王 金
(中國航空工業(yè)集團公司 第一飛機設(shè)計研究院,陜西 西安 710089)
軍用飛機列裝培訓(xùn)是飛機綜合保障十大要素之一,是提高軍隊?wèi)?zhàn)斗能力的重要手段。通過培訓(xùn)能夠使空、地勤以及相關(guān)管理人員熟悉和掌握軍機型號的工作原理和使用維護要領(lǐng),正確地使用和保障飛機,提高飛機的安全性,最大限度發(fā)揮飛機的作戰(zhàn)效能、降低壽命周期費用、延長飛機使用壽命[1-3]。
國內(nèi)傳統(tǒng)的軍機培訓(xùn)基本采用外場記錄、培訓(xùn)任務(wù)單下達、理論講課加實裝訓(xùn)練的流程模式,培訓(xùn)模式跨度大,訓(xùn)練形式單一,相關(guān)教學(xué)訓(xùn)練設(shè)備種類和數(shù)量少,現(xiàn)代化程度低,導(dǎo)致訓(xùn)練效率比較低,培訓(xùn)效果不易保證,難以應(yīng)對新形勢下的訓(xùn)練需求。另外,相對于民用飛機,軍機除了飛行安全外,還要注重基于裝備特點和任務(wù)模式的訓(xùn)練,如戰(zhàn)斗飛行、貨物裝卸、人員運輸、戰(zhàn)斗壓差飛行等。因此,不能完全照搬民機的培訓(xùn)體系。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和軍事變革的深入,軍機復(fù)雜程度越來越高,新老機型差異越來越大,其相應(yīng)的飛行使用、修理維護更加復(fù)雜。因此,基于實戰(zhàn)保障特征和信息化技術(shù)的軍用飛機培訓(xùn)體系設(shè)計構(gòu)建是滿足現(xiàn)代化軍用裝備綜合保障的迫切要求[4-6]。
歐美等航空強國在新一代軍用運輸機、戰(zhàn)斗機研制的同時,更加注重軍用飛機培訓(xùn)體系的構(gòu)建設(shè)計與研制,并將其作為飛機配套體系中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一[7]。據(jù)有限的資料查閱,美國B-2轟炸機在研制之初,專門研制了綽號“Ordies”的裝彈模擬訓(xùn)練器,為美軍培養(yǎng)了大量的轟炸機裝彈員,保障了B-2轟炸機高效地執(zhí)行各類轟炸任務(wù)[8-10]。另外,F(xiàn)-35A戰(zhàn)斗機自服役以來,構(gòu)建了體系化的維修培訓(xùn)系統(tǒng),承擔(dān)了大量的維修訓(xùn)練任務(wù),旨在全面提高維修業(yè)務(wù)能力,使得F-35A戰(zhàn)斗機最大限度形成體系作戰(zhàn)能力[11]。
針對傳統(tǒng)軍用飛機培訓(xùn)體系存在的自動化程度不高、培訓(xùn)模式單一及培訓(xùn)效果不理想等問題,本文基于信息化、虛擬現(xiàn)實、數(shù)字仿真等技術(shù)手段,在認(rèn)真分析作戰(zhàn)環(huán)境下培訓(xùn)保障模式特征的基礎(chǔ)上,通過培訓(xùn)需求分析、課程設(shè)計、訓(xùn)練系統(tǒng)研制、評估驗證等技術(shù)環(huán)節(jié),構(gòu)建了基于實戰(zhàn)保障特征的軍用飛機培訓(xùn)體系,并以某型軍用運輸機首批裝備訓(xùn)練為依托,進行了培訓(xùn)技術(shù)體系的驗證和設(shè)計優(yōu)化研究。所建立的培訓(xùn)體系和全新的培訓(xùn)模式可廣泛應(yīng)用于我國航空武器裝備的機型培訓(xùn),對提升我軍軍用裝備的使用安全性、戰(zhàn)斗完好性有著非常重要的意義。
培訓(xùn)技術(shù)體系架構(gòu)如圖1所示,本文培訓(xùn)體系分為4個階段,分別為培訓(xùn)需求分析、培訓(xùn)課程設(shè)計、培訓(xùn)系統(tǒng)研制和培訓(xùn)效果評估。
圖1 培訓(xùn)技術(shù)體系架構(gòu)圖
