РОЛЬ СИМУЛЯТОРОВ В ОБУЧЕНИИ И ОЦЕНКЕ КВАЛИФИКАЦИОННЫХ ТРЕБОВАНИЙ ПИЛОТОВ

АННОТАЦИЯ

Симуляторы уже давно используются для обучения и оценки пилотов. Последние достижения в области информатизации и технологизации привели к созданию новых тренажеров, ориентированных на виртуальные миры. Эти современные тренажеры объединяют в себе новые ценные технологии для повышения практической подготовки авиационных специалистов. Они служат двум целям: помогают молодым кадрам вступить в профессию и помогают опытным пилотам поддерживать свою квалификацию, добавляя новые требования и сценарии тестирования. Симуляторы обеспечивают безопасную среду для отработки сложных ситуаций и позволяют объективно оценить квалификацию пилота без влияния личных предубеждений. Их интерактивный характер позволяет проводить обучение и оценку в непринужденной обстановке, часто в игровой, что снижает стресс и повышает уверенность в своих навыках. Будущее тренажеров - в использовании все большей интерактивности и нейронных сетей для обогащения учебных и диагностических материалов реальными авиационными сценариями.

ABSTRACT

Simulators have long been used in pilot training and assessment. Recent advancements in informatization and technologization have led to the creation of new simulators focused on virtual worlds. These advanced simulators integrate valuable new technologies to enhance the practical training of aviation specialists. They serve dual purposes: aiding young personnel in entering the profession and helping experienced pilots maintain their qualifications by adding new testing requirements and scenarios. Simulators offer a safe environment to practice complex situations and enable objective assessment of pilot qualifications without the influence of personal biases. Their interactive nature allows for relaxed training and assessment, often in a game-like setting, reducing stress and boosting confidence in demonstrating skills. The future of simulators lies in leveraging increasing interactivity and neural networks to enrich training and diagnostic materials with real-life aviation scenarios.

Ключевые слова: симулятор, пилот, летательный аппарат, обучение пилотов, оценка квалификации, реальная ситуация.

Keywords: simulator, pilot, aircraft, pilot training, qualification assessment, real situation.

ВВЕДЕНИЕ

В наши дни все сильнее входит в повседневную жизнь виртуальная реальность (virtual reality, VR, с англ. – «искусственная действительность»), которая присутствует практически во всех общественных сферах, меняя представление людей о возможностях информационного мира. Особенно актуальны вопросы применения средств виртуальности в ходе обучения взрослых, в частности, речь идет о виртуальных тренажерах (симуляторах). Симуляторы предоставляют возможности взаимодействия с виртуальной средой, моделировать дорогостоящие исследования, которые в реальности трудновыполнимы. Симуляторы на основе виртуальной реальности обладают высокой степенью наглядности, что позволяет использовать их как дидактический материал. Впечатления от работы с симуляторами увеличивают потребность в том, чтобы учиться, а сведение к минимуму внешних раздражителей помогает человеку сосредоточиться на конкретной обучающей ситуации. Симуляторы в обучении пилотов выполняют важные функции: и обучающую, и контролирующую. Пилоты должны быть настолько хорошо подготовлены к действиям в реальной ситуации, чтобы они смогли принять зачастую единственно правильное решение.

Деятельность пилотов относится к сложной, отягощенной возможностью возникновения опасной ситуации. Квалификационные требования к пилотам включают ряд обязательных умений и навыков (например, умение эксплуатировать и обслуживать различные аспекты воздушного судна, его двигателей, систем; навыки работы с оборудованием на борту; умение пользоваться различными автоматизированными системами; умение работать с объектами авиационной инфраструктуры и многое другое).

 Симуляторы для обучения и оценки пилотов самолетов предоставляют возможность отработки навыков – как в обычных, так и во внештатных ситуациях, без необходимости обращения к реальному оборудованию, что особенно полезно для тех, кто еще учится, для начинающих пилотов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Методологическую и теоретическую базу данного исследования составили научные работы ученых, посвященные возможностям использования симуляторов в обучении и оценке требований к пилотам по их квалификационным характеристикам. В статье использовались  методы сравнительного анализа, методы анализа и синтеза, обобщение, систематизация, графические методы.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

По словам кандидата медицинских наук, доцента М.П. Потапова, исторически обращение к симуляторам в педагогике было обусловлено именно развитием авиации. Возникновение и развитие сложной в управлении техники, не прощающей ошибок, потребовало от специалистов разработки безопасных и эффективных методов, техник и способов для обучения пилотов. По мнению автора, современная симуляция основывается на научном подходе в педагогике. Динамичное развитие всех компонентов технологии симуляции открывает перед ней большие перспективы: технологии виртуальных миров, высокореалистичная имитация пространства, подключение смежных симуляционных систем визуализации [1].

