Четверг, 9 февраля

Какие тренажеры для чего предназначены: Какие тренажеры для чего предназначены?

Какие тренажеры для чего предназначены?

Перед тем, как идти в спортзал, необходимо узнать, какие тренажёры мы там увидим и что делать с каждым из них. Не только новички, но и завсегдатаи «качалок» понятия не имеют, как можно разнообразить свои тренировки новыми упражнениями. А у многих тренеров нет времени рассказать своим подопечным о функционале тренажёров. В данном материале мы расскажем вам о том, какие существуют тренажёры и для чего они предназначены.

Разновидности тренажёров

Тренажёры можно разделить на следующие виды:

А теперь рассмотрим подробнее.

Кардиотренажёры

К кардиотренажёрам относятся:

Каждый из этих тренажёров предназначен для решения определённых задач. Например, чтобы избавиться от лишнего веса, лучше выбрать беговые дорожки либо велотренажёры. Степперы позволят поддерживать мышцы в тонусе. Укрепить сердечно-сосудистую систему помогают эллипсоиды.

Силовые тренажёры

Силовые тренажёры предназначены для тренировки мышц. Посредством данного оборудования можно предельно точно подобрать оптимальный уровень нагрузки и тренировать каждую из групп мышц.

Производятся универсальные и специальные агрегаты, предназначенные для прокачки отдельных частей тела. Силовые тренажёры делятся на следующие типы:

Данное оборудование отличается по принципу действия, нагрузке и действию утяжелителей.

Со свободным весом

  • Скамья атлетическая. Предназначена для выполнения упражнений в лежачем и сидячем положении. Оптимально подходит для накачки пресса, ног, плеч и рук.
  • Скамья Скотта. Для изолированных нагрузок на бицепсы, коррекции формы и размеров мышц.

Со встроенным весом

  • Кроссовер. Блочный тренажёр для проработки мышц груди и спины. На данном оборудовании можно выполнять изолирующие упражнения, развивающие нижние и внутренние мышцы груди, а также пресса.
  • Мультистанция. Универсальный тренажёр, активизирующий все мышцы, который можно легко настроить под определённый вид тренировки.

С собственным весом

  • Гиперэкстензии. Тренажёры для накачки спины, ног, ягодиц и сжигания лишнего жира. Это оптимальный выбор для людей с ослабленным и больным позвоночником.
  • Скамьи для пресса. Предназначены для развития мышц живота.
  • Турник. Позволяет качественно прорабатывать поперечные, дельтовидные мышцы.

Какие тренажёры и для чего нужны в зале

Наиболее жизненной ситуацией у всех людей является желание иметь хорошую спортивную подготовку. Всем хочется заполучить стройное и накаченное тело, здоровый организм и ежедневный заряд энергии. Особенно часто эта потребность возникает во время наступления пляжного сезона. И идеальным решением для этой задачи является тренажерный зал, где можно заняться нагрузкой на все части тела и накачать желанные мышцы. Но здесь появляется извечный вопрос: а на каких, собственно, тренажерах нужно заниматься?

Какие тренажеры и для чего нужны в зале

Как правило, во всех залах присутствуют тренажеры, которые предназначены на полный комплекс упражнений для различных мышц:

• Спина;
• Руки;
• Ноги;
• Ягодичные мышцы;
• Грудная клетка.

Какие тренажеры в зале наиболее эффективны? — Всё зависит от желаемой группы мышц, которая будет прокачиваться. Различные тренажеры предназначены для различного вида занятий.

Тренажёр «‎Верхний блок»‎

Одной из самых распространенных «Железок» является «‎Верхний блок»‎. Он предназначен для прокачки спины, рук и всей верхней части тела. А ещё это отличное упражнение для того, чтобы научиться заниматься на турнике или увеличить количество подтягиваний вдвое. При этом это упражнение отлично выпрямляет позвоночник и занятия им часто выписывают людям, которые страдают сколиозом или другими дефектами спины.

Тренажёр «Нижний блок‎»‎

Этот тренажёр можно назвать перевернутым упражнением из прошлого пункта. Он также берёт на себя роль прокачки рук и спины, но уже в других зонах. Занятие с ним идеально подойдёт для новичков, которые ещё далеки от профессиональных занятий в зале и желают начать с чего-нибудь, что поможет адаптировать их организм для больших нагрузок.

Велотренажеры

Велотренажеры имитируют езду на настоящем велосипеде. В их функции входит: улучшение сердечно-сосудистой и дыхательной системы, прокачивание ягодичных мышц и ног. Это отличная хорошая нагрузка для людей, которые восстанавливаются после травмы или просто желают включить в комплекс своих упражнений тренажер, который будет воздействовать на нижнюю зону тела.

Наклонная скамья

Наклонная скамья — это классическое тренажер для упражнений на пресс, он улучшает кардио систему. Идеальное занятие для того, чтобы заняться нижней частью вашего торса и сделать корпус более твёрдым.

Какие бывают тренажеры в зале

Тренажеры прокачивают абсолютно различные группы мышц. Каждый человек сам решаете вопрос зонирования и делаете акцент на тех местах, которые считаете наиболее важными для его тела. Главное — не переборщить с весом и правильно выполнять все упражнения. На этот случай к тренажерам всегда идёт инструкция, а вес можно изменять в ручную, подстраивая его так, чтобы было удобно заниматься и не бояться за свою сохранность.

Чаще всего в спортивных клубах можно найти как любительские, так и более профессиональные тренажеры. Перед тем как переходить к более продвинутым тренировкам, как правило следует подготовиться, выполняя базовые задания. Для этого нужны тренажеры, которые помогут набрать мускулатуру, работая исключительно с собственным весом. Это следует практиковать для того, чтобы избежать незначительных растяжений или даже серьёзных травм.

Оборудование в зале — какие мышцы прокачивает?:
• Трапеция;
• Грудные;
• Дельта;
• Бицепс;
• Предплечье;
• Пресс;
• Икры;
• Ягодичные.

Какие тренажеры нужны в тренажерный клуб? — Уже давно известно, что спортсмены прибегают к одинаковым тренировкам на одни и те же мышцы. И множество тренажеров оказываются ненужными, т.к люди не заинтересованы в прокачивании узкой группы мышц. Если помещение тренажерного клуба сильно ограничено, то следует воздержаться от покупки тренажеров, которые направлены на исключительно заинтересованный круг лиц. Лучше купить то оборудование, которое рассчитано на взаимодействие с максимально большой группой мышц, которое пользуется популярностью и известно всем почитателям спорта.

Какие тренажеры в зале предназначены для похудения

Для похудения лучшим вариантом станут все тренажеры, которые заставляют вас заниматься активной тренировкой. К ним можно отнести различные велотренажеры, беговые дорожки, гребные тренажеры и тренажер «Степпер». Похудение с помощью этих упражнений осуществляется очень легко и даёт максимальный эффект. При этом большим преимуществом является то, что вы можете настроить их под свои параметры. Т.е так, чтобы получать результат, но при этом не перенапрягая свой организм.

В магазине 4gym можно приобрести желаемое оборудование по низким ценам. Также доступны готовые комплекты тренажеров, которые подобраны в соответствии с рекомендациями настоящих экспертов. На весь товар действует скидка, сроком до 1 года. В каталоге доступны тренажеры, предназначенные как для легкого фитнеса, так и для продвинутых тренировок, с применением дополнительного веса и тяжелого оборудования. В услуги магазина входит консалтинг, лизинг и создание оборудования под заказ. Поставки товара осуществляются из Германии, Швейцарии, Австрии. Оформить заказ можно на официальном сайте или связавшись с представителем компании по телефону или почте.

Как правильно использовать уличные тренажеры?

В современном мире стала популярна тенденция здорового образа жизни и спорта, поэтому все больше людей, в том числе — жителей ЗАО, занимаются на уличных спортплощадках, оборудованных тренажерами. Однако не всегда понятно, для чего предназначен тот или иной механизм и как его правильно использовать. Вместе с тренером Милославским Станиславом, который прошёл курсы при Ассоциации Профессионалов фитнеса по направлению «нутрициология» и является кандидатом в мастера спорта по военному многоборью мы расскажем, как правильно ими пользоваться и чего не стоит делать.

В основном, в Москве есть специально оборудованные зоны для таких занятий. Набор тренажеров практически везде одинаковый. Первым классическим тренажером будет «Маятник». Занятие на нем привлекает даже подростков, потому что не требует сильной нагрузки. Он предназначен для укрепления мышц талии и ног. Техника очень проста: сначала ставим ноги на специальные площадки, ладони на рукояти и нижней частью корпуса выполняем раскачивающиеся движения, напоминающие траекторию маятника.

Второе популярное движение так называемый в народе «Шагомер». Происходит естественная нагрузка на опорно-двигательный аппарат. Занятия на нем рекомендуется для тех, кто восстанавливается после травм ОДА и сердечно-сосудистых заболеваний. Встаете и ногами двигаете вперед-назад.

Дальше по ходу нашей тренировки упражнения на верхнюю часть туловища «Жим от груди».Сидя на скамье можно проработать дельтовидные и зубчатые мышцы, а также нагрузить трицепс. Работа проходит с собственным весом. Садимся, рукоятки на уровне плеч. На выдохе поднимаем рукоятки, выжимая от себя и полностью выпрямляя руки. А на вдохе возвращаемся в исходное положение.

Чтобы проработать дальше группу мышц выполняем тягу из верхнего положения.Задействована широчайшая спинная мышца, большая круглая мышца, задние дельты, плечевые, бицепсы и трицепсы. Садимся и на вдохе надо потянуть рукояти к верхней части груди. И вернуться в исходное положение.

Переходим к упражнениям на нижнюю группу мышц. Эллиптический тренажер подойдет для развития мышц ног, ягодиц, спины, рук, плеч и пресса. Преимуществом этого тренажера является то, что отсутствует сильная нагрузка на суставы, которая отмечается при занятиях на беговой дорожке, что позволяет увеличить длительность физических упражнений. Техника выполнения: встать и зафиксировать руки на поручнях и начать движение, помогая руками.

Потом жим ногами. Занятия на этом тренажере активно задействуют четырехглавую мышцу бедра, большую круглую мышцу, ягодицы и укрепляет ноги.

«Хипс». Этот тренажер предназначен для проработки талии и поясничных мышц. Став на подножки, держимся руками за рукояти и двумя ногами выполняем одновременные движения, разводя их в стороны. Обычные перекладины разной высоты тоже обычно есть везде. Можно подтягивать, а с нижних можно даже отжиматься.

Чего же делать категорически нельзя и как избежать травмы? Помогут несколько советов

Обязательно нужно проводить разминку. Это разогреет суставы и мышцы. Разминка подготовит тело к дальнейшим нагрузкам.
Заниматься нужно только в спортивной одежде и кроссовках. Можно использовать и дополнительный инвентарь
Не забывать про воду, чтобы поддерживать водно-солевой баланс в организме.
Заниматься не на голодный желудок и спустя пару часов после еды. Время суток на эффективность уличной тренировки не сильно влияют.
Нужно включить в начале легкую пробежку: это и разминка, и кардио-упражнение. В комплекс стоит включить статические (удержание определенной позы) и динамические. После силовой тренировки нужно делать растяжку, чтобы ускорить восстановление мышц.
Большинство уличных упражнений основаны на использовании собственного веса. Поэтому они высокоэффективны при похудении и поддержании тонуса мышц. Комплекс составляют индивидуально с учетом уровня спортивной подготовки. Иногда, чтобы заниматься на силовых тренажерах, девушкам приходится выполнять подводящие упражнения, чтобы сделать все правильно.


Милана Тоцкая

Реабилитационный тренажер HUR 5160 — сведения рук перед собой в положении сидя — для реабилитации, механотерапии и ЛФК

Наименование товара, сведения о его функциональных (потребительских  свойствах) и качественных характеристиках (описание параметров товара)

Силовой  пневматический тренажер «Сведение рук» для силовой проработки грудных мышц и мышц рук, марка HUR, код 5160, страна происхождения — Финляндия.

— Регулируемая рабочая нагрузка за счет подачи воздуха от воздушного компрессора через пластиковые провода.

— Максимальное давление воздушного компрессора – 9,9 бар.

— Величина рабочей нагрузки тренажера: 0-40 кг (на каждый рабочий рычаг).

— Плавная регулировка рабочей нагрузки шагом  в 1 кг путем нажатия на кнопку без необходимости вставать с тренажера во время выполнения упражнения.

— Отсутствие эффекта инерции груза в конечной фазе тренировочного движения для обеспечения безопасности тренировок пациентов.

— Отсутствие необходимости прилагать дополнительное усилие для сдвигания груза в начале движения для устранения стартовой взрывной нагрузки на суставы и соединительные ткани, способной вызвать травму пользователя.

— Отсутствие в открытом доступе движущих частей рабочего механизма тренажера (блоки, тросы, цилиндры) для устранения риска получения травмы пользователями.

— Возможность быстрого понижения тренировочной нагрузки.

— Возможность проведения целевых тренировочных программ по укреплению мышечного корсета.

— Возможность технического обновления и повышение технического уровня тренажера – доукомплектация системой компьютерного управления тренировками “Smart” с помощью дополнительных, отдельно приобретаемых компонентов.

— Размеры тренажера: ширина 118 см х длина 97 см х высота 132 см.

— Вес тренажера: 72 кг.

— Уровень шума:  50 децибелов.

— Наличие двух рабочих рычагов, могущих двигаться отдельно друг от друга.

— Количество рабочих пневматических цилиндров – два.

— Наличие встроенного регулируемого по высоте сиденья.

— Наличие рукояток для дополнительной опоры.

— Наличие ограничителей амплитуды движения (с начальным положением).

— Наличие разъемов для крепления датчика изометрической силы.

— Возможность наличия регулировки нагрузки ножной педалью.

— Возможность наличия подставки для отдыха ног.

— Возможность наличия опоры (подушки) под шею.

— Возможность наличия доп. возвышения на сиденье (компенсация роста).

— Возможность наличия элементов для прикрепления к полу (фиксация).

— Возможность наличия электрической настройки положения сиденья.

— Управление уровнем нагрузки через нажатие на кнопки «+» и «-» на приборной панели тренажера.

— Четкая видимость уровня нагрузки на приборной панели.

— Эргономичная форма опоры для спины для обеспечения поддержки во время выполнения упражнений.

— Рама тренажера из стальной сварной конструкции с окраской порошковым нанесением.

— Обивка тренажера из искусственной кожи с сопротивляемостью чистящим средствам, износу от трения, трудновоспламеняемая.

— Наличие комплекта пластиковых проводов диаметром 10мм и 6мм, переходников для подключения проводов к компрессору.

— Цвет рамы: по согласованию с Заказчиком.

— Цвет обивки: по согласованию с Заказчиком.

