牛效兵　白洪寶　李立緯

摘要：為滿足某型艦炮武器系統教學訓練需求，結合半實物仿真和虛擬建模，研制了該訓練模擬器；介紹了該訓練模擬器的總體設計思路，詳細論述了模擬器的功能及組成，操作訓練和故障排除的仿真方法，該模擬器能較好地滿足任職教育院校培養(yǎng)學員崗位任職能力的需求，并且對新裝備訓練模擬器的開發(fā)具有較強的借鑒作用。

關鍵詞：模擬器；模擬訓練；故障模擬

中圖分類號：TM743 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）34-0191-02

Abstract： In order to meet the training needs of a certain type of naval gun weapon system， combined with the semi physical simulation and virtual modeling， the training simulator is developed. The general design idea of the training simulator is introduced. The function and composition of the simulator and the simulation method of the operation training and fault elimination are discussed in detail. The simulator can meet the needs of training posts competencies of students in assignment education academy. And it has a strong reference to the development of new equipment training simulator.

Key words： simulator； simulation training； fault simulation

1 概述

由于受到裝備、場地、經費、維護保養(yǎng)等條件的限制，某型艦炮武器系統實裝聯動及故障排除訓練很難開展，尤其是實裝不可能隨意產生各種故障現象，裝備故障分析排除的訓練更是難以開展，而模擬訓練以安全、經濟、不受氣候條件和場地限制、能實現“全任務”訓練、大批量訓練等獨特優(yōu)勢，成為解決上述問題的主要途徑。

模擬訓練是計算機技術和仿真技術融合的產物，已經成為軍事領域重要的訓練手段。本文通過實裝仿真和虛擬場景相結合的方式，設計了具備操作訓練和故障排除訓練功能的某型艦炮武器系統模擬器，能較好地滿足任職教育院校培養(yǎng)學員崗位任職能力的需求，能有效促進裝備技術保障能力的形成。

2 總體方案

模擬器由導控臺、射擊指揮模擬臺、跟蹤雷達模擬臺、艦炮監(jiān)控模擬臺、艦炮虛擬臺、艦炮監(jiān)控模擬臺、大屏幕投影及音效系統等組成。可以實現系統管理、操作訓練、故障排除訓練、考核評估、理論學習等功能（如圖1）。

2.1 臺位組成

導控臺由一臺電腦和網絡設備組成，主要用來對系統進行綜合指揮控制，模擬產生目標、我艦姿態(tài)、氣象參數、操作場景等信息，綜合處理各模擬臺位之間的信息交換，設置并發(fā)布故障、管理訓練人員信息等。

艦炮虛擬臺由一臺電腦組成，安裝艦炮三維模型。艦炮的機械和電氣機構復雜，用實物模擬實現難度太大，并且成本高昂，實用意義不大，可采取全虛擬模擬，從整體外觀到具體零部件建立三維模型，模擬艦炮的實戰(zhàn)場景、內部各部件的動作過程及配合關系、各種故障現象等，并能接收火控模擬臺和艦炮監(jiān)控模擬臺的命令，演示艦炮相應的動作。

艦炮監(jiān)控模擬臺、火控模擬臺、跟蹤雷達模擬臺和射擊指揮臺主要包括電腦、操控面板、指示燈面板、各種電路板和外殼等（部分臺位如圖2），能模擬各臺位的各項操作和相應的頁面顯示，并能通過導控臺在各臺位之間交換信息。各模擬臺內部的電路板不需要具備實裝電路板的功能，但要能模擬各種故障現象，如各種指示燈的狀態(tài)，各測量孔的測量值等，電路板通過單片機系統與模擬臺的電腦相連，傳送各種數據。

2.2 系統功能

系統管理可以實現用戶管理、訓練信息管理、目標環(huán)境管理、兵力信息管理、訓練科目管理、故障代碼管理等。

操作訓練可以實現艦炮、火控、跟蹤雷達的單機訓練、戰(zhàn)位訓練、武器系統操作訓練等三類科目的訓練。實時在虛擬臺上演示操作相關的動作引起機械動作、電路動作等。

故障排除訓練可以在訓練時能夠根據導控臺設置的故障在系統的各設備中產生相應的故障現象，根據故障現象操作人員可以確定故障設備，進一步進行故障排除。對于電氣故障，主要通過實裝模擬臺位，進行故障電路板的定位、拆卸、換板、安裝、調試及檢測等模擬故障排除訓練；對于機械故障，主要通過虛擬臺位，進行機械部件的檢測、拆裝、更換，在訓練結束時對排除故障過程進行記錄和上報。

考核評估可以實現對艦炮武器系統理論知識、操作技能和維修技能的考核評估。

理論學習可以實現對艦炮武器系統裝備結構、工作過程、操作方法、維修方法、日常保養(yǎng)方法等知識的學習。

3 技術實現

3.1 三維建模

利用Solidworks軟件進行艦炮三維建模，艦炮零部件模型為主要部分，包括炮身、炮閂、開關閂機構、供彈機構、擊發(fā)機構、反后坐機構、隨動系統、冷卻機構、炮架等。另外，為了逼真表現艦炮的運行環(huán)境，也要建立艦船場景、艦炮射擊場景等模型。利用PostEngineer軟件組合各模型，完成艦炮射擊前準備、艦炮的瞄準、艦炮射擊動作、內部各零部件間的動作（包括開關閂動作、裝卸彈動作、退殼動作、后坐復進動作、彈鼓動作、冷卻裝置動作、反后坐裝置動作、隨動系統動作等）、零部件的分解結合、機械故障現象等。

3.2 人機交互的實現

人機交互是模擬器模擬的重點，主要包括各種信號的輸入和輸出兩個方面。輸入信號包括數字信號、模擬按鍵或開關輸入兩種，輸出信號包括各種顯示頁面、指示燈和數碼管等。數字輸入信號和各種頁面的顯示可以利用軟件編程實現，模擬按鍵或開關輸入以及指示燈和數碼管的顯示可以采用單片機電路控制實現，實現過程如圖3所示。通過對輸入輸出信號的控制，可以模擬艦炮武器系統的操作、操作結果的顯示及各種故障現象的顯示。

3.2 故障排除的實現

艦炮武器系統故障排除主要包括艦炮機械部件故障和各臺位電氣故障兩部分。

機械故障在艦炮虛擬臺上通過三維模型虛擬實現，包括射擊不過火故障、卡彈故障、退殼故障、供彈故障等，預先設置好這類故障發(fā)生時機、故障現象、排除過程等，可以在艦炮虛擬臺上以單個項目的形式進行故障排除訓練和考核，也可以在武器全系統中以總體項目的形式進行故障排除訓練和考核。

各臺位電氣故障主要模擬臺位內部數十塊電路板發(fā)生的故障，這類故障發(fā)生后，要根據故障現象及監(jiān)控頁面，檢查相應電路板指示燈顯示，測量電路板測量孔信號，在定位故障電路板之后更換故障電路板，最后進行調試，直至故障排除。故障排除的主要手段是通過分析檢查找到發(fā)生故障的電路板并進行更換，所以模擬臺位上的電路板要能夠通過單片機控制，實現各指示燈的顯示、測量孔信號的輸出，并且判斷電路板的拆卸、安裝及更換。

4 結束語

該型艦炮武器系統模擬器的開發(fā)能有效解決訓練部門因缺少裝備而無法進行操作訓練的問題，在模擬器監(jiān)控系統下進行操作和維修訓練能有效監(jiān)控訓練內容，有利于規(guī)范操作過程，提高訓練效果，同時也為執(zhí)掌裝備人員提供了各種條件下的訓練平臺。該型模擬器的成功運行也能為其他新型艦炮武器系統模擬器的開發(fā)提供方法和依據。

參考文獻：

[1] 王桂芹，劉海光，張永. 某大型訓練模擬器的設計與實現[J].四川兵工學報，2012，33（8）：10-11.

[2] 金烈元. 標準實施的兩種模式[J]. 軍用標準化，2007（6）.

[3] 王彤，盧世超，武智暉. 訓練模擬器總體設計技術及應用[J].國防技術基礎，2010（4）：43-46.

[4] 張磊，冀海燕，盧文忠. 模擬器測試與維修訓練應用仿真研究[J].現代防御技術，2011，39（1）：153-156.

[5] 楊文兵，朱元昌，邸彥強，等.基于本體技術的分布式模擬訓練系統操作監(jiān)控平臺[J].指揮控制與仿真，2014，36（2）：136-139.

[6] 黃葵，朱興動.新裝備模擬訓練器的研制[J].四川兵工學報，2015，36（1）：75-77.

[7] 劉喜作，宋元.桌面式航行指揮模擬訓練系統[J].計算機與現代化，2014（2）：115-117.