Самарская Государственная Архитектурно – Строительная Академия

реферат по ТИИД

Выполнила: Гордеева А.

Студентка 2 курса

Кафедра ПМиВТ

Группа ГИП 102

г. Самара 2003г.

Тренажерные технологии: тренажеры, симуляторы (имитаторы), обучающие системы, имитационное моделирование, тренажеростроение

Слово "тренажер" - это явный неологизм, продукт 20-го века, хотя само понятие, которое в нем заключено - некое устройство для обучения человека и создания у него определенных навыков, применялось, наверняка, еще на заре цивилизации. При этом в доиндустриальном обществе тренировка осуществлялась, в основном, по принципу - "делай как я", хотя, если напрячь фантазию и освежить в памяти литературные и иные источники, можно представить "приспособления", которые использовались нашими далекими и не очень далекими предками для воспитания и обучения. В первую очередь это, конечно, куклы, которые сопровождают человечество со времен Адама и Евы. Не забывались и животные, в частности Милоном Кротонским, который для развития силы носил на плечах теленка, а тот рос, рос… В ратном деле древние, желая сохранить во здравии своих воинов, использовали в тренировках деревянные мечи и копья с затупленными наконечниками, а позднее появились макивары, которые уже можно смело назвать функционально замкнутыми тренажерами. Современный киногерой проводил подготовку к операции "Ы" с использованием гипсовых кошечек, а небезызвестный песенный дед что только не придумывал для полноценного тренировочного процесса своей милой голубки.

Тренажеры в современном понимании могли появиться и появились только в индустриальном обществе, когда возникла необходимость массовой подготовки специалистов для работы либо на однотипном оборудовании, либо со схожими рабочими действиями, и уж, конечно, в первую очередь для военных нужд. Но только в последней четверти уходящего века с потрясающе быстрой компьютеризацией мирового сообщества, с созданием сложнейшей техники, эксплуатация которой связана с риском для жизни не только одного человека, но и человечества в целом, возникла целая индустрия - тренажерные технологии.

Тренажерные технологии сегодня - это не только спортивные тренажеры, с которыми в основном связано это понятие в общепринятом восприятии, это сложные комплексы, системы моделирования и симуляции, компьютерные программы и физические модели, специальные методики, создаваемые для того, чтобы подготовить личность к принятию качественных и быстрых решений, что станет весьма серьезной задачей и даже проблемой в 21 веке.

В современных тренажерах и в программах подготовки и обучения, на них основанных, закладываются принципы развития практических навыков с одновременной теоретической подготовкой, т.е. тренажер способен развиваться вместе с обучаемым. Реализация такого подхода стала возможна в связи с бурным развитием и удешевлением электронно-вычислительной техники и прогрессом в области создания машинного зрения, виртуальной реальности и т.п. На базе этих технологий разработаны многочисленные тренажеры для военного применения, позволяющие имитировать боевые действия с высочайшей детальностью в реальном времени, создано множество приложений технологии виртуальной реальности для медицины, позволяющих проводить операции электронному пациенту с высокой степенью достоверности и т.д. и т.п., при этом области применения тренажерных технологий постоянно расширяются.

Но "дым отечества нам сладок" и потому нашим сердцам ближе, конечно же, Российские тренажеры, которые, на наш взгляд, занимают вполне достойное место в мировой индустрии тренажерных технологий. Конечно, что касается технологий, нашей стране еще очень далеко до планеты всей, но наличие достаточно большого и современного парка компьютерной техники, хороших программистов и неплохих специалистов в различных отраслях промышленности создает возможность вполне равноправного существования Российского тренажеростроения. Есть и у нас чем похвастаться, а уж, если государство начнет инвестировать…

Какие бы задачи не стояли перед конкретной тренажерной системой ее разработчики вынуждены иметь дело с общими свойствами человеческого мышления и восприятия, поэтому интересные методы и новые конструктивные решения, выработанные в одной области деятельности, могут с успехом применяться и в других, порой совершенно, казалось бы, далеких по задачам и целям.

Уровень технологической базы всегда играл доминирующую роль в развитии любого государства. Для большинства стран рывок в индустриальном развитии в первую очередь связывался, особенно при дефиците природных ресурсов (Япония, Корея и т. п.), и связывается в настоящее время с возможностью доступа к передовым технологиям. По мере выработки природных ресурсов значение технологического уровня производства и квалификация специалистов - носителей технологии все более и более возрастает. Даже для России с ее неистощимыми богатствами возможность преодоления затянувшегося кризиса, как представляется, немыслима без подготовки огромного количества высококлассных специалистов, способных воспринимать и развивать самые современные технологии.