— Стандарты качества:  ISO 9001, VDMA, CE, сертификат Ростеста.

— Гарантийный срок – на движущиеся части — 3 года, на раму — 10 лет.    

Уличные тренажеры


Тренажер предназначен для тренировки двуглавой мышцы плеча. Конструкция тренажера позволяет заним..


327591.00 р.


Тренажер предназначен для тренировки мышцы спины. Конструкция тренажера позволяет заниматься людя..


331313.40 р.


Тренажер предназначен для тренировки практически всех групп мышц тела человека, в зависимости от ..


281358.00 р.


Тренажер предназначен для тренировки дельтовидных мышц и мышц рук. Конструкция тренажера позволяе..


340065.00 р.


Жим вверх МВ 7.18

Тренажер предназначен для развития мышц груди, рук и плеч. Рабочее место об..


97138.80 р.


Тренажер предназначен для тренировки мышц груди. Конструкция тренажера позволяет заниматься людям..


350064.00 р.


Тренажер предназначен для тренировки мышц груди и дельтовидных мышц. Конструкция тренажера позвол..


345074.40 р.


Закладная для монтажа уличных тренажёров.

Характеристики:


Длина — 300 мм.

Ширин..


5920.20 р.


Тренажер предназначен для создания кардионагрузок, развития мышц спины, ног и брюшного пресса.
..


47817.00 р.


Тренажер предназначен для тренировки мышц груди. Конструкция тренажера позволяет заниматься людям..


345094.20 р.


Тренажер для приседаний МВ 7.16

Тренажер предназначен для развития мышц ног и спины. Рабочее ..


120384.00 р.


Тренажер предназначен для тренировки трехглавой мышцы плеча. Конструкция тренажера позволяет зани..


331313.40 р.


Турник трехуровневый МВ 7.01

Тренажер предназначен для развития мышц груди, спины, пресса и р..


78071.40 р.


Тренажер предназначен для тренировки мышцы спины. Конструкция тренажера позволяет заниматься людя..


327591.00 р.


Тренажер предназначен для развития трехглавой мышцы плеча.

Упражнение: 1. Разгибание рук на т..


71458.20 р.


Брусья МВ 7.15

Тренажер предназначен для развития мышц груди, рук и спины. Рабочее место обес..


49876.20 р.


Комбинированный станок МВ 7.05

Тренажер предназначен для развития мышц брюшного пресса, спины..


38887.20 р.


Тренажер предназначен для развития бицепсов. Материал и конструктивные особенности тренажера позв..


84605.40 р.


Тренажер Бицепс стоя с изменяемой нагрузкой предназначен для тренировки двуглавой мышцы плеча.
..


297792.00 р.


Тренажер Вертикальная веревочная тяга стоя с изменяемой нагрузкой предназначен для тренировки тре..


289832.40 р.


Упражнение: 1. Вертикальная тяга.

У вас есть уникальная возможность сделать свой выбор в прав..


301197.60 р.


Тренажер предназначен для развития мышц спины и плеч. Два человека могут заниматься одновременно…


90367.20 р.


Тренажер Воркаут предназначен для тренировки практически всех групп мышц тела человека, в зависим..


300069.00 р.


Это комплекс, в который входят:

1) скамья горизонтальная,

2) скамья Скотта,

3) 2 стой..


243916.20 р.


Это комплекс, в который входят:

1) скамья горизонтальная,

2) скамья Скотта,

3) 2 стой..


283734.00 р.


Гантельный ряд — это комплекс, в который входят:


скамья.

3 пары гантелей.

2 ..


272764.80 р.


Гантельный ряд — это комплекс, в который входят:


скамья.

3 пары гантелей.

2 ..


312562.80 р.


Гиперэкстензия обратная МВ 7.14

Тренажер предназначен для развития мышц груди. Рабочее место ..


34551.00 р.


Горизонтальный жим МВ 7.19

Тренажер предназначен для развития мышц груди. Рабочее место обесп..


111097.80 р.


Гребная тяга МВ 7. 10 Тренажер предназначен для развития мышц спины. Рабочее место обеспечивает пр..


71755.20 р.

007520 — Тренажер

Загрузка…

Тренажер предназначен для тренировки и укрепления мышц и суставов ног и поясницы, увеличения эластичности соединительных тканей, имитирует ходьбу на лыжах.

Несущая стойка тренажера выполнена из металлической трубы сечением Ø не менее 133 мм с толщиной стенки не менее 4 мм на металлическом основании с отверстиями для крепления к фундаменту, сверху стойка закрыта пластиковой заглушкой. Все шарнирные узлы имеют подшипники скольжения закрытого типа. Опоры для ног изготовлены из ударопрочного и морозостойкого пластика. Захваты для рук имеют рукоятки, выполненные из атмосферостойкой резины. Все жесткие соединения выполнены при помощи электросварки. Металлические элементы окрашены порошковыми красками в заводских условиях толщиной слоя 180 мкм. Крепежные элементы и места срезов труб защищены пластиковыми заглушками. Расчетная нагрузка на устойчивость и прочность узлов 250 кгс.

План

007520 — Тренажер

Единицы измерения указаны в миллиметрах

Технические
характеристики

Габаритные размеры:1530х470 мм, Н=1430 мм
Возрастная группа:от 14 лет
Материал:металлические элементы, покрытые порошковыми красками или подвергнутые гальванизации, оцинкованный крепеж, пластик, резина, порошковая краска.

0RUB

{«1»:[«\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h01_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h02_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h03_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h04_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h05_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h06_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h07_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h08_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h09_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h20_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h21_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h22_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h23_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h24_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h25_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h26_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h27_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h28_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h29_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h30_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h31_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h32_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h33_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h34_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h35_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h36_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h37_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h38_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h39_764_558_5_100.jpg»,»\/images\/cms\/thumbs\/c02219f7c8f6368b5fbe823e93df61c8a26eb2ad\/007520-c1-v1-h40_764_558_5_100.jpg»]}

«Группа ГАЗ» поставила «Мосгортрансу» тренажеры-симуляторы нового поколения для обучения водителей автобусов

«Группа ГАЗ» 30 ноября 2020 15:58


«Группа ГАЗ» поставила  ГУП «Мосгортранс» электронные тренажеры для обучения водителей работе на дизельных автобусах современных модификаций и на электробусах. Тренажеры являются точной имитацией рабочей кабины серийных автобусов ЛиАЗ, где в режиме реального времени моделируются различные дорожные ситуации. Особое внимание в обучающей системе уделяется отработке действий водителя в нештатных ситуациях, связанных со сложными погодными условиями или нарушениями со стороны других участников дорожного движения.  


«Группа ГАЗ» поставила ГУП «Мосгортранс» три симулятора автобусов ЛиАЗ. Тренажеры предназначены для обучения водителей работе на электробусах и двух флагманских моделях с дизельным двигателем (автобус большого класса ЛиАЗ-5292 и автобус особо большого класса ЛиАЗ-6213). Кабины-имитаторы разработаны производителем компьютерных тренажеров совместно с инженерами Ликинского автобусного завода с учетом особенностей конструкции и технического оснащения каждой модели. Тренажеры установлены в учебно-курсовом комбинате ГУП «Мосгортранс».


Обучающая система имитирует поездки на реальных маршрутах Москвы с воспроизведением объектов окружающей дорожной инфраструктуры и действий всех участников дорожного движения. За рулем симулятора обучаемый отрабатывает полный спектр маневров при работе на маршруте: заезд и выезд с остановки, остановка на светофоре, проезд пешеходных переходов, перестроение на другую полосу и т.д. Помимо этого, моделируются нештатные ситуации на дороге: авария по курсу движения транспорта, «подрезание» легковым автомобилем, внезапное появление пешехода на проезжей части, выезд на встречную полосу, маневрирование в условиях закрытого обзора и пр.


Водитель осваивает на тренажере особенности поведения машины при сложных погодных условиях, таких как мокрый снег, туман, дождь, гололед. Таким образом водитель отрабатывает действия и реакции при возникновении различных чрезвычайных ситуаций, при этом особое внимание уделяется отработке всех вариантов экстренного торможения автобуса с использованием основной, вспомогательной и запасной тормозных систем.


При обучении работе на электробусе симулятор позволяет также освоить непривычный для большинства водителей процесс подзарядки нового типа транспорта. Кабина-тренажер в режиме реального времени воспроизводит движения электробуса при парковке под устройством динамической подзарядки и отражает данные уровня заряда батареи – так же, как это происходит на реальных маршрутах.


Специальные датчики, установленные в симуляторах, считывают показания с приборной панели, руля и педалей. В зависимости от этого динамическая платформа реагирует на действия водителя, полностью имитируя особенности движения машин длиной 12 и 18,7 м. Кабина обеспечивает наблюдение за моделируемой ситуацией в секторе 180° с места водителя, также симулятор оснащен средствами объемной звуковой имитации.


Николай Одинцов, вице-президент «Группы ГАЗ» по развитию корпоративных продаж:


– Москва уделяет большое внимание надежности и безопасности автобусов, являясь одним из лидеров по обновлению подвижного состава не только в России, но и в Европе. ГУП «Мосгортранс» обладает самым крупным учебным центром, что позволяет своевременно обучать водителей специфике работы на новых моделях автобусов. Пассажирский транспорт, который выпускается сегодня на наших предприятиях, высокотехнологичен и имеет огромное количество дополнительных, нестандартных опций, поэтому очень важно, чтобы водитель имел возможность отработать навыки управления в самых сложных и нестандартных ситуациях, с которыми он может столкнуться на маршрутах. Обучение на современных высокоточных тренажерах позволит ускорить адаптацию водителей к управлению новейшей техникой и будет способствовать повышению безопасности дорожного движения.

Пресс-релиз подготовлен на основании материала, предоставленного организацией. Информационное агентство AK&M не несет ответственности за содержание пресс-релиза, правовые и иные последствия его опубликования. Симуляторы

— обзор | Темы ScienceDirect

2.3.1 Моделирование с помощью синтетических тренажеров

Синтетические тренажеры — это физические устройства или конструкции, которые позволяют учащимся приобретать навыки для выполнения данной задачи, особенно для инвазивных процедур. Имитируя реальную задачу, они позволяют учащимся распознавать анатомические структуры, а также структурные и патологические аномалии.

Синтетические тренажеры обычно, но не всегда, воспроизводят тело или некоторые его компоненты.В типологии симуляции Алинье можно сказать, что 6 синтетических симуляторов включают симуляции уровня 1 (базовый манекен, имитационные модели с низкой точностью или симуляторы для частичных задач) и симуляторы уровня 2 (симуляторы на основе экрана, виртуальная реальность или симуляторы VR. и хирургические тренажеры). Таким образом, синтетические симуляторы сильно различаются по уровню точности. С одной стороны, они могут быть простыми заменителями реального аналога, отказавшись от внешнего сходства в пользу функционального сходства. 12,28 С другой стороны, они могут очень точно воспроизводить внешний вид и функции реального аналога. Полноразмерные манекены (рис. 2.1) могут использоваться для обучения процедурным навыкам и часто используются для поверхностных и неинвазивных задач, таких как уход за раной. Физические модели определенных частей тела, называемые «тренажеры для частичных задач » , эффективны как для инвазивных, так и для неинвазивных процедур (рис. 2.2).

Рисунок 2.1. Полноразмерный манекен новорожденного, используемый для процедурного моделирования.

Источник: Предоставлено Жеромом Бургуэном, Университет Лаваля (© 2010, все права защищены).

Рисунок 2.2. Тренажер для выполнения частичных задач, используемый для обеспечения проходимости дыхательных путей

Источник: Предоставлено Жеромом Бургуэном, Университет Лаваля (© 2018, все права защищены).

Благодаря последнему техническому прогрессу были введены новые типы симуляторов, в том числе так называемые симуляторы виртуальной реальности. Это обозначение проблематично, потому что оно создает путаницу со словом VR, используемым для описания компьютеризированных цифровых репродукций окружающей среды (см. Раздел 2.4.3 по моделированию VR). При использовании для процедурного моделирования симуляторы виртуальной реальности (рис. 2.3) представляют собой компьютерные устройства, позволяющие учащимся естественным образом взаимодействовать со своей задачей (например, с использованием реалистичных инструментов), в то время как выходные данные симулятора генерируются компьютером, обычно на экране компьютера. 29–31 Совсем недавно в процедурные симуляторы были добавлены функции дополненной реальности (см. Ниже). В таких симуляторах можно использовать специальные гарнитуры или смартфоны для наложения цифровой информации или изображений на физический симулятор в качестве учебных пособий или средств демонстрации элементов, обычно недоступных невооруженному глазу.

Рисунок 2.3. Процедурный тренажер виртуальной реальности для лапароскопической тренировки. VR , Виртуальная реальность.

Источник: Предоставлено Жеромом Бургуэном, Университет Лаваля (© 2018, все права защищены).

Процедурное моделирование с использованием синтетических симуляторов, включая симуляторы виртуальной реальности, является эффективным. Исследование Martin et al. показал корреляцию времени выполнения задачи между симулятором артроскопии и трупом. 32 Другие исследования показали, что процедурное моделирование эффективно для приобретения знаний и повышения скорости выполнения задач и их навыков; он позволяет передавать навыки в клинические условия, уменьшая при этом возникновение нежелательных последствий, таких как травмы пациента. 17,33–37

По сравнению с трупами синтетические тренажеры часто проще в использовании и развертывании. Их можно использовать многократно, не изменяя образовательный опыт. Более того, симуляторы виртуальной реальности могут предоставлять подробную обратную связь («расширенную обратную связь»), включая показатели успеха и производительности, а также другие образовательные данные и вспомогательные средства.

Однако большинству синтетических тренажеров не хватает физиологической точности. Они также плохо подходят для обучения коммуникативным навыкам, связанным с процедурой.Большинство тренажеров и манекенов с частичным выполнением заданий не способны воспроизводить несколько анатомических и патологических вариантов. Хотя они не требуют сложной инфраструктуры, приобретение симуляторов виртуальной реальности часто обходится дорого, 38 , и они обычно ориентированы на хирургические процедуры.

9 Использование моделирования и имитационного моделирования при разработке и оценке тестов | Статистика, тестирование и оборонные закупки: новые подходы и методологические усовершенствования

, у виртуальной симуляции также были проблемы.Основная проблема заключалась в недостаточной точности моделируемого ландшафта, что приводило к тому, что подразделения не могли использовать местность для маскировки движений или имитации окопавшихся оборонительных позиций. Кроме того, в сценариях была представлена ​​недостаточная неопределенность. В этом разделе мы обсуждаем некоторые вопросы, касающиеся того, как использовать подтвержденные симуляции в дополнение к оценке эксплуатационных испытаний.

