2 ИДЕНТИФИКАЦИЯ ОБЪЕКТА МОДЕЛИРОВАНИЯ
2.1 Обоснование научно-методической работы
В связи с усложнением производственных процессов на предприятиях в настоящее время требуются все более квалифицированные кадры. Этот факт требует и модернизации самого учебного процесса. В качестве вспомогательных образовательных ресурсов все чаще используются электронные. Среди них можно выделить компьютерные имитационные тренажеры (КИТ), виртуальные лабораторные работы (ВЛР), электронные справочные системы и др. Преимущества КИТ и ВЛР заключаются в том, что нет необходимости в создании дорогостоящих лабораторных или учебных установок.
Области применения компьютерных имитационных тренажеров постоянно расширяются. Сегодня в Европе и США они применяются в вооруженных силах, авиации, медицине, машиностроении, космонавтике и некоторых других областях. Многие крупные корпорации, такие как Ford, Boeing, General Motors и другие, имеют на вооружении полномасштабные тренажерные комплексы. Тренажеры с использованием виртуальной реальности все шире применяются и в гражданской сфере.
Применение ВЛР экономически целесообразно в высших учебных заведениях, научно-образовательных центрах и центрах повышения квалификации и переподготовки кадров в связи с возможностью индивидуального подхода к каждому обучаемому. Кроме того, при самостоятельном выполнении работ степень усвоения материала значительно повышается. Еще одно преимущество виртуальных тренажеров заключается в безопасности обучения, т.к. обучение практиканта на действующем технологическом оборудовании иногда не просто нежелательно, но и опасно (машинисты турбин, котлов, другого сложного оборудования).
Причина возрастающей популярности электронных образовательных ресурсов (ЭОР) заключается в их способности реализовать принципиально новый и очень эффективный способ обмена информацией между человеком и окружающим миром. Возможности исследования и запоминания информации в несколько раз превосходит традиционные способы. В вопросе эффективности восприятия и запоминания информации наблюдается большая схожесть взглядов. Так, например, по мнению Haskett consulting inc. (HCI): "Люди запоминают 20 % того, что они видят, 40 % того, что они видят и слышат и 70 % того, что они видят, слышат и делают" [7].
Как видно из приведенных данных на рис.2.1, КИТ и ВЛР имеют достаточно высокую эффективность среди других ЭОР.
Соответственно, для быстрого и эффективного обучения требуется максимально реалистичные интерактивные обучающие технологии и системы.
|
|
Рис.2.1 - Процентное распределение по степени усвоения материала.
|
Эти и другие качества КИТ и ВЛР имеют огромную значимость при подготовке и повышении квалификации специалистов, особенно, занятых на опасных участках производства там, где цена возможной ошибки несоизмеримо выше расходов на обучение.
ВЛР является копией реально существующей установки с точно воссозданными физическими характеристиками. В качестве дополнительного преимущества виртуального ресурса можно назвать индивидуальность выполнения работы, что весьма сложно осуществить на реальной установке. Это следствие невозможности изменения конструктивных параметров самой установки, либо, как в случае с теплотехнической, параметров окружающей среды.
Существует множество рекомендаций по увеличению эффективности ЭОР. В процессе исследования методов их создания в работе [8] были определены основные факторы, влияющие на эффективность имитационных тренажеров:
высокий уровень подобия виртуального изображения оригиналу;
возможность синтеза изображения с просчетом математической модели и взаимодействия с пользователем, как в “реальном времени”, так и с изменением масштаба времени;
достаточно точная модель оборудования и процесса.
Высокий уровень подобия виртуального изображения оригиналу является ключевым при оценке эффективности ВЛР. Пользователь должен понимать, что он видит, а не терять времени на угадывание.
Точность воссозданного процесса увеличивает эффективность тренажера за счет реалистичности поведения модели. Дело в том, что правдоподобное поведение модели создает так называемый эффект личного участия (ощущается меньшая разница между реальной и виртуальной обстановкой). Эффект личного участия, в свою очередь, влияет на запоминание информации.
Развитая имитационная модель позволяет учитывать влияние большего числа параметров, что представляет больший научно-исследовательский интерес. При работе с реальным оборудованием часто возникают ситуации, влияющие на качество и результат его работы. Примерами могут служить изменение состояния атмосферного воздуха (температура, давление, влажность), износ оборудования, аварии и т.д. Очень важно предусматривать возможность корректировки работы виртуальной установки, а также использование заранее подготовленных сценариев. Сценарии представляют собой отмеченные на временной шкале вероятности появления каких-либо событий, изменений или аварийных ситуаций. Применение сценариев позволяет повысить эффективность эксплуатации тренажера за счет имитации большего количества различных ситуаций.
Возможность изменения масштаба времени является также важной функцией, т.к. учебное время ограничено, а некоторые установки выходят на стационарный режим за достаточно продолжительное время. Зачастую невозможно провести работу полностью из-за дефицита времени. Таким образом, актуальность применения ЭОР очевидна как с экономической, так и с практической точки зрения.
Анализ КИТ и ВЛР в сфере подготовки специалистов теплоэнергетических специальностей выявил слабые стороны предлагаемых программных продуктов. Во многих из них присутствует только имитация выхода на стационарный режим работы без описания этого выхода. Зачастую именно изучение нестационарного процесса изменения параметров теплотехнической установки определяет ход решения самой задачи. У большинства существующих программных продуктов эта функция не решена, лишь ограничена математическим описанием установившегося рабочего процесса. Кроме того, предлагаемые на рынке программы очень узконаправленны и не могут быть использованы для изучения специальных дисциплин по специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция» и «Промышленная теплоэнергетика» [9].
Для решения указанных проблем на кафедре «Теплогазоснабжения и вентиляции» ГОУ ВПО «Вологодский государственный технический университет» в соответствии с основными направлениями работы НОЦ «Теплоэнергетика» было принято решение о создании комплекса ВЛР и КИТ для теплоэнергетических специальностей. Одной из первых работ стала разработка виртуальной лабораторной работы по дисциплине «Газоснабжение».
|
