ASed. Статьи на разные темы


на главную	Варианты организации виртуальных тренажеров

Тренажер с открытыми связями
или виртуальные тренажеры групповой подготовки специалистов.
Введение
Разработка (методических средств профессиональной подготовки специалистов) зачастую приводит к необходимости разрешения принципиальных задач (рассматриваем не весь цикл):

организация процесса проектирования, управление проектом и разработчиками;

определения концепции построения конечного продукта.

   Может показаться, что задачи перечисляются не в порядке здравого смысла. Казалось бы, давайте решим, как мост-то будем строить. Вдоль или поперек? а затем определимся с инструментарием, командой разработчиков, способами организации проектирования и т.д.
   Если рассматривать эти задачи с точки зрения стоимости инструментария, ориентированного на их разрешение, модности терминологического обеспечения, денежного вознаграждения персоналий, то приоритеты окажутся именно таковыми. Всегда ли это хорошо? Пример больших корпораций, казалось бы, убеждает, - так, всегда хорошо. Да и пример чиновно-ведомственного подхода говорит о том же.
   Но вот ситуация: масса нормальных инструментов, наличие профессиональных менеджеров (по крайней мере, в родном ведомстве), а дистанционного обучения как не было, так и нет. С другой стороны, в инете появляются интересные образовательные ресурсы. Некоторые из них сделаны на энтузиазме? (какое замшелое и немодное слово) или в расчете на мифическую прибыль, или что еще?
   Возможно, все определяется объемами финансирования, соответственно, желанием управлять, как модно ныне говорить, финансовыми потоками. И понятен приоритет организационной стороны процесса проектирования. В малых организациях, при мизерном финансировании, представляется, что приоритет должен отдаваться определению концепции построения конечного продукта. В этом случае, принятие удачного решения позволяет малому числу разработчиков добиться необходимого результата.
   В нижеприведенном тексте делается попытка формирования концепции построения тренажеров с открытыми связями, основное преимущество которых – обеспечение коллективной тренировки, масштабируемость, переносимость и возможность поэтапного наращивания функциональных возможностей.
Традиционные подходы
   “Большие тренажеры”, с высокими требованиями к адекватности динамики, интерьера (о модели и не говорим), обеспечивающие групповую тренировку, обычно строятся как совокупность завершенных подсистем - моделирования, визуализации, ведения тренировки (запись, воспроизведение, фиксация и оценка) и пр.
   Характерная особенность подобных тренажеров – появление дополнительных затрат на обеспечение взаимодействия подсистем, в простейшем случае - синхронизацию подсистем посредством единого тактирующего узла с жестким тактом. С учетом выделенных подсистем моделирования, визуализации и управления, требование к динамике тренажера (времени реакции) приводит к завышенным показателям производительности вычислительных ресурсов.
   Такой подход вполне допустим для сложных тренажеров, поскольку обеспечивает возможность проектирования изделия группами разработчиков как внутри одного предприятия, так и в кооперации с другими. Проектирование может быть выполнено в обозримые сроки, но тренажер в целом приобретает свойства закрытой системы. Изменение или наращивание функциональных возможностей связано с приложением непропорциональных усилий как с интеллектуальной стороны, так и финансовой.
   Вопрос о переносимости (размещение на разных платформах вычислительных ресурсов) практически не возникает; более того, тренажер может строиться как совокупность гетерогенных структур. Причем это определяется не только техническими потребностями, но и сложившимися предпочтениями участников кооперации.
Виртуальные тренажеры
   Расширение сферы применения тренажеров в профессиональной подготовке персонала привело к созданию виртуальных тренажеров. Главная особенность подобных методических средств – перенос акцента с полной адекватности на потребительские качества изделия в части стоимости, затрат на эксплуатацию, вариативности решаемых задач. Радикальным образом снижаются требования к адекватности средств управления и отображения информации, интерьера.
   Вместе с тем, возможно появление новых сущностей, свойственных изделию, но не являющихся штатными средствами (разного рода мнемосхемы, средства демонстрации развития физических процессов и пр.), формируются и виртуальные сущности, например, сочетание зон обслуживания и элементов управления.
   Следует заметить, что если традиционный тренажер более направлен на отработку практических действий, то виртуальный несет в себе методические приемы, ориентированные на изучение изделия. Естественным образом возникает стремление к обеспечению возможности непрерывного развития методического обеспечения (совершенствование учебного процесса – безграничный процесс).
   В последнее время в тренажеростроении наблюдается тенденция перехода от уникальных объектов, соответственно, подготовки уникальных специалистов, к более массовым изделиям и профессиям. И такие требования к потребительским качествам, как масштабируемость, переносимость и возможность поэтапного наращивания функциональных возможностей при ограниченных затратах, становятся более приоритетными. Прямой перенос идей из области “больших тренажеров” провоцирует затратность процесса проектирования. Именно здесь выбор удачной концепции позволяет получить качественные прорывы в проектировании массовых тренажеров.
Применение Internet технологий в задачах профессионального обучения.
   Общепризнанные характеристики Internet технологий, такие как:

обеспечение масштабируемости приложений;

обеспечение переносимости приложений и контента;

превращение Internet браузера в универсальный инструмент (контейнер), вбирающий в себя самые современные технологии передачи информации, ее обработки и отображения;

открытость Internet технологий с точки зрения их использования и совершенствования-