(Использование статистических моделей для помощи в оперативной оценке — возможно, в сочетании с использованием имитационных моделей — затрагивается в главе 6.Многообещающей областью является использование небольшого количества полевых событий, моделирования и моделирования, статистического моделирования и для совместной оценки разрабатываемой системы защиты. К сожалению, подходящее сочетание первых двух источников информации со статистическим моделированием крайне специфично для конкретной ситуации. Поэтому сложно сделать общее заявление о таком подходе, за исключением того, что он явно является направлением в будущее, и необходимо провести исследования, чтобы помочь понять работающие методы.)

Моделирование и симуляция были предложены как способы экстраполяции или интерполяции к непроверенным ситуациям или сценариям. Существует два основных типа интерполяции или экстраполяции, для поддержки которых может использоваться моделирование и симуляция. Во-первых, при горизонтальной экстраполяции эксплуатационные характеристики системы защиты сначала оцениваются по нескольким сценариям — комбинациям погоды, дня или ночи, тактики, местности и т. Д. Затем моделирование используется для прогнозирования производительности системы в непроверенных сценариях.Степень, в которой непроверенные сценарии связаны с протестированными сценариями, обычно определяет степень, в которой моделирование может предсказать производительность. Эта экстраполяция подразумевает, что тестируемые сценарии должны быть выбраны (насколько это возможно) так, чтобы моделируемые интересующие сценарии имели характеристики, общие с тестируемыми сценариями (см. Обсуждение проблемы Дубина в главе 5). Один из способов гарантировать эту общность — использовать уровни факторов для определения смоделированных сценариев, которые менее экстремальны, чем те, которые используются в тестируемых сценариях.Другими словами, экстраполяция на совершенно другую среду была бы рискованной, как и экстраполяция на аналогичную среду, но на более экстремальном уровне. Например, если система тестировалась в холодной (32 ° F) и дождливой (0,25 ″ в час) среде, а также в жаркой (85 ° F) и сухой (0,00 ″ в час) среде, была бы какая-то причина для надеюсь, возможно, используя статистическое моделирование, чтобы моделирование предоставило информацию о производительности системы в умеренно жарком (65 ° F) и несколько дождливом (.10 ″ в час) среды. (Чем ближе непроверенная среда к тестируемой, тем ближе она к интерполяции, чем к экстраполяции.) Однако, если ни одна из тестируемых сред не включала дождь, было бы рискованно использовать моделирование для экстраполяции к дождливым условиям на основе производительности системы. в сухих условиях. (Ускоренное тестирование жизни, обсуждаемое в главе 7, является одним из способов экстраполяции относительно уровня.)

Во-вторых, вертикальная экстраполяция — это либо производительность одной системы (по сравнению с одной системой), либо производительность нескольких систем в

Как делать симуляторы

Одна из наиболее частых проблем, которые высказываются по поводу симуляций, — это просто одно из определений: что такое симуляция? Это то же самое, что игра или ролевая игра? Это проблемное или исследовательское обучение? Подразумевает ли это что-то особенное?

Проще говоря, моделирование представляет собой воссоздание реальной ситуации, разработанное для исследования ключевых элементов этой ситуации .Это упрощение и эссенциализация некоторого объекта или процесса, позволяющая участникам испытать этот объект или процесс.

Однако, помимо этого очень широкого определения, моделирование — это то, что вы из них делаете. Этот веб-сайт призван продемонстрировать, что моделирование может охватывать широкий спектр действий, от очень простых и кратких до сложных и расширенных.

Огромная гибкость моделирования дает инструкторам мир возможностей изучать материалы новыми, увлекательными и запоминающимися способами.Неслучайно многие из тех, кто использует симуляции в своем обучении, — это люди, которые испытали их на собственном опыте: без преувеличения можно сказать, что большая часть очень немногого конкретного опыта обучения, полученного этим автором в процессе своего обучения, пришла с помощью симуляций. Более того, это подход, который хорошо переносится между дисциплинами социальных наук.

Симуляция дает возможность «прожить мир» явления, которое мы изучаем, и именно в этом «живом» обучении происходит глубокое обучение, которое вовлекает студентов, требуя от них разработки личной модели этого явления ». world ‘и как с этим взаимодействовать: если мне придется притвориться главой албанского подразделения, отвечающего за права собственности, и затем мне придется смоделировать взаимодействие с должностными лицами Европейской комиссии, тогда я могу получить много более тонкое понимание важности этого вопроса для усилий Албании по присоединению к Европейскому Союзу (ЕС), чем я могу из лекции на ту же тему.

Однако моделирование выходит за рамки предположения об активном обучении. В частности, мы можем утверждать, что они воплощают две основные идеи. Первое из них — это представление о том, что мир (или, по крайней мере, конкретное явление, которое нас интересует) можно смоделировать, с помощью которого мы понимаем, что набор относительно простых правил может заключать в себе основы данной ситуации. Эти правила могут принимать форму какой-то архитектуры принятия решений (например, права голоса, структурные отношения между участниками и т. Д.), или личных или институциональных характеристик (например, внутреннего стремления людей к власти или оптимизации доходов), или действительно случайных событий (например, использование игральных костей для создания хаотических ситуаций). Таким образом, простая симуляция для изучения динамики переговоров по-разному предполагает, что большим группам участников сложно принимать эффективные решения, что участники будут привносить в переговоры личное мировоззрение и что управление временем не является главной задачей на переговорах. В совокупности они представляют собой сценарий, который позволяет учащимся непосредственно испытать их, что имеет прямое значение для каждого из них.

Второе предположение состоит в том, что мир сложен, и мы понимаем, что, несмотря на такие простые правила, результаты по своей сути неопределенны и нелинейны из-за хаотической природы человеческого взаимодействия. Иными словами, когда мы запускаем моделирование, мы делаем это, зная, что и процесс, и результат будут варьироваться от итерации к итерации, и действительно, это именно та неопределенность, которую мы хотим донести до студентов. Возвращаясь к простой игре, упомянутой в предыдущем абзаце, каждый раз, когда в нее играют, выдвигал различные подходы, идеи, практики и результаты.Это варьировалось от защиты города, находящегося под угрозой, до притворства, что не подозревает о нападении, до вывода ваших солдат из города для убийства президента!

Игры, как правило, попадают в более простой конец спектра — например, в создании очень стилизованной среды — но также и в смежных мирах видеоигр и серьезных игр. Ролевые игры фактически совпадают с симуляциями, хотя с упором более явно на принятие конкретной роли или человека.Чтобы попытаться уменьшить путаницу, в этом Руководстве используется «моделирование», чтобы охватить все это. Хотя моделирование действительно имеет много общих черт с обучением на основе задач и запросов, последние не обладают той же самой концепцией воссоздания реальных ситуаций и поэтому попадают в определенную категорию.

То, что связывает вместе все эти педагогические подходы, — это представление о том, что мир может быть внесен в класс таким образом, чтобы участники могли активно взаимодействовать с материалом и полностью погружаться в него.Короче говоря, они предлагают учащимся отличный способ приобрести знания и навыки в контролируемой ими учебной среде. Для преподавателя это открывает новые пространства для взаимодействия и смещает акцент на обучение под руководством учащихся. Наиболее просто это выражено в пословице, цитируемой в Hertel & Millis (2002, стр. Ix): «Я слышу и забываю. Я вижу и помню. Я знаю и понимаю ».

Прежде чем перейти к рассмотрению того, когда лучше всего использовать моделирование, полезно указать некоторые термины, которые будут использоваться в остальной части веб-сайта.Разработчик игр — это человек (или люди), который устанавливает цели и правила симуляции. Игровой лидер — это человек на земле для фактического запуска симуляции (игровой процесс ): часто это тот же человек, что и разработчик игры. За ходом игры также могут наблюдать оценщиков , которые играют чисто пассивную роль. Мы называем участников здесь студентами просто потому, что это основная аудитория.

% PDF-1.4
%
176 0 объект
>
эндобдж
xref
176 108
0000000016 00000 н.
0000002512 00000 н.
0000002789 00000 н.
0000002853 00000 н.
0000002884 00000 н.
0000002948 00000 н.
0000003096 00000 н.
0000003617 00000 н.
0000004228 00000 п.
0000004295 00000 н.
0000004571 00000 н.
0000004723 00000 н.
0000004830 00000 н.
0000004952 00000 н.
0000005187 00000 н.
0000005380 00000 н.
0000005498 00000 п.
0000005638 00000 п.
0000005758 00000 н.
0000005880 00000 н.
0000006024 00000 н.
0000006170 00000 п.
0000006474 00000 н.
0000006700 00000 н.
0000006944 00000 н.
0000007177 00000 н.
0000007444 00000 н.
0000007610 00000 н.
0000007730 00000 н.
0000007864 00000 н.
0000008057 00000 н.
0000008153 00000 н.
0000008248 00000 н.
0000008344 00000 п.
0000008440 00000 н.
0000008536 00000 н.
0000008632 00000 н.
0000008728 00000 н.
0000008824 00000 н.
0000008920 00000 н.
0000009016 00000 н.
0000009112 00000 н.
0000009208 00000 н.
0000009301 00000 п.
0000009396 00000 п.
0000009490 00000 н.
0000009584 00000 н.
0000009679 00000 н.
0000009774 00000 н.
0000009870 00000 п.
0000009965 00000 н.
0000010059 00000 п.
0000010154 00000 п.
0000010248 00000 п.
0000010344 00000 п.
0000010440 00000 п.
0000010535 00000 п.
0000010629 00000 п.
0000010724 00000 п.
0000010819 00000 п.
0000010915 00000 п.
0000011236 00000 п.
0000011645 00000 п.
0000011686 00000 п.
0000011708 00000 п.
0000012058 00000 п.
0000012129 00000 п.
0000012362 00000 п.
0000012563 00000 п.
0000012970 00000 п.
0000013204 00000 п.
0000013784 00000 п.
0000014571 00000 п.
0000014861 00000 п.
0000015161 00000 п.
0000015183 00000 п.
0000015908 00000 н.
0000016292 00000 п.
0000016726 00000 п.
0000016748 00000 п.
0000017380 00000 п.
0000018263 00000 п.
0000018771 00000 п.
0000018908 00000 п.
0000019236 00000 п.
0000019515 00000 п.
0000019537 00000 п.
0000020204 00000 п.
0000020226 00000 н.
0000020932 00000 п.
0000020954 00000 п.
0000021619 00000 п.
0000021812 00000 п.
0000022043 00000 п.
0000022065 00000 п.
0000022784 00000 п.
0000022806 00000 п.
0000023289 00000 п.
0000028130 00000 п.
0000031761 00000 п.
0000040341 ​​00000 п.
0000040870 00000 п.
0000040964 00000 п.
0000043665 00000 п.
0000048033 00000 п.
0000055154 00000 п.
0000003137 00000 п.
0000003595 00000 н.
трейлер
]
>>
startxref
0
%% EOF

177 0 объект
>
эндобдж
178 0 объект
>
эндобдж
179 0 объект
[
180 0 р
]
эндобдж
180 0 объект

Моделирование

Использование моделирования для оценки обучения
Введение

Симуляция — это воссоздание реальной ситуации или задачи, которая предназначена для изучения ключевых элементов этой ситуации.Моделирование — это «интерактивные события», в которых «моделируется среда… но поведение является реальным» »(Jones 1995, 7). Моделирование может включать в себя ролевые игры среди учащихся или с фасилитаторами, игры, воссоздание, творческие упражнения и т. Д. Существуют интересные возможности для моделирования с использованием компьютерных технологий, особенно в отношении дополненной и виртуальной реальности (VR). Хорошо зарекомендовавшие себя методы моделирования для обучения и оценки включают моделирование пациентов, имитационные испытания, имитацию переговоров и упражнения в подносе.Моделирование в некоторой степени связано с использованием игр и игры в обучении и имеет одни и те же проблемы и преимущества.

Simulation предлагает упрощенное представление или имитацию объекта или процесса, которые могут быть недоступны напрямую из-за проблем масштаба, времени, риска или сложности. Таким образом, симуляции могут преодолеть разрыв между обучением в классе и реальным опытом, предлагая учащимся безопасную и воспроизводимую среду для обучения и демонстрации своих компетенций.Обучение на основе моделирования (SBE) широко используется в сфере здравоохранения и медицинского образования и обучения для оценки профессиональных учебных программ. Моделирование на основе игр имеет долгую историю экспериментального обучения и обучения для развития приобретения знаний, понимания сложных отношений и развития поведения, навыков, компетенций в дисциплинах социальных наук, особенно в бизнесе и менеджменте, а также в политике и международных отношениях, хотя и в меньшей степени. часто используется как практика оценки в этих областях.

Что можно оценить с помощью моделирования?

Модели

предлагают оценку на основе результатов, которую можно использовать для оценки по всем параметрам обучения: когнитивным, поведенческим и эмоциональным, в зависимости от предполагаемых результатов обучения, которые необходимо измерить, и характера разработанного моделирования. Они особенно хорошо подходят для оценки профессиональных навыков, коммуникативных и межличностных навыков, применения знаний и принятия решений.

Дизайн

Крайне важно четко очертить намеченные результаты обучения, цель задачи и обеспечить их четкое согласование.Также важно, чтобы учащиеся понимали процесс и преимущества задания.

Когда учащиеся оцениваются с помощью симуляции, главное внимание уделяется тому, что симуляция работает. Существует огромное количество литературы по моделированию моделирования в медицинском образовании, политологии и международных отношениях, а также в бизнесе и менеджменте, на которые можно опираться.

Различные типы

Моделирование может проводиться в физическом или цифровом пространстве, по отдельности или в комбинации, и использование VR в моделировании растет.

Социальные науки

Асал и Блейк (2006), написавшие для контекста социальных наук, предполагают, что процесс проектирования отвечает на следующие вопросы:

  • каковы ваши образовательные цели?
  • с какими временными и технологическими ограничениями вы столкнетесь?
  • вы будете использовать реальный или вымышленный случай?
  • какой у вас уровень сложности?
  • сколько у вас будет участников и как они будут организованы?
  • каков будет процесс принятия решений (внутри и между командами)?
  • как вы будете использовать действия? Изменит ли они переговорную среду?
  • какие результаты будут у вас, структурированные или неограниченные?
  • будут ли какие-то ограничения для участников? Если да, то какие? (Асал и Блейк 2006: 13)

При разработке симуляции вам необходимо будет найти баланс между «реалистичностью» симуляции и требованиями к оцениванию, чтобы все учащиеся имели возможность продемонстрировать свои навыки (Обендорф и Рандерсон 2013: 359).

Моделирование состоит из трех этапов: подготовка, взаимодействие и разбор полетов, и все или любые из них могут быть оценены как отдельные элементы.