Развитие индустриального общества делает процесс подготовки и постоянного повышения квалификации специалистов все дороже и дороже. На первое место выходят как проблемы доучебного тестирования и отсева кандидатов (профориентация), так и всемерное удешевление процесса подготовки при сохранении приемлемой эффективности. Даже Министерство обороны США, ссылаясь на недостаточный объем финансирования, в последнее время широко внедряет систему дистанционного обучения с использованием сети Internet.

Люди запоминают 20 % того, что они видят, 40 % того, что они видят и слышат и 70 % того, что они видят, слышат и делают. Понятно, что необходимым элементом эффективного обучения являются постоянные тренировки.

Исторически тренажерные технологии возникли и получили наибольшее развитие там, где ошибки при обучении на реальных объектах могут привести к чрезвычайным последствиям, а их устранение - к большим финансовым затратам: в военном деле, медицине, ликвидации последствий стихийных бедствий, в атомной энергетике, авиации и космосе.

По мере развития и удешевления тренажерные технологии начинают проникать и в другие отрасли: портовое и крановое хозяйство, авто и судовождение, рыболовный флот, педагогику и прочее. Особняком стоят физкультура и спорт, где исторически применение "неинтеллектуальных" тренажеров опередило все другие отрасли; в настоящее время эта область влилась в общее русло развития тренажерных технологий, в частности, появились "интеллектуальные" методики типа электромиостимуляции, интенсивно развиваются методы контроля эффективности процесса подготовки (диагностика) и т. п.

Физкультура не относится к области специальной подготовки, но являясь по сути тренажерной технологией, необходима для развития общих психо-физических человеческих качеств как в раннем возрасте, так и в доспециальной подготовке к трудовой деятельности: выносливости, скорости реакции, памяти, скорочтения - вплоть до "экстрасенсорной перцепции".

Тренажерные технологии к настоящему времени сформировались в успешно развивающуюся отрасль мировой индустрии. Среди наиболее известных мировых лидеров можно назвать:

Представляет собой мощную организацию по интегрированным экспертным системам и управлению, обеспечивающую нужды подготовки специалистов и тренировочные продукты/услуги для военных и коммерческих организаций во всем мире. Успешно работает по заказам НАСА, министерства обороны США и т. д. В области тренажеров управления воздушным движением - главный поставщик систем и оборудования по всему миру.

Компания предоставляет возможности профессиональной подготовки военных специалистов в современных условиях, разрабатывает концепции военного обучения в будущем, проводит оценку систем вооружения и возможностей их развития.

Компания предлагает полный спектр товаров и услуг по летной подготовке, включая систему компьютерных тренировок, настольные тренажеры, летные тренажеры, тренажеры по эксплуатации, полномасштабные полетные имитаторы, кабинные тренажеры для экипажа.

Имея более чем полувековой опыт, Тренажеры Томпсона являются лидером среди мировых производителей тренажеров для гражданской авиации. Компания ввела в эксплуатацию свыше 370 полномасштабных полетных тренажеров - больше любого другого производителя.

Среди производимой продукции тренажеры управления механизмами, подводными лодками, тренажеры для обучения командного состава, имитаторы корабельных рубок.

Тренажеры Томпсона поставляет тренажеры для твердотопливных и ядерных электростанций. Более чем за 20 лет были созданы 72 тренажерных комплекса в Европе, Южной Америке, Африке и на Дальнем Востоке для операторов, работающих на электростанциях.

Среди выпускаемой продукции:

• Тренажеры для водителей боевых машин, имитирующие все типы ландшафта и различные погодные факторы в условиях сбоев оборудования и огня противника;
• Лазерные тренажеры для операторов противотанковых управляемых снарядов (большое количество их поставлено в армии США, Канады, Дании). Безопасные для глаз лазерные имитаторы стрельбы;
• Летные тренажеры;
• Тренажеры для операторов авиационных и танковых систем вооружения.

В компании создан очень реалистичный и постоянно совершенствуемый медицинский тренажер для отработки навыков диагностики и соответствующих действий медицинского персонала. Например, глазные веки открыты, закрыты или моргают в зависимости от состояния "пациента", зрачки соответственно реагируют на свет (имитация травмы головы); происходят движения рук при стимулировании бессознательного "пациента", непроизвольные движения рук (имитация травмы рук).

Тренажерные технологии создаются и в России.

Разрабатываются тренажеры ядерных электростанций, военного назначения, авиационные и железнодорожные. В последнее время сфера интересов разработчиков расширилась: появились тренажеры для лоцманов, рыболовецкого флота и даже для художественного проектирования. Наиболее конкурентны - тренажеры для персонала ядерных электростанций.

