренажеров, обеспечи- вающих отработку только операторских навыков по решению функциональных задач управления. В этом случае подготовка по техническому обслуживанию и другим вопросам выполняется в режиме теоретического обучения (режим АСО) с помощью программных имитаторов инженерно-технических панелей, пультов и с имитацией режимов автоматических систем технической диагностики (АСТД). Специализированные тренажеры обеспечивают быструю адаптацию обучающихся к реальным образцам ВВСТ за счет высокой степени достоверности моделирования физических сред, имитаторов пультовых приборов образцов ВВСТ и реальных действий при их использовании.

В последние годы НИИ «Центрпрограммсистем» является основным российским производителем специализированных тренажеров радиоэлектронных средств подводных лодок ВМФ. Линейка разработанных специализированных тренажеров включает специализированные тренажеры радиолокационных комплексов дизельных и атомных подводных лодок 4-го поколения.

Основные технические решения:

-      технология создания аппаратно-програм- мных имитаторов образца ВВСТ, которые включают макет(ы) пульта(ов) имитируемого изделия, устройство сопряжения с оборудованием и управляющую ПЭВМ; устройство сопряжения обеспечивает обмен данными по протоколу ТСР/IP с управляющей ПЭВМ о положениях органов управления и состоянии индикаторов; в качестве управляющих программ используется доработанный в части обмена данными с устройством сопряжения программный имитатор;

-      использование программных имитаторов и программных комплексов «подыгрыша» для имитации функционирования штатных периферийных приборов и взаимодействующих образцов ВВСТ;

-      имитация работы встроенных систем технической диагностики, инженерных панелей, технологических пультов, моделирование включения диагностических тестов, позволяющих контролировать параметры и обнаруживать неисправности;

-      использование ПО АСО для обеспечения теоретической подготовки.

Комплексные тренажеры

Подобные тренажеры предназначены для подготовки расчетов боевых постов и командных пунктов различных уровней по решению тактических и оперативных задач. Отличительным признаком комплексных тренажеров является их направленность на отработку взаимодействия и слаженности между специалистами в составе командных пунктов, боевых и корабельных боевых расчетов по вопросам решения тактических задач, использования оружия и образцов ВВСТ, а также решения задач по борьбе за живучесть корабля и его технических средств.

Для отработки операторских (без сенсомоторных) навыков обучающихся применяются программные имитаторы пультовых приборов образцов ВВСТ, а также стилизованные интерфейсы для отработки навыков функциональной деятельности.

Комплексные тренажеры могут быть универсальными.

Направленность универсальных тренажеров – подготовка по образцам ВВСТ одинакового функционального назначения, по общим видам деятельности в составе боевого расчета, в том числе командира боевого расчета, командного пункта (ГКП, ФКП, БИЦ и др.), дежурной смены. Универсаль- ность достигается перестройкой имитационных моделей, сменой лицевых панелей АРМО, возможностью программными методами, исходя из учебных целей, конфигурировать состав и различные сочетания АРМО [7].

За последние годы НИИ ЦПС разработало для МО РФ несколько комплексных тренажеров, три из которых приняты на снабжение. Их серийные образцы поставляются в учебные классы, центры и заведения МО, к ним относятся комплексные тренажеры боевого использования РТС «Обзор» (2012 г., поставлено 13 образцов), радиотехнического подразделения «Тест» (2013 г., поставлено 14 образцов), а также тактический тренажер ПВО «Охта» (2012 г., поставлено 7 образцов).

Основные технические решения:

-      технология создания программных имитаторов образцов ВВСТ, в которых органы управления и индикации имитируются на дисплеях компьютеров, при этом использование органов управления осуществляется с помощью стандартных манипуляторов или сенсорных мониторов; предприятие разработало большое количество программных имитаторов образцов ВВСТ надводных кораблей, подводных лодок и морской авиации ВМФ, используемых в различных тренажерах и тренажерных комплексах [8];

-      технология создания моделей радиоэлектронных средств наблюдения на основе универсального имитатора функционирования, который позволяет достаточно легко настраивать модель под конкретные характеристики реальных прототипов;

-      технология эмуляции программно-технического окружения для обеспечения использования штатного функционального ПО сложных образцов ВВСТ (например боевые информационно-управляющие системы), что позволяет значительно снизить материальные и временные затраты на разработку имитаторов данных средств и обеспечить их полную адекватность;

-      возможность создания замкнутых контуров управления с «подыгрышем» за отсутствующие источники и/или потребители.

