Пример Глава3 обоснование тех. требований

3 ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ К
РАЗРАБАТЫВАЕМОМУ УСТРОЙСТВУ
Достижения научно–технического прогресса привели к тому, что
кабины управления современного подвижного состава оснащаются
различными техническими средствами, помогающими машинисту вести
поезд, следить за окружающей обстановкой, состоянием подвижного состава
и принимать правильные решения по выходу из чрезвычайных ситуаций.
Такие системы обычно называются контрольно–управляющими. Подвижной
состав железной дороги оснащается принятыми здесь контрольно–
управляющими системами. Следовательно, и тренажеры должны быть
оснащены соответствующими оборудованием и аппаратурой, стоимость
которых весьма велика. Поэтому создание тренажера, удовлетворяющего
всем предъявляемым в настоящее время требованиям, связано с большими
расходами, но вместе с тем без оснащения контрольно–управляющими
системами тренажер не может полностью моделировать реальную ситуацию
и, таким образом, быть полноценным.
Быстрое развитие технических средств железнодорожного транспорта
обусловливает одно из основных требований к тренажерам: они должны
иметь модульную конструкцию, чтобы при переходе данной железной
дороги от одних технологий к другим можно было с относительно
невысокими затратами заменять те или иные элементы тренажера,
поддерживая его соответствие уровню дороги. Без выполнения этого
требования тренажер может в короткое время устареть, даже если его
остальные модули по–прежнему способны выполнять свои функции. При
этом важно, чтобы замену элементов можно было оперативно осуществлять
непосредственно на железной дороге, избегая монополизма компании –
изготовителя тренажера, так как обращение к ее услугам каждый раз, когда
требуется такая замена, связано с затратой времени и средств. С указанным
требованием соотносится и другое: интерфейсы между основными модулями
тренажера должны обеспечивать простое, быстрое и недорогое изменение
его компоновки.
Безусловно,
современные
тренажеры
должны
быть
компьютеризированы. Персональные компьютеры последних поколений
позволяют решить эту задачу. С технической точки зрения в настоящее
время проблем нет, поскольку на рынке компьютеров можно подобрать
оптимальный. Вместе с тем необходимо разработать специальное
программное обеспечение, адаптированное к условиям применения. Исходя
1
из поставленной задачи разработать тренажер начальной подготовки, к нему
можно выдвинуть следующие требования:
– Разрабатываемый тренажер должен иметь блочную структуру с
возможностью замены модулей без кардинальной перестройки всего
комплекса. Рационально использовать для реализации микропроцессорную
элементную базу, так как подобный подход обеспечит сравнительную
простоту перестройки вычислительного блока тренажера.
– Разрабатываемый тренажер должен иметь возможность имитации
локомотивов различных серий с заданным уровнем реалистичности. При
этом предусмотреть возможность проведения тренировок в любых погодных
условиях и любое время суток, в том числе по заранее заданным сценариям.
– Необходимо предусмотреть возможность контроля инструктором
действий обучаемого, а также оперативного управления процессом тренажа.
– Аудио– и видео–обеспечение тренажера должно обеспечивать
достаточный уровень соответствия прототипу, соответствуя при этом
санитарно-гигиеническим нормам для помещений учебных классов.
– В качестве имитирующей среды необходимо разработать либо
использовать готовый программный пакет свободного пользования,
удовлетворяющий необходимым требованиям по реализму физической
модели, с удобным пользовательским интерфейсом, обеспечивающим
одновременную работу машиниста и инструктора.
– Органы управления на рабочем месте машиниста, общие для
локомотивов всех серий, должны соответствовать по внешнему виду и
функциональному назначению своим реальным прототипам. Требование не
распространяется на демонстрационный макет, так как последний
предназначен для демонстрации работоспособности разработанного
контроллера сопряжения тренажерного комплекса и ЭВМ.