Если первые тренажеры более походили на физические макеты реальных объектов (конструктивно "жесткие" тренажеры), то в последние годы в них все шире используются компьютерные имитационные модели объектов, процессов и т. п. (конструктивно "гибкие" перестраиваемые тренажеры).

Тренажеры, используют высокоточные программные модели, реализуемые на моделирующем компьютере в реальном масштабе времени для отображения конкретного индустриального процесса типа перекачки топлива, сгорания нефти в печи, цепной реакции урана в ядерном реакторе и т. д. Тренажеры, как правило, включают в себя:

Моделирующий Компьютер может быть столь же прост, как персональный компьютер, или таким сложным, как многопроцессорный сверхсовременный мини-компьютер. Компьютер моделирования связан с интерфейсом оператора через систему ввода - вывода. Интерфейс оператора может состоять как из панелей управления и контроля, так и видеотерминалов и распределенной системы управления, обслуживающей видеотерминалы. В большинстве случаев физические свойства интерфейса оператора точно или в максимально приближенной степени соответствуют конкретному моделируемому процессу.

Программные модели, используемые в имитационном компьютере, реалистично отображают взаимодействие компонентов и систем моделируемого процесса. Технологии используют собственные программные продукты для проектирования и создания таких имитационных моделей. Эти программные продукты облегчают генерацию объектно-ориентированных кодов от графического интерфейса пользователя, позволяя инженерам Технологий разрабатывать достоверные имитационные модели, работающие в реальном масштабе времени, быстро, точно и с низкой стоимостью.

Интерфейс оператора позволяет стажеру или другому пользователю решать эксплуатационные задачи и манипулировать органами управления способом, идентичным используемому в реальном процессе. Динамический отклик тренажера практически идентичен отклику систем и компонентов реального процесса.

На станции инструктора последний управляет работой тренажера выбором сценария тренировки и начальных состояний имитируемого процесса, вводя сбои моделируемого процесса или его компонентов либо изменяя условия окружающей среды.

Периферийное оборудование включает в себя принтеры, панели аварийной сигнализации и любое другое оборудование, необходимое для повышения реалистичности моделируемой окружающей обстановки или документирования процесса тренировки.

По мнению А.Сутормина требования к современным тренажерным системам и комплексам в настоящее время весьма жесткие и перекрыть все имеющиеся нужды средствами одной лишь компьютерной графики невозможно. Более того, ряд тренажерных систем просто необходимо комплектовать симуляторами перегрузок (ускорений, действующих на тело обучаемого). Это весьма очевидно, поэтому законченная современная тренажерная система должна включать в себя помимо средств "зрительной симуляции" средства "чувствительной (перегрузочной) симуляции". Любая реальная обстановка будь то для водителя, пилота, космонавта, танкиста или игрока звездных войн. Если обучаешь кого-нибудь на чисто компьютерных тренажерах, всегда есть и будет опасность подготовки не реальных, а "виртуальных специалистов", неспособных к профессиональному выполнению реальных задач.

Подчеркнем усилия по выработке количественных характеристик тренировочных упражнений вообще, что обеспечит способ определения итоговой готовности. Разработка и исследование методов количественной оценки в обучении вообще должны быть закончены как можно скорее, чтобы обеспечить при необходимости готовность к оценке новых современных имитационных программ.

Естественным развитием идеи компьютерных тренажеров является использование в них виртуальной окружающей среды (виртуальной реальности VR).

Исследования по разработке и внедрению интерактивной окружающей среды, 3-х мерных изображений в медицине, современных имитаторов для военных и медицинских целей.

Эксперименты с системами виртуальной реальности в сочетании с мультимедийными образовательными ресурсами с целью использования VR в медицинском обучении.

Междисциплинарный проект, стоимость которого 300,000 фунтов стерлингов, финансировался британским Советом по исследованиям в области физики и прикладных наук. В осуществлении проекта приняли участие специалисты в разных областях - вычислительной технике, машиностроении и нейрохирургии. Нынешняя технология компьютерного моделирования представляет собой графическую программу, которая позволяет видеть оперируемые органы. Предыдущие хирургические симуляторы не позволяли имитировать процесс удаления органов.

Новый тренажер воспроизводит физическое подведение органов человеческого организма, и даже тактильные ощущения хирурга. Теперь можно вырезать и удалять участки виртуального мозга.