需求分析的目標(biāo)是準(zhǔn)確界定裝備使用,維修人員在知識、技能、意識等方面的需求,掌握受訓(xùn)人員的現(xiàn)狀,比較并分析兩者之間的差距,以需求為導(dǎo)引,設(shè)置合理的訓(xùn)練任務(wù),為訓(xùn)練大綱制定、課程設(shè)計等工作提供科學(xué)依據(jù)。
課程設(shè)計是軍機訓(xùn)練的關(guān)鍵要素,對于某一機型,從首飛、改裝到使用升級、大修,各階段存在各種不同類型的訓(xùn)練。如何制定針對不同人員的教學(xué)內(nèi)容和方式,是課程設(shè)計需要重點解決的問題。
培訓(xùn)系統(tǒng)研制是為了更好地進行培訓(xùn),提升培訓(xùn)效果。
培訓(xùn)效果評估是對培訓(xùn)活動的質(zhì)量進行評價,是保證培訓(xùn)效果、提升裝備保障效能的重要手段。培訓(xùn)評估是否科學(xué)、全面、準(zhǔn)確,將直接影響對培訓(xùn)工作的指導(dǎo)和改進,并最終會影響武器裝備技術(shù)戰(zhàn)斗力的生成。
本項目借鑒高質(zhì)量培訓(xùn)理念,以能力培訓(xùn)為主,按教學(xué)認(rèn)知規(guī)律,探索出包括過渡機型訓(xùn)練、結(jié)合虛擬訓(xùn)練的理論教學(xué)、模擬器訓(xùn)練到實裝帶飛帶教等內(nèi)容在內(nèi)的“三級四階段漸進式”培訓(xùn)模式(如圖2所示),并以空勤理論教學(xué)系統(tǒng)、地勤理論教學(xué)系統(tǒng)、空勤虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)、地勤虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)、維修訓(xùn)練模擬器和飛行訓(xùn)練模擬器構(gòu)成完整訓(xùn)練設(shè)備體系,以飛行人員、機務(wù)人員和貨運員為重點,兼顧教員、訓(xùn)練保障人員、場站保障人員等,通過高效益訓(xùn)練,使訓(xùn)練對象具備并保持執(zhí)行相應(yīng)任務(wù)的能力,并最終通過培訓(xùn)效果評估,驗證軍機培訓(xùn)技術(shù)體系的科學(xué)性、合理性。本文所設(shè)計的軍機培訓(xùn)技術(shù)體系的業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖3所示。
圖2 三級四階段的培訓(xùn)模式
圖3 軍機培訓(xùn)技術(shù)體系業(yè)務(wù)架構(gòu)圖
培訓(xùn)需求分析的目標(biāo)是準(zhǔn)確界定培訓(xùn)對象在知識、技能、意識等方面的需求,掌握受訓(xùn)人員現(xiàn)狀,比較并分析兩者之間的差距,以需求為導(dǎo)引,設(shè)置合理的訓(xùn)練任務(wù),為訓(xùn)練大綱制定、課程設(shè)計等工作提供科學(xué)依據(jù)。
進行需求分析之前要明確裝備的保障任務(wù)、裝備技術(shù)狀態(tài)和待訓(xùn)人員現(xiàn)狀等信息。本文需求分析分別從任務(wù)分析、裝備技術(shù)狀態(tài)和人員分析三個方面來確定現(xiàn)有團隊的能力差距,需求分析模型見圖4。
圖4 培訓(xùn)需求分析模型
任務(wù)分析:通過對裝備技術(shù)信息、工作任務(wù)信息和培訓(xùn)目標(biāo)三者結(jié)合,得出培訓(xùn)內(nèi)容(教學(xué)知識點矩陣);通過重要度、困難度、頻繁度分析(IDF分析),結(jié)合課程影響分析,確定培訓(xùn)知識點對應(yīng)的授課時長;結(jié)合訓(xùn)練資源分析,確定培訓(xùn)知識點的訓(xùn)練方法。
