Способ подготовки операторов транспортеров-погрузчиков
Владельцы патента RU 2725226:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" (RU)
Изобретение относится к учебным моделям или тренажерам для обучения управлению транспортными средствами. Способ подготовки операторов транспортеров-погрузчиков характеризуется тем, что испытуемому на экране видеомонитора предъявляют зрительный стимул и управляемый объект с отмеченным центром, которым с помощью манипулятора испытуемый управляет и совмещает центры зрительного стимула и управляемого объекта. В момент предполагаемого совмещения испытуемый нажимает кнопку манипулятора «Готов», затем измеряют время с момента появления зрительного стимула до нажатия кнопки «Готов» и ошибку наведения прицела. Тест повторяют несколько раз и вычисляют время реализации моторного слежения. Зрительный стимул представляет собой отрезок, расположенный горизонтально, предъявляемый на экране видеомонитора. В каждом испытании длина зрительного стимула и его местоположение на экране меняют произвольным образом. При этом считают, что центр отрезка соответствует центру тяжести данного зрительного объекта, а ошибка наведения прицела равна расстоянию между центрами зрительного стимула и прицела в момент нажатия кнопки «Готов» в горизонтальной проекции. Точность определения центра тяжести груза вычисляют по формуле. Повышается уровень подготовки обучаемого.
Изобретение относится к области моделирующих устройств, которые следует рассматривать как учебные или тренировочные устройства, вызывающие у обучающихся ощущения, идентичные ощущениям, возникающим при обращении с реальными устройствами, отличающиеся обеспечением записи или измерения характеристик обучаемого.
В настоящее время известны способы проведения психофизиологических исследований, направленные на измерение скорости и точности зрительно-моторного слежения человеком, основанные на демонстрации испытуемому динамических виртуальных мишеней и измерении времени задержки и упреждения реакции в виде нажатий испытуемым клавиш манипулятора при совпадении динамической мишени и цели.
Так, известен способ обучения навыкам движения и устройство для его реализации [1]. Способ применяется в медицине и основан на принуждении обучающего к многократному повторению обучаемым больным заданных циклов движений по меньшей мере одной частью тела, обучаемого механически принуждают повторять по меньшей мере одной частью тела циклы естественных движений здорового человека, передаваемых через механическую связь от той же части тела обучающего здорового человека.
Недостатками данного способа обучения является то, что в процессе обучения непосредственно задействован сам обучающий/оператор, который занят на протяжении всего времени обучения.
Известен способ оценки зрительно-моторной реакции на движение объекта в пространстве [2], при котором испытуемый визуально наблюдает движущийся объект и реагирует на прохождение объекта через «финишный створ» нажатием на кнопку, причем в качестве объекта наблюдения используют движущийся по желобу металлический шарик, проходящий последовательно через два индукционных датчика, первый - запускающий электросекундомер и второй, расположенный на уровне «финишного створа», останавливающий секундомер в момент его прохождения, устанавливая стандартное время прохождения шариком расстояния между двумя датчиками, затем второй индукционный датчик отключают, а испытуемый останавливает секундомер в момент визуального прохождения шариком «финишного створа», нажимая на кнопку.
Известен способ определения способности к предвидению хода событий [3], при котором путем испытуемому на экране видеомонитора предъявляют окружность, на которой помещена метка и точечный объект. Точечный объект движется с заданной скоростью по окружности, за заданное время до достижения метки исчезает с экрана видеомонитора, при этом движение точечного объекта по окружности продолжается. В момент предполагаемого совпадения положения движущегося точечного объекта с метким испытуемым нажатием кнопки «Стоп» останавливает движение точечного объекта по окружности и точечный объект снова появляется на экране видеомонитора, в том месте, где было остановлено его движение. Затем вычисляют ошибку несовпадения точечного объекта и метки - время ошибки запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком, и через заданное время возобновляют движение точечного объекта по окружности. Описанную процедуру повторяют заданное число раз, после чего вычисляют способность к прогнозированию положения движущегося объекта относительно метки Тпрог как среднеарифметическое значение по формуле:
,
где ti - i-я ошибка запаздывания с положительным знаком или упреждения с отрицательным знаком, мс; n - число остановок точечного объекта в области положения метки.
Недостатком известных способов являются их низкие технологические возможности, поскольку они позволяют в полной мере оценить лишь точность зрительно-моторного слежения за объектом, что, применительно к транспортерам-погрузчикам, наиболее важно при перемещении рабочего органа (манипулятора).
Однако, в процессе человеческой деятельности (в том числе, производственной деятельности) выполняются более сложные психомоторные реакции и решаются более сложные конитивные задачи, связанные с определением местонахождения объекта и совершением целенаправленной двигательной реакции.