Подготовка: от студентов может потребоваться проведение независимых исследований; применять теоретические и содержательные знания к практическому обучению симуляции; установить позицию / стратегию на переговорах. Например, студентов могут попросить подготовить инструктаж по политике для распространения перед симуляцией (Druliolle, 2017).

Взаимодействие: вы будете оценивать, как участники симуляции работают в соответствии с заранее определенными и четко изложенными критериями. Вы можете сосредоточиться на процессе [как они работают] или на продукте [который может быть физическим продуктом, вердиктом, решением, соглашением и т. Д.].

Подведение итогов: предлагает возможность для критического размышления с позиции нейтралитета за пределами смоделированного сценария. Это может потребовать от студентов продемонстрировать свое понимание связи между содержанием и опытом.Разбор на основе класса может использоваться для поддержки участия в любой деятельности по рефлексивной оценке после моделирования.

Здравоохранение

Если вы разрабатываете обучение на основе моделирования в медицинских учреждениях, Ассоциация моделирования практики в здравоохранении (ASPiH) опубликовала Рамки стандартов обучения на основе моделирования с сопутствующими рекомендациями по передовой практике и доказательствами из литературы.

Принципы оценки:

  • оценка основана на предполагаемых результатах обучения в ходе упражнения, с ясностью в отношении знаний, навыков и отношения и соответствующим образом адаптирована к профессиональной учебной программе, подлежащей оценке
  • учитывается психологическая безопасность учащегося и обеспечивается соответствующая поддержка
  • Преподаватели

  • несут ответственность за безопасность пациентов и поднимают вопросы относительно успеваемости учащихся в образовательных учреждениях, включая вмешательства SBE.
Игровые симуляторы

Моделирование на основе игр имеет более долгую историю как метод обучения, а не как метод оценки. Они могут быть мощным механизмом для изменения точки зрения, понимания сложности и улучшения понимания мировоззрения других. Сессии подведения итогов и обратная связь имеют решающее значение для выполнения этих функций, и поэтому они могут работать наиболее эффективно как формирующие методы оценки. Игровые симуляции могут основываться на фактических и / или вымышленных сценариях и случаях.

В итоге те, кто будет оценивать обучение, происходящее в любой данной игровой симуляции, должны ответить на два вопроса:

  1. изучают ли участники модель реального мира, которую имитирует игра?
  2. правдоподобна ли модель реального мира? (Чин и др. 2009; 559)
Индивидуальный / групповой?

Моделирование позволяет оценивать отдельных лиц или группы.

Оценка моделирования

То, что вы собираетесь оценивать, будет определяться вашими предполагаемыми результатами обучения, ограничениями, в которых вы работаете с симуляцией, и тем, какие аспекты симуляции вы планируете оценивать.

Подготовка: оценка подготовительных материалов, подготовленных для моделирования [например, Документ с изложением позиции; информационная записка] позволит вам оценить аспекты исследований студентов, такие как сбор и анализ данных, синтез, критическое мышление, оценка. Если попросить студентов представить портфолио исследовательских ресурсов, вы сможете оценить исследовательские процессы.

Взаимодействие: согласованные и сообщенные критерии, по которым вы оцениваете взаимодействие с имитацией или внутри нее, будут зависеть от характера симуляции и предполагаемых результатов обучения.Это может включать: владение техническими навыками, соблюдение правил процедуры, участие в официальных дебатах, общение, эффективное представительство, переговоры и компромисс, принятие решений, лидерство, командную работу и / или межпрофессиональное общение.

Некоторые механизмы моделирования могут предлагать результаты / обратную связь — технологически или лично [например, стандартизованный пациент], который можно использовать для оценки производительности. Даже при наличии четких критериев оценки участие может допускать определенную степень субъективности, и вам необходимо знать о возможности предвзятости оценщика.

Подведение итогов: После моделирования вы можете оценить критические размышления учащихся об опыте моделирования. Петранек, Кори и Блэк постулировали рефлексивную модель для симуляции, основанную на рассмотрении четырех «е»: событий, эмоций, сочувствия и объяснения (1992, 174). Оценка рефлексии учащихся может быть особенно действенной в работе с формативной оценкой.

Разнообразие и инклюзивность

Оценка устного участия и взаимодействия может поставить некоторых студентов в невыгодное положение.

Академическая честность

Сочетание теоретических и содержательных знаний с практическим обучением снижает вероятность обмана. Оценка успеваемости учащихся по техническим, профессиональным или клиническим навыкам в имитационном моделировании является надежным методом оценки. (Щелкните здесь , чтобы получить дополнительную информацию о плагиате.)

Опыт студентов и сотрудников
Преимущества

Исследования показывают, что учащиеся положительно реагируют на симуляции, находя их приятными и стимулирующими.

Использование симуляций в клиническом образовании хорошо изучено. Способность моделирования тренировать и оценивать технические, клинические и профессиональные навыки и оказывать положительное влияние на результаты лечения пациентов хорошо известна.

Моделирование на основе игр предлагает ориентированное на учащихся и активное обучение и подталкивает учащихся к мышлению более высокого порядка, требуя от них применения знаний, синтеза идей и критического и аналитического мышления через ряд процессов принятия решений.

Моделируя «реальный мир», они также могут способствовать аутентичному обучению и оценке.

Вызовы

Моделирование также может быть источником разочарования и беспокойства, особенно при наличии административных трудностей, которые могут усугубиться, если оценка будет итоговой и высокоуровневой. В качестве относительно необычной среды обучения и оценки учащиеся могут найти симуляции, особенно на начальных этапах, которые сбивают с толку, если цель симуляции трудно понять.

Если симуляция оценивает работу группы, вам необходимо особенно внимательно относиться ко всем аспектам групповой оценки, особенно если ваш смоделированный сценарий включает соревнование. Сочетание индивидуальных и групповых оценок , возможно, на разных этапах подготовки, взаимодействия и подведения итогов, может быть полезным для смягчения неравенства в распределении задач или восприятия несправедливости.

Оценка успеваемости учащихся с помощью моделирования может быть более сложной, чем другие методы оценки.Ограничения пространства (наличие комнаты) и времени (планирование, подготовка, несколько итераций для больших групп) могут быть проблемой. Доступ к ресурсам также может представлять собой препятствие.

Некоторые симуляции могут потребовать соответствующего уровня конфликта для того, чтобы быть эффективными, и это должно будет тщательно контролироваться человеком, запускающим симуляцию.

Отсутствие ученика будет проблематичным. Отсутствие учеников может поставить под угрозу опыт других учеников в симуляции.Многие модели не могут быть воспроизведены, и поэтому вам нужно будет подумать о том, как повторно оценить, если ученик отсутствует или необходимо исправить ошибку.

Рабочая нагрузка

Имеются свидетельства того, что требования моделирования могут отнимать время и энергию учащихся вне класса, что непродуктивно для обучения — предоставление учащимся схем или учебных приложений может смягчить это. (Раймонд и Андервуд 2013, 163).

Управляемость оценки с использованием моделирования будет зависеть от того, какой элемент (подготовка, взаимодействие, разбор) вы собираетесь оценивать.Суммарная оценка участия во время моделирования потребует, чтобы сеанс каким-либо образом был зафиксирован для целей аудита и для внешнего экзаменатора. Размер моделирования и количество вовлеченных участников также могут представлять логистические проблемы; каждый оценщик может достаточно внимательно наблюдать только за 5 людьми, поэтому вам может потребоваться некоторое количество оценщиков в комнате или запустить симуляцию несколько раз.

Полезные ресурсы

Университет Нового Южного Уэльса

https: // обучение.unsw.edu.au/simulations

Пенсильванский университет

Home

Ресурсный центр естественнонаучного образования в Карлтон-колледже [https://www.carleton.edu]

https://serc.carleton.edu/sp/library/simulations/index.html

Компьютерное моделирование | Britannica

Компьютерное моделирование , использование компьютера для представления динамических откликов одной системы поведением другой смоделированной системы.При моделировании используется математическое описание или модель реальной системы в форме компьютерной программы. Эта модель состоит из уравнений, которые дублируют функциональные взаимосвязи в реальной системе. При запуске программы результирующая математическая динамика является аналогом поведения реальной системы с результатами, представленными в виде данных. Моделирование также может принимать форму изображения компьютерной графики, которое представляет динамические процессы в анимированной последовательности.

Британская викторина

Компьютеры и технологии: Викторина

Компьютеры размещают веб-сайты, состоящие из HTML, и отправляют текстовые сообщения так же просто, как…РЖУ НЕ МОГУ. Примите участие в этой викторине и позвольте некоторым технологиям подсчитать ваш результат и раскрыть вам содержание.

Компьютерное моделирование используется для изучения динамического поведения объектов или систем в ответ на условия, которые невозможно легко или безопасно применить в реальной жизни. Например, ядерный взрыв можно описать математической моделью, которая включает такие переменные, как тепло, скорость и радиоактивные выбросы. Затем можно использовать дополнительные математические уравнения для корректировки модели с учетом изменений определенных переменных, таких как количество расщепляющегося материала, вызвавшего взрыв.Моделирование особенно полезно, поскольку позволяет наблюдателям измерить и предсказать, как на функционирование всей системы может повлиять изменение отдельных компонентов внутри этой системы.

Более простые симуляции, выполняемые на персональных компьютерах, состоят в основном из бизнес-моделей и геометрических моделей. К первым относятся программы для работы с электронными таблицами, финансовые и статистические программы, которые используются для бизнес-анализа и планирования. Геометрические модели используются во многих приложениях, которые требуют простого математического моделирования объектов, таких как здания, промышленные детали и молекулярные структуры химических веществ.Более сложные модели, например моделирующие погодные условия или поведение макроэкономических систем, обычно выполняются на мощных рабочих станциях или на мэйнфреймах. В инженерном деле компьютерные модели вновь спроектированных конструкций проходят имитационные испытания для определения их реакции на стресс и другие физические переменные. Моделирование речных систем может быть изменено для определения потенциального воздействия плотин и ирригационных сетей до того, как начнется какое-либо фактическое строительство.Другие примеры компьютерного моделирования включают оценку конкурентной реакции компаний на конкретном рынке и воспроизведение движения и полета космических аппаратов.

Программные рамки для построения моделей

Программные рамки — это архитектура или инфраструктура, предназначенная для интеграции и взаимодействия программных компонентов. Специализированные типы программных сред — это те, которые специально предназначены для поддержки композиции моделей или других компонентов в системе моделирования.Такие структуры предназначены для упрощения процесса сборки сложной модели или системы моделирования из более простых компонентных моделей, а также для содействия повторному использованию компонентных моделей. Было разработано и реализовано несколько различных типов программных сред для построения моделей; эти типы включают общую библиотеку, архитектуру линейки продуктов, протокол взаимодействия, объектную модель, формальную и интегративную среду. Различные типы фреймворков имеют разные компоненты, процессы для составления моделей и предполагаемые приложения.В этом обзоре представлены основные термины и концепции программных фреймворков для построения моделей, объясняются и сравниваются различные типы таких фреймворков, а также описываются важные примеры каждого типа.

1. Введение

Программная среда — это архитектура или инфраструктура, предназначенная для поддержки и обеспечения интеграции и взаимодействия программных компонентов. Он может состоять из концепций, технологий, инструментов, протоколов, стандартов, механизмов управления, интерфейсов и процессов, предназначенных для обеспечения быстрой, эффективной и гибкой сборки систем из компонентов в практических условиях.Здесь мы фокусируем наше внимание на подклассе программных сред, в частности на тех программных средах, в которых компоненты являются либо реализациями моделей, например, модель влияния ландшафта на движение колесного транспортного средства, либо немодельными вспомогательными компонентами, например, отображением карты для пользовательский интерфейс, а структура предназначена для поддержки композиции этих моделей и поддержки компонентов в более сложные модели и системы моделирования. Для краткости такие программные структуры, специально разработанные для поддержки композиции и интеграции моделей и компонентов поддержки моделирования, будут называться каркасами моделирования или, когда смысл ясен, просто каркасом .

Целью данной статьи является моделирование композиции модели. Его цель — рассмотреть такие структуры, включая их теоретические характеристики и возможности, а также их реализацию и использование на практике. С этой целью данная статья является одновременно учебным пособием и обзором литературы. В качестве учебного пособия он объясняет основной контекст, определяет важную терминологию и предоставляет схему категоризации для типов каркаса моделирования. В качестве обзора литературы он цитирует и обобщает публикации в исследовательской и профессиональной литературе.В важной части подхода к данной теме статьи несколько существующих программных сред, которые были разработаны для поддержки композиции моделей, описаны довольно подробно.

Этот документ имеет следующую структуру. Раздел 2 вводит справочный материал, включая контекст и ключевые определения. Раздел 3 определяет категории или типы структур моделирования. В разделе 4 описаны важные примеры различных типов каркасов моделирования. Раздел 5 содержит резюме выводов и рекомендаций, сделанных в статье.

2. Предпосылки

В этом разделе представлена ​​важная справочная информация для понимания исследуемых программных сред. В нем представлен ряд важных определений терминов, относящихся к каркасам и компонентам моделирования, и используются эти определения, чтобы поместить идею программной среды для композиции модели в контекст связанных идей и технологий. Также обсуждается природа программных компонентов в такой структуре.

2.1. Определения и контекст

Для начала определены и объяснены несколько важных терминов, относящихся к каркасам и компонентам моделирования.Определения даются не в алфавитном порядке, как это часто принято для лексиконов, а в порядке, предназначенном для того, чтобы читатель мог понять определения по мере их построения и зависит от предыдущих определений.

Повторное использование программного обеспечения. Повторное использование программного обеспечения относится к использованию ранее разработанной единицы, пакета или модуля программного обеспечения более одного раза либо для той цели, для которой они были изначально разработаны, либо для новой цели, либо в новом контексте. Повторное использование программного обеспечения может сэкономить время, усилия или затраты на разработку или тестирование.Если повторно используемое программное обеспечение является моделью, повторное использование может повысить доверие к новому приложению, если программное обеспечение прошло проверку, валидацию и аккредитацию для его предыдущего использования [1, 2].

Компонент. Концепция компонентов является фундаментальной в контексте общего повторного использования программного обеспечения. Множественные определения компонента доступны в литературе по повторному использованию программного обеспечения; избранные примеры включают следующее. (1) Единица исполняемого файла или исходного кода, доступная для повторного использования [3].(2) Многоразовый программный пакет или модуль, который инкапсулирует набор связанных функций и взаимодействует с другими компонентами через интерфейс [4]. (3) Инкапсулированный модуль программного обеспечения с известным набором входных данных и ожидаемым выходным поведением, где детали реализации могут быть скрыты или неизвестны; сменный элемент системы, соответствующий спецификации [5]. Наше внимание в этой статье сосредоточено на программных средах, разработанных специально для программного обеспечения для моделирования, то есть на имитационных средах.В средах моделирования компонент является программным компонентом и имеет все свойства одного компонента, но может также иметь дополнительные свойства, специфичные для моделирования. Компонент может быть моделью, способной имитировать всю или часть некоторой реальной системы, представляющей интерес, такой как основанная на физике модель динамики полета самолета, или он может иметь функциональные возможности, специфичные для реализации моделирования, такие как список будущих событий. в моделировании дискретных событий. В дальнейшем термин компонент будет относиться к компонентам в целом, тогда как компонент модели будет относиться к компонентам, которые реализуют всю или часть модели, а компонент моделирования — к компонентам, которые не являются моделью, но реализуют некоторую поддержку, специфичную для моделирования. функциональность.