Тренажерные комплексы

Построение единой информационно-моделирующей среды и обеспечение единого управления на основе архитектуры распределенного моделирования – главная проблема при интеграции в тренажерные комплексы УТС различного функционального назначения и различных производителей.

В «Центрпрограммсистем» разработана концепция построения архитектуры распределенного моделирования и создания единого информационно-моделирующего пространства, которые обеспечивают интеграционные процессы, направленные на объединение специализированных и такти- ческих тренажеров, созданных различными производителями, в тренажерные комплексы (системы), функционирующие под единым управлением на единой тактической обстановке.

Системообразующим элементом тренажерных комплексов является АПК РОК [4], который обеспечивает

-      управление конфигурацией комплекса, составом и размещением рабочих мест обучающихся и преподавателей в зависимости от цели учебного мероприятия;

-      проведение учебных мероприятий в едином информационно-моделирующем пространстве, в едином масштабе времени и под единым руководством;

-      интеграцию отдельных тренажеров в комплекс и взаимодействие комплекса и его составных частей с внешними УТС;

-      мониторинг состояния технических средств комплекса при подготовке и в процессе проведения учебного мероприятия.

АПК РОК включает три подсистемы: моделирования, руководства обучением, комплексирования.

Подсистема моделирования предназначена для имитационного моделирования объектов тактической обстановки, процессов и явлений, функционирования технических средств корабля и развития аварийных ситуаций в соответствии с исходной обстановкой и действиями обучающихся, а также для обеспечения управления и документирования учебного мероприятия.

При моделировании тактической обстановки осуществляется моделирование

-      земной поверхности с использованием картографической информации, включая очертания береговой черты, глубину, рельеф местности, грунт, температуру и соленость морской воды;

-      гидрометеорологических условий, включая облачность, волнение моря, ледовую обстановку, течение и ветер;

-      радиолокационной среды с учетом облачности, осадков, состояния морской поверхности и прочих гидрометеорологических условий;

-      гидроакустической среды с учетом заданных гидрометеорологических и гидроакустических условий, биологических шумов и шумов дальнего судоходства;

-      радиотехнической обстановки с учетом излучающих средств наблюдения, средств связи и радиоэлектронной борьбы;

-      взаимодействующих и противодействующих сил, алгоритмов их поведения с возможностью использования средств обнаружения, применения средств радиоэлектронной борьбы и оружия в соответствии с их моделями и тактико-техническими характеристиками.

Подсистема руководства обучением предназначена для формирования задания на учебное мероприятие, управления ходом мероприятия и такти- ческой обстановкой, ручного и автоматического управления взаимодействующими и противодей- ствующими силами, а также при проведении раз- бора демонстрации развития тактической ситуации и действий обучающихся в реальном, замедленном или ускоренном времени.

Подсистема комплексирования тренажеров предназначена для проведения тренировок на нескольких тренажерах одновременно на базе единой тактической обстановки и под единым управлением.

Основные технические решения и технологии:

-      универсальный вычислительно-моделирующий комплекс (реализует сервер тактической обстановки, обеспечивает доступ к тактической обстановке по универсальному протоколу, управление и документирование);

-      универсальный пост руководства обучением (обеспечивает создание заданий на тренировки, их проведение и разбор);

-      универсальный редактор БД моделей (позволяет создавать и корректировать БД тактико-технических характеристик объектов и их образцов ВВСТ, параметров среды и др.);

-      модульный принцип построения системы моделирования с возможностью расширения номенклатуры моделей, их адаптации к конкретным учебным задачам;