人員分析:采用理論考試、實際操作能力測驗、問卷調(diào)查等途徑,對受訓(xùn)人員的知識、技能和意識進行評估,并對評估結(jié)果進行分析,得出受訓(xùn)人員知識、技能和意識等各方面的實際水平,以此作為差距評估分析的基礎(chǔ)。
差距分析:依據(jù)任務(wù)分析中得出的保障人員在知識、技能和意識等方面應(yīng)達到的水平,將人員分析中得出的受訓(xùn)人員實際水平進行差距對比,將結(jié)果反饋給任務(wù)目標(biāo),綜合考慮目標(biāo)與人員現(xiàn)狀水平,及時修正受訓(xùn)人員結(jié)構(gòu),再與目標(biāo)水平對比,以此差距評估結(jié)果,用于訓(xùn)練內(nèi)容、資源、時間等內(nèi)容的確定。
訓(xùn)練質(zhì)量評估:從訓(xùn)練有效性、訓(xùn)練效率、人員考核結(jié)果等方面,通過實際培訓(xùn)過程,對訓(xùn)練開展和實施結(jié)果進行符合對照,以評價受訓(xùn)人員在接受訓(xùn)練后是否達到應(yīng)有水平,對需求分析模型進行驗證和迭代。
培訓(xùn)課程設(shè)計首先從學(xué)員要執(zhí)行的各項任務(wù)出發(fā),按照需求分析得出培訓(xùn)知識點,綜合考慮飛機設(shè)計特點、外場的使用維護習(xí)慣、培訓(xùn)資源、手段等要素,借鑒ISD/SAT模型規(guī)劃課程設(shè)計模型,映射成為學(xué)員的培訓(xùn)課程。
課程設(shè)計模型包含5個階段:分析、設(shè)計、開發(fā)、實施、評估,課程設(shè)計模型見圖5。
圖5 課程設(shè)計模型
(1)分析。對學(xué)員要執(zhí)行的工作任務(wù)進行分析,確定培訓(xùn)課程所覆蓋的教學(xué)內(nèi)容以及采用的方法、訓(xùn)練設(shè)備,以達到最佳的培訓(xùn)效果。
(2)設(shè)計。把培訓(xùn)的知識點轉(zhuǎn)換成目標(biāo),確定培訓(xùn)目標(biāo)所涵蓋的課程內(nèi)容、課程時長、課程安排順序、課程學(xué)習(xí)形式和計劃,并制定課程學(xué)習(xí)效果評估標(biāo)準(zhǔn)。
(3)開發(fā)。完成訓(xùn)練課程的開發(fā),包括課件的制作、課程實施所需要的培訓(xùn)教材和資料等。
(4)實施。按照制定的教學(xué)計劃和課程對學(xué)員進行培訓(xùn)。
(5)評估。按照制定的學(xué)習(xí)效果評估標(biāo)準(zhǔn)進行評估,根據(jù)評估結(jié)果對各過程進行優(yōu)化。
以某型飛機飛行員的培訓(xùn)為例,對應(yīng)ISD/SAT模型對飛行操作任務(wù)進行課程設(shè)計,包括飛行操作任務(wù)分解、飛行訓(xùn)練能力指標(biāo)和難度指標(biāo)分析、飛行操作任務(wù)的能力指標(biāo)和難度指標(biāo)分析、分析任務(wù)指標(biāo)對培訓(xùn)課程的影響、修訂培訓(xùn)課程。
培訓(xùn)系統(tǒng)包括理論訓(xùn)練系統(tǒng)、虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)、飛行訓(xùn)練模擬器、維修訓(xùn)練模擬器等系統(tǒng)。
理論訓(xùn)練系統(tǒng)面向機型培訓(xùn)設(shè)計,為飛機研制理論教學(xué)系統(tǒng)發(fā)布差異課件,主要用于接裝培訓(xùn)和交付使用,空、地勤理論訓(xùn)練系統(tǒng)一體化研制,獨立配置。