В ожоговом центре университета имени Вашингтона в Сиэтле применяется методика снятия болевого синдрома с помощью виртуальной реальности.
Виртуальная реальность отвлекает пациентов от болевых ощущений. Кстати, об этом свидетельствует мировой опыт компьютерных игроков, которые садятся за свои любимые игры, когда у них что-то болит. Этот опыт уже довольно широко используется врачами в лечении детей. Bосприятие боли имеет сильный психологический компонент. Те же самые исходящие из мозга болевые сигналы могут и не вызвать реальную боль, если пациент интенсивно думает о чем-то постороннем. Однако отвлечься от боли, например, когда врач осматривает ожоги или медсестра меняет повязку, достаточно трудно. Не все пациенты могут ее переносить, даже если применяются болеутоляющие средства.

Для сосредоточения внимания не на руках врача и собственных ощущениях, а на чем-то постороннем и применяется виртуальная реальность. Те пациенты, на которых была испытана система, признали, что это средство действительно помогает. Некоторые врачи сообщают, что после окончания перевязки или осмотра пациенты спрашивают, когда начнется процедура, - они ничего не чувствуют.

Впервые тесты прошли в 1999 году на программе под названием "Мир пауков" (кухня, наполненная пауками, которых нужно ловить). Сейчас разработана вторая программа - "Мир снега", которая позволяет пациентам получить ощущения холода от снега и льда, якобы окружающего их. Программа предоставляет возможность получать не только зрительную и слуховую, но и тактильную информацию. Oсязательная часть программы оказалась одной из самых важных при отвлечении пациента от послеожогового зуда и болей. Давно замечено, что если крепко что-нибудь сжать, то боль переносится легче.

После тестовых испытаний методика использования виртуальной реальности предлагается всем пациентам ожогового центра. Отказываются от нее лишь единицы.

Профессор Ларри Ходжес из Технологического университета Джорджии, разработчик симулятора виртуальной реальности для "расслабления", считает, что его программа - лучший способ избавления от гнева, стрессов, депрессий и страхов. И даже более совершенный, чем медитативная практика йогов. По мнению Ходжеса, не стоит лежать на коврике в позе трупа, жечь сандал и пытаться представить успокоительные образы. Нужно лишь надеть на голову шлем, а на руки специальные перчатки и смотреть на успокоительные картины профессорского симулятора.

Разработчики нового метода провели достаточное количество медицинских исследований, чтобы доказать, что методы релаксации с применением виртуальной реальности имеют ряд существенных достоинств. Доказаны преимущества таких методов при ряде хронических заболеваний: от повышенного давления и астмы до неврозов и депрессий.

По свидетельству журналиста BBC, который испробовал на себе виртуальную релаксацию, поначалу возникает неприятное чувство клаустрофобии. Но оно проходит, как только установка включается и начинает демонстрировать трехмерные образы. Под влиянием расслабляющей установки у журналистки почти пропало желание обдумывать следующие вопросы, которые надо было задать профессору Ходжесу в ходе интервью. Как считают специалисты, это говорит о значительном психическом воздействии новой техники. Через десять минут процедур журналистку вывели из состояния релаксации и показали ей записи наблюдений. Графики показывали, что постепенно человек впадает в состояние глубокого расслабления. Однако навязчивая идея - в данном случае, мысль об интервью - не давала журналистке окончательно обрести спокойствие и проявлялась в записях. Этот метод, конечно, является весьма действенным и полезным, считает корреспондент. Однако не стоит пока отрицать проверенные временем дешевые и общедоступные медитативные практики. Однако в больницах и санаториях такие установки очень даже не помешают, так как есть некоторое количество людей, которые не могут расслабиться с помощью обычной медитации.

Вообще врачи уже довольно давно используют виртуальную реальность для излечения фобий и депрессий пациентов, а также для того, чтобы отвлечь больных от боли в ходе медицинских процедур и операций. Что до эффекта релаксации, то наиболее полного расслабления, по опыту многочисленных компьютерщиков, можно достичь, наблюдая за игрой в Doom или Quake, если попросить игрока не стрелять в монстров, а просто бегать по лабиринту и собирать артефакты.

Электронные стимуляторы уже достаточно давно используются в медицине для регулирования работы сердца человека. А в ближайшее время, возможно, начнется их использование для лечения эпилепсии, болезни Паркинсона, депрессии и хронических болей. В этих случаях электронные стимуляторы подключаются к соответствующим центрам мозга человека.

Начиная с 1997 г., когда было получено разрешение на испытания мозговых стимуляторов, тысячи больных эпилепсией и болезнью Паркинсона получили такие стимуляторы, а в настоящее время начинается их испытания для лечения депрессии, болей и даже ожирения.

