Software & Systems

Сложившиеся в стране экономические условия потребовали пересмотра традиционных способов подготовки как отдельных специалистов боевых служб, так и экипажей кораблей ВМФ. Обеспечение приемлемого качества боевой подготовки в данных условиях определило увеличение доли подготовки специалистов и экипажей кораблей в береговых условиях. Появление компьютерной техники, обладающей большими вычислительными ресурсами и возможностями представления графической информации, предопределило необходимость создания компьютерных обучающих и тренажных систем подготовки специалистов ВМФ.

Следует отметить, что у истоков создания такого класса систем подготовки стояли Булычев А.Е., Серветник А.А. (сотрудники в/ч 30895), Туровский О.М. (профессор Военно-морского института радиоэлектроники), Старцев Г.В., Кузьменко А.В. (Радиотехническое управление ВМФ). Дальнейшее развитие указанного направления выразилось в необходимости создания автоматизированной системы обучения “Позиция”, предназначенной для подготовки экипажа к борьбе за живучесть подводных лодок (ПЛ).

Первым образцом компьютерных систем обучения, включающим элементы тренажной подготовки, была локальная автоматизированная система обучения (ЛАСО) “Гвоздика”, разработанная в НИИ “Центрпрограммсистем” (г. Тверь).

Дальнейшие условия и опыт эксплуатации подобных систем, появление аналогичных разработок других промышленных предприятий и учебных заведений ВМФ, а также соответствующие предложения военно-научных институтов ВМФ, подтвержденные приказами и директивами Главнокомандующего ВМФ, определили целесообразность и необходимость использования в боевой подготовке компьютерных систем обучения, базирующихся на сети персональных компьютеров (ПК) общепромышленного исполнения.

Данные решения определяются следующими факторами:

-                    низкой стоимостью разработки опытных и поставки серийных образцов компьютерных тренажеров (КТ) по отношению к соответствующим тренажерам, включающим реальное оборудование (соотношение в стоимости разработки ориентировочно составляет 1 к 10, а выпуска серийных образцов как минимум 1 к 100);

-                    дешевизной эксплуатации;

-                    широкими возможностями модернизации, адаптации и расширения функциональных возможностей КТ;

-                    высокой эффективностью обучения и подготовки специалистов ВМФ, достигаемой за счет возможностей создания различных штатных и нештатных ситуаций.

Как показывают исследования институтов ВМФ, время подготовки операторов систем управления корабельными устройствами распределяется следующим образом:

·                     80-90 % – отработка интеллектуальных навыков;

·                     20-10 % – отработка моторных навыков операторов на реальном оборудовании.

В то же время проектирование систем управления новых проектов кораблей осуществляется на базе современных компьютерных систем (4-е поколение систем автоматизации), которые характеризуются близостью (похожестью) пультов и органов управления компьютерной техники общепромышленного исполнения. Указанное обстоятельство подтверждает необходимость увеличения доли подготовки специалистов на средствах компьютерного обучения.

Однако включение в практику подготовки специалистов ВМФ компьютерных средств не исключает практическую подготовку экипажей на реальной аппаратуре как при стоянке кораблей в базе, так и в море.

Тренажеры, базирующиеся на сети ПК, как правило, состоят из одного или нескольких компьютеров поста руководства обучением (ПРО), компьютеров рабочих мест обучаемых (РМО), системы отображения информации коллективного пользования и вычислительно-моделирующих комплексов (ВМК), предназначенных для обеспечения моделирования в реальном времени процессов, протекающих в указанном оборудовании. Программное обеспече- ние (ПО) КТ состоит из соответствующих комплексов программ (КП): ПРО, РМО и ВМК.

Опыт разработки ПО КТ для подготовки специалистов ВМФ, а также анализ технических зада- ний (ТЗ) на разрабатываемые тренажеры показывает, что комплексы обучающих программ (ОП) должны состоять из компонент, обеспечивающих выполнение заданных ТЗ функций.