Исследователь Е.Ю. Ковальчук убежден, что задача пилота по управлению полетом самолета требует намного больше усилий, чем, например, вождение машины. В этой связи обучение пилотов на симуляторах должно носить долговременный характер. Кроме того, психологическая специфика данной профессии обусловлена высоким уровнем риска, присущим авиации, что требует от пилотов исключительной способности сохранять эмоциональное равновесие и когнитивную эффективность в потенциально стрессогенных и нестандартных ситуациях. Симуляторы в виде интерактивных игр помогают сохранять спокойствие в стрессовых модулируемых ситуациях, выжимая максимум из имеющегося положения дел [2].

В исследовании кандидата технических наук, доцента Н.В. Щербининой обобщены и названы общие принципы создания современных авиационных симуляторов. Симуляторы для пилотов представляют сегодня сложнейшие программные комплексы, которыми полностью моделируется процесс полета при различных условиях среды, а также работа оборудования летательного аппарата, отказы и различные нестандартные ситуации, которые в условиях реального полета нельзя отработать. Создание параметрической модели летательного аппарата основывается на реализации ряда этапов, где обязательным является сбор исходной информации о самолете – производится обращение к любым доступным документам, например, информации из конструкторского бюро, отчетов об испытаниях, исторические источники [3]

Затем, на следующем этапе, осуществляется создание инженерами пространственной модели летательного аппарата в трехмерном варианте (Рис.1).

Рисунок 1. Визуализация в виде модели площадей летательного аппарата [3]

Представленная модель применяется в целях расчета аэродинамических свойств самолета. После чего создается инерционно-массовая модель, которая используется для того, чтобы смоделировать поведение самолета, а также его составных частей в ходе контакта с землей и другими виртуальными объектами в пространстве симуляторов. Для симуляции полетов применяются математические методы и алгоритмы, среди которых отметим: методы моделировании динамики полета и аэродинамики, методы моделирования динамики для твердого тела, методы интегрирования чисел, методы моделирования для работы систем управления, и др. Современные симуляторы полетов представляют собой хороший пример того, как вычислительная техника и математический аппарат позволяют создать симуляционные тренажеры на высоком уровне, позволяющие достойно моделировать ситуацию полетов [3].

Современные симуляторы полетов представляют собой хороший пример того, как вычислительная техника и математический аппарат позволяют создать симуляционные тренажеры на высоком уровне, позволяющие достойно моделировать ситуацию полетов [3]. Н.В. Щербинина приводит пример процесса симуляции контакта с игровой реальностью на рисунке (Рис.2) [3].

Рисунок 2. Процесс симуляции контакта с поверхностью в игровом мире [3]

Высоко оценивается исследователями возможность симуляционных технологий в оценке квалификационных требований, предъявляемых пилотам. Бакалавр Московского авиационного института М.Е. Беляева пишет в этой связи, что симуляционное оборудование позволяет проводить в моделируемых для пилота условиях специальное тестирования [4]. Задачи, которые решают симуляторы в обучении и оценке квалификационных знаний здесь заключаются в следующем:

1. Симуляторы позволяют перенести ответственность за свою собственную компетентность (как педагога) на самих обучающихся пилотов – это позволяет разделить функции контроля и обучения.
2. Тестирование на симуляторах представляет собой объективное и строгое испытание на получение следующего уровня допуска к осуществлению реальных полетов.
3. Подготовка пилотов к системе непрерывного развития как профессионалов с необходимостью ежегодного профобучения, подтверждения квалификации на практике.

Подготовка и выполнение квалификационных требований при помощи симуляторов дают пилотам понимание того, к чему они должны направить свое внимание в профессиональной деятельности уже в реальных условиях. При обучении и дальнейшем повышении квалификации у летного состава, при помощи симуляторов, возможна отработка множества задач, связанных с принятием решений пилотом и другими людьми из экипажа по управлению в реальных условиях самолетом, по диагностике ситуаций, которые происходят (или могут произойти) в реальном полете. К примеру, командир экипажа в среднем за один полет должен решить не менее девяти задач из тех, что требуют концентрации внимания на высоком уровне. По этой причине качественная подготовка пилота сегодня невозможна без использования симуляторов. При этом, не все обучающие задачи доступны в переложении симулятора, например, он пока не позволяет «почувствовать самолет», но обращение к симуляторам полезно в целях отработки умений, навыков и знаний по следующим направлениям [4] (Таблица 1).

Таблица 1.