理論訓(xùn)練系統(tǒng)具備多媒體教學(xué)運行功能和大綱、計劃、資源、人員、進度、考核等管理功能,交互式多媒體課件主要以動畫方式展現(xiàn),數(shù)據(jù)來源于用戶技術(shù)資料及工程原始素材,通過開展課程設(shè)計和編制教學(xué)腳本實現(xiàn)。理論訓(xùn)練系統(tǒng)功能上滿足培訓(xùn)管理和信息化教學(xué)實施需求,兼顧航空基礎(chǔ)教育和戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用訓(xùn)練使用。
理論教學(xué)采用多媒體教學(xué)手段,通過配發(fā)教材、教員集中課堂授課、學(xué)員在線課件自學(xué)、復(fù)習(xí)答疑、在線考試的方式進行。多媒體教學(xué)手段包括標(biāo)準(zhǔn)的多媒體教室,如投影儀、投影幕、擴音器、音箱、耳機等設(shè)備,除此之外還研制并配備了支持學(xué)員自學(xué)、教員教學(xué)、管理員培訓(xùn)管理的理論教學(xué)系統(tǒng)。理論教學(xué)系統(tǒng)能完成空、地勤人員對飛機特性、系統(tǒng)及設(shè)備知識、使用操作/維修保障方法的自主學(xué)習(xí)和平臺教學(xué)交流,實現(xiàn)培訓(xùn)規(guī)劃、教學(xué)、學(xué)習(xí)和考核的綜合管理。理論教學(xué)場景如圖6所示。
圖6 理論培訓(xùn)場景
針對不同的訓(xùn)練對象,設(shè)定不同的訓(xùn)練科目,課程設(shè)計針對性強,涵蓋任務(wù)全面而不冗余。最大程度地模擬真機環(huán)境,包括飛機的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成,程序執(zhí)行過程中各系統(tǒng)/分系統(tǒng)/設(shè)備的響應(yīng)、儀表的顯示、聲音和燈光的告警等。虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)狀態(tài)和訓(xùn)練科目數(shù)據(jù)能夠隨飛機技術(shù)狀態(tài)的變化進行同步更新,實現(xiàn)系統(tǒng)的維護升級。
虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)是一套桌面式虛擬仿真系統(tǒng),采用客戶端-服務(wù)器模式,通過虛擬仿真一架全功能的飛機作為系統(tǒng)的交互對象,以交互式理論培訓(xùn)、虛擬訓(xùn)練和半實物模擬仿真訓(xùn)練為主要手段,適用于飛行人員、地勤人員及貨運員理論、技能、實操及任務(wù)訓(xùn)練的一體化訓(xùn)練。
虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)承接理論教學(xué)系統(tǒng)和模擬器訓(xùn)練,在掌握理論知識的基礎(chǔ)上,將理論知識變?yōu)槭謩硬僮鞯募寄?,實現(xiàn)操作程序的逼真仿真和訓(xùn)練操作引導(dǎo),一方面是對所學(xué)理論知識的鞏固和強化,另一方面在模擬器訓(xùn)練之前提供動手操作環(huán)境,熟悉使用操作要求、維護程序流程及要點,節(jié)省在模擬器上的訓(xùn)練時間,提升在模擬器上的訓(xùn)練效果。
空地勤虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)采用一體化的研制模式,從訓(xùn)練系統(tǒng)總體設(shè)計和各分系統(tǒng)設(shè)計進行自上向下的結(jié)構(gòu)化功能分析,最大化共用功能模塊,實現(xiàn)多媒體仿真和軟件仿真資源的高度重用,加快系統(tǒng)的實現(xiàn)。
虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)綜合虛擬座艙、飛機及機載系統(tǒng)仿真、訓(xùn)練管理、電子用戶手冊、動態(tài)工作原理展示、三維飛機拆裝維修等,提供訓(xùn)練過程控制、自動訓(xùn)練考評、重要復(fù)雜操作程序的訓(xùn)練引導(dǎo)等豐富實用的教學(xué)和訓(xùn)練功能,其組成見圖7,訓(xùn)練場景見圖8。
圖7 虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)組成
圖8 虛擬訓(xùn)練場景
飛行訓(xùn)練模擬器是根據(jù)飛機作戰(zhàn)和訓(xùn)練需要,完成飛行機組成員的各項技戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練,使飛行機組成員熟悉飛機性能、飛行操縱特點和各種飛行程序,掌握駕駛、領(lǐng)航、通信、自衛(wèi)技術(shù)和特殊情況處置程序、方法,熟練掌握在各種環(huán)境條件下實施空中運輸、空投空降等戰(zhàn)斗活動方法,保持和提高在各種作戰(zhàn)背景條件下快速反應(yīng)能力、協(xié)同作戰(zhàn)能力,以及遂行多樣化任務(wù)的能力。
飛行訓(xùn)練模擬器由飛機性能仿真系統(tǒng)、模擬座艙系統(tǒng)、綜合環(huán)境模擬系統(tǒng)、航空電子模擬系統(tǒng)、動感模擬系統(tǒng)、視景系統(tǒng)、教員控制臺、計算機和接口系統(tǒng)、性能測試軟件等系統(tǒng)組成,其具備結(jié)構(gòu)化的設(shè)計特征和采用模塊化分析,進行規(guī)范化管理,通過自上向下的結(jié)構(gòu)化分析,實行優(yōu)化組合,密切協(xié)調(diào),保證項目的順利完成和模擬器整機的優(yōu)良性能。所有部件按耦合、解耦、內(nèi)聚、模塊控制與判定等指標(biāo)進行評價分析,使各系統(tǒng)部件模塊組成最優(yōu)化。
基于以上技術(shù)研制的飛行訓(xùn)練模擬器能夠?qū)崿F(xiàn)97%的任務(wù)覆蓋率,大幅減少了實裝訓(xùn)練的成本,降低特情處置科目訓(xùn)練的風(fēng)險。
維修訓(xùn)練模擬器的功能是進行飛機座艙綜合感知、通電檢查、排故、發(fā)動機試車等維護技能訓(xùn)練及評估工作,能夠保持和提高在各種作戰(zhàn)背景條件下快速反應(yīng)能力、協(xié)同作戰(zhàn)能力,以及遂行多樣化任務(wù)的能力。某型飛機維修訓(xùn)練模擬器主要包括模擬座艙及設(shè)備系統(tǒng)、飛機仿真系統(tǒng)、故障管理系統(tǒng)、計算機及接口系統(tǒng)、教員控制臺系統(tǒng)等7個分系統(tǒng)。
某型飛機維修訓(xùn)練模擬器采用半開放式的座艙基座,用于支撐模擬座艙及設(shè)備,底座包括構(gòu)造水平線以上的設(shè)備艙空間,用于存放維修訓(xùn)練模擬器的計算機及電源設(shè)備。
在進行某系統(tǒng)故障科目訓(xùn)練時,首先由教員在教員控制臺上進行科目設(shè)置,故障管理系統(tǒng)進行解析后發(fā)送狀態(tài)數(shù)據(jù)給飛機仿真系統(tǒng)。飛機仿真系統(tǒng)對飛機故障時的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行解算,將解算結(jié)果發(fā)送至接口系統(tǒng)及聲音仿真系統(tǒng),由接口系統(tǒng)驅(qū)動模擬座艙及設(shè)備,由聲音仿真系統(tǒng)模擬座艙內(nèi)告警信息,為學(xué)員營造出逼真的故障場景。學(xué)員根據(jù)故障現(xiàn)象對其進行處理操作,由計算機及接口系統(tǒng)將訓(xùn)練結(jié)果返回給飛機仿真系統(tǒng)及教員臺,由教員評判學(xué)員的訓(xùn)練結(jié)果。