Исходя из вышеприведенных требований и руководствуясь
пожеланиями заказчика, в качестве моделирующей среды был выбран пакет
железнодорожного симулятора фирмы Microsoft “Microsoft Train Simulator”
(в дальнейшем, в связи с частым использованием словосочетания
используется общепринятая аббревиатура MSTS) [15]. Данный пакет был
разработан в 1997 году компанией Kuju специально для начальной
подготовки машинистов локомотивов для железных дорог США. Пакет был
доработан компанией Microsoft, а для свободного пользования был издан в
2000 году как железнодорожный симулятор. В общедоступной версии сняты
возможности по сопряжению ядра с аппаратными блоками тренажера
непосредственно через PCI–интерфейс и управление осуществляется с
клавиатуры. Тем не менее, высокий уровень реализма физической модели, не
2
требовательное к ресурсам ЭВМ и достаточно реалистичное графическое
обеспечение делают MSTS идеальной средой для создания тренажерного
комплекса начальной подготовки машинистов. Данный симулятор обеспечит
следующие возможности разрабатываемому комплексу:
– Встроенный редактор сценариев, маршрутов и ресурсов позволяет
оперативно создавать для тренажера методический материал даже лицам, не
имеющим специальных навыков обращения с ЭВМ, в частности, навыков
программиста. Данная возможность в настоящее время широко используется
поклонниками симулятора во всем мире, благодаря чему существует
обширная база отечественного подвижного состава, маршрутов и сценариев,
в том числе и собственной разработки [16].
– Тренажер позволяет отрабатывать следующие природные условия
на маршруте:
а) поездка в любое время суток с динамическим освещением;
б) поездка по маршруту в любое время года с отображением
возможных осадков – дождя, снега.
– Имеется возможность использовать при написании сценария
поезда, управляемые искусственным интеллектом – т.н. трафик. В
симуляторе также присутствует система взаимодействующих с железной
дорогой объектов – грузовых терминалов, железнодорожных переездов,
тоннелей, транспортных развязок, пассажирской инфраструктуры.
– В процессе тренажа при помощи специальной утилиты может
вестись запись скоростемерной ленты, идентичной реальной с последующей
записью её в специальный файл.
– При использовании на рабочем месте машиниста блока сопряжения
с ЭВМ, инструктор может дублировать команды управления, подаваемые
обучаемым машинистом, непосредственно с клавиатуры, используя
стандартную раскладку симулятора, а также в случае необходимости
полностью прервать поездку или взять управление на себя как с пульта
машиниста, так и с клавиатуры
– Интерфейс симулятора обеспечивает работу в реальном времени
основных устройств локомотивной сигнализации, применяемых на
отечественных локомотивах (АЛС и АЛСН, КЛУБ, КЛУБ–У, УКБМ), а также
сигнальной системы маршрута, используемого для обучения.
– Есть возможность в процессе симуляции делать точки
восстановления – сохранять текущий статус, а также получить в конце
поездки по сценарию список допущенных нарушений безопасного режима
ведения поезда – превышения скорости, броски, выход из расписания.
3
Таким образом, на основании вышеперечисленных требований можно
сделать вывод о том, что разрабатываемы тренажер будет относиться к
программно–аппаратным универсальным
тренажерным комплексам с
графическим обеспечением на основе средств компьютерной графики.
Звуковое обеспечение тренажера будет состоять из звуковоспроизводящей
системы объемного звучания и звуковой модели, встроенной в симулятор.
Для обеспечения связи рабочего места машиниста с виртуальной
средой предстоит разработать контроллер, преобразующий команды,
подаваемые обучаемым машинистом посредством органов управления
локомотивом, в понятные симулятору сочетания клавиш стандартной
клавиатуры. То есть необходимо разработать HID–устройство, подменяющее
для машиниста клавиатуру при управлении моделью. Инструктор имеет
возможность вмешаться в процесс тренажа посредством сохраняемых на
ЭВМ, образующей вычислительный блок тренажера, стандартных устройств
ввода.
4