Введение к работе
Актуальность темы исследований. Использование виртуальных тренажеров является важнейшим трендом развития современного образования, в том числе для непрерывного образования специалистов в условиях быстро изменяющихся требований к их квалификации. Современные виртуальные тренажеры являются многофункциональными, т.е. могут использоваться для формирования, повышения мастерства и контроля профессиональных навыков и умений у специалистов различных профилей в самых различных условиях работы. Данная работа основана на обобщении большого опыта использования готовых и разработки новых многофункциональных виртуальных тренажеров (МФВТ) для подготовки и переподготовки (повышения мастерства) экипажей судов Азово-Черноморского бассейна, который накоплен учебным тренажерным центром в ФГБОУ ВО «Керченский государственный морской технологический университет» (КГМТУ) Республики Крым (далее - в Керченском центре). Их подготовка (переподготовка) связана не только с отработкой профессиональных навыков и умений у судоводителей, механиков и электромехаников в условиях постоянно изменяющихся факторов риска (ветер, качка, плохая освещенность и т.п.), но и с достижением главной цели - навыков работы в команде, обеспечивающих максимальную прибыль и безаварийность промышленного рыболовства. Сегодня на рыбопромысловых судах Азово-Черноморского бассейна используются, в основном, два способа лова рыбы - траловый (60%) и кошельковый (30%). Первый способ в отличие от второго - связан с нанесением серьезного ущерба экологии моря. Поэтому сегодня осуществляется переоборудование судов с целью перехода на лов рыбы кошельковым неводом, что ставит новые задачи для массовой подготовки (переподготовки) экипажей рыбопромысловых судов Азово-Черноморского флота. Следует отметить, результативность заметов кошельковым неводом составляет сегодня не более 70%, что указывает на недостаточную профессиональную подготовку экипажей таких судов. Опрос опытных капитанов судов показал, что обычно такой замет длится не более 3 минут, что требует особого подхода к тренингу (быстро справляться с поставленной задачей в условиях, приближенных к реальным, в акватории Азово-Черноморского бассейна). При этом результативность замета зависит от слаженности работы всего экипажа, от готовности каждого специалиста быстро и качественно выполнять свои должностные обязанности. Подготовка студентов, обучающихся в вузах по специальностям судоводителей, судовых механиков и электромехаников, связана с постепенным формированием большого количества профессиональных компетенций, необходимых для осуществления лова рыбы кошельковым неводом. Это обстоятельство требует оперативной разработки МФВТ для реализации практикумов в различных дисциплинах (курсах). Современные профессиональные МФВТ, имеющиеся на рынке, являются дорогостоящими и не позволяют вносить в них изменения, которые необходимы для целей и задач отдельных дисциплин (курсов). Для этого нужны специальные компьютерные инструменты, которые позволят оперативно создавать и модифицировать
МФВТ. Поэтому тема диссертационного исследования, посвященная разработке МФВТ подготовки экипажей судов рыбопромыслового флота, является проблемной и весьма актуальной и своевременной.
Целью диссертационной работы является разработка и исследование моделей, методик и алгоритмов для разработки МФВТ, которые позволят сократить время их создания и обеспечат качество профессиональной подготовки экипажей судов рыбопромыслового флота для осуществления лова рыбы кошельковым неводом. Для достижения этой цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:
-
Обзор и анализ опыта подготовки судоводителей, механиков и электромехаников для экипажей судов рыбопромыслового флота на основе виртуальных тренажеров.
-
Разработка программной платформы для управления проектами МФВТ и разработка методики, направленной на снижение трудоемкости его создания.
-
Разработка имитационной модели процессов замета кошельковым неводом.
-
Реализация тренингов ситуационной осведомленности у судоводителей индивидуально и в команде с другими членами экипажа на основе разработанной имитационной модели.
-
Разработка МФВТ для отработки навыков работы с электроэнергетической системой рыбопромыслового судна.
-
Разработка МФВТ для отработки навыков кошелькового лова в условиях акватории Азово-Черноморского бассейна.
-
Внедрение МФВТ в практику подготовки (переподготовки) специалистов рыбопромыслового флота Азово-Черноморского бассейна Республики Крым и экспериментальное исследование эффективности предложенных моделей, методов и алгоритмов.
Методы исследования. В диссертационной работе использованы методы теории вероятностей, теории множеств, теории графов, теории искусственного интеллекта, а также технологии объектно-ориентированного программирования.
Объектом исследования являются процессы тренинга в ходе подготовки (переподготовки) судоводителей, механиков и электромехаников для экипажей судов рыбопромыслового флота.
Предметом исследования являются модели, методы и алгоритмы для разработки МФВТ по подготовке экипажей судов рыбопромыслового флота.
