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