По накопленным к настоящему времени данным, стимуляция мозга является весьма эффективным лечебным средствам. Так, доцент медицинского центра Канзасского университета Раджеш Пахва сообщил, что положительный эффект наблюдается у 80% пациентов с болезнью Паркинсона. После имплантации стимуляторов интенсивность проявления синдромов заболевания снизилась на 40-50%, также на 40% удалось снизить дозы медикаментозного лечения.

Основа лечебно-оздоровительной методики - уникальный диафрагмально-релаксационный тип дыхания с максимальной дыхательной аритмией сердца. Он известен в России и за рубежом как дыхание по Сметанкину.

Тренажер "Дыхание" - это:

• Простой и точный контроль уровня здоровья, т.е. резервных (адапатационных) возможностей организм
• Диагностика функционального состояния кардиореспираторной системы
• Лечение кардиореспираторной системы
• Повышение уровня защитных сил организма
• Овладение навыком снятия последствий стрессовых реакций и психоэмоционального перенапряжения

Тренажер позволяет снимать нагрузку с опорно-двигательного аппарата, обеспечивает страховку, снимает синдром страха, тренирует пространственную ориентацию. Тренажер позволяет восстанавливать подвижность больных после тяжелых спиномозговых травм, различных заболеваний опорно-двигательного аппарата и ДЦП. Тренажер позволяет обучать больного произвольным движениям и статике, а также решать частичные задачи:
- расслаблять мышцы при наличии гипертонуса и гиперкинеза; стимулировать функций ослабленных мышц и обеспечивать нормальную подвижность в суставах; содействовать развитию установочных рефлексов, обеспечивающих присаживание, сидение, стояние;
- стимулировать рефлексы, на основе которых формируется передвижение (переступание, ходьба).
Это является необходимым условием для координированной работы опорно-двигательного аппарата, формирования естественной схемы движения и положений тела, т.е. тех основ управления движениями, которые недоступны больному с патологией мышечного тонуса. Тренажер позволяет применять упражнения, направленные на развитие моторики и стабилизацию опороспособности, а также на активизацию подвижности суставов и стимуляцию мышц. При недостаточной функции мышц создаются облегченные условия для их работы, и одновременно тренажер предохраняет больного от возможного падения и травм.

1. Создание клавиатурного тренажера.

Проблема: сейчас очень много людей начинают работать за компьютерами. И все когда то начинают учиться быстро печатать. Чтобы облегчить им процесс обучения предлагаю такой тренажер.

Решение проблемы: Все это будет происходить в форме игры. То есть, человеку дается несколько этапов, несколько разновидностей текстов и разной сложности. Для детей это может быть текст про каких-либо мультяшных героев, для девушек – мода, а для мужчин – про машины или про компьютеры. Первый этап – это, например, просто набор какого - либо текста без сложных знаков препинания, второй этап – это уже со знаками препинания, но не высокой сложности, третий этап – дается текст по сложнее, а четвертый этап – это текст повышенной сложности, и знаки препинания тоже достаточно сложные. Далее можно добавить математические формулы.

Проблема: слабое знание языков.

Решение проблемы: знание языков сейчас необходимо, особенно самых обиходных. Я предлагаю изучение языков не отрываясь, например, от работы за компьютером. Это очень экономит время, которого всем сейчас так не хватает. А происходить это будет следующим образом. Обучающийся, например, работает над каким - либо проектом, а в это время периодически выскакивает окошко с иностранным словом, его переводом и транскрипцией. Он его читает, запоминает, а через некоторое время выскакивает следующее слово, потом следующее и так далее. Все слова разделены на разделы. И когда пройдут все разделы, учащийся попадает в раздел, с которого все начинал. Но сейчас ему будет дано русское слово, а он должен написать английское. Когда он, таким образом, пройдет все разделы, то все начинается сначала, но теперь ему будет надо просто написать перевод. В самом конце он должен написать контрольную работу.

Проблема: в наше время создается очень много лекарств и препаратов. Но все это испытывают на животных, но у них организм устроен все равно не так как у человека, да и жаль их.

Решение проблемы: предлагаю создание некого “виртуального живота”. Можно было создать общий живот, но ведь у каждого человека свои особенности организма. Тогда создается для каждого человека свой “виртуальный живот”. То есть в клинику приходит человек и жалуется, на какую то боль, например в печени. Его полностью обследуют, записывают его особенности организма. Затем создают живот по аналогии его живота, с учетом его особенностей. Вносят таблетку или препарат (его химический состав) в “его” живот. И смотрят, куда она попадает, как действует. Если все в порядке, то дают этот препарат человеку, что бы он принял. Конечно, это будет достаточно дорого, но сейчас в России все, что связано с компьютерным лечением очень дорого.