Þ                 КП ПРО включает:

·                     программы создания компьютерных ОП и соответствующие программы их исполнения как в сети РМО под руководством преподавателя, так и автономно (данные ОП предназначены для изучения технических средств, принципов их работы, правил эксплуатации и т.д.);

·                     программы задания исходных данных на тренировку (редакторы данных). Содержание данных программ определяются прежде всего составом обучаемых специалистов. Так, например, для подготовки специалистов радиотехнических систем, управления маневрированием, управления оружием, связи и подготовки корабельного боевого рас- чета (КБР) необходимо с той или иной степенью точности обеспечивать задание района действия, гидрометеоусловий, тактической и помеховой обстановки и т.д.;

·                     программы управления проведением тренировок преподавателем, обеспечивающие выдачу заданий на тренировку, регистрацию обучаемых, контроль действий обучаемых, изменение условий тренировки, останова, возврата, ускорения (замедления), проведение разбора занятий и т.д.;

·                     программы конфигурирования РМО и определения состава обучаемых.

·                     программы архивирования занятий, в том числе и их результатов, данных по учету степени обучаемости специалистов и т.д.;

·                     ряд сервисных программ, определяемых требованиями ТЗ, как, например, программы тестирования оборудования и целостности ПО;

·                     программы, обеспечивающие связь ПРО с РМО и ВМК по локальной сети.

Þ                 КП РМО включает:

·                     программы поддержки функционирования РМО, в том числе обеспечения запуска и завершения работы программных имитаторов корабельных приборов (узлов) и обеспечения связи с ПРО;

·                     программы, имитирующие работу приборов, в том числе обеспечивающих имитацию органов управления и их индикаторных процессов, сигнализаторов и т.д. (в зависимости от конкретной реализации проекта указанные программы на РМО должны обеспечивать и имитацию физических процессов изучаемых устройств);

·                     программы, обеспечивающие использование и воспроизведение аудиоинформации и речевого обмена.

Þ                 КП ВМК предназначен в основном для обеспечения реализации моделей развития тактической обстановки, движения объектов, действий взаимодействующих сил и средств, а также моделей, описывающих действия разумного противника и т.д., для тренажеров подготовки специалистов КБР. Для тренажеров подготовки специалистов по борьбе за живучесть, управления движением, энергетическими установками ВМК обеспечивает реализацию моделей пространственного движения объектов, как правило, в шести степенях свободы, развития аварийных ситуаций и т.д.

Предыдущие проекты тренажеров разработки НИИ “Центрпрограммсистем” не включали ВМК, поэтому ПО базировалось на распределенной схеме обработки информации. Такое решение определялось низкими производительными ресурсами локальной вычислительной сети и ПК (реализация ПО тренажеров базировалась на компьютерах с 286, 386 и 486 процессорами).

Появление локальных сетей со скоростью 100 Мб/с и более дешевых ПК с мощными вычислительными ресурсами позволяет включать ВМК в состав тренажеров. Включение ВМК обеспечивает возможность увеличения модульности построения ПО, что, в свою очередь, значительно упрощает его модернизацию и развитие.

В настоящее время разработаны и находятся в эксплуатации ряд программных средств (ПС) КТ:

-                    управления маневрированием, использующим видеоинформацию, отражающую реальный географический район плавания (“Транзас”, г. С.-Петербург);

-                    подготовка к борьбе за живучесть (“Програмпром”, г. Москва);

-                    управления оружием (НПП “Система”, г. С.-Петербург);

-                    управления энергетической установкой для дизельной ПЛ (ВМИИ, г. Пушкин, Ленинград- ская обл.);

-                    ЛАСО “Гвоздика”, включающая элементы тренажа специалистов радиотехнической службы как надводных кораблей, так и ПЛ; тренажер “Межречье”, предназначенный для подготовки специалистов общекорабельных систем и по борьбе за живучесть ПЛ; “Мандарин” для подготовки КБР экипажа 956 эсминца (НИИ “Центрпрограммсистем”, г.Тверь).

Кроме того, на начальных стадиях разработки в НИИ “Центрпрограммсистем” находятся КТ по борьбе за живучесть “Баллон”, тактический тренажер КБР “Жигули”. Планируется разработка компьютерных тренажеров по борьбе за живучесть, ЛАСО “Гвоздика” и программный комплекс подготовки расчетов ПВО надводных кораблей.

На данном этапе определена необходимость создания ряда специализированных тактических тренажеров по различным проектам кораблей, которые должны включать подготовку всего экипажа, иначе говоря, создания ряда компьютерных имитаторов кораблей.

Широкое развитие приобрело внедрение в процесс подготовки ОП, программ предтренажной подготовки, разработанных преподавателями конкретных учебных заведений. Однако использование указанных разработок ограничивается их использованием только в рамках одного учебного заведения.

Особенности внедрения подобных разработок к использованию их в других учебных заведениях следующие:

-                    разработка программных продуктов осуществляется с использованием различных инструментальных средств в любых технологических средах;

-                    высокая трудоемкость разработки тренажных и обучающих программ;

-                    высокая текучесть кадров преподавательского состава учебных заведений ВМФ, что определяет трудность и практическую невозможность сопровождения программных продуктов при их эксплуатации;

-                    разработка осуществляется только за счет энтузиазма преподавательского состава, не имеет экономического стимулирования и тиражирования;

-                    невозможность средствами энтузиастов осуществлять продвижение (рекламу) программных продуктов.

Одним из способов внедрения разработанных (разрабатываемых) компьютерных средств подготовки специалистов ВМФ является создание соответствующей кооперации, в состав которой входят институты ВМФ, выполняющие функции сертификационных центров, и предприятия промышленности, обеспечивающие поставку и сопровождение программных продуктов в соответствии с отечественной (международной) нормативной базой.

Трудоемкость разработки компьютерных ОП

ОП – это программный продукт, предназначенный прежде всего для изучения с использованием ПК в режиме диалога теоретических основ физических процессов, правил эксплуатации приборов, устройств и принципов их построения и т.д. Традиционно принято, что изучение одной темы из курса осуществляется в течение 45 мин. Иначе говоря, одна ОП должна быть спроектирована так, чтобы ее наполнение позволило обучаемому достичь целей обучения за это время.

Структура ОП представляет собой конечный набор фрагментов (кадров) информации изображаемых на экране ПК, который включает:

-                    графические изображения, в том числе изображения приборов, панелей, органов управления, схем, графиков расчетов и т.д.;

-                    процедуру изменения информации, изображаемой на экране ПК в соответствии с действиями обучаемого;

-                    процедуры описания логики состояний изучаемых устройств в зависимости от действий обучаемых;

-                    семантическое описание выдачи фрагментов ОП на экран компьютера в зависимости от действий обучаемого;

-                    процедуру автоматической (автоматизированной) оценки знаний обучаемого;

-                    условия доступа к справочному материалу изучаемой темы и т.д.

С целью повышения дидактического восприятия учебного материала обучаемым следует использовать цветовую сигнализацию и звуковое сопровождение.

Разработка ОП осуществляется в 2 этапа: создание преподавателем сценария ОП и реализация указанного сценария в виде набора данных, воспринимаемых соответствующими компьютерными программами.

Как показывает опыт, соотношения в трудоемкости создания ОП таковы:

-                    40 % затраты на разработку сценария ОП;

-                    60 % затраты на производство ОП по указанному сценарию.

В зависимости от сложности реализации сценария ОП (наличие анимации, видео- и аудиоподдержки восприятия изучаемого материала, программной реализации изучаемой логики устройств) трудоемкость создания ОП с использованием специализированных программных средств колеблется в диапазоне 3–6 человеко-месяцев (чел./мес.) с учетом затрат на разработку сценария.

Содержание работ по созданию ПО КТ:

1. Анализ ТЗ.

2. Выбор технологической среды разработки (операционная система, инструментальная среда проектирования, анализ наличия и возможности использования аналогичных средств и компонент ПО).

3. Разработка (получение) и анализ математических описаний объектов моделирования, описания пультов управления и т.д. и соответственно требований по информационному, дидактическому и математическому обеспечению разработки.

4. Разработка инструментальных средств проектирования ПО (в выбранной технологической среде – это создание инструментальных средств обработки активных полей видеокадров, средств создания, хранения графических, текстовых, звуковых и видеофрагментов, универсальных процедур описания и задания условий режимов работы тренажеров и т.д.).

5. Разработка комплексов программ рабочих мест преподавателя, РМО и ВМК.

6. Комплексная отладка ПО КТ.

7. Разработка и выпуск документации.

8. Проведение испытаний и предъявление ПС на государственные испытания.

В таблице приведены оценки трудоемкости данных работ.

Примечание. Состав, содержание и выполняемые функции ПО ВМК в зависимости от назначения тренажера различны, и, соответственно, трудоемкость его разработки определяется не только составом моделей, но и заданной точностью моделирования используемых параметров.

В таблице отражены данные, основанные на проектных решениях по созданию ПО, базирующихся по централизованной схеме обработки информации, так как она обладает более высокими возможностями адаптации и модернизации по отношению к распределенной схеме построения ПО тренажеров.

Итак, общая трудоемкость создания ПО КТ может определяться следующим образом:

Т=+ t ПРО + n * t РМО + t ВМК + t Д ,

где t i и T –  трудозатраты, расходуемые на про- изводство компонент ПО и выпуск документа- ции (чел./мес.); n – число РМО в КТ.

Практический анализ трудоемкости соответствующих разработок, приведенных в указанной таблице, показывает, что общая трудоемкость определяется в следующем диапазоне:

Т = (209 – 269) + (197 – 317) + n * 12 + (96 – 156) = = (502 – 742) + n * 12 + 12

Число имитаторов пультов приборов управления системами корабля в зависимости от соответствую-

щей боевой части, КБР составляет 3–18. В этом случае затраты на производство указанных КТ находятся в диапазоне 550 – 970 (чел./мес.), при этом доля трудоемкости в разработке программных имитаторов, определяющая подготовку конкретных служб корабля, составляет от 5 до 50% от общей трудоемкости.

Подытожим сказанное.

·                     Внедрение опыта преподавателей учебных заведений в практику подготовки специалистов, выраженного в разработанных ими компьютерных ОП, невозможно без:

-                    создания инфраструктуры внедрения указанных средств в учебные заведения ВМФ. Данная структура должна в первую очередь базироваться на финансовой поддержке ВМФ сертификационных центров на базе существующих институтов и предприятий промышленности, обеспечивающих ведение фонда указанных обучающих средств и их поставку потребителю;

-                    определения единых требований к компьютерным средствам подготовки специалистов ВМФ. Данные требования должны определять прежде всего форматы и точность представления данных как для обучения экипажа решению тактических задач, так и для отработки их навыков по управлению ОКС и борьбе за живучесть.

·                     С целью минимизации затрат, расходуемых на создание компьютерных средств подготовки специалистов ВМФ, прежде всего необходимо:

-                    обеспечить координацию работ промышленных предприятий за счет определения единого заказывающего управления ВМФ и соответствующего института ВМФ;

-                    разработать и внедрить унифицированные технологические средства разработки КТ;

-                    создать фонд математических моделей устройств, узлов, приборов, соответствующих операторских пультов их управления по всей номенклатуре данных изделий для всех эксплуатируемых проектов ПЛ и надводных кораблей. Точность описания указанных моделей должна быть подтверждена соответствующими институтами ВМФ.