SWorld – 18-29 June 2013 http://www.sworld.com.ua/index.php/ru/conference/the-content-of-conferences/archives-of-individual-conferences/june-2013

MODERN PROBLEMS AND WAYS OF THEIR SOLUTION IN SCIENCE, TRANSPORT, PRODUCTION AND EDUCATION 2013

УДК 622 – 1:[658. 512. 2:331.101.1]

Великанов В.С., Шабанов А.А., Махмудова С.Н., Череднякова Е.В.

РАЗРАБОТКА ТРЕНАЖЕРНО-ОБУЧАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ

ПОДГОТОВКИ ОПЕРАТОРОВ ГОРНЫХ МАШИН И ТРАНСПОРТНО-

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет

им. Г.И. Носова»

UDC 622 – 1:[658. 512. 2:331.101.1]

Velikanov V.S.,Shabanov A.A.,Mahmudova S.N.,Cherednyakova E.V.

DEVELOPMENT FITNESS-TRAINING SYSTEMS OPERATOR TRAINING

MINING MACHINERY AND TRANSPORTATION ENGINEERING

COMPLEX

FSEI HVE "Magnitogorsk State Technical University G.I. Nosov"

В работе определена возможность использования тренажерно-

обучающей системы, в соответствии с основными структурными

компонентами учебно-познавательной деятельности, к дидактическим

компонентам тренажерно-обучающей системы отнесены: содержательный,

операционно-деятельный и оценочно-результативный.

Ключевые слова: квалификация, компьютерные технологии, система,

оператор, карьерный экскаватор, знания, навыки, тест, симулятор.

The paper identified the use of the fitness-training system, in accordance with

the basic structural components of teaching and learning activities, to the didactic

components of fitness-training system include: meaningful, operationally active and

estimation-effective.

Keywords: skills, computer technology, the system operator, mining excavator,

knowledge, skills, test simulator.

Повышение качества использования оборудования по назначению в

значительной степени зависит от профессиональной подготовленности

машинистов и обслуживающего персонала. В работах [1, 2] установлено что,

при высококвалифицированном управлении экскаватором изменение нагрузок

во времени имеет стационарный характер, с математическим ожиданием в

пределах номинальных величин. В то время, как при работе оператора с низкой

квалификацией нагружении главных приводов носит ярко выраженный,

нестабильный колебательный характер и резко возрастает за весьма короткий

промежуток времени, достигая значений, близких к стопорным, что пагубно

сказывается на работе основных узлов экскаватора, особенно в плохо

подготовленных забоях и в условиях холодного климата. Продолжительность

цикла у машиниста низкой квалификации значительно больше, что снижает

производительность экскаватора. В работе [2] в ходе натурных исследований

установлено, что режимы управления влияют на возникновение

дополнительных нагрузок в подъемных канатах. Действительно, при работе на

одном и том же экскаваторе и в одних и тех же эксплуатационных условиях

нагрузки, возникающие в подъемных канатах, резко отличаются друг от друга

при управлении машинистами разной квалификации. Такие периодически

повторяющиеся от цикла к циклу перегрузки значительно сокращают срок

службы и могут быть причиной преждевременного разрушения многих деталей

и узлов (зубчатых передач, валов и др.) карьерных механических лопат.

В связи с этим для повышения качества использования горно -

транспортного оборудования необходимо внести коррективы в систему

подготовки рабочих кадров основных профессий. И, в первую очередь, особое

внимание уделить подготовке и повышению квалификации Эффективное

управление персоналом, в том числе подготовка и переподготовка кадров

промышленных предприятий в настоящее время невозможна без использования

современных компьютерных технологий, которые интенсивно внедряются во

все сферы управления. Выполнение социального заказа на высокоэффективные

технологии подготовки и переподготовки кадров потребовало создание

устойчиво развивающейся системы непрерывной опережающей

профессиональной подготовки кадров, обеспечивающей новое качество

образовательной деятельности. cстремительный рост номенклатуры горного

оборудования и сложности изучаемого материала привели к тому, что

традиционная система обучения стала недостаточно эффективной и требует

инновационных технологий, основанных на использовании информационно-

вычислительной техники [3].

Одной из основных задач системы подготовки и переподготовки персонала

является оценка соответствия кадрового состава должностным обязанностям,

что требует постоянного определения уровня знаний и умений сотрудников,

что может быть реализовано лишь за счет всестороннего использования

процедур компьютерного тестового контроля, обеспечивающих динамическую

идентификацию уровня подготовленности персонала с помощью единой

информационной образовательной среды.

В настоящее время имеется большое количество систем для

осуществления дистанционного обучения и тестового контроля (рис. 1) [4].

Рис. 1. Результаты анализа электронных журналов («Компьютерра»,

«Хакер», «Мир ПК», «Компьютер Информ») по вопросу использования систем дистанционного обучения и тестового контроля

В настоящем исследовании разработана структура обучающей системы

подготовки операторов экскаваторов, включающая блоки контента учебного

материала и возможность проверки знаний с помощью тестирования.

В соответствии с основными структурными компонентами учебно-

познавательной деятельности, к дидактическим компонентам тренажерно-

обучающей системы отнесены: содержательный, операционно-деятельный и

оценочно-результативный.

Учитывая специфику подготовки операторов экскаваторов, опишем

структуру будущей системы. Оператор экскаватора с помощью проектируемой

системы обучения должен освоить как теоретические основы работы с

машиной, так и практические навыки, иметь возможность пройти тестирование

по материалу, заложенному в систему [5, 6].

К программному тренажеру предъявлялись следующие требования:

быстродействие; наглядность (свойство, выражающее степень доступности и

понятности образов объектов познания для познающего субъекта).

В программном тренажере выделены следующие закладки: меню,

симулятор, справка, выход.

Среда разработки. Microsoft Visual Studio - линейка продуктов компании

Microsoft, включающих интегрированную среду разработки программного

обеспечения и ряд других инструментальных средств. Данные продукты

позволяют разрабатывать как консольные приложения, так и приложения с

графическим интерфейсом, в том числе с поддержкой технологии Windows

Forms, а также веб-сайты, веб-приложения для всех платформ,

поддерживаемых Microsoft Windows, Windows Mobile и другими.

Visual Studio включает в себя редактор исходного кода с поддержкой

технологии IntelliSense и возможностью простейшего рефакторинга кода.

Встроенный отладчик может работать как отладчик уровня исходного кода, так

и как отладчик машинного уровня. Остальные встраиваемые инструменты

включают в себя редактор форм для упрощения создания графического

интерфейса приложения, веб-редактор, дизайнер классов и дизайнер схемы

базы данных. Visual Studio позволяет создавать и подключать сторонние

дополнения (плагины) для расширения функциональности практически на

каждом уровне, включая добавление поддержки систем контроля версий

исходного кода, добавление новых наборов инструментов (например, для

редактирования и визуального проектирования кода на предметно-

ориентированных языках программирования) или инструментов для прочих

аспектов процесса разработки программного обеспечения.

Visual Studio включает один или несколько компонентов из следующих:

Visual Basic .NET, а до его появления - Visual Basic; Visual C++; Visual C#;

Visual F# (включён начиная с Visual Studio 2010).

C# - объектно-ориентированный язык программирования. Разработан в

1998-2001 годах группой инженеров под руководством Андерса Хейлсберга в

компании Microsoft как язык разработки приложений для платформы Microsoft

.NET Framework и впоследствии был стандартизирован как ECMA-334 и

ISO/IEC 23270.

C# относится к семье языков с C-подобным синтаксисом, из них его

синтаксис наиболее близок к C++ и Java. Язык имеет статическую типизацию,

поддерживает полиморфизм, перегрузку операторов (в том числе операторов

явного и неявного приведения типа), делегаты, атрибуты, события, свойства,

обобщённые типы и методы, итераторы, анонимные функции с поддержкой

замыканий, LINQ, исключения, комментарии в формате XML.

Для разработки программного продукта использована среда разработки

Microsoft Visual Studio 2010. В отличие от своих предшественников эта среда

имеет ряд преимуществ, а именно:

1. Визуальные усовершенствования. Интегрированная среда

разработки была сконструирована заново для улучшения читаемости. Удалены

ненужные линии и переходы цветов, чтобы уменьшить перегруженность.

2. Поддержка нескольких мониторов. Окна документов, такие как

редактор кода и окно представления конструирования, теперь могут

размещаться вне окна интерфейса IDE. Например, можно перетащить редактор

кода за пределы интерфейса IDE, чтобы можно было видеть его рядом с окном

представления конструирования.

3. Редактор кода. Новый редактор кода облегчает чтение кода. Можно

масштабировать текст, нажав клавишу CTRL и вращая колесо мыши. Кроме

того, если щелкнуть символ в Visual C# или Visual Basic, автоматически будут

выделены все экземпляры этого символа.

4. Поиск по мере ввода. Новая функция "Перейти к" предоставляет

поддержку поиска по мере ввода для файлов, типов и элементов. Например,

можно использовать сокращение "AOH" для поиска "AddOrderHeader".

Системные требования. Минимальные системные требования: процессор

Pentium III и выше; объем оперативной памяти - 256 Мб и выше; объем

доступного свободного места на жестком диске – 50 Мб; операционная система

Windows XP и выше; разрешение экрана 1024х780 и выше. Для установки

тренажера на компьютер пользователя необходимо выполнить вход в MS

Windows с правами администратора.

Программный тренажер состоит только из панели управления. Панель

управления предназначена для реализации общих действий при работе с

тренажером. Панель содержит четыре закладки: «Меню», «Симулятор»,

«Справка» и «Выход». Рассмотрим работу с каждой из этих частей по

отдельности.

Закладка «Меню» включает в себя две кнопки: «Начать тест» и «Начать

демонстрацию» (рис. 2).

Рис. 2. Закладка «Меню»

При нажатии на кнопку «Начать тест» пользователю предлагается

самостоятельно, без доступа к теоретическому материалу за 30 минут пройти

тестирование, которое состоит из 20 вопросов. Информация о том, верный ли

он сделал выбор, будет доступна только после прохождение тестирования до

конца. Варианты ответов перемешиваются, что позволяет исключить

запоминание номера верного ответа, и для того, чтобы верно ответить на

вопрос, необходимо знать именно текст верного ответа. В блоке тестирования

содержатся вопросы по следующим областям знаний: механическое

оборудование экскаватора; гидравлическое оборудование экскаватора;

электрическое оборудование экскаватора.

Вопросы теста подразделяются на пять типов: «Выбор одного варианта

ответа»; «Выбор нескольких вариантов ответа»; «Установка соответствия»;

«Ввод ответа с клавиатуры»; «Расстановка в нужном порядке» (рис.3-7).

Рис. 3. Схема тестового вопроса «Выбор одного варианта ответа»

Рис. 4. Схема тестового вопроса «Выбор нескольких вариантов ответа»

Рис. 5. Схема тестового вопроса «Установить соответствие»

Рис. 6. Схема тестового вопроса «Ввод ответа с клавиатуры»

Рис. 7. Схема тестового вопроса «Расстановка в нужном порядке»

После прохождения тестирования формируется отчет о количестве

правильных и неправильных ответов, на основании которого программа

выставляет пользователю рекомендуемую оценку. Кроме этого, имеется

возможность в режиме просмотра вернуться к неверно отвеченным вопросам

(рис. 8).

Рис. 8. Схема отчета о прохождении тестирования

При нажатии на кнопку «Начать демонстрацию» пользователю

предлагается просмотреть курс видеоуроков, состоящий из трех основных

технологических операций экскаватора: разработка горной массы и грунта;

перемещение экскаватора в процессе работы; погрузка полезного ископаемого

и породы в автомашины.

Закладка «Симулятор» (рис. 9) позволяет пользователю решать целевые

задачи, т.к. все действия ведутся на специально-разработанном виртуальном

пульте, в точности повторяющим реальный пульт управления экскаватора.

Основной задачей данной закладки является разработка сценариев действия

пользователя. Закладка имеет две кнопки: «Изучение виртуального пульта

экскаватора», «Изучение технологических операций». Нажимая на первую

кнопку, машинист решает простые задачи по манипуляции рабочими органами

и перемещению экскаватора. Таким образом, идёт подготовка к более

сложному разделу, в котором машинисту предстоит выполнять реальные

задачи, возможные на горных предприятиях, согласно одному из целевых

сценариев.

Рис. 9. Схема закладки «Симулятор»

Перечень сценариев: разработка горной массы и грунта; перемещение

топлива и различных материалов на складах, на транспортные средства, в

отвал; планировка забоя, верхней и нижней площадок уступа; перемещение

экскаватора в процессе работы; обеспечение технически правильной

разработки забоя и эффективного использования экскаватора; послойное

разрабатывание грунта; погрузка полезного ископаемого и породы в

железнодорожные составы; погрузка полезного и копаемого и породы в

автомашины; укладка породы в выработанном пространстве и на отвале;

производство селективной разработки забоя; профилирование трассы

экскаватора; обеспечение выемки горной массы по сортам; очистка ковша от

налипшего грунта; профилактический осмотр и участие в ремонте экскаватора.

Сценарии должны предусматривать точную последовательность действий

машиниста экскаватора, а логика программы учитывать как критические, так и

некритические ошибки. К критическим ошибкам будет относиться перегрузка

ковша, а к некритическим явная его недогрузка, что увеличит время

выполнения операции.

На экране пользователь видит пульт управления с видом из кабины, а

вверху экрана 3D-модель экскаватора с боку. Любое действие экскаваторщика

будет отображаться сразу на двух видах, что значительно упростит

привыкание пользователя к системе, и облегчит выполнение задач. Все рычаги

и кнопки в кабине являются интерактивными.

Данный симулятор имеет ряд преимуществ: изучение сложного

технологического оборудования; понимание сути происходящих процессов

путем проведения имитационных экспериментов; наглядное представление

учебного материала средствами компьютерной графики; активная форма

обучения, повышение эффективности учебного процесса; улучшение

восприятия учебного материала; усиление мотивации обучения через игровой

эффект.

Закладка «Справка» используется для доступа к системе помощи (рис. 11).

В упомянутой выше закладке описана специфика подготовки машинистов

экскаваторов, перейти к которой можно воспользовавшись следующим путем:

Справка – Содержание – Специфика подготовки машинистов экскаваторов

(рис. 12).

Рис. 12. Специфика подготовки машинистов экскаватора

При нажатии на закладку «Выход» программа закрывается, и работа с

тренажером заканчивается (рис. 13).

Рис. 13. Схема закладки «Выход»

Важнейшим достоинством разработанного программного продукта

является тот факт, что систему можно постоянно и оперативно

совершенствовать в зависимости от требований заказчика. С различными

особенностями проведения работ, может появиться потребность в создании

новых сценариев ведения технологического процесса, что в кротчайшие сроки

может быть выполнено разработчиком.

Литература:

1. В.С. Квагинидзе, О.В. Мурзина, Н.А. Дудник Совершенствование

системы подготовки рабочих кадров на производстве // Перспективы развития

горно-транспортного оборудования: Сборник статей. Отдельный выпуск

Горного информационно-аналитического бюллетеня. – М.: изд-во «Горная

книга», 2011. – ОВ №5. – С. 298-303.

2. Великанов В.С. Реализация подходов по совершенствованию

эргономических показателей карьерных экскаваторов: Монография. –

Магнитогорск: ФГБОУ ВПО «МГТУ», 2011. – 85 с.

3. Семиног С.А., Великанов В.С. Мультимедийная обучающая система

для подготовки операторов горных машин и транспортно - технологических

комплексов // Промышленная безопасность и охрана труда на предприятиях

топливно-энергетического комплекса: Сборник статей. Отдельный выпуск

Горного информационно-аналитического бюллетеня. – М.: изд-во «Горная

книга», 2011. – ОВ №9. – С.164-172.

4. Великанов В.С., Исмагилов К.В., Рыбаков А.Н. Использование

современных интернет - технологий для подготовки персонала горно -

транспортных машин // Перспективы развития горно-транспортного

оборудования: Сборник статей. Отдельный выпуск Горного информационно-

аналитического бюллетеня. – М.: изд-во «Горная книга», 2011. – ОВ №5. – С.

318-326.

5. Великанов В.С. Тренажерная подготовка - как фактор обеспечения

эффективной эксплуатации горного оборудования и формирования кадрового

резерва горных предприятий // Горная промышленность. - 2012. - № 4. - С.

122-124.

6. Великанов В.С. Тестовые методики и тренажерные средства в системе

повышения профессионального мастерства операторов горных машин //

Горный журнал. – 2012. – №9. – С.131-133.