淺析訓(xùn)練模擬器設(shè)計(jì)中注意的問題

商亞新，陳慧玲，武 冰

中國人民解放軍防空兵指揮學(xué)院，河南 鄭州 450052

0 引言

作戰(zhàn)訓(xùn)練模擬設(shè)備分為作戰(zhàn)指揮訓(xùn)練模擬系統(tǒng)和技術(shù)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)兩大類，訓(xùn)練模擬器屬于技術(shù)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)，能夠仿真各種武器裝備、運(yùn)輸設(shè)備等的操作環(huán)境與界面，不僅使操作人員能夠在逼真的環(huán)境中快速掌握裝備的操作技能，而且能夠減少危險(xiǎn)性，減少實(shí)裝損耗，降低訓(xùn)練成本，提高訓(xùn)練效果。訓(xùn)練模擬器已經(jīng)在訓(xùn)練中得到廣泛使用，更多的訓(xùn)練模擬器正在繼續(xù)開發(fā)和研制中。根據(jù)訓(xùn)練模擬器使用中的情況，對訓(xùn)練模擬器在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段應(yīng)當(dāng)注意的問題進(jìn)行一些探討，對如何提高訓(xùn)練模擬器的可靠性、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性等方面提出一些可行的方法。

1 需求分析階段

需求是用戶對將要開發(fā)的訓(xùn)練模擬器在功能、性能、用途以及設(shè)計(jì)約束等諸多方面的期望。需求分析對用戶需求進(jìn)行求精和細(xì)化并能夠正確地描述需求規(guī)格說明，最后提出可能解決的方案。為了確保需求分析的正確、全面、無歧義，必須要與用戶進(jìn)行充分溝通，正確理解用戶需求，解決用戶最急需解決的問題。如果可能，應(yīng)當(dāng)?shù)竭_(dá)訓(xùn)練現(xiàn)場，了解訓(xùn)練現(xiàn)狀，了解訓(xùn)練中存在的問題和用戶期望達(dá)到的訓(xùn)練效果。與用戶有了完全溝通和理解、對實(shí)際情況有了充分了解，將用戶需求和實(shí)際情況完全融入自己的知識中，才能提出使用戶滿意的解決方案。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)階段

訓(xùn)練模擬器的總體設(shè)計(jì)是在需求分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。總體設(shè)計(jì)首先要確保訓(xùn)練模擬器的功能完備、能夠達(dá)到期望的訓(xùn)練效果，滿足用戶需求，同時(shí)要盡可能降低訓(xùn)練模擬器的成本。進(jìn)行總體設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮如何確保系統(tǒng)的可靠性、可維護(hù)性、可擴(kuò)展性、可測試性等性能，這些性能與系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理、結(jié)構(gòu)組成等密切相關(guān)。

根據(jù)用戶需求和訓(xùn)練模擬器的總體功能要求，確定訓(xùn)練模擬器的總體組成，明確各組成之間的接口。以最優(yōu)設(shè)計(jì)的方法確定軟硬件分工，應(yīng)當(dāng)用軟件完成盡可能多的功能，軟件無法完成或者軟件效果達(dá)不到性能要求的功能則必須由硬件來完成。裝備訓(xùn)練模擬器屬于人在回路的人-機(jī)系統(tǒng)，人對設(shè)備進(jìn)行操作，設(shè)備將操作的過程和效果通過設(shè)備產(chǎn)生的反應(yīng)表現(xiàn)出來（如設(shè)備的運(yùn)動、構(gòu)件的動作、顯示器界面的變化、其它狀態(tài)的信息表示），人根據(jù)設(shè)備的反應(yīng)確定下一步的操作，直至完成整個(gè)操作過程。對于這樣的訓(xùn)練模擬器，通過硬件設(shè)備來構(gòu)建與實(shí)裝一致的操作環(huán)境，通過單片機(jī)系統(tǒng)采集人對訓(xùn)練模擬器的操作數(shù)據(jù)和設(shè)備的其它狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)通過串口傳輸?shù)街骺赜?jì)算機(jī)，主控計(jì)算機(jī)處理并記錄單片機(jī)系統(tǒng)傳來的數(shù)據(jù)，仿真裝備的工作過程，控制顯示器的顯示方式和內(nèi)容，并將相關(guān)的控制數(shù)據(jù)通過串口傳輸給單片機(jī)系統(tǒng)，由單片機(jī)系統(tǒng)對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行控制。

3 技術(shù)設(shè)計(jì)階段

根據(jù)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)工作，技術(shù)設(shè)計(jì)也稱為詳細(xì)設(shè)計(jì)。為了使設(shè)計(jì)達(dá)到更高標(biāo)準(zhǔn)，有時(shí)可能要根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)修改總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容。技術(shù)設(shè)計(jì)要將總體設(shè)計(jì)確定的硬件和軟件進(jìn)行具體詳細(xì)設(shè)計(jì)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)具體的功能。

性能優(yōu)良的訓(xùn)練模擬器不能使受訓(xùn)人員養(yǎng)成不良的操作動作習(xí)慣，更不能使受訓(xùn)人員養(yǎng)成錯(cuò)誤的操作動作習(xí)慣。要達(dá)到這樣的要求必須確保訓(xùn)練模擬器與實(shí)裝具有完全一致的操作環(huán)境和操作界面。要正確理解與實(shí)裝具有一致操作環(huán)境與操作界面的深層含義，不僅操作面板和操作器件與實(shí)裝有相同的形狀、相同的位置，而且要有相同的操作手感、幅度感、力度感，更重要的是要得到相同的操作反應(yīng)與操作結(jié)果，對于可能造成危害的操作必須有表示嚴(yán)重后果的警示，使受訓(xùn)人員對造成危害的操作有深刻印象。

數(shù)據(jù)采集必須實(shí)時(shí)準(zhǔn)確、信號可靠穩(wěn)定，要有防止雜波信號和開關(guān)抖動等造成采集數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的抗干擾措施。計(jì)算機(jī)接收數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)時(shí)，必須進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)。

軟件是訓(xùn)練模擬器設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，為了提高軟件的可靠性和健壯性，減少可能的潛在問題，應(yīng)當(dāng)選擇對項(xiàng)目更為合適的程序設(shè)計(jì)語言編寫軟件。訓(xùn)練模擬器一般都有圖形圖像信息處理等內(nèi)容，通常選用VC++語言作為程序設(shè)計(jì)平臺，可使軟件編寫更加高效、快捷。

軟件進(jìn)行總體設(shè)計(jì)時(shí)，將軟件系統(tǒng)劃分成模塊結(jié)構(gòu)，決定每個(gè)模塊完成的功能，每個(gè)模塊之間的調(diào)用關(guān)系，決定模塊之間的界面，定義數(shù)據(jù)傳遞關(guān)系等。可以提出多個(gè)設(shè)計(jì)方案，在最大限度滿足可靠性、可維護(hù)性等期望目標(biāo)的條件下選擇一個(gè)較好的方案。

軟件質(zhì)量是軟件的生命，直接影響軟件的使用維護(hù)。軟件的穩(wěn)定性是軟件質(zhì)量的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)異常或數(shù)據(jù)溢出是造成軟件運(yùn)行不穩(wěn)定的重要原因之一，造成數(shù)據(jù)異常有多種原因，數(shù)據(jù)傳遞發(fā)生錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)量超出定義等都會引起數(shù)據(jù)異常，在程序編寫時(shí)要對數(shù)據(jù)異常的出現(xiàn)有預(yù)見性，對數(shù)據(jù)異常的出現(xiàn)有異常處理過程，防止程序進(jìn)入死循環(huán)或出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，使程序迅速回復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異?，F(xiàn)象，要查找原因，消除發(fā)生數(shù)據(jù)異常的根源。

評估軟件有兩個(gè)重要作用，一是對訓(xùn)練過程進(jìn)行分析評估并得到訓(xùn)練成績，二是根據(jù)訓(xùn)練評估結(jié)果對受訓(xùn)者給出訓(xùn)練指導(dǎo)。評估軟件對訓(xùn)練過程的評估必須客觀、正確，才能對受訓(xùn)者產(chǎn)生正確指導(dǎo)作用。準(zhǔn)確、及時(shí)地采集、記錄操作數(shù)據(jù)是評估客觀性的保證，評估模型的正確、合理是評估正確性的保證。評估模型應(yīng)當(dāng)依據(jù)經(jīng)驗(yàn)豐富的軍事專家知識和相關(guān)規(guī)定進(jìn)行建立。

為訓(xùn)練模擬器設(shè)計(jì)的主控程序必須要有友好的人-機(jī)界面，操作簡單、方便，易于掌握。為了構(gòu)建與實(shí)裝一致的操作環(huán)境，有些訓(xùn)練模擬器無法配置鼠標(biāo)和鍵盤，對于這樣的訓(xùn)練模擬器，可以使主控計(jì)算機(jī)開機(jī)后自動運(yùn)行訓(xùn)練模擬器的主控程序，并利用訓(xùn)練模擬器的操作面板進(jìn)行環(huán)境和參數(shù)設(shè)置、習(xí)題選擇或設(shè)置，減少不必要的附屬外設(shè)，要有中途退出或重新開始訓(xùn)練的操作方法。

4 檢驗(yàn)與測試階段

檢驗(yàn)和測試是確保訓(xùn)練模擬器質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵步驟。在設(shè)計(jì)過程中，可能會產(chǎn)生各種各樣的錯(cuò)誤，特別是規(guī)模大、復(fù)雜性高的大型軟件更容易存在錯(cuò)誤。硬件的錯(cuò)誤相對比較易于在檢測中發(fā)現(xiàn)，而軟件存在的一些錯(cuò)誤有時(shí)很難發(fā)現(xiàn)，但這些錯(cuò)誤在使用過程中遲早要暴露出來，甚至造成嚴(yán)重后果。所以，在檢驗(yàn)與調(diào)試階段必須對軟件進(jìn)行反復(fù)測試，最好有項(xiàng)目組以外的人員或用戶人員參與測試，檢驗(yàn)與測試方案應(yīng)當(dāng)考慮到使用中的各種情況，特別是各種錯(cuò)誤操作和非常規(guī)操作，譬如對某個(gè)開關(guān)不間斷地反復(fù)操作、與正常使用完全不同的操作步驟是否會造成操作數(shù)據(jù)異常，是否會造成軟件運(yùn)行異?；蛘咴斐捎?jì)算機(jī)死機(jī)。訓(xùn)練過程評估軟件是基于專家知識開發(fā)的，邏輯判斷必然是該軟件的重要過程，對于操作過程復(fù)雜的訓(xùn)練模擬器，評估軟件的邏輯判斷過程也會非常繁雜，盡管使用異常操作的方法來檢測該軟件，仍有可能沒有運(yùn)行到某些邏輯判斷分支，給軟件留下隱患，所以應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)能運(yùn)行到所有邏輯分支的程序?qū)ｉT對評估軟件進(jìn)行測試，盡可能消除隱患。發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤之后必須診斷并改正錯(cuò)誤，改錯(cuò)后要再次進(jìn)行檢驗(yàn)和測試。

5 結(jié)論

交付用戶后，應(yīng)當(dāng)對訓(xùn)練模擬器的使用情況進(jìn)行不間斷追蹤，根據(jù)使用情況及時(shí)予以改進(jìn)。

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