Направления отработки профессиональных навыков путем обращения пилота к симуляторам полетов [4]

Н.В. Кузина ведущий научный сотрудник Центра исследования проблем безопасности РАН, предлагает в связи с тем, что растет число авиакатастроф по причинам отсутствия в работе коллектива слаженности, а также неверных решений в экстремальной ситуации обогатить процесс обучения пилотов приемами осуществления командной работы при помощи тренажеров VR. Эти тренажеры работают по образцу организации протяженного во времени командного взаимодействия в условиях киберспорта, они направлены на усиление «сработанности» группы, повышения быстроты и качества совместно реализуемых реакций. Пользу командных тренингов с применением тренажеров подобного типа автор видит в том, что: командная работа в тренингах снижает количество катастроф, за счет того, что растет безопасность – как для летного состава, так и для потребителей услуг;  снижается опасность летальных исходов за счет того, что работа коллектива пилотов становится более слаженной; применение тренажеров позволяет снижать произвольность при оценке сформированности ряда навыков и компетенций пилота, поскольку оценка проводится беспристрастно – программой. Симуляторы часто используются сегодня при проведении у специалистов-пилотов первичной аккредитации [5].

В перспективе Н.В. Кузина предлагает в ходе реализации тренингов на базе симуляторов VR проводить нейропсихологическую диагностику летного состава, тестирование устойчивости и  сформированности пространственного мышления, степени устойчивости реакций психики, состояния внимания и памяти. Методика оценивания при помощи симуляторов сработанности коллектива помогает снизить условность и рутинность контроля компетенций и навыков пилота при допуске к управлению самолетом. Подобные формы оценивания также повышают заинтересованность пилотов процессом обучения, возможностями повышения квалификации, а также прохождения обязательных аттестаций. Все это подкрепляется тем, что вступающая в профессиональную жизнь молодежь, как правило, способна действовать в команде за счет опыта участия в компьютерных играх по сети, включая игры-авиасимуляторы. Применение автоматизированного оценивания навыков и способностей пилотов в ходе взаимодействия на основе авиационных симуляторов поможет, помимо перечисленного, предотвратить ставшие распространенными в наши дни случаи получения допуска к самолету, его управлению, путем обращения пилота к коррупционным связям, то есть дает объективность оценивания пилотов [5].

Вместе с тем математиком М.А. Сергеевым указывается на проблемы расхождения симуляторов и ситуаций реального полета [6]. Так, например, кроме несоответствия полета по физическим параметрам (которые в симуляции могут быть чересчур идеальными), в реальности полетов происходят ситуации, которые не всегда учитываются тренажерами, поскольку считаются маловероятными, или невозможными. Трудно рассчитать все возможные ситуации, в которых самолет может оказаться (даже выезд за пределы полосы, что потенциально возможно в каждом аэропорту). Кроме того, в симуляции пока не учитывается человеческий фактор: например, после столкновения с птицами в симуляторе заложена реакция пилота в течение 5 секунд, а в реальности на принятие решения у пилотов ушло около 35 секунд. Тем не менее, каждая чрезвычайная ситуация, которая возникала в реальности полетов, может быть потенциально внесена в симуляторы: после посадки самолета на Гудзоне в программу симуляции была добавлена посадка на воду. Возможным решением автор видит применение технологии нейросетей: основываясь на данных нейросеть может подсказать тот вектор, который следует подробно разработать и внедрить в практику использования симуляторов при подготовке пилотов и оценивании их квалификационных характеристик [6].

А.В. Маренков, преподаватель Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации, пишет, что в наше время меняется содержание программы тренажеров, ориентированных на оценку квалификации пилотов, поскольку теперь необходимо оценивать не только квалификации, но и компетенции, одновременно [7]. Так, например, выявленное путем диагностики на симуляторе малое количество компетентностных индикаторов поведения может говорить и о низком уровне квалификации пилота. Все это говорит о том, что при традиционных подходах к оценке квалификации не всегда возможно выявление слабой стороны компетенций пилота. В свою очередь, это потребует от инструктора симулятора более сложной и творческой работы, когда, помимо диагностики успешности  выполнения стандартных упражнений целесообразно внедрять дополнительные сценарии в рамках симуляционной сессии, с постепенным усложнением тренировки для выявления деградирующих, либо сформированных не полностью компетенций пилота [7].

Таким образом, симуляторы представляют собой сегодня хороший инструмент, помогающий улучшить показатели безопасности полета и оценить состояние квалификационных требований к пилотам.

