機(jī)械化橋車虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)需求分析

董爭(zhēng) 儲(chǔ)健

摘 要：本文立足機(jī)械化橋車訓(xùn)練現(xiàn)狀，分析傳統(tǒng)實(shí)裝訓(xùn)練存在的突出矛盾問(wèn)題。將虛擬仿真技術(shù)引入到機(jī)械化橋車訓(xùn)練中，闡述了該技術(shù)在各行各領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械化橋車訓(xùn)練的可行性進(jìn)行了分析研究，而后從目標(biāo)分析、需求結(jié)構(gòu)分析、功能分析、性能分析四個(gè)方面對(duì)該訓(xùn)練系統(tǒng)需求進(jìn)行分析研究，提出結(jié)論作出未來(lái)展望。

關(guān)鍵詞：橋車;虛擬仿真;需求分析;研究

0 引言

虛擬仿真是指“真實(shí)的人在虛擬環(huán)境中操縱虛擬的系統(tǒng)”而進(jìn)行的仿真[1]。虛擬仿真技術(shù)在一些訓(xùn)練領(lǐng)域中的應(yīng)用凸顯出經(jīng)費(fèi)開(kāi)支少、安全性能高、訓(xùn)練針對(duì)性強(qiáng)、人均訓(xùn)練時(shí)間保障好、裝備損耗率低等優(yōu)于傳統(tǒng)實(shí)裝訓(xùn)練的特點(diǎn)。運(yùn)用訓(xùn)練系統(tǒng)需求分析方法，論證虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械化橋車訓(xùn)練可行性及需求，為后續(xù)研究開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)。

1 機(jī)械化橋車實(shí)裝操作訓(xùn)練現(xiàn)狀及問(wèn)題

傳統(tǒng)實(shí)裝操作訓(xùn)練完全借助于真實(shí)裝備展開(kāi)。一般情況下，教練員會(huì)針對(duì)訓(xùn)練科目制定訓(xùn)練計(jì)劃，通過(guò)理論教學(xué)、動(dòng)作或操作演示、分步及合成練習(xí)、考核驗(yàn)收等方法展開(kāi)。裝備成為訓(xùn)練最為重要的工具，從當(dāng)前機(jī)械化橋車訓(xùn)練實(shí)際情況來(lái)看，主要存在以下幾個(gè)突出矛盾問(wèn)題：（1）橋車裝備數(shù)量稀缺。（2）人均參訓(xùn)時(shí)間難保障。（3）裝備磨損加快。（4）受場(chǎng)地影響大。（5）訓(xùn)練成本高、環(huán)境污染大。（6）安全隱患多。另外，傳統(tǒng)實(shí)裝訓(xùn)練還存在管理難度大、訓(xùn)練針對(duì)性不強(qiáng)效果不佳等問(wèn)題。

2 可行性分析

虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械化橋車訓(xùn)練，必須論證其技術(shù)應(yīng)用的可行性。結(jié)合機(jī)械化橋車使用相關(guān)單位屬性，應(yīng)至少?gòu)募夹g(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)可行性、操作可行性、社會(huì)可行性四個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.1 技術(shù)可行性分析

虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)擁有良好的平臺(tái)，CATIA/UG/Pro-E/3dsMAX等建模軟件、ADAMS運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析軟件以及Unity3D/Quest3D三維交互平臺(tái)應(yīng)用為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供了多種個(gè)性化選擇。從現(xiàn)有資源情況來(lái)看，機(jī)械化橋車生產(chǎn)廠家其裝備參數(shù)的共享給研究對(duì)象建模及仿真提供了數(shù)據(jù)支撐。從技術(shù)角度，該虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)開(kāi)發(fā)已無(wú)技術(shù)障礙。

2.2 操作可行性分析

用戶使用方面，從機(jī)械化橋車訓(xùn)練實(shí)用性出發(fā)，該系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置簡(jiǎn)單的操作導(dǎo)航界面及功能模塊，使用戶操作使用便捷，又能通過(guò)簡(jiǎn)單系統(tǒng)達(dá)到教學(xué)目的，滿足受訓(xùn)人員從裝備理論知識(shí)到操作技能全面提升的目標(biāo)要求;時(shí)間進(jìn)度方面，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期短，見(jiàn)效快，能夠較好地避開(kāi)短期內(nèi)裝備及場(chǎng)地?zé)o法達(dá)到訓(xùn)練所需等難題;組織上，重點(diǎn)依靠針對(duì)性開(kāi)展教學(xué)、訓(xùn)練，有效避免了實(shí)裝施訓(xùn)組織困難等問(wèn)題。

3 虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)需求分析

依據(jù)機(jī)械化橋車訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)要求，分析虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)應(yīng)具備的目標(biāo)、功能、性質(zhì)，對(duì)其系統(tǒng)目標(biāo)、需求結(jié)構(gòu)、功能、性能、需求驗(yàn)證進(jìn)行分析。

3.1 系統(tǒng)功能

通過(guò)橋車教學(xué)訓(xùn)練中用戶需求確定系統(tǒng)功能，這里的用戶一般指參訓(xùn)學(xué)員。我們采用UML用例圖來(lái)描述虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的功能。首先我們確定系統(tǒng)參與者為參訓(xùn)學(xué)員，從參與者、業(yè)務(wù)過(guò)程入手提取用例。一般情況下，針對(duì)每一個(gè)需求單元建立一幅用例圖，依據(jù)該系統(tǒng)四個(gè)需求單元提取用例分別如下：

教學(xué)演示管理：作業(yè)準(zhǔn)備工作學(xué)習(xí)、岸邊設(shè)置學(xué)習(xí)、展橋作業(yè)學(xué)習(xí)、橋車撤收學(xué)習(xí)、操作說(shuō)明查看、面板操作參看。

單兵操作訓(xùn)練管理：上車操作、應(yīng)急操縱面板操作、移動(dòng)操縱盒操作、照明控制面板操作。

技能考核管理：考核標(biāo)準(zhǔn)查看、考核類別選擇、進(jìn)入考核、提交試卷。

統(tǒng)計(jì)查詢：橋車信息查詢、考核成績(jī)查詢、打印成績(jī)單。

3.2 性能評(píng)估分析

為支持機(jī)械化橋車虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)，必須對(duì)系統(tǒng)效率、處理方式、可靠性、安全性、適應(yīng)性提出要求。在系統(tǒng)性能需求分析時(shí)從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等方面進(jìn)行綜合分析。

3.2.1 系統(tǒng)效率

虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)供參訓(xùn)學(xué)員訓(xùn)練所用，操作速度對(duì)受訓(xùn)者能力的提高有直接關(guān)系。要求在系統(tǒng)功能運(yùn)用中對(duì)系統(tǒng)效率要有較高要求，一是訪問(wèn)站點(diǎn)延遲時(shí)間;二是訪問(wèn)速度最大延遲時(shí)間均需控制在2秒內(nèi)。

3.2.2 系統(tǒng)可靠性

要求系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中故障率低，避免操作過(guò)程中發(fā)生卡頓等現(xiàn)象;當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后能快速恢復(fù)，操作、技能考核等重要數(shù)據(jù)保存不丟失;訓(xùn)練系統(tǒng)模擬實(shí)裝操作，就要求系統(tǒng)要有較高的精確度，發(fā)揮虛擬仿真訓(xùn)練指導(dǎo)性作用。

3.2.3 系統(tǒng)安全性

為確保系統(tǒng)安全，首先要建立安全權(quán)限，依靠用戶名和密碼進(jìn)行系統(tǒng)登錄，實(shí)現(xiàn)每人一賬號(hào)，便于信息安全管理。另外還要確保物理存儲(chǔ)場(chǎng)所的安全。

4 結(jié)論與展望

機(jī)械化橋車虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)面向從事應(yīng)急救援任務(wù)相關(guān)單位，讓參訓(xùn)者對(duì)橋車裝備的理論知識(shí)、操作要點(diǎn)、實(shí)踐技能操作、技能考核進(jìn)行系統(tǒng)的訓(xùn)練指導(dǎo)，著眼實(shí)裝操作面臨的突出矛盾問(wèn)題提供了一種全新的訓(xùn)練途徑?？朔藢?shí)裝訓(xùn)練制約性因素，提高了受訓(xùn)者理論及操作技能。虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)需求分析為下一步展開(kāi)系統(tǒng)研究提供了理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]談斌，郭士波，傅彬.基于HLA的裝備操作訓(xùn)練仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2011，23（S1）：177-179.

[2]楊雁冰.虛擬仿真技術(shù)在高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].科學(xué)與財(cái)富，2015（29）：175.