Наиболее близким по технической сущности к предъявляемому способу является способ оценки точности трехкоординатного управления [4], при котором испытуемому на экране видеомонитора предъявляют зрительный стимул в трехкоординатной плоскости, синий объемный шар диаметром 20 мм. с отмеченным центром, хаотично смещенный относительно начала координат по каждой их осей – X, Y и Z, место появления которого визуально определяет испытуемый, а также управляемый объект в виде красного шара диаметром 20 мм. с отмеченным центром, в котором испытуемый с помощью двух двухосевых манипуляторов типа «джойстик» с рукоятями в начальном центральном положении, находящимися в руках испытуемого управляет движением управляемого объекта по предложенной траектории в трех плоскостях одновременно, и совмещает центры зрительного стимула и управляемого объекта, а в момент предполагаемого совмещения испытуемый нажимает кнопку манипулятора «Готов», после чего измеряют время с момента появления зрительного стимула до нажатия кнопки «Готов» и ошибку наведения прицела, равную расстоянию между центрами зрительного стимула и прицела в момент нажатия кнопки «Готов», после чего тест повторяют заданное количество раз и вычисляют время реализации моторного слежения Тмс по формуле:
,
где ti – время, затраченное на прохождение i-го испытания, с.; n - количество испытаний,
точности реализации программы моторного слежения Емс по формуле:
,
где еi – ошибка наведения прицела в i-м испытании, пункты; n - количество испытаний.
Известный способ позволяет проводить оценку точности трехкоординатного управления за счет измерения интегральных показателей времени и точности трехкоординатного управления оператором подвижными объектами в процессе профессиональной подготовки операторов на различных ее этапах.
Недостатком данного способа является отсутствие возможности развития когнитивных функций обучаемого оператора.
Современный процесс обучения на тренажёрах опирается на понятие когнитивной образовательной технологии связанной, в свою очередь, с целенаправленным управлением когнитивными функциями обучаемого оператора - высшими мозговыми функциями, такими как память, внимание, психомоторная координация, речь, счет, мышление, ориентация, планирование и контроль высшей психической деятельности [5, 6]. Когнитивные функции характеризуют способность человека к восприятию и переработке информации, а также к использованию ее для коррекции своих действий [7].
Одной из типичных когнитивных задач, решаемых оператором транспортеров-погрузчиков является определение центра тяжести груза. Определение центра тяжести груза, согласно технологической рабочей карте ответственного за безопасное производство работ с применением кранов операторами транспортеров-погрузчиков, кранов и других подъемных механизмов, является обязательным этапом работы [8].
Технический результат предлагаемого решения заключается в расширении функциональных возможностей известных способов за счет добавления когнитивной компоненты в виде определения центра тяжести объекта.
Указанный технический результат достигается тем, что испытуемому на экране видеомонитора предъявляют зрительный стимул а также управляемый объект в виде красного шара диаметром 20 мм. с отмеченным центром которым испытуемый с помощью двухосевого манипулятора типа «джойстик» с рукоятью в начальном центральном положении, находящегося в руках испытуемого управляет движением управляемого и совмещает центры зрительного стимула и управляемого объекта, а в момент предполагаемого совмещения испытуемый нажимает кнопку манипулятора «Готов», после чего измеряют время с момента появления зрительного стимула до нажатия кнопки «Готов» и ошибку наведения прицела, равную расстоянию между центрами зрительного стимула и прицела в момент нажатия кнопки «Готов», после чего тест повторяют заданное количество раз и вычисляют время реализации моторного слежения Тмс по формуле:
,
где ti – время, затраченное на прохождение i-го испытания, с.; n - количество испытаний,
причем новым является то, что зрительный стимул представляет собой отрезок произвольной длины, расположенный горизонтально, предъявляемый в произвольном месте экрана видеомонитора, в каждом испытании длина зрительного стимула и его местоположение на экране меняют произвольным образом, при этом считают, что центр отрезка соответствует центру тяжести данного зрительного объекта, а ошибка наведения прицела равна расстоянию между центрами зрительного стимула и прицела в момент нажатия кнопки «Готов» в горизонтальной проекции, точность определения центра тяжести груза Емс вычисляют по формуле:
,
где еi – ошибка наведения прицела в i-м испытании, пункты; n - количество испытаний.
Предлагаемый способ подготовки операторов транспортеров-погрузчиков осуществляется следующим образом.
Обучающегося усаживают на обучающий тренажер включающий монитор и двухосевой манипулятор типа «джойстик» с рукоятью в начальном центральном положении.
В центре экрана видеомонитора отображают управляемый объект в виде красного шара диаметром 20 мм с отмеченным центром, являющимся прицелом манипулятора.
Затем, на экране монитора, в произвольном месте в горизонтальной плоскости обучаемому предъявляют отрезок, произвольной длины.
