船舶操縱控制嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

肖劍波+胡大斌+胡錦暉+王立偉

摘 要： 嵌入式仿真訓(xùn)練系統(tǒng)將模擬訓(xùn)練與實(shí)裝訓(xùn)練相結(jié)合，利用仿真技術(shù)，將模擬訓(xùn)練功能嵌入到真實(shí)武器平臺(tái)中，利用真實(shí)武器系統(tǒng)進(jìn)行高逼真度的訓(xùn)練，是改善訓(xùn)練模式，提高訓(xùn)練效能的有效途徑。介紹嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的原理及當(dāng)前發(fā)展現(xiàn)狀；對(duì)船舶操縱控制系統(tǒng)模塊進(jìn)行分析，提出了系統(tǒng)改造的總體方案，并就嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)與實(shí)際操作之間的安全切換、嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)建模技術(shù)、仿真評(píng)估及故障仿真等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。通過(guò)嵌入式訓(xùn)練功能加裝，可以提高裝備訓(xùn)練能力，降低訓(xùn)練成本，并為新研制裝備的嵌入式模擬訓(xùn)練系統(tǒng)提供理論支持，具有非常重要的意義。

關(guān)鍵詞： 嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)； 操縱控制； 建模； 評(píng)估； 故障仿真

中圖分類(lèi)號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）20?0080?04

Design and implementation of embedded training system for ship maneuvering control

XIAO Jian?bo， HU Da?bin， HU Jin?hui， WANG Li?wei

（College of Power Engineering， Naval University of Engineering， Wuhan 430033， China）

Abstract： The Embedded training simulating system， which combines the simulation training and on?board training together， can get a high fidelity training environment by using real equipments. The Embedded training system can reduce the cost of training and improve the training efficiency. It is getting more and more popular nowadays. The principle and the development status of the embedded training system is introduced. The general scheme of the system improvement is proposed based on the analysis of modules of ship maneuvering control system. The key technologies of the embedded training system， such as safe switch between training mode and actual operation mode， system modeling， simulation evaluation and fault simulation， are studied. The embedded training function added to the system can not only improve the equipment training ability， but also reduce the training cost. The study can provide academic support to newly developing equipments.

Keywords： embedded training system； maneuvering control； modeling； evaluation； fault simulation

0 引 言

現(xiàn)有艦船機(jī)電系統(tǒng)的訓(xùn)練，主要采用理論教學(xué)、模擬器操練、實(shí)際裝備冷態(tài)操練（冷操）、實(shí)際裝備運(yùn)行中操練（熱操）等方式，其訓(xùn)練效果和訓(xùn)練損耗顯而易見(jiàn)。與上述訓(xùn)練方式相比，嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)，又稱(chēng)為“實(shí)船訓(xùn)練系統(tǒng)（On?Board Training System，OBTS）”，因能夠充分利用實(shí)際裝備上不易故障的監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面、節(jié)省大量模擬訓(xùn)練器材生產(chǎn)費(fèi)用、“以實(shí)裝冷操所消耗的設(shè)備與能源，獲得實(shí)裝熱操的訓(xùn)練效果”，而受到國(guó)內(nèi)外廣泛的重視。

船舶操縱控制系統(tǒng)是借助操縱裝置改變或保持船舶速度、姿態(tài)、方向和深度的系統(tǒng)，在船舶生命力及作戰(zhàn)使命中占有極為重要的地位。在各種作戰(zhàn)背景和海洋環(huán)境下良好的操縱船舶，對(duì)于保證航行安全，充分發(fā)揮船舶的戰(zhàn)技術(shù)性能、占據(jù)有利陣位、發(fā)揮火力、打擊敵人以及提高經(jīng)濟(jì)性，都具有非常重要的意義。

本文通過(guò)分析現(xiàn)有船舶操縱控制系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)，提出一種基于現(xiàn)有裝備加裝嵌入式訓(xùn)練功能的方案。并就嵌入式訓(xùn)練模式與操縱控制模式之間的安全切換、嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)建模技術(shù)、仿真評(píng)估及故障仿真等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。

1 嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)內(nèi)涵特征

嵌入式訓(xùn)練是將訓(xùn)練集成到裝備中，實(shí)質(zhì)是在武器裝備中嵌入一種能力，這種能力使得操作人員能夠看到虛擬世界，并通過(guò)與武器裝備中子系統(tǒng)的交互實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練、任務(wù)演練、戰(zhàn)場(chǎng)可視化、效果測(cè)試和評(píng)估等功能。將訓(xùn)練系統(tǒng)嵌入到實(shí)際裝備中，在真實(shí)的裝備環(huán)境下實(shí)施的訓(xùn)練，可使受訓(xùn)者獲得與實(shí)戰(zhàn)相符的心理與生理適應(yīng)性，大幅提升訓(xùn)練質(zhì)量。

嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的基本構(gòu)架如圖1所示。

圖1 嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的基本構(gòu)架

美國(guó)訓(xùn)練與條令司令部（TRADOC）在其條例350?70?XX中定義：嵌入式訓(xùn)練是一種能依靠相關(guān)的操作系統(tǒng)開(kāi)展訓(xùn)練的能力，且支持單兵、全員及協(xié)同訓(xùn)練應(yīng)用。其包括允許通信及訓(xùn)練用操作能力以及戰(zhàn)術(shù)使用和通過(guò)附加的或者嵌入式仿真實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作控制的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主要可以分為以下三種方式[1?2]：

完全嵌入式（Fully Embedded）：嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)完全嵌入到原型系統(tǒng)中；

附加嵌入式（Appended Embedded）：嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)在需要時(shí)被安裝或附加到原型系統(tǒng)中，不需要的情況下可以移除；

臍帶嵌入式（Umbilical Embedded）：和附加嵌入式相類(lèi)似，臍帶式在需要時(shí)被安裝或附加到原型系統(tǒng)中，不需要的情況下可以移除，但其包含附加到外部部件（如電腦、教練員控制臺(tái)及其他網(wǎng)絡(luò)）的物理連接。

嵌入式訓(xùn)練具備如下特征[3?8]：

（1） 具有較強(qiáng)的真實(shí)性，依托和利用真實(shí)裝備開(kāi)展訓(xùn)練與演習(xí)，逼真度較高。

（2） 時(shí)效性好，便于組織和開(kāi)展新的訓(xùn)練，保證訓(xùn)練的連續(xù)性；可以方便的修改和發(fā)布訓(xùn)練內(nèi)容；并可以在脫離教練員的支援和幫助下開(kāi)展訓(xùn)練。

（3） 可以在虛擬環(huán)境下開(kāi)展大跨度訓(xùn)練及演習(xí)。

（4） 通過(guò)訓(xùn)練記錄保持和訓(xùn)練評(píng)估，有利于決策指揮，有效地修正決策者及指揮員的意圖及指令，減少?zèng)Q策失誤。

（5） 訓(xùn)練耗費(fèi)較低，通過(guò)模擬的逼真戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)抗戰(zhàn)法、戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練及指揮、特情處理訓(xùn)練，有效提高學(xué)習(xí)效率。

2 改造方案分析

某型船舶操縱控制系統(tǒng)主要由中央控制臺(tái)、操舵液壓系統(tǒng)、電液控制儀器、電源分配儀器、舵角信號(hào)反饋設(shè)備、接線(xiàn)盒等組成。其中中央控制臺(tái)是操縱系統(tǒng)的核心組成，具有數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通信和綜合顯示能力。

為實(shí)現(xiàn)操縱控制系統(tǒng)加裝嵌入式訓(xùn)練功能，且保證系統(tǒng)與外部系統(tǒng)交互、控制等不受影響，對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)改造遵循如下原則：盡可能不改變?cè)邢到y(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)；在訓(xùn)練工況與工作工況切換過(guò)程中，必須確保系統(tǒng)安全性；系統(tǒng)與外界交互的數(shù)據(jù)信息格式及內(nèi)容不變。

在原系統(tǒng)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)嵌入式訓(xùn)練功能，為防止訓(xùn)練過(guò)程中舵機(jī)等的誤動(dòng)作，必須實(shí)施實(shí)際控制信號(hào)的屏蔽，以仿真信號(hào)作為反饋替代實(shí)際信號(hào)。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況，可以考慮在兩個(gè)層面上切入仿真信號(hào)：軟件層和信號(hào)層。對(duì)應(yīng)下述的軟件層切入和信號(hào)層切入兩類(lèi)方案。

2.1 軟件層切入

軟件層切入是指對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行替換，在新版軟件系統(tǒng)中加入仿真模型模塊。系統(tǒng)在工作模式下軟件的運(yùn)行控制與原有系統(tǒng)相同，系統(tǒng)運(yùn)行所產(chǎn)生的控制信號(hào)輸出到對(duì)應(yīng)的執(zhí)行結(jié)構(gòu)，如液壓系統(tǒng)等，完成相應(yīng)的控制。而在訓(xùn)練工況下，系統(tǒng)運(yùn)行控制功能模塊接受操縱面板輸入，并生成控制信號(hào)輸出到仿真模型模塊，仿真模型通過(guò)仿真執(zhí)行結(jié)構(gòu)動(dòng)