Фреймворк. Программная структура — это архитектура или инфраструктура, предназначенная для поддержки и обеспечения интеграции и взаимодействия программных компонентов. Основная идея состоит в том, что компоненты, разработанные для соответствия и согласованности с каркасом, могут быть объединены, соединены и составлены в рамках этого каркаса, и что такие композиции могут быть собраны более легко и с большей вероятностью правильной работы, чем это было бы возможно без каркаса. . Определения программных сред в литературе варьируются от вполне общих, например, «набор взаимодействующих объектов, которые вместе реализуют набор функций» [3], до вполне конкретных, например, «подсистема, содержащая абстрактные и конкретные типы. и классы, предназначенные для повторного использования »[6].В большинстве определений ключевыми определяющими концепциями являются компоненты как единицы интеграции, механизм для поддержки их интеграции и взаимодействия, а также тот факт, что различные компоненты могут быть объединены в разное время. Некоторые определения структуры подчеркивают компоненты, в то время как другие подчеркивают механизмы для соединения компонентов; оба имеют решающее значение в эффективной структуре. Рисунок 1 абстрактно иллюстрирует идею фреймворка; он показывает набор условных компонентов, выбранных из большего набора доступных компонентов, хранящихся в библиотеке компонентов, которые связаны и взаимодействуют через структуру и возможности, предоставляемые платформой.

Совместимость и композиция. Возможность компоновки — это способность выбирать и собирать компоненты моделирования в различных комбинациях в действующие системы моделирования для удовлетворения конкретных требований пользователя [7]. Определяющей характеристикой возможности компоновки является то, что различные системы моделирования могут быть составлены множеством способов, каждый из которых подходит для определенной цели, и различные возможные композиции будут полезны. Ранние теоретические исследования возможности компоновки касались вопроса о том, когда модель может быть скомпонована с другими моделями, и, если она составлена ​​таким образом, верна ли полученная композиция [8, 9].Аналогичным образом были исследованы структурные и численные несоответствия, которые могут возникнуть при составлении компонентов, реализующих физические модели, основанные на дифференциальных уравнениях [10]. Имеющие более прямое отношение к фреймворкам моделирования, были выявлены усилия, направленные на практическую реализацию компонуемости [11] (части этой статьи используют концепции и термины, введенные в [11]).

При таком определении компонуемости композиция (как глагол) — это процесс или возможность выбора и сборки компонентов для выполнения.То, как именно будут выбраны и собраны компоненты, будет зависеть от структуры, в которой они созданы. Детали выбора компонентов больше зависят от библиотеки фреймворка, а детали их сборки больше зависят от механизмов реализации фреймворка. Оба будут рассмотрены в этом обзоре. Композиция (как существительное) относится к набору компонентов, которые были составлены для создания интегрированного или совместимого целого (в некоторых ситуациях вместо просто «композиция» будут использоваться такие фразы, как «набор компонентов» или «состав компонентов». Как существительное.Термины являются синонимами).

Стандарты. Стандарт — это согласованное соглашение или требование, которое определяет или предписывает некоторые аспекты или аспекты технической системы. Такие стандарты обычно воплощаются в виде формального документа с контролируемой конфигурацией, который определяет согласованные инженерные или технические критерии, методы, процессы или практики. Стандарты могут рассматриваться как de jure , которые имеют только что описанное формальное определение, de facto , которые существуют, когда конкретный продукт, формат или представление становятся настолько повсеместными и доминирующими, что их неиспользование может вызвать значительные проблемы или проприетарные, которые являются стандартные организации, которые принадлежат и контролируются коммерческой организацией [12].Стандарты моделирования — это стандарты, которые применяются к моделированию, будь то программное обеспечение, методы разработки, определения данных или любой другой аспект моделирования. Особый интерес в этой статье представляют протоколы взаимодействия распределенного моделирования, включая распределенное интерактивное моделирование (DIS) [13], архитектуру высокого уровня (HLA) [14] и архитектуру поддержки тестирования и обучения (TENA) [15]), которые могут следует понимать как стандарты, так и рамки.

Разрешение. При описании модели разрешение определяется как «степень детализации, которая моделируется в реальном мире» [16].При описании компонента разрешение обозначает размер компонента не в байтах или строках кода, а скорее в терминах объема или степени функциональности, предоставляемой компонентом. Небольшой компонент имеет узкую и ограниченную функциональность и, вероятно, будет полезен только в сочетании с другими компонентами, например, с генератором случайных чисел, тогда как большой компонент может иметь широкую и обширную функциональность и, вероятно, будет способен к независимой работе. даже без других компонентов, например, полуавтоматическая силовая система [17] (здесь и далее мы будем использовать термины «малый» и «большой» для описания компонентов со смыслом, определенным здесь, т.е.д., объем функциональных возможностей компонента, а не его размер в байтах.). Успешные компоненты, то есть те, которые используются повторно, могут быть любого размера. Состав компонентов разного размера определяет разные уровни компонуемости [7].

Библиотека. В контексте фреймворков библиотека — это набор компонентов, доступных для повторного использования. Библиотека реализована как система, которая принимает, хранит и предоставляет доступ к компонентам, которые можно использовать повторно. Вопросы управления конфигурацией (контроль и отслеживание изменений компонентов) и обнаружения (позволяющие потенциальным пользователям компонентов находить и оценивать компоненты для повторного использования) важны для программных библиотек, но выходят за рамки этого обзора.Библиотека может хранить другие артефакты в дополнение к компонентам, например метаданные, данные или документацию. Используется ряд тесно связанных терминов, например, каталог (в котором конкретно хранятся метаданные обнаружения), реестр (в котором конкретно хранятся схемы метаданных), репозиторий (который может содержать компоненты, разработанные независимо и без предварительного намерения для interoperation) и storehouse (общий для систем хранения) [1], но различия между этими терминами не нужны в этом обзоре.

Обладая этими определениями, предмет данного обзора может быть помещен в контекст, как показано на рисунке 2. На рисунке «компоновка» и «повторное использование» — это желаемые возможности, а «рамки» и «стандарты» — это технологии, к достижению этих возможностей. Механизмы, посредством которых технологии и цели поддерживают друг друга, обозначены стрелками с метками; направление стрелок указывает на то, что технология или возможности «от» поддерживают или позволяют технологию или возможности «от».

2.2. Характеристики компонентов

В рамках моделирования компоненты модели обычно больше, чем одна модель предметно-ориентированного объекта, но все же достаточно малы, чтобы ограничиваться одной областью знаний в предметной области. Конечно, не все компоненты являются компонентами модели; некоторые могут предоставлять вспомогательную инфраструктуру для систем моделирования, такую ​​как компонент сетевого интерфейса или компонент очереди событий. Определение размера или функциональности компонента не поддается правилам, применимым во всех ситуациях, но пункт «удовлетворяет требованиям пользователя» в определении возможности компоновки обеспечивает руководство; Компонент должен иметь возможности, которые могут быть полезны потенциальным пользователям как единое целое, не слишком малые и не слишком большие.Критерии для принятия такого решения обязательно будут зависеть от приложения.

Первоначальная разработка составного компонента часто бывает сложнее, чем несоставного, но последующая разработка упрощается за счет использования ранее разработанных компонентов. Дополнительным начальным усилиям способствует необходимость более тщательного документирования допущений и пределов достоверности моделей в компонуемом компоненте. Практики моделирования, которые в целом уже считаются положительными, такие как использование параметров вместо констант, хорошее документирование, проверка вводимых значений на предмет допустимости и стремление к ясности в реализации, особенно полезны для разработки составных компонентов, которые воплощают эти модели.Не так очевидно то, что потребность в возможности компоновки поддерживает хорошие практики моделирования, например, требование, налагаемое компоновкой, документировать допущения и пределы достоверности модели, поможет разработчику модели более тщательно рассмотреть свои модели с самого начала.

Компоненты можно интегрировать и использовать с другими компонентами только через четко определенные интерфейсы. Интерфейс компонента должен определять «… набор свойств, методов и событий, через которые внешние объекты могут подключаться к компоненту и взаимодействовать с ним» [18].В некоторых случаях компоненты могут иметь настраиваемые аспекты, которые можно изменять во время выполнения через интерфейс.

Структурированные описания или спецификации компонентов (иногда называемые метаданными или метамоделями) могут использоваться для управления процессами выбора компонентов для конкретной цели и определения возможности составления набора компонентов [5]. Спецификация компонента (метаданные) должна включать подробную информацию об интерфейсе (-ах) и модели (-ях) компонента.

На практике часто предполагается, что любой компонент модели, который был помещен в репозиторий, действителен, по крайней мере, в пределах, указанных в спецификации его компонента.Ограничения достоверности компонента — это пределы или границы в рамках модели компонента, которая считается действительной и может быть определена на низком уровне с точки зрения значений физических параметров, размеров временных шагов и т. Д. Или на высоком уровне с точки зрения допустимых приложений для компонент. Даже в этом случае было показано, что достоверность отдельных компонентов не означает, что их состав может считаться допустимым [8]. При проверке композиции можно использовать традиционные методы проверки, такие как сравнение выходных данных композиции с базовыми данными [19], а также можно использовать структуру компонентов композиции, например автоматическое сравнение областей достоверности для каждого компонента с данными, которые они получают от других компонентов. в составе.

3. Типы фреймворков

Было разработано несколько различных типов программных фреймворков для построения моделей. Механизмы, используемые для реализации фреймворка, могут различаться; они включают правила, протоколы, стандарты, структуры языков программирования (например, иерархии классов и типов), определения и реализации интерфейсов (например, интерфейсы прикладного программирования), трансляторы и преобразователи данных, а также утилиты передачи данных. Эти различные механизмы могут использоваться вместе в широком диапазоне комбинаций для создания каркаса.Более того, различные типы фреймворков также могут различаться по форме и разрешению компонентов, для соединения которых фреймворк предназначен. Некоторые фреймворки предназначены для небольших компонентов, а другие — для крупных. (Здесь «малый» и «большой» используются, как определено ранее в отношении разрешения.) В результате этой изменчивости в механизме и замысле проекта был разработан и использован в сообществе моделирования и практикующие симуляторы.Каждый предлагает механизм для связывания компонентов и передачи данных и управления между ними, и каждый предназначен и предназначен для поддержки компонентов в определенном диапазоне уровней или разрешений, но они различаются в том, как это сделать.

В этом разделе определены шесть категорий или типов программной среды для построения модели и кратко описаны примеры каждого типа. (Более ранняя версия схемы категоризации для типов фреймворков, используемая здесь, была представлена ​​в [11], где типы фреймворков были описаны как «подходы к разработке компоновки».Расширенные описания важных или интересных примеров фреймворков будут даны позже.

3.1. Общая библиотека

Общая библиотека имитационного моделирования основана на коллекции или наборе программных модулей или компонентов, которые могут быть составлены или повторно использованы посредством соответствия стандартному интерфейсу или набору интерфейсов, которые позволяют модулям взаимодействовать с другими модулями в библиотеке или подмножество из них. Обычно компоненты в общей библиотечной структуре не являются моделями, которые могут выполняться в автономном режиме, хотя это не является фирменной характеристикой.Структура может также включать инструменты, сервисы и стандарты. Общие библиотеки разрабатываются с использованием общего набора допущений, лежащих в основе моделей в них, и общего протокола для передачи данных между ними. Компоненты с самого начала специально разработаны для совместной работы в различных комбинациях. Библиотека может включать компоненты с разной степенью компоновки, то есть некоторые модули могут быть составлены со всеми или большинством компонентов в библиотеке, тогда как другие компоненты могут работать только с небольшим подмножеством других компонентов.

Реализованные примеры общих библиотечных структур моделирования включают Объединенную систему моделирования и моделирования (JMASS) [20–23], Common Simulation Framework (CSF) [24], Pervasive System for Indoor-GIS (PSI) [25], и J-Sim [26]. Часто бывает, что общая библиотека имитационного моделирования изначально предназначена или развивается, чтобы сосредоточиться на конкретной категории приложений для имитационного моделирования. JMASS специализируется на моделировании авиационной радиоэлектроники и электронных систем, CSF — на моделировании тактических ракетных систем, PSI — на универсальных вычислительных приложениях, а J-Sim — на компьютерах и сетях связи.CSF и CSFA будут описаны более подробно позже.

3.2. Архитектура линейки продуктов

Среда моделирования архитектуры линейки продуктов основана на тщательно спланированной разработке множества связанных продуктов для моделирования, которые, насколько это возможно, имеют общие программные компоненты. Архитектура реализована с использованием двух процессов разработки программного обеспечения. Первый — это разработка набора компонентов, которые будут интегрированы в продукты в различных составах. Второй — интеграция подмножеств этих компонентов в конкретные продукты.Архитектура линейки продуктов включает как библиотеку компонентов, так и автоматизированный (или полуавтоматический) процесс или инструмент для их интеграции в продукты [27]. Ассортимент возможных продуктов известен заранее и задокументирован в подробной спецификации. Компоненты с самого начала разработаны для совместной работы в этих конкретных продуктах. Как и в случае с общей библиотечной структурой, обычно ни один из компонентов не является автономным продуктом моделирования.

Интерфейсы данных и управления между компонентами ожидаемого продукта заранее задокументированы в спецификации для каждого компонента.Архитектура может обеспечивать протокол передачи данных, используемый в продуктах.

Примеры продуктов моделирования, реализованных в рамках моделирования архитектуры линейки продуктов, включают тренажер полетных приборов [27], синтетическую модель окружающей среды [28], основанную на физике модель воздействия оружия на здания и сооружения [29], два семейства живые тренажерные комплексы [30, 31] и полуавтоматические силы, конструктивная боевая модель в реальном времени [32]. OneSAF будет описан более подробно позже.

3.3. Протокол взаимодействия

Структура моделирования протокола взаимодействия основана на обмене данными или услугами моделирования во время выполнения, обычно с использованием протокола взаимодействия распределенного моделирования, такого как ALSP, DIS, HLA или TENA [33]. В этом типе структуры системы моделирования состоят из моделей или вспомогательных утилит, каждая из которых представляет собой независимо выполняющийся процесс или программу, распределенную по нескольким вычислительным платформам, которые обмениваются данными во время выполнения моделирования через сеть.Эти данные и транспортные механизмы для их распространения и доставки определяются в соответствии с используемым протоколом. В терминологии HLA, который является стандартом архитектуры и протоколом взаимодействия для таких систем, моделируются федерации , а распределенные системы моделирования — федерации [14]. Федераты могут работать независимо, но обычно взаимодействуют во время выполнения, отправляя и получая данные через сетевые сообщения. С точки зрения структуры моделирования, федерации являются компонентами, а протокол взаимодействия распределенного моделирования — механизмом их соединения.Однако соответствие такому протоколу не гарантирует семантической компоновки, и ее достижение может потребовать значительных дополнительных усилий помимо первоначальной технической интеграции системы; например, см. [34].

Полезно проводить различие между специализированными федерациями, которые разрабатываются и используются для одного или ограниченного числа выполнений (таких как упражнения, анализы или эксперименты), и постоянными федерациями, которые используются повторно и, возможно, изменяются или расширяются по сравнению с другими. более длительные периоды времени.Существует множество примеров структур моделирования протоколов взаимодействия, то есть постоянных объединений, разработанных с использованием протокола распределенного моделирования. Примеры включают Joint Training Confederation [35, 36], Моделирование пациентов с боевой травмой (CTPS) [37–39], Combined Arms Tactical Trainer (CATT) [40], тактические тренажеры ближнего боя (CCTT) [40], Архитектура моделирования для технологий, исследований и экспериментов (MATREX) [41, 42] и Структура управления инцидентами (FIM) [43].MATREX будет описан более подробно позже.

3.4. Объектная модель

Инфраструктура моделирования объектной модели основана на стандарте для спецификаций компонентов; обратите внимание, что стандарт предназначен для спецификации, а не для реализации компонента. Компоненты, соответствующие стандарту спецификаций, предназначены для комбинирования друг с другом и многократного использования в различных приложениях. Обычно компоненты сами по себе не являются автономными системами моделирования, а скорее предназначены для объединения друг с другом в контексте общей системы моделирования.Определяющий стандарт поддерживает взаимодействие моделей с инструментами и сервисами через стандартизованные интерфейсы и предназначен для работы с протоколами взаимодействия, такими как HLA.

Основным реализованным примером среды моделирования объектной модели является стандарт базовой объектной модели (BOM) [44, 45]. Стандарт BOM будет описан более подробно позже.

3.5. Формальный

Формальная структура моделирования зависит от формальной математической записи для определения компонентов (обычно моделей), составов моделей и интерфейсов между ними.Механизм соединения компонентов обеспечивается средой реализации, которая фактически обеспечивает соединения, указанные в формальных определениях. Формальный каркасный тип мотивирован желанием математически доказать, что компоненты могут быть составлены, и получить их комбинированное поведение после составления.

Примеры формальных структур моделирования включают спецификацию системы дискретных событий (DEVS) [46] и системную инженерию на основе моделей (MBSE) [47]. Формализм DEVS поддерживает возможность компоновки за счет использования «связанных» (т.е., составные) модели, которые передают данные с использованием «портов» (т. е. интерфейсов). Системная инженерия на основе моделей (MBSE) [47] — еще один формализм, применимый к моделированию. DEVS и MBSE синтаксически совершенно разные, но семантически почти идентичны, и у них очень похожие математические свойства и ограничения [48, 49]. Литература по DEVS обширна, и доступно множество теоретических исследований и примеров приложений; Особое значение для структур моделирования, использующих компоненты, имеют [50, 51].Возможно, определяющая характеристика формального подхода, использование математического формализма для определения компонентов, может увеличить сложность их использования для больших практических приложений.

3,6. Интеграционная среда

Интеграционная среда моделирования среды — это среда разработки программного обеспечения, и среда выполнения используется для соединения компонентов, которые могли быть написаны без предварительного намерения взаимодействовать. Компоненты могут быть исполняемыми моделями или файлами данных, а компоненты модели могут быть написаны на разных языках или инструментах, таких как Excel и C ++.Для соединения компонентов используются специализированные программные оболочки и скрипты, которые являются частью среды моделирования. Интегративная среда обеспечивает каналы связи между ними. Интеграционная среда выполняет компоненты и ретранслирует межкомпонентную связь по этим каналам.

Реализованные примеры интегрированных сред моделирования среды включают VisualComposer [52] и ModelCenter [53]. VisualComposer ориентирован на моделирование электрических систем, тогда как ModelCenter — это среда общего назначения. ModelCenter более подробно описывается ниже.

4. Примеры каркасов

В этом разделе описаны шесть важных или интересных примеров каркасов моделирования. При выборе примеров учитывались историческое значение фреймворка, новизна и эффективность его технических характеристик, а также его полезность для иллюстрации сравнительных сильных и слабых сторон каждого из типов фреймворка. Для каждого примера структуры поясняется замысел проекта, возможности, технические характеристики и выбранные примеры приложений.

4.1. Пример общей библиотеки: Common Simulation Framework

Центр исследований, разработок и инженерии армейской авиации и ракет США (AMRDEC) заказал разработку Common Simulation Framework (CSF) в 1999 году. Эта структура была задумана как стандартизированная структура для динамического моделирования. моделирования [24]. Хотя изначально он был разработан как нейтральная область, то есть способная технически поддерживать многие области динамического моделирования, она быстро превратилась в инструментарий, ориентированный на моделирование и симуляцию тактических ракетных систем [24].

4.1.1. Проектное намерение

CSF было предназначено для обеспечения общей среды для моделирования и содействия повторному использованию модели [24]. CSF задумывался как структура для проведения динамического моделирования для поддержки приобретения и тестирования систем, предоставляя стандарт для управления и организации объектно-ориентированных моделей, которые, в свою очередь, можно было бы объединить в настраиваемые системы моделирования. Эта структура была предназначена для обеспечения однородной среды моделирования, которая улучшит повторное использование компонентных моделей, обеспечит быструю разработку и уменьшит кривую обучения инженеров, переходящих между программами.Как объектно-ориентированная среда моделирования, основной целью CSF была возможность собирать собственные системы моделирования путем составления существующих объектно-ориентированных моделей, соответствующих его спецификациям.

4.1.2. Возможности

Допустимое разрешение моделей компонентов варьируется; структура требует только, чтобы интерфейсы компонентов соответствовали спецификациям CSF. Уровень детализации разложения любого компонента модели на подкомпоненты не ограничивается стандартом, если связь и вызов сервисов соответствуют установленным интерфейсам фреймворка.Тем не менее, структура структуры поощряет структуры модель-подмодель, которые соответствуют структуре реальных аппаратных компонентов, моделируемых [24]. Система предоставляет графический пользовательский интерфейс для сборки составных моделей. Отдельные модели рассматриваются как подключаемые модули к общей системе моделирования [54] («подключаемый модуль» — это программный компонент, который добавляет функцию или возможность существующему программному приложению, к которому он подключается через предопределенный интерфейс. -ins полагаются на приложение, к которому они подключаются, и не могут выполняться независимо.).

4.1.3. Технические характеристики

На рисунке 3 (а) изображена многоуровневая архитектура CSF. Как это принято в многоуровневых архитектурах, программное обеспечение функционирует на одном уровне CSF, который может вызывать функции на уровне ниже него. CSF был разработан для поддержки различных базовых аппаратных платформ и операционных систем, таких как Linux, Windows и IRIX. Он поддерживает как моделирование дискретных событий, так и дифференциальные уравнения для моделирования непрерывных систем [55]. CSF реализован на C ++ с использованием клиент-серверного подхода (пользовательский интерфейс и модели соответственно).Сам фреймворк поддерживается операционной системой, языками программирования и набором общих утилит. Затем конструируются совместимые модели для выполнения на основе фреймворка. Для максимального повторного использования и переносимости модели кодируются с использованием стандартной библиотеки C ++ для серверных фреймворков [55]. После того, как модели скомпилированы и фреймворк объединен в один исполняемый файл. Модели обмениваются данными во время выполнения через вызовы методов.

Уровень инфраструктуры предоставляет несколько функций для поддержки моделирования, включая планирование выполнения модели, ввод и вывод файлов, численную интеграцию физических моделей и динамику моделирования [24].Поддерживается синхронизация моделирования как в реальном времени, так и не в реальном времени.

4.1.4. Примеры приложений

Библиотека компонентов ракет (MCLib) является типичным примером приложения CSF. MCLib был разработан для обеспечения единообразия и согласованности в моделировании тактических ракет, предоставляя пользователям таких моделей общую библиотеку. В качестве набора классов объектов он обеспечивает общую поддержку моделирования в двух областях: модуль управления аэродинамикой и кинематикой движителя с 6 степенями свободы (6-PACK) и модуль оценки модульных объектно-ориентированных датчиков (MOSES).Модуль 6-PACK предоставляет набор классов кинематических объектов ракеты, которые моделируют полет и траекторию моделируемой ракеты. В объектно-ориентированном стиле эти классы могут быть расширены конечными пользователями для обеспечения дополнительных функций или для изменения поведения по умолчанию базовых моделей. Модуль MOSES представляет собой набор собственных моделей CSF, которые фиксируют поведение датчиков для обнаружения, захвата и отслеживания целей. Как и 6-PACK, MOSES может быть адаптирован или расширен объектно-ориентированным способом.С архитектурной точки зрения MCLib — это уровень над фреймворком CSF, который предоставляет библиотеку классов объектов, которые могут быть вызваны для создания индивидуальных моделей ракет, не снижая гибкости прямого доступа к функциям фреймворка [57]. На рисунке 3 (b) показана взаимосвязь между CSF, MCLib и пользовательскими моделями ракет.

Второе приложение CSF расширило платформу для поддержки аппаратного тестирования (HWIL) [54]. Функции поддержки в реальном времени в рамках были расширены, чтобы предоставить конструкции, необходимые для поддержки работы HWIL.Чтобы обеспечить возможность мониторинга внешнего оборудования в реальном времени, в инфраструктуру был добавлен класс монитора реального времени. Класс монитора работает как отдельный поток, чтобы избежать снижения производительности в платформе. Поддержка HWIL была продемонстрирована путем управления таблицей скоростей симулятора движения с смоделированной траекторией ракеты 6DOF в реальном времени.

4.1.5. Обсуждение

Объектно-ориентированный дизайн

CSF и простой интерфейс привели к широкому использованию при моделировании тактических ракетных систем [54], например, системы запуска вне прямой видимости [56].

4.2. Пример общей библиотеки: составная архитектура среды моделирования

В корейских вооруженных силах использование моделирования расширяется параллельно с развитием оборонных технологий и систем вооружения. В Корее проекты разработки обычного программного обеспечения для моделирования часто начинаются с нуля; Таким образом, многие системы моделирования были спроектированы с использованием монолитных некомпонентных структур. Некоторые считают, что вложения в такие системы неэффективны, поскольку получаемые в результате системы часто имеют избыточные или перекрывающиеся возможности в областях применения военных симуляторов, таких как обучение, исследование операций и анализ боевых действий.В ответ Корейское агентство оборонных разработок (ADD) инициировало исследования в области составных симуляций, которые собираются из повторно используемых программных компонентов. Составная архитектура среды моделирования (CSFA) — это пилотный проект среды моделирования, начатый в 2010 году в качестве технико-экономического обоснования. CSFA имеет гибридную архитектуру, которую можно разделить на общую библиотеку или структуру объектной модели.

4.2.1. Цель проекта

Для возможности компоновки компонентов семантическая согласованность между составными компонентами является решающим фактором [7].Следовательно, важной целью проектирования CSFA является облегчение повторного использования составляемых компонентов путем принятия всеобъемлющей эталонной модели, которая является структурированным представлением соответствующих знаний предметной области и направляет состав компонентов. Кроме того, эталонная модель поддерживает проверку семантической непротиворечивости составных компонентов. Компоненты разрабатываются в соответствии со знанием предметной области эталонной модели и хранятся в репозитории или общей библиотеке. Пользователи из различных областей могут использовать общие компоненты, которые должны быть собраны в пользовательские системы моделирования для каждого приложения пользователя.CSFA имеет многоуровневую архитектуру, которая позволяет пользователям отделять компоненты модели, зависящие от предметной области, от универсальных механизмов моделирования и вспомогательных инструментов. Компоненты модели предметной области располагаются над слоями механизма моделирования и инструментов, чтобы облегчить повторное использование моделей предметной области.

4.2.2. Возможности

Структура CSFA состоит из двух основных разделов: эталонной модели и программного обеспечения. Эталонная модель CSFA, которая документирует знания боевой области и определяет объем системы, состоит из двух частей: онтологии и концептуальной модели.Онтология эталонной модели содержит представления боевых элементов (то есть сущностей, юнитов и систем), соответствующих вероятным участникам сражений на поле боя, представляющих интерес для ADD. Онтология определяет возможности отдельных элементов. Часть онтологии хранится в базе данных, что позволяет использовать ее для проверки согласованности компонентов, выбранных для композиции, с онтологией. Концептуальная модель эталонной модели определяет возможные взаимодействия между боевыми элементами, определенными в онтологии.Важно отметить, что с точки зрения политики эталонная модель CSFA не может быть легко изменена. Предлагаемые изменения в эталонной модели должны быть рассмотрены и утверждены административной организацией, выступающей в качестве платы управления конфигурацией.

Программное обеспечение CSFA также состоит из двух частей: репозитория компонентов, в котором хранятся компоненты, разработанные в соответствии с эталонной моделью (т. Е. Элементы онтологии и взаимодействия в концептуальной модели), и промежуточное программное обеспечение, реализующее базовый механизм моделирования как а также вспомогательные инструменты для таких функций, как создание сценариев.На рисунке 4 показаны четыре части CSFA и их контекст. Краткие объяснения каждой части были следующими.

(1) Онтология . Онтология выражает знания военной области, включая элементы поля боя, и организована иерархически. Он обеспечивает семантическое содержание и является наиболее отличительным аспектом CSFA по сравнению с другими традиционными системами моделирования. В онтологии боевые элементы делятся на физические или абстрактные; физические элементы представляют собой объекты поля битвы, такие как комбатанты, автомобили, оружие, камни и здания, тогда как абстрактные элементы представляют собой поведенческий аспект элементов, таких как движения, действия, задачи или миссии.Онтология используется для проверки согласованности между собранными компонентами.

(2) Концептуальная модель . Концептуальная модель определяет поведенческие аспекты элементов поля битвы, определенных в онтологии, особенно их взаимодействия, и, таким образом, отражает модель взаимодействия между сущностями поля битвы. Шаблон спецификации, используемый в концептуальной модели, находится под сильным влиянием стандарта SISO базовой объектной модели (BOM) [44], который будет подробно описан позже.Каждая спецификация концептуальной модели включает как шаблон взаимодействия, так и конечный автомат поведения. Шаблон взаимодействия и конечный автомат выражаются как стандартные представления UML, диаграмма последовательности и диаграмма конечного автомата, соответственно. Концептуальная модель также используется для проверки согласованности выбранных компонентов и предоставляет спецификации для разработки компонентов.

(3) Репозиторий компонентов . Репозиторий компонентов, который можно рассматривать как общую библиотеку, позволяет пользователям моделирования выбирать и составлять компоненты.Компоненты реализуют аспекты эталонной модели (онтология и концептуальная модель). Разработчики производят компоненты в соответствии со спецификациями эталонной модели.

(4) Промежуточное ПО . Промежуточное программное обеспечение — это исполнительное программное обеспечение CSFA; он включает в себя механизм моделирования во время выполнения и вспомогательные инструменты. Механизм моделирования анализирует файл сценария, загружает компоненты и собирает составную модель, которая будет выполняться в соответствии со сценарием, и выполняет собранную модель.Он поддерживает взаимодействие при распределенном моделировании с использованием протокола архитектуры высокого уровня. Вспомогательные инструменты промежуточного программного обеспечения поддерживают различные этапы подготовки, выполнения и анализа моделирования; включая редактирование сценария, управление репозиторием, состав компонентов, управление выполнением моделирования, 2- и 3-мерную визуализацию, а также воспроизведение и просмотр после действия.

4.2.3. Технические характеристики

Программное обеспечение CSFA написано на языке C ++ с использованием интегрированной среды разработки Microsoft Visual Studio и реализовано в виде подключаемого модуля.Эта среда согласуется с акцентом ADD на использование коммерческих продуктов. На рис. 5 показан обозреватель компонентов CSFA, который является частью инструмента поддержки компоновки компонентов. На левой панели рисунка желтые папки соответствуют элементам или категориям элементов в онтологии, а черные значки — реализованным компонентам. Компонент не может быть добавлен в репозиторий, если в онтологии нет соответствующего элемента. Из-за политики ограничения модификаций онтологий, упомянутой ранее, добавления и модификации желтых папок строго контролируются, тем самым предотвращая разработку компонентов, которые потенциально несовместимы с эталонной моделью.

4.2.4. Примеры приложений

Как написано, CSFA — текущий проект; таким образом, примеров его практического применения нет. Тем не менее, с использованием CSFA в качестве демонстрации осуществимости были построены две имитационные модели: стрельба прямой наводкой с использованием различных видов оружия непосредственной авиационной поддержки и крупномасштабная атака синих пехотных батальонов на красные механизированные батальоны. Первые модели сражаются на уровне сущностей, а вторые — на уровне подразделений, демонстрируя способность CSFA моделировать бой на нескольких уровнях разрешения.На рисунке 6 показаны изображения экрана как модели уровня сущности (слева), так и модели уровня единицы (справа). Модель уровня сущности включает в себя алгоритмы, которые отражают действия на уровне сущности, такие как вероятности поражения при стрельбе из оружия и оценка повреждений целей. В модели уровня подразделения функции истощения Ланчестера [58] моделируют бой между воинскими частями с учетом факторов, которые включают количество оружия, тип оружия и коэффициенты уязвимости подразделения.

4.2.5. Обсуждение

Корейские военные уже приняли OneSAF (описанный ниже), но его фактическое использование в Корее ограничено из-за местной корейской тактики, оружия и условий окружающей среды.CSFA предназначен для преодоления этих ограничений. На сегодняшний день разработка CSFA достигла только предварительных целей повторного использования компонентов, повторно используя только те компоненты, которые отражают элементы в онтологии эталонной модели.

Планируется дальнейшее развитие, чтобы расширить область повторного использования на немодельные компоненты, которые являются частями программных продуктов. Важной и продвинутой особенностью CSFA является тесная связь между системной «документацией», то есть эталонной моделью, воплощенной в ее онтологии и концептуальной модели, и ее «программным обеспечением», то есть репозиторием компонентов и промежуточным программным обеспечением.Это соединение обеспечивает семантический контекст и согласованность компонентов, разработанных для платформы, тем самым повышая их компонуемость. Полезность концептуальных моделей для облегчения взаимодействия и компоновки моделей наблюдалась и другими [59].

4.3. Пример архитектуры линии проекта: одна полуавтоматическая сила

OneSAF — это конструктивная боевая модель армии США на уровне сущности, разработанная для моделирования бригадных и последующих боевых и небоевых операций на уровне сущности [32].Разработка OneSAF началась в 1996 году; с тех пор он постоянно расширялся и улучшался. Как полуавтоматическая силовая система OneSAF генерирует доктринально правильные тактические модели поведения вплоть до сил размером с компанию [17, 30].

4.3.1. Проектное намерение

OneSAF задумано как универсальная модель на уровне сущности, которая сократит дублирование в моделировании и разработке симуляторов армии США, обеспечит улучшенную совместимость и повторное использование, а также удовлетворит будущие потребности симуляции [60].Ожидаемые варианты использования OneSAF включают разработку передовых концепций доктрины и тактики, обучение командиров и штабов подразделений, разработку новых систем вооружения, поддержку испытаний и оценки, а также получение данных в качестве входных данных для других симуляций.

OneSAF построен на платформе моделирования, известной как OneSAF Product Line Architecture Framework, предназначенной для «организации, категоризации и определения многоуровневой структуры программного обеспечения для постепенного удовлетворения требований OneSAF» [61].Платформа предназначена для поддержки различных пользовательских доменов с несколькими приложениями, работающими с общей архитектурой и набором компонентов [62]. В рамках структуры компоненты, инструменты и службы могут быть объединены в продукты и системные композиции, специфичные для пользовательских приложений. Структура архитектуры линейки продуктов OneSAF широко описана [62–66].

4.3.2. Возможности

Архитектура линейки продуктов OneSAF, показанная на рис. 7, организована по уровням продуктов и компонентов и использует процесс иерархической композиции.Начиная со слоя компонентов в середине рисунка и далее вверх, компоненты определяются в рамках. Компоненты могут быть одного из четырех типов: модель, инструмент, инфраструктура и репозиторий [62]. Фреймворк позволяет самостоятельно разрабатывать компоненты; у них должны быть полные определения сервисов и интерфейсов, а также формальная документация. Один компонент может использоваться во множестве продуктов и системных композиций; и наоборот, несколько реализаций одного компонента возможны в ситуациях, когда конкретный продукт требует определенной вариации компонента.Один или несколько компонентов складываются в продукты, показанные на рисунке в слое продукта. Каждый продукт представляет собой отдельную единицу моделирования или функциональных возможностей поддержки моделирования. Наконец, продукты объединяются в системные конфигурации, показанные на рисунке на уровне системных композиций, которые представляют собой законченные исполняемые системы, которые предоставляют сконфигурированные функциональные возможности конечного пользователя для оперативного использования в областях миссии, таких как анализ или обучение. Примеры типичных системных композиций: автономный исполняемый файл на одной платформе, который будет использоваться для анализа структуры сил, или мультиплатформенный объединенный исполняемый файл, который будет использоваться для распределенного обучения персонала [61].

Слои под рисунком слоя компонентов содержат компоненты, которые обеспечивают возможности, которые будут использоваться большинством или всеми продуктами или которые обеспечивают процесс компоновки. Уровень поддержки компонентов предоставляет общие службы моделирования и компоновки, которые используются компонентами или используются для компоновки компонентов. Слой компонентов репозитория — это набор репозиториев для хранения композиций и данных моделирования. Уровень общих служб предоставляет общие и не зависящие от домена службы, такие как управление базами данных, синхронизация времени и службы протокола взаимодействия.Наконец, уровень платформы абстрагируется от аппаратной и программной среды, в которой работают компоненты, продукты и системные композиции.

4.3.3. Технические характеристики

Компоненты могут быть собраны в рамках структуры в двенадцать конкретных продуктов, которые вместе составляют линейку продуктов OneSAF [30, 62] 🙁 1) System composer объединяет компоненты в продукты, а продукты в системные композиции (2). Среда разработки знаний хранит и систематизирует знания в области боевых действий.(3) Планировщик событий планирует действия и задачи в рамках подготовки к симулятору или упражнению. (4) Составитель моделей объединяет примитивные модели, такие как физические или поведенческие модели, в составные модели. (5) Генератор имитаций выбирает информация о местности и сценарии для выполнения. (6) Технический менеджер поддерживает конфигурацию выполнения, прогнозирование производительности и сравнительный анализ. (7) Ядро моделирования служит механизмом выполнения для выполнения моделирования.(8) Контроллер моделирования предоставляет механизмы, такие как карты, наложения и мониторы, для управления выполнением моделирования во время выполнения. (9) Адаптер C4I соединяет состав системы OneSAF и фактическое командование, управление, связь, компьютеры и интеллектуальные (C4I) устройства. (10) Анализ и просмотр обеспечивает запись, воспроизведение и анализ данных выполнения моделирования. (11) Менеджер репозитория позволяет создавать и использовать локальные и удаленные компоненты и данные.(12) Среда обслуживания предоставляет интегрированную среду разработки программного обеспечения.

4.3.4. Примеры приложений

OneSAF использовался для широкого спектра приложений для анализа, сбора данных и обучения. В дополнение к повседневным приложениям, некоторые необычные примеры включают создание инструмента, обеспечивающего анализ хода действий и возможности репетиции миссии [67], алгоритмы тестирования реальных систем C4I [68], моделирование танкового боя Второй мировой войны [69], создание «киберпространство» для анализа и обучения кибервойны [70], а также виртуальное обучение работе со строительной техникой [71].

4.3.5. Обсуждение

Подход к архитектуре линейки продуктов использует уровни компонентов и продуктов для разработки конкретных систем моделирования. Преимущества этого типа среды моделирования состоят в том, что составляются только компоненты, необходимые для конкретного пользовательского приложения, что снижает вычислительные требования; компоненты можно заменять, что упрощает обслуживание и модернизацию; а разработка новых моделей и инструментов поощряется возможностью повторно использовать существующие компоненты в качестве контекста [61].Однако в структуре продукты и состав системы обычно определяются заранее, и OneSAF не имеет встроенного механизма для обеспечения соблюдения допущений и зависимостей компонента, если он повторно используется в другом контексте [72]. В конечном итоге разработчик несет ответственность за то, чтобы составной продукт был действительным.

4.4. Пример протокола взаимодействия: архитектура моделирования для технологий, исследований и экспериментов

Разработка архитектуры моделирования для технологий, исследований и экспериментов (MATREX) армии США началась в 2006 г. [41].MATREX состоит из большого набора отдельных боевых моделей и инструментов моделирования, взаимодействующих через HLA или TENA [42], и является примером того, как протокол взаимодействия может служить в качестве среды моделирования. (Терминология HLA и TENA немного отличается; в данном описании используются термины MATREX HLA.)

4.4.1. Проектное намерение

MATREX предназначен для поддержки интеграции живых, виртуальных и конструктивных моделей, действующих на уровне сущности или инженерного уровня [41].С точки зрения HLA MATREX — это постоянная федерация, то есть федерация HLA, которая после первоначальной разработки многократно используется повторно, возможно, с изменениями и улучшениями, в течение длительного периода времени. Как и многие постоянные федерации, MATREX не привязан к какому-либо конкретному приложению; скорее, он предназначен для адаптации к ряду приложений как есть, так и за счет расширения.

4.4.2. Возможности

Федерация MATREX включает около 30 различных приложений моделирования или федераций.Одним из важных элементов объединения MATREX является OneSAF (описанный ранее), который предоставляет широкие возможности для моделирования различных типов боевых объектов и взаимодействий. Также присутствуют более специализированные объединения, которые более подробно моделируют определенные типы сущностей, взаимодействий и явлений, чтобы обеспечить имитацию с более высокой точностью или более высоким разрешением, если это необходимо. Среди них Aviation Mobility Server, Countermine Server, Missile Server, Weather Server, Vehicle Dynamics Mobility Server, Пакет химико-биологического моделирования [73], Комплексное моделирование боеприпасов и датчиков, Сервер логистики и Уровень транспортных средств. Модель деятельности человека.Пять федераций MATREX, вместе известных как C3 Grid, предоставляют услуги, связанные с моделированием командных, управляющих и коммуникационных действий и эффектов. В дополнение к федерациям, которые предоставляют возможности моделирования, MATREX включает набор немодельных инструментов, которые поддерживают тестирование и отладку, управление выполнением, а также регистрацию и анализ результатов.

4.4.3. Технические характеристики

Архитектура MATREX в общих чертах разделена на три уровня [41]. Первый уровень включает сами федерации, которые могут включать в себя высокоточные инженерные модели боевых машин, датчиков, оружия и т. Д. На основе физики, а также инструменты для поддержки системной интеграции, тестирования и анализа.Второй уровень — это базовая архитектура, которая включает интерфейс HLA, объектную модель, используемую федерациями MATREX, и уровень программного обеспечения промежуточного уровня, который стоит между протоколами взаимодействия и кодом модели федерации. Третий уровень — это распределенная инфраструктура выполнения, включающая в себя безопасную сеть, которая связывает объединения MATREX на распределенных сайтах. Промежуточное ПО MATREX широко распространено во всех федерациях; они общаются через него во время выполнения. Он включает интерфейс прикладного программирования и программное обеспечение, генерирующее код, которое абстрагирует детали протокола взаимодействия и объектной модели [74].

Модель объектов федерации (FOM) MATREX изначально была основана на эталонной платформе реального времени FOM, HLA FOM, которая максимально точно определяет те же сущности, атрибуты, взаимодействия и параметры, определенные в протоколе DIS [75]. MATREX FOM был расширен объектами и взаимодействиями, представляющими особый интерес для сообщества пользователей MATREX.

4.4.4. Примеры приложений

Приложения MATREX включают интеграцию моделей поведения человека в архитектуру MATREX [76], поддержку распределенных тестовых событий для сетецентрических систем ведения войны [77], а также командование и управление сетевыми эффектами [41].

4.4.5. Обсуждение

Важной особенностью структуры MATREX является ее промежуточное программное обеспечение, которое обеспечивает интерфейс между федерациями и протоколом взаимодействия, используемым для их соединения. Промежуточное программное обеспечение предназначено для уменьшения или устранения необходимости изменять федерации в случае изменений протокола взаимодействия и его вспомогательного программного обеспечения, например, различных версий RTI, а также различий между объектными моделями. Версия MATREX HLA RTI имеет множество параметров, которые позволяют пользователям настраивать службы HLA, такие как Управление распределением данных, в соответствии с их требованиями [78]; правильная настройка MATREX RTI для управления распределением данных требует некоторой осторожности [79].

4.5. Пример объектной модели: базовые объектные модели

Спецификация базовой объектной модели (BOM) (описание базовых объектных моделей, приведенное здесь, адаптировано из частей [45]), которая была стандартизирована Организацией по стандартам взаимодействия моделирования (SISO) в 2006 году, предназначен для того, чтобы позволить разработчикам моделей и инженерам по моделированию создавать модульные и составные концептуальные модели и объектные модели, которые могут использоваться при проектировании или спецификации исполняемых имитаций или сред имитационного моделирования [44].

4.5.1. Проектное намерение

Стандарт BOM предназначен для предоставления стандартизированных средств для представления важных аспектов концептуальной модели. Концептуальные модели в целом невыполнимы; скорее они обычно разрабатываются как предшественники последующей разработки исполняемой модели [19, 80]. Концептуальные модели используются для документирования и передачи «того, что должно быть представлено (в исполняемой модели), предположений, ограничивающих эти представления, и других возможностей, необходимых для удовлетворения требований пользователя» [81].

Модель спецификации (Термин «базовая объектная модель» и аббревиатура «спецификация» используются в литературе для обозначения как стандарта, так и конкретного экземпляра концептуальной модели или объектной модели, разработанной в соответствии со стандартом. Чтобы уменьшить вероятность путаницы , в этой статье мы будем использовать фразу «модель спецификации» для последнего значения, хотя эта фраза технически избыточна, поскольку буква «M» в спецификации означает «модель».) предназначена для «многоразового пакета информации. представляет собой независимый образец взаимодействия моделирования », который улучшит« совместимость, повторное использование и компоновку, предоставляя «шаблоны» и «компоненты» взаимодействия моделирования, которые могут использоваться в качестве строительных блоков при сборке моделирования и предприятиях моделирования »[44 ].Стандарт BOM предназначен для использования в таких целях, как определение функциональности системы, представление последовательностей сценариев событий и определение многократно используемых структур классов. Основная полезность стандарта — это жизнеспособный механизм для представления концептуальных моделей способом, независимым от конкретного протокола взаимодействия при распределенном моделировании или архитектуры программного обеспечения.

4.5.2. Возможности

Пример того, как модель BOM может использоваться для документирования последовательности событий сценария, проиллюстрирован на рисунке 8, который представляет собой диаграмму последовательности Unified Modeling Language [82].На рисунке показан упрощенный вариант части направленного поражения боевой задачи непосредственной авиационной поддержки. В верхней части диаграммы последовательности действий было идентифицировано несколько общих концептуальных объектов: AirOperationsCenter, AirMissionControlFunction, Interceptor и Target. В спецификации каждая из этих концептуальных сущностей сопоставляется с конкретными классами объектной модели в исполняемой модели, которая может поддерживать концептуальную сущность, если последние известны. Например, концептуальный объект AirOperationsCenter может быть сопоставлен с определенным классом объектов Объединенного центра управления воздушными операциями, функция AirMissionControlFunction — с классом объектов бортовой системы предупреждения и управления E-3 Sentry, перехватчик — с классом объектов F-22 Raptor, а цель — с МиГ. -29 Класс объекта Fulcrum.Сопоставление концептуальных сущностей с конкретными классами объектной модели может быть изменено, повышая возможность повторного использования модели спецификации, так как одну и ту же модель спецификации можно повторно использовать в разных сценариях с сопоставлениями концептуальных сущностей с разными классами объектной модели, зависящими от сценария.

На рисунке 8 также показана архетипическая последовательность взаимодействий («шаблон взаимодействия»), которые происходят между концептуальными объектами, например, AssignControlOfInterceptor. В модели BOM действия могут быть указаны либо как концептуальное событие, которое определяет сообщение или триггер, возникающее в симуляции, либо как другой шаблон концептуальной модели, обеспечивающий более подробное представление действия.Концептуальные события в модели BOM могут отображаться в определенные обновления атрибутов класса объектной модели или в классы взаимодействия. Сопоставления концептуальных сущностей и концептуальных событий с поддерживающими классами объектной модели обеспечивают полезный механизм при выборе базовых имитаций и систем, необходимых для поддержки упражнения.

4.5.3. Технические характеристики

Были определены два типа моделей спецификации [44]. Модели интерфейсных спецификаций имеют сообщения и триггеры, связанные с одним или несколькими классами объектов, и обеспечивают многократно используемый шаблон взаимодействия.Инкапсулированные модели спецификации включают дополнительную информацию, такую ​​как поведение для моделирования. Можно составить несколько моделей BOM, чтобы сформировать полную концептуальную модель. Составные модели BOM могут быть преобразованы в объектную модель федерации HLA для поддержки взаимодействия через протокол взаимодействия HLA [83]. Однако функции концептуального моделирования и сопоставления моделей стандарта BOM не зависят от архитектуры и не предоставляются объектной моделью HLA Federation Object Model.

Отображения из концептуальных объектов модели BOM могут быть либо определениями классов других моделей BOM, либо более конкретными объектными моделями, такими как объектные модели федерации HLA или объектные модели логического диапазона TENA.Последние конкретные объектные модели включают детали реализации, зависящие от протокола, которые не предназначены для включения в модель BOM.

4.5.4. Примеры приложений

В США и Европе модели BOM были разработаны для нескольких военных приложений. Выбранный образец этих приложений выглядит следующим образом: (1) Совместные составные объектные модели: модели BOM использовались в качестве концептуальных моделей в проекте разработки объектных моделей, которые можно использовать в нескольких архитектурах моделирования [84].(2) Баллистический боеприпас среднего уровня: модели спецификации использовались в качестве концептуальной модели консольного оператора гибридной немецко-израильской системы вооружения. (3) Генератор кода привода шаблона: модели спецификации использовались в качестве концептуальных моделей для описания поведения компонентов в Система компонентов голландского моделирования [85]. (4) Навигация надводных судов: модели спецификации использовались в качестве концептуальных моделей для моделирования навигации морского надводного судна в Турции [86]. (5) Разработка торпед: модели спецификации использовались в качестве концептуальных моделей для многоразового использования. компоненты, реализующие подводные акустические модели [87].(6) Бортовая электронная атака: модели BOM, разработанные на основе представлений структуры архитектуры Министерства обороны США (DoDAF), использовались в качестве концептуальных моделей для архитектуры бортовой электронной атаки для ВВС США [88]. (7) Моделирование поведения человека: модели BOM. были предложены в качестве стандартного механизма для кодирования и документирования моделей поведения человека с разным разрешением [89].

4.5.5. Обсуждение

Неясно, может ли стандарт BOM полностью квалифицироваться как структура моделирования, как определено ранее.Стандарт BOM предназначен для спецификаций компонентов (моделей компонентов и объектных моделей), а не компонентов, и он не предоставляет явного интегрального механизма для связывания компонентов, разработанных в соответствии со стандартом. Вместо этого стандарт BOM предполагает, что некоторая другая структура, обычно один из протоколов взаимодействия распределенного моделирования, например HLA или TENA, будет служить для связи компонентов, которые разрабатываются со стандартом BOM.

Модели BOM предназначены для дополнения семантической информации, представленной в объектной модели протокола взаимодействия, но были предложены отображения из моделей BOM в онтологии для обеспечения дополнительного семантического содержания помимо того, что в самих моделях BOM [90].

4.6. Пример интеграционной среды:

ModelCenter

ModelCenter ( ModelCenter является коммерческим продуктом Phoenix Integration.) — это графический набор инструментов и программная среда для интеграции и оптимизации инженерного проектирования. Это позволяет исследовать пространство проектирования, чтобы определить перспективные подходы к анализируемой проблеме.

4.6.1. Проектное намерение

ModelCenter предназначен для облегчения интеграции нескольких различных моделей, используемых в процессе инженерного проектирования.Он поддерживает создание связанных приложений, обеспечивая автоматический обмен данными между различными моделями во время выполнения. ModelCenter был разработан для обеспечения простоты использования в форме интеграции с существующими пакетами для анализа и моделирования, позволяющих прямое повторное использование существующих моделей, улучшенное инженерное проектирование, за счет поддержки раннего выявления проблем проектирования и анализа торгового пространства и ошибок сокращение, за счет автоматизации процесса создания каналов обмена данными между моделями [53].

4.6.2. Возможности

Возможности ModelCenter можно разделить на три основные области [53, 91].

(1) Упаковка модели. Чтобы связать несколько моделей, составляющих составную модель, автоматические каналы обмена данными создаются путем «обертывания» компонентных моделей. Три разных типа оболочки поддерживают различные формы данных. Обертывание файлов обертывает существующие файлы данных путем создания файлов ввода и вывода для различных компонентов и этапов модели, определяя, какие элементы в файле служат входными данными для каждой модели и что каждая модель должна выводить для использования на последующих этапах . Обертка сценария выполняется через интерфейсы прикладного программирования ModelCenter для обработки таких форматов, как протокол Microsoft COM. Пользовательская упаковка доступна через специализированные приложения, написанные на языках высокого уровня, таких как C ++ или Java. Этот метод используется, когда сторонние модели предоставляют API-интерфейсы, которые разрешают доступ к внутренним функциям.

(2) Визуальная модель / интеграция процессов. Графический интерфейс позволяет создавать проекты посредством связывания приложений и моделей, а также выполнять симуляции.Связывание осуществляется через интерфейсы перетаскивания и поддерживает не только прямые соединения, но также условные и циклические ассоциации между моделями. Выполнение и обмен данными между связанными компонентами поддерживаются напрямую для таких моделей, как Excel, MATLAB, или распространенные инструменты автоматизированного проектирования и автоматизированного проектирования, а также дополнительные типы пользовательских моделей. Для выполнения других компонентов могут потребоваться сценарии или вмешательство пользователя.

(3) Анализ и оптимизация. После интеграции составная модель может выполняться многократно для исследования торгового пространства или оптимизации дизайна. ModelCenter может обрабатывать как дискретные, так и непрерывные переменные с целью минимизации, максимизации или решения заданных атрибутов при соблюдении заданных ограничений.

4.6.3. Технические характеристики

Обертывание моделей доступно как с помощью отдельного инструмента, так и с помощью встроенного компонента ModelCenter . Последний предоставляет возможность оборачивать файлы ASCII через интерфейс «укажи и щелкни», который идентифицирует переменные в файлах. Для файлов с определенной структурой, такой как списки имен FORTRAN и пары имя-значение, могут быть созданы соответствующие шаблоны для автоматизации процесса упаковки.Кроме того, он будет обрабатывать файлы из коммерческих продуктов для автоматизированного проектирования. Также доступны возможности и функции создания сценариев.

Наряду с ранее упомянутой возможностью перетаскивания и функциями управления симуляцией графический интерфейс предоставляет надежный набор логических соединителей, включая if-then, переключатели, параллельные ветви и циклы, которые можно использовать для связывания моделей компонентов . Также возможна характеристика типа обмена данными по ссылкам (значения, массивы, файлы или объекты).

ModelCenter может создавать и анализировать поверхности отклика. Данные, составляющие поверхность, могут быть получены из предыдущих прогонов моделирования или могут быть приближениями, созданными в наборе инструментов. Процесс поддерживает типы аппроксимации кривой, такие как полиномиальные методы или методы Крингинга. Полученная в результате поверхность отклика может быть затем включена в набор связанных моделей. Поверхности отклика, созданные с помощью моделирования, могут быть включены вместо моделирования.

Другой компонент ModelCenter выполняет оптимизацию переменных в проекте.Оптимизатор использует генетические алгоритмы и рекомендует алгоритмические подходы и выбор переменных из вопросов, задаваемых инженерам о конструкции и ее целях. Окончательные результаты представлены в отчетах по оптимизации. Также доступен комплект для разработки программного обеспечения, который позволяет пользователям реализовывать свои собственные процедуры оптимизации, которые могут быть сохранены для использования в будущем.

4.6.4. Примеры приложений

ModelCenter использовался для множества приложений. Междисциплинарная оптимизация конструкции автономного подводного аппарата была выполнена с использованием многокритериальных программ генетической оптимизации.Были интегрированы электроника, геометрия корпуса и характеристики, выполнимость, стоимость и модели риска [92]. Оптимизация концептуального проекта вертолета для исследования спутника Сатурна Титана учитывала типичные вопросы конструкции самолета в незнакомой среде. Генетические алгоритмы были применены для оценки наилучшего решения с учетом аэродинамики, характеристик, тяги, мощности, веса и размеров вертолета [93]. ModelCenter использовался в качестве интегрирующей среды для модели анализа стоимости жизненного цикла космического корабля Constellation Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства [94].

4.6.5. Обсуждение

ModelCenter обычно считается универсальным и простым в использовании. В приложении для проектирования автономных подводных аппаратов это рассматривалось как «необходимое для проектирования высокоинтегрированных систем» [92]. В исследовании концептуальной модели вертолета Titan сообщается об успешной оптимизации как дискретных, так и непрерывных переменных с использованием градиентных и стохастических оптимизаторов. С другой стороны, исследование обнаружило потерю разрешающей способности по некоторым переменным с низким влиянием, которые не были оптимизированы так же хорошо, как другие [93].

5. Резюме и выводы

Программная среда — это архитектура или инфраструктура, предназначенная для интеграции и взаимодействия программных компонентов. Структуры моделирования — это программные среды, специально предназначенные для упрощения процесса сборки сложной модели или системы моделирования из более простых компонентных моделей, а также для содействия повторному использованию компонентных моделей. Было разработано по крайней мере шесть различных типов программных сред для построения моделей, и существуют примеры каждого из них.Различные типы каркаса моделирования имеют разные компоненты, процессы для составления моделей и предполагаемые приложения. В таблице 1 приведены шесть типов каркасов моделирования. Для каждого типа таблица определяет компоненты, которые могут быть составлены в рамках структуры, и механизм, используемый для их создания.


Тип каркаса Компоненты Механизм композиции

Модули общей библиотеки Компоненты инфраструктуры 907, реализованные как программные компоненты 907; компоненты, связанные в общий исполняемый файл; обмен данными через вызовы методов
Архитектура линейки продуктов Программные модули Интерфейсы компонентов, определенные структурой; компоненты, связанные в общий исполняемый файл; обмен данными через вызовы методов
Протокол взаимодействия Независимый исполняемый файл Компоненты выполняются независимо как отдельные процессы; обмен данными через сетевые сообщения
Объектная модель Концептуальная модель Никто; соединение зависит от сопоставления и реализации концептуального модуля в другой структуре
Формальный Формальная модель Интерпретатор для формальных моделей
Интеграционная среда Модель реализована в виде файла, электронной таблицы или программного модуля Компоненты «упакованы» со специальным интерфейсным программным обеспечением; компоненты, связанные в общий исполняемый файл; обмен данными через вызовы методов

Основной вывод этого обзора состоит в том, что лучший тип среды моделирования для использования зависит от приложения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *