某型艦炮武器系統(tǒng)訓(xùn)練模擬器設(shè)計(jì)

牛效兵　白洪寶　李立緯

摘要：為滿足某型艦炮武器系統(tǒng)教學(xué)訓(xùn)練需求，結(jié)合半實(shí)物仿真和虛擬建模，研制了該訓(xùn)練模擬器；介紹了該訓(xùn)練模擬器的總體設(shè)計(jì)思路，詳細(xì)論述了模擬器的功能及組成，操作訓(xùn)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(xué)員崗位任職能力的需求，并且對(duì)新裝備訓(xùn)練模擬器的開發(fā)具有較強(qiáng)的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：模擬器；模擬訓(xùn)練；故障模擬

中圖分類號(hào)：TM743 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(chǎng)地、經(jīng)費(fèi)、維護(hù)保養(yǎng)等條件的限制，某型艦炮武器系統(tǒng)實(shí)裝聯(lián)動(dòng)及故障排除訓(xùn)練很難開展，尤其是實(shí)裝不可能隨意產(chǎn)生各種故障現(xiàn)象，裝備故障分析排除的訓(xùn)練更是難以開展，而模擬訓(xùn)練以安全、經(jīng)濟(jì)、不受氣候條件和場(chǎng)地限制、能實(shí)現(xiàn)“全任務(wù)”訓(xùn)練、大批量訓(xùn)練等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，成為解決上述問題的主要途徑。

模擬訓(xùn)練是計(jì)算機(jī)技術(shù)和仿真技術(shù)融合的產(chǎn)物，已經(jīng)成為軍事領(lǐng)域重要的訓(xùn)練手段。本文通過實(shí)裝仿真和虛擬場(chǎng)景相結(jié)合的方式，設(shè)計(jì)了具備操作訓(xùn)練和故障排除訓(xùn)練功能的某型艦炮武器系統(tǒng)模擬器，能較好地滿足任職教育院校培養(yǎng)學(xué)員崗位任職能力的需求，能有效促進(jìn)裝備技術(shù)保障能力的形成。

2 總體方案

模擬器由導(dǎo)控臺(tái)、射擊指揮模擬臺(tái)、跟蹤雷達(dá)模擬臺(tái)、艦炮監(jiān)控模擬臺(tái)、艦炮虛擬臺(tái)、艦炮監(jiān)控模擬臺(tái)、大屏幕投影及音效系統(tǒng)等組成?？梢詫?shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理、操作訓(xùn)練、故障排除訓(xùn)練、考核評(píng)估、理論學(xué)習(xí)等功能（如圖1）。

2.1 臺(tái)位組成

導(dǎo)控臺(tái)由一臺(tái)電腦和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，主要用來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合指揮控制，模擬產(chǎn)生目標(biāo)、我艦姿態(tài)、氣象參數(shù)、操作場(chǎng)景等信息，綜合處理各模擬臺(tái)位之間的信息交換，設(shè)置并發(fā)布故障、管理訓(xùn)練人員信息等。

艦炮虛擬臺(tái)由一臺(tái)電腦組成，安裝艦炮三維模型。艦炮的機(jī)械和電氣機(jī)構(gòu)復(fù)雜，用實(shí)物模擬實(shí)現(xiàn)難度太大，并且成本高昂，實(shí)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(shí)戰(zhàn)場(chǎng)景、內(nèi)部各部件的動(dòng)作過程及配合關(guān)系、各種故障現(xiàn)象等，并能接收火控模擬臺(tái)和艦炮監(jiān)控模擬臺(tái)的命令，演示艦炮相應(yīng)的動(dòng)作。

艦炮監(jiān)控模擬臺(tái)、火控模擬臺(tái)、跟蹤雷達(dá)模擬臺(tái)和射擊指揮臺(tái)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(tái)位如圖2），能模擬各臺(tái)位的各項(xiàng)操作和相應(yīng)的頁面顯示，并能通過導(dǎo)控臺(tái)在各臺(tái)位之間交換信息。各模擬臺(tái)內(nèi)部的電路板不需要具備實(shí)裝電路板的功能，但要能模擬各種故障現(xiàn)象，如各種指示燈的狀態(tài)，各測(cè)量孔的測(cè)量值等，電路板通過單片機(jī)系統(tǒng)與模擬臺(tái)的電腦相連，傳送各種數(shù)據(jù)。

2.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)管理可以實(shí)現(xiàn)用戶管理、訓(xùn)練信息管理、目標(biāo)環(huán)境管理、兵力信息管理、訓(xùn)練科目管理、故障代碼管理等。

操作訓(xùn)練可以實(shí)現(xiàn)艦炮、火控、跟蹤雷達(dá)的單機(jī)訓(xùn)練、戰(zhàn)位訓(xùn)練、武器系統(tǒng)操作訓(xùn)練等三類科目的訓(xùn)練。實(shí)時(shí)在虛擬臺(tái)上演示操作相關(guān)的動(dòng)作引起機(jī)械動(dòng)作、電路動(dòng)作等。

故障排除訓(xùn)練可以在訓(xùn)練時(shí)能夠根據(jù)導(dǎo)控臺(tái)設(shè)置的故障在系統(tǒng)的各設(shè)備中產(chǎn)生相應(yīng)的故障現(xiàn)象，根據(jù)故障現(xiàn)象操作人員可以確定故障設(shè)備，進(jìn)一步進(jìn)行故障排除。對(duì)于電氣故障，主要通過實(shí)裝模擬臺(tái)位，進(jìn)行故障電路板的定位、拆卸、換板、安裝、調(diào)試及檢測(cè)等模擬故障排除訓(xùn)練；對(duì)于機(jī)械故障，主要通過虛擬臺(tái)位，進(jìn)行機(jī)械部件的檢測(cè)、拆裝、更換，在訓(xùn)練結(jié)束時(shí)對(duì)排除故障過程進(jìn)行記錄和上報(bào)。

考核評(píng)估可以實(shí)現(xiàn)對(duì)艦炮武器系統(tǒng)理論知識(shí)、操作技能和維修技能的考核評(píng)估。

理論學(xué)習(xí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)艦炮武器系統(tǒng)裝備結(jié)構(gòu)、工作過程、操作方法、維修方法、日常保養(yǎng)方法等知識(shí)的學(xué)習(xí)。

3 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

3.1 三維建模

利用Solidworks軟件進(jìn)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(guān)閂機(jī)構(gòu)、供彈機(jī)構(gòu)、擊發(fā)機(jī)構(gòu)、反后坐機(jī)構(gòu)、隨動(dòng)系統(tǒng)、冷卻機(jī)構(gòu)、炮架等。另外，為了逼真表現(xiàn)艦炮的運(yùn)行環(huán)境，也要建立艦船場(chǎng)景、艦炮射擊場(chǎng)景等模型。利用PostEngineer軟件組合各模型，完成艦炮射擊前準(zhǔn)備、艦炮的瞄準(zhǔn)、艦炮射擊動(dòng)作、內(nèi)部各零部件間的動(dòng)作（包括開關(guān)閂動(dòng)作、裝卸彈動(dòng)作、退殼動(dòng)作、后坐復(fù)進(jìn)動(dòng)作、彈鼓動(dòng)作、冷卻裝置動(dòng)作、反后坐裝置動(dòng)作、隨動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)作等）、零部件的分解結(jié)合、機(jī)械故障現(xiàn)象等。

3.2 人機(jī)交互的實(shí)現(xiàn)

人機(jī)交互是模擬器模擬的重點(diǎn)，主要包括各種信號(hào)的輸入和輸出兩個(gè)方面。輸入信號(hào)包括數(shù)字信號(hào)、模擬按鍵或開關(guān)輸入兩種，輸出信號(hào)包括各種顯示頁面、指示燈和數(shù)碼管等。數(shù)字輸入信號(hào)和各種頁面的顯示可以利用軟件編程實(shí)現(xiàn)，模擬按鍵或開關(guān)輸入以及指示燈和數(shù)碼管的顯示可以采用單片機(jī)電路控制實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)過程如圖3所示。通過對(duì)輸入輸出信號(hào)的控制，可以模擬艦炮武器系統(tǒng)的操作、操作結(jié)果的顯示及各種故障現(xiàn)象的顯示。

3.2 故障排除的實(shí)現(xiàn)

艦炮武器系統(tǒng)故障排除主要包括艦炮機(jī)械部件故障和各臺(tái)位電氣故障兩部分。

機(jī)械故障在艦炮虛擬臺(tái)上通過三維模型虛擬實(shí)現(xiàn)，包括射擊不過火故障、卡彈故障、退殼故障、供彈故障等，預(yù)先設(shè)置好這類故障發(fā)生時(shí)機(jī)、故障現(xiàn)象、排除過程等，可以在艦炮虛擬臺(tái)上以單個(gè)項(xiàng)目的形式進(jìn)行故障排除訓(xùn)練和考核，也可以在武器全系統(tǒng)中以總體項(xiàng)目的形式進(jìn)行故障排除訓(xùn)練和考核。

各臺(tái)位電氣故障主要模擬臺(tái)位內(nèi)部數(shù)十塊電路板發(fā)生的故障，這類故障發(fā)生后，要根據(jù)故障現(xiàn)象及監(jiān)控頁面，檢查相應(yīng)電路板指示燈顯示，測(cè)量電路板測(cè)量孔信號(hào)，在定位故障電路板之后更換故障電路板，最后進(jìn)行調(diào)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(jìn)行更換，所以模擬臺(tái)位上的電路板要能夠通過單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)各指示燈的顯示、測(cè)量孔信號(hào)的輸出，并且判斷電路板的拆卸、安裝及更換。

4 結(jié)束語

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

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