Обучающийся в течении максимально возможного короткого времени совмещает управляемый объект (прицел манипулятора) с предполагаемой серединой отрезка, управляя перемещением управляемого объекта посредством манипулятора, и нажимает кнопку «Готов».
Измеряют время с момента появления зрительного стимула до нажатия кнопки «Готов» и ошибку наведения прицела, равную расстоянию между центрами зрительного стимула и прицела в момент нажатия кнопки «Готов» в горизонтальной проекции.
Считают, что центр отрезка соответствует центру тяжести данного зрительного объекта, а отклонение прицела от центра зрительного объекта в горизонтальной проекции соответствует отклонению от центра тяжести.
После этого тест повторяют заданное количество раз.
Вычисляют:
- время реализации моторного слежения Тмс по формуле:
,
где ti – время, затраченное на прохождение i-го испытания, с.; n - количество испытаний,
- точность определения центра тяжести груза Емс по формуле:
,
где еi – ошибка наведения прицела в i-м испытании, пункты;
По окончании цикла управления, обучающегося информируют об эффективности его действий путем предъявления ему:
- времени реализации моторного слежения Тмс;
- точности определения центра тяжести груза Емс.
Многократное повторение операторских действий по реализации задачи управления позволяет оператору развить свой профессиональный навык.
Предлагаемый способ подготовки операторов транспортеров-погрузчиков позволяет расширить функциональные возможности способа за счет добавления когнитивной компоненты в виде определения центра тяжести объекта.
Литература:
1. Патент № 96120010, МПК 6 A61H 3/00. Способ обучения навыкам движения и устройство для его реализации // Певченков В.В. Опубл. 10.05.1998.
2. Патент № 2525638 РФ A61B5/16. Способ оценки зрительно-моторной реакции на движение объекта в пространстве // Левашов О.В. (РФ), Павлов С.Ф. (РФ). Заявка 2013124413/14, 28.05.2013 Опубл. 20.08.2014, Бюл. № 23.
3. Патент № 2381742 РФ A61B5/16. Способ определения способности к предвидению хода событий // Петухов И.В. (РФ). Заявка: 2008146586/14, 25.11.2008 Опубл. 20.02.2010, Бюл. № 5.
4. Патент № 2685988 РФ A61B 5/16. Способ оценки точности трехкоординатного управления // Петухов И.В., Танрывердиев И.О., Стешина Л.А., Курасов П.А., Черных Д.М. Заявка: 2018115231, 24.04.2018. Опубл. 23.04.2019 Бюл. № 12 – 9.
5. Бершадский, М.Е. Когнитивная технология обучения: теория и практика применения /Серия: Библиотека журнала «Директор школы», Директор +, Эксперт, Издатель: Издательская фирма «Сентябрь», Москва, 2011. 256с.
6. Привалов А.Н. Моделирование когнитивного процесса тренинга в эргатических системах [Текст]/ Е.В. Ларкин, А.Н. Ивутин, А.Н. Привалов. LAP LAMBERT Academic Publishing 2013. 232 с.
7. Акименко Т. А. Основы моделирования и управления когнитивным процессом //Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2013. – №. 9-1.
8. ГОСТ 33711.1-2016. Краны грузоподъемные. Обучение персонала, 2016.
Способ подготовки операторов транспортеров-погрузчиков, при котором испытуемому на экране видеомонитора предъявляют зрительный стимул, а также управляемый объект в виде красного шара диаметром 20 мм с отмеченным центром, которым испытуемый с помощью двухосевого манипулятора типа «джойстик» с рукоятью в начальном центральном положении, находящегося в руках испытуемого, управляет движением управляемого и совмещает центры зрительного стимула и управляемого объекта, а в момент предполагаемого совмещения испытуемый нажимает кнопку манипулятора «Готов», после чего измеряют время с момента появления зрительного стимула до нажатия кнопки «Готов» и ошибку наведения прицела, равную расстоянию между центрами зрительного стимула и прицела в момент нажатия кнопки «Готов», после чего тест повторяют заданное количество раз и вычисляют время реализации моторного слежения Тмс по формуле:
,
где ti – время, затраченное на прохождение i-го испытания, с.; n - количество испытаний, отличающийся тем, что зрительный стимул представляет собой отрезок произвольной длины, расположенный горизонтально, предъявляемый в произвольном месте экрана видеомонитора, в каждом испытании длина зрительного стимула и его местоположение на экране меняют произвольным образом, при этом считают, что центр отрезка соответствует центру тяжести данного зрительного объекта, а ошибка наведения прицела равна расстоянию между центрами зрительного стимула и прицела в момент нажатия кнопки «Готов» в горизонтальной проекции, точность определения центра тяжести груза Емс вычисляют по формуле:
,
где еi – ошибка наведения прицела в i-м испытании, пункты; n - количество испытаний.