培訓(xùn)效果評估對培訓(xùn)活動的質(zhì)量高低進行評價,是保證培訓(xùn)效果、提升裝備保障效能的重要手段。培訓(xùn)評估是否科學(xué)、全面、準(zhǔn)確,將直接影響對培訓(xùn)工作的指導(dǎo)和改進,并最終會影響武器裝備技術(shù)戰(zhàn)斗力的生成。對培訓(xùn)效果的評估通過教學(xué)考核和學(xué)員評價兩個維度來進行。
教學(xué)考核對于軍機全新的三級四階段的培訓(xùn)模式,依據(jù)不同階段的教學(xué)內(nèi)容,采用全新的考核評估方法。理論培訓(xùn)重點是對飛機和各系統(tǒng)的理論知識進行考核,虛擬培訓(xùn)重點在考核學(xué)員對所學(xué)任務(wù)相應(yīng)程序的掌握和注意事項的熟悉,實裝培訓(xùn)、模擬訓(xùn)練和實裝訓(xùn)練則重點考核學(xué)員對綜合任務(wù)的執(zhí)行能力。理論學(xué)習(xí)、虛擬訓(xùn)練、模擬訓(xùn)練、實裝訓(xùn)練針對各訓(xùn)練階段中學(xué)員應(yīng)掌握的重點和難點對學(xué)員進行考核,各階段訓(xùn)練結(jié)束后進行考核并經(jīng)過加權(quán),得出學(xué)員的成績?yōu)槠谀┙虒W(xué)考核的結(jié)果。首次應(yīng)用該培訓(xùn)體系為某大型運輸機的首裝地勤訓(xùn)練,教學(xué)考核結(jié)果見圖9、圖10。
圖9 階段教學(xué)考核結(jié)果分布
圖10 期末教學(xué)考核結(jié)果分布
從圖中可以看出,隨著培訓(xùn)的開展,各階段考核結(jié)果曲線逐步上升且趨于平緩,最終結(jié)果分布的可決系數(shù)為0.78,大于0.6,符合平均值為96.9分、均方差為2.04的正態(tài)分布,且學(xué)員實裝考核通過率明顯提高。
學(xué)員評價主要是通過設(shè)置自我評價和對培訓(xùn)任務(wù)、培訓(xùn)方式、授課教員等的反饋對整個培訓(xùn)過程進行效能評估。學(xué)員反映培訓(xùn)模式新,培訓(xùn)設(shè)備先進,培訓(xùn)效果好,對課程教學(xué)的滿意度均大于等于85%。
基于本項目構(gòu)建的培訓(xùn)體系和培訓(xùn)模式,經(jīng)過某型飛機培訓(xùn)驗證,完成了9類人員數(shù)百人的培訓(xùn)工作,完成地面訓(xùn)練和機上飛行訓(xùn)練上千小時,各類考核合格通過率較傳統(tǒng)的培訓(xùn)模式提高了30%。同時,在持續(xù)的培訓(xùn)過程中對該培訓(xùn)體系進行了驗證和優(yōu)化。
本文基于信息化、虛擬現(xiàn)實、數(shù)字仿真等技術(shù)手段,在認(rèn)真分析作戰(zhàn)環(huán)境下培訓(xùn)保障模式特征的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了基于實戰(zhàn)保障特征的軍用飛機培訓(xùn)體系,并以某型軍用運輸機首批裝備訓(xùn)練為依托,進行了培訓(xùn)技術(shù)體系的驗證和設(shè)計優(yōu)化研究,得出如下結(jié)論:
(1)通過數(shù)百名空地勤人員的培訓(xùn)驗證,證明了所構(gòu)建的培訓(xùn)技術(shù)體系的合理性、先進性,該培訓(xùn)體系能夠最大程度地貼近部隊作戰(zhàn)環(huán)境下保障的技術(shù)特征。
(2)培訓(xùn)任務(wù)覆蓋率達到97%,滿足機型訓(xùn)練所需的各項教學(xué)功能,全面覆蓋了空、地勤訓(xùn)練任務(wù)。
(3)所建立的培訓(xùn)體系和全新的培訓(xùn)模式可廣泛應(yīng)用于我國航空武器裝備的機型培訓(xùn),對提升我軍軍用裝備的使用安全性、戰(zhàn)斗完好性有非常重要的意義。