-      организация моделей в единую иерархическую структуру с произвольным числом уровней; вершиной иерархии является модель тактической обстановки, в которую в качестве дочерних элементов включаются модели объектов и групповых формирований; иерархическая структура моделей обеспечивает механизм построения сложных моделей объектов с использованием набора более простых моделей, при этом количество уровней структуры определяет глубину моделирования;

-      множество готовых базовых компонентов для реализации как отдельных моделей, так и целых рабочих мест;

-      гибкий настраиваемый современный пользовательский интерфейс программ подсистемы руководства обучением;

-      возможность программного задания не только различных вариантов строев, ордеров, боевых и походных порядков объектов тактической обстановки, движения их по различным типам траекторий и профилям полетов, но и различных алгоритмов развития тактической обстановки [9];

-      система автоматизированного управления объектами обстановки на основе планов, созданных пользователем из команд, и широкого спектра готовых алгоритмов тактических действий [10];

-      эффективная система записи и воспроизведения проведенных тренировок (с точки зрения объема сохраняемых данных и быстродействия);

-      гибкая система протоколирования различ- ных событий тренировки с возможностью включе- ния в протоколы изображений и звуковых файлов, сформированных на различных УТС комплекса;

-      минимальные требования к комплексированию УТС, возможность различных вариантов ком- плексирования (с помощью сетевого протокола либо готового программного клиента);

-      системы диагностирования программных сбоев и автосохранения, обеспечивающие надежность проведения длительных тренировок;

-      использование открытых протоколов и форматов обмена данными (xml, json);

-      максимальная унификация, модульность и масштабируемость системных и прикладных программных средств, а также использование унифицированных программных интерфейсов;

-      создание АПК РОК как унифицированного комплекса, предназначенного для использования как в комплексах (системах), так и в отдельных УТС с целью обеспечения их автономной работы.

Концепция использования АПК РОК впервые была реализована в 2013 г. при создании НИИ «Центрпрограммсистем» тактического тренажерного комплекса Учебного центра ВМФ (г. Обнинск). В дальнейшем данная технология прошла апробацию и нашла применение и развитие в работах по созданию новых тренажерных комплексов и систем.

Литература

1.     Захаров В.Л., Ильин В.А., Кушнарев А.Г. Оперативно-тактическая система ВУНЦ ВМФ. Какой ей быть? // Оборонный заказ. 2010. № 28.

2.     Довженко В.Н., Стручков А.М., Туровский О.М. Использование современных информационных технологий в системе подготовки кадров для ВМФ // Морской сборник. 2009. № 12. С. 44–51.

3.     Прохоров А.А., Карпов А.А. Подход к разработке кроссплатформенного программного обеспечения // Программные продукты и системы. 2009. № 1. С. 109–111.

4.     Базлов А.Ф., Рисунков В.Б., Соколов С.Н., Струч- ков А.М. Построение архитектуры  распределенного моделирования при создании тренажерных комплексов ВМФ // Программные продукты и системы. 2013. № 2 (102). С. 5–11.

5.     Малеваный А.С., Яковлева Н.Б., Маштарова И.В. Опыт разработки автоматизированных систем обучения для теоретической подготовки // Программные продукты и системы. 2009. № 1. С. 121–124.

6.     Базлов А.Ф., Гурьева И.С., Максимов М.А., Смирно- ва Л.Н. Программный комплекс поддержки учебного процесса // Программные продукты и системы. 2009. № 1. С. 118–121.

7.     Ильин В.А., Кравчук В.Г., Прохоров А.А. Тактические тренажеры для подготовки к ведению противовоздушной обороны кораблей // Оборонный заказ. 2007. № 13. С. 16–17.

8.     Рисунков В.Б. Разработка учебно-тренировочных средств радиоэлектронного вооружения и средств радиоэлектронной борьбы ВМФ // Оборонный заказ. 2007. № 15.

9.     Прохоров А.А. Разработка модели средств автоматизации формирования сценария действий воздушного противника для тренажера противовоздушной обороны кораблей // Программные продукты и системы. 2013. № 2. С. 85–87.

10.  Андреев В.Ю., Новиков И.В., Шорин А.Б. Автоматизированный сценарий тренировки в тактическом тренажере // Программные продукты и системы. 2009. № 1. С. 116–118.