   естественным образом обеспечили их включение в образовательные технологии. Значимые примеры – дистанционное обучение, тестирование и консультирование.
   Существует набор задач профессионального обучения, не требующий малого времени отклика моделирующей системы: этапы изучения технических средств, предтренажная подготовка. С другой стороны, подчеркивая несколько иные методические установки, где цель – не отработка навыков, но изучение, выполнение коллективных действий по решению достаточно продолжительных задач (экипажи, оперативные смены и т. д.), вводится понятие групповой тренировки. В этом случае на первый план выходят такие характеристики, как масштабируемость и переносимость.
   Простота организации произвольного количества рабочих мест, возможность развертывания обучающей системы в самых разнообразных условиях, что особенно важно при наличии методического требования возобновления навыков при выполнении штатной задачи, - это Internet технологии.
   Отдельная проблема - поставка с реальным изделием средств его обслуживания и подготовки персонала, наиболее эффективным способом может быть решена именно при использовании Internet технологий. Более того, при допустимом уровне открытости изделия, возможно и дистанционное обслуживание, обновление программного обеспечения.
   Таким образом, Internet технологии имеют свою “нишу” в общей задаче подготовки персонала. Основные особенности Internet технологий
   Особенности Internet протоколов, применительно к задаче построения тренажера, можно отразить следующими тезисами:

взаимодействие клиент-сервер всегда происходит по инициативе клиента;

можно считать, что каждый запрос клиента на стороне сервера порождает новый процесс (хотя и существует поле “Connection Keep-Alive”, которым клиент удерживает соединение для обеспечения нескольких ответов), формируется отдельный ответ сервера;

сервер не ведет “хронику событий”, не хранит информацию о сеансах, что требует отдельных усилий программиста;

ответ сервера полностью обновляет документ (страничку), с помощью которой формировался запрос;

прямое взаимодействие клиент-клиент (стандартные браузеры и протоколы) невозможно.

Следующий набор проблем связан с минимизацией информационного обмена, что определяется не только полным обновлением документа и, соответственно, перекачкой полного объема информации, относящейся к виртуальному объекту, но потребностью уменьшения времени реакции. Кроме того, политика безопасности стандартных Internetn браузеров, ограничивает многие операции по доступу к данным.
Принципы реализации Internet тренажера при использовании стандартных протоколов
В рамках проведенных работ анализировались и проверялись следующие решения по организации Internet тренажера:

Документ (страничка) клиента строится как набор кадров – frameset, важное свойство которого – возможность подключения к разным информационным ресурсам. Один frame содержит условно постоянную информацию об объекте, загружаемую один раз с сервера, а остальные – фиктивные, нулевой размерности – для организации взаимодействия с сервером.

Основной объем моделирования объекта (пульта, фрагмента системы и т.п.) реализуется на стороне клиента. Сервер предназначен для организации взаимодействия клиентов, хранения сведений об обучаемых, ведения протокола тренировки и пр.

Формирование запроса к серверу происходит, в основном, по событиям, возникающим в модели. Возможно формирование фиктивных событий, например, при выходе параметра за пределы задаваемой точности, разрешающей способности. При этом серверу передаются изменения в состоянии моделируемого объекта, а со стороны сервера получаются данные об изменениях в моделях других клиентов, в том числе и команды преподавателя, изменения параметров окружения.

При отсутствии событий и изменения параметров модели клиента – вводится периодическое фиктивное событие для опроса сервера с целью получения информации п.3.

Взаимодействие с сервером осуществляется посредством вспомогательного фрейма, который содержит скрытые поля идентификации клиента, состояния сеанса, поля для обмена информацией. Этот фрейм должен быть небольшого объема, полностью обновляется сервером, сохранность условно постоянных полей (идентификатор клиента) обеспечивается сервером.

Информация о состоянии клиентов хранится в файлах на стороне сервера, т.е. из-за отсутствия взаимодействия клиент-клиент приходится формировать буфер в виде файла. С другой стороны, эта потеря ресурса не совсем бесполезна, поскольку он может использоваться в задачах протоколирования и воспроизведения тренировок.

Задача синхронизации информационного обмена между клиентами может быть значительно упрощена за счет передачи полного объема информации всем клиентам с последующим анализом принадлежности на стороне клиента, хотя это и приводит к некоторой избыточности. Для реализации п.п. 6,7 более целесообразно использовать на стороне сервера базу данных.

На сайте приведен пример автономного тренажера горнопроходческого комбайна с элементами обучения. Анализ HTML текста позволяет увидеть возможные точки выхода на сервер, но в данной версии это не реализовано. Показаны изобразительные возможности Flash в качестве инструментария для разработки тренажера, но главное, - Flash позволяет организовать прямое взаимодействие Flash move с сервером, а также взаимодействие клиент-клиент посредством XMLSocket, что открывает совершенно новые возможности в построении простыми средствами довольно сложных тренажеров.
Тренажер с открытыми связями
На сайте выложен набор средств, представляющих многомашинную (многооконную) версию тренажера комбайна, построенного на основе Flash, XMLSocket и XMLServer, в составе:

Пульт управления;

Агрегат;

Perl XMLServer;

Тест.

   Идея весьма проста. Сервер обеспечивает трансляцию сообщения любого клиента всем подключенным (chat), разбор и отработка сообщения, моделирование проводятся на стороне клиента. Для проверки допускается запуск произвольного числа составных частей комбайна (агрегат, пульт и тест) на произвольном числе машин.
   Порядок работы. После запуска сервера, на стороне клиентов устанавливаем IP сервера, порт не меняем, нажимаем connect. При успешном подключении каждого клиента, в окне state увидим состояние connected. Далее работаем. Инструкции те же, что и для автономного тренажера.
Заключение
   Итак, перед нами тренажер с открытыми связями, позволяющий простыми средствами изменять его конфигурацию, наращивать функциональные возможности и пр. Понятно, что это демонстрационный вариант. Не прописаны средства автоматизации развертывания его на базе заказчика, не рассмотрены средства синхронизации (подключите дополнительный агрегат после начала работы или пульт…) и т.д. Но, надеюсь, этот пример может оказаться полезным.