Научная новизна. На защиту выносятся следующие результаты, обладающие научной новизной.
1. Методика управления проектами МФВТ, позволяющая снизить трудоемкость их создания для целей и задач изучения конкретной дисциплины (конкретного курса) за счет согласованных действий его разработчиков (экспертов, программистов, дизайнеров) в среде программной платформы на основе цепочки моделей тренажера: объектной, логической, онтологической и информационной.
2. Имитационная модель для реализации в МФВТ тренингов ситуационной осведомленности у судоводителей по управлению судном в условиях лова рыбы кошельковым неводом индивидуально и в команде с другими членами экипажа.
Теоретическая значимость работы заключается в развитии методов математического моделирования технологических процессов замета кошельковым неводом на судах рыбопромыслового флота, а также в развитии моделей и методик для оперативного управления проектами многофункциональных виртуальных тренажеров для учебных целей и задач дисциплин (курсов) по подготовке (переподготовке) специалистов.
Практическая ценность работы. Разработаны и внедрены МФВТ «Тренажер судовой электроэнергетической системы» и «Рыбопромысловый тренажер тралового и кошелькового лова» (подтверждено актами) в учебный процесс ФГБОУ ВО «КГМТУ» при реализации практикумов в дисциплинах «Системы управления энергетическими и общесудовыми установками», «Маневрирование и управление судном» и «Эксплуатация рыбопромыслового оборудования»; на курсах повышения квалификации специалистов рыбопромыслового флота Азово-Черноморского бассейна Республики Крым в учебно-тренажерном центре ФГБОУ ВО «КГМТУ» и в морском тренажёрном центре отделения института повышения квалификации государственного морского университета им. адм. Ф.Ф. Ушакова г. Севастополя; в практику отбора вновь принимаемых членов экипажей рыбопромысловых судов, а также переподготовки их действующих членов в Керченском морском порту Республики Крым. Их внедрение позволило существенно увеличить пропускную способность тренажерных центров и повысить качество подготовки (переподготовки) не менее, чем на 10%. Разработана программная платформа для управления проектами МФВТ, которая использована на практике при разработке второго тренажера, что позволило сократить его время разработки до 5 месяцев в отличие от первого тренажера, который разрабатывался 7 месяцев. Данная платформа использована для оперативного создания версий этих МФВТ, предназначенных для целей и задач отдельных дисциплин (курсов) в образовательных программах вуза.
Соответствие паспорту специальности. Работа выполнена в соответствии с паспортом специальности ВАК РФ 05.13.06 -«Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», п. 4,7.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы обсуждались на следующих конференциях.
-
4-я Всеукраинская научно-практическая конференция «Современные энергетические установки на транспорте, технологии и оборудование для их обслуживания», г. Херсон, 9-11 октября 2013 г.
-
XII Международная научно-практическая конференция «Информационные технологии в образовании и управлении», 2013, 2014 гг., г. Новая Каховка.
-
Научно-практическая конференция «Морские технологии: проблемы и решения» 2014, 2015, 2016 гг., г. Керчь.
-
Научно-техническая конференция «Совершенствование проектирования и эксплуатации морских судов и сооружений», г. Севастополь, 18-20 марта 2015 г.
-
XXII международная конференция по интегрированным навигационным системам, ОАО "Концерн "ЦНИИ "Электроприбор", г. Санкт-Петербург, 25-27 мая 2015 г.
-
II Международная научно-практическая конференция «Инновационные технологии в науке и образовании», г. Чебоксары, 7 августа 2015.
-
Научно-практическая конференция «Перспективные направления развития отечественных информационных технологий», 2015, 2016 гг., Севастополь.
-
Международная научно-практическая конференция «Новая наука: современное состояние и пути развития» (09 октября 2015г.) г. Стерлитамак.
-
Международная научно-практическая конференции «Новая наука: теоретический и практический взгляд» (15 октября 2015г.) г. Стерлитамак.
-
9-я конференция «Информационные технологии в управлении (ИТУ-2016)», г. Санкт-Петербург, 4-6 октября 2016 г.
Публикация результатов научных исследований. По теме диссертации опубликовано 16 статей, в том числе 13 статей в журналах из перечня ВАК РФ. Доля личного вклада соискателя в статьи, написанные в соавторстве, не меньше, чем у каждого из соавторов. Получено 2 авторских свидетельства на программы для ЭВМ (сведения о них приведены в конце автореферата).
Объем и структура диссертационной работы. Содержание диссертационной работы изложено на 161 страницах машинописного текста, которая состоит из введения, 4 глав, выводов, списка использованных источников и приложений. В работе представлено 7 таблиц, 38 рисунков, список использованных источников из 145 наименований, 2 приложения.