По мнению В.А. Иванова, аспиранта Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации, усиление практической части подготовки пилотов на основе симуляторов помогает студентам усвоить более качественно сложные концепции, чтобы затем применить их на практике [8]. О.П. Жигалова, кандидат педагогических наук, доцент Дальневосточного федерального университета, пишет, что использование симуляторов для диагностики и оценки состояния практических навыков и умений пилотов позволяет выявить более эффективно и объективно уровень подготовки пилотов [9].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, современные симуляторы играют весомую роль в обучении пилотов и оценке их квалификации, представляя собой целую систему технологических возможностей имитации полета. Пилот при работе с симулятором видит вокруг себя практически то же, что и в реальном полете. Симуляторы моделируют ситуацию реального полета, включая большой блок различных нестандартных его условий. Обращение к симуляторам позволяет пилотам учиться преодолевать экстремальные и опасные ситуации. В этом несомненное достоинство симуляторов как дидактического средства подготовки пилотов. Симуляторы позволяют затрачивать меньше финансовых усилий для тренировок полетов пилотов, нежели реальные самолеты и реальные ситуации полета, которые, для новичков, являются также небезопасными. Симуляторы помогают сберечь как реальные летательные аппараты, так и летный состав, последние, при возникновении аварийных и чрезвычайных ситуаций, могут повредиться, получить существенный урон, могут погибнуть люди – симуляторы позволяют проводить тренировки в безопасном режиме.

В качестве средства оценки квалификационных требований, симуляторы также показали себя положительно, прежде всего, за счет того, что они беспристрастно способны фиксировать наличие квалификационных признаков у пилотов, или их недостаточность. Это становится возможным при заданных под компьютерные программы симуляторов системах оценки, которыми точно учитываются не только достижения в виртуальных полетах, но и промахи, ошибки, что позволяет впоследствии их отрабатывать вновь и вновь – до достижения успеха в выполнении той, или иной технологической операции в моделируемом полете. Оценка квалификационных требований, выдаваемая после диагностики пилота на симуляторе, позволяет не только зафиксировать текущее состояние профессионализма специалиста, но и наметить пути дальнейшего профессионального развития пилота.

Вместе с тем, существуют и недостатки у симуляторов – как технологического, так и методологического характера. Технологически симуляторы пока не всегда способны отразить в наглядности все возможные опасные ситуации, которые пилот может встретить в реальном полете. Методологически симуляторы нуждаются в совершенствовании при использовании обучающих ситуаций и команд. В целом, можно сделать вывод о том, что симуляционное обучение еще проходит этап становления, во многом его еще нужно совершенствовать, но уже сейчас многие пилоты, благодаря тренажерам, прошли не только подготовку и переподготовку, но и повышение квалификаций. Симуляторы обеспечивают рост качества состава кадров в сфере авиации, позволяя наращивать квалификационные знания и умения пилотов в условиях применения средств виртуальной реальности.

Список литературы:

1. Потапов М. П. Роль симуляционных образовательных технологий в обучении врачей. Высшее образование в России. 2019; 8-9:138-148.
2. Ковальчук Е. Ю. Компьютерные симуляторы. Устойчивое развитие: исследования, инновации, трансформация: материалы XVIII Международного конгресса с элементами научной школы для молодых ученых. В 2-х т. Т.1. Москва; 2022:327-333.
3. Щербинина Н.В. Общие принципы создания авиационных симуляторов. Информационные технологии в науке, образовании и производстве (ИТНОП-2023): сборник трудов IX Международной научно-технической конференции (г. Белгород, 31 мая – 2 июня 2023 г.). Белгород; 2023: 45-49.
4. Беляева М. Е. Актуальные инженерные и конструкторские решения в современном симуляционном обучении. Современный мир: стратегии развития, технологии и образы будущего : материалы Международной научно-практической конференции, Москва, 24–25 октября 2019 года.  Москва; 2020: 33-39.
5. Кузина Н. В. Совершенствование нормативно-правовой базы использования симуляторов VR, регламентирующей систему управления безопасности на транспорте как фактор формирования антикоррупционных компетенций. Транспортное право и безопасность. 2021; 4:44-54.
6. Сергеев М. А. Проблемы расхождения симуляции и реального полёта. Компьютерная интеграция производства и ИПИ-технологии : Материалы XI Всероссийской конференции, Оренбург, 16 ноября 2023 года. Оренбург; 2023:408-411.
7. Маренков А. В. Разработка принципов тренировки на основе фактических данных при первоначальной подготовке пилотов с целью повышения уровня безопасности полетов. Актуальные проблемы защиты и безопасности. Труды XXIV Всероссийской научно-практической конференции РАРАН, Санкт-Петербург, 01–04 апреля 2021 года. Том 6. Москва; 2021: 195-201.
8. Иванов В.А. Анализ проблем в системе базовой подготовки пилотов в учебных заведениях гражданской авиации РФ. Научный аспект. 2023; 8:453-466.
9. Жигалова О.П. Учебные симуляторы в системе профессионального образования: педагогический аспект. АНИ: педагогика и психология. 2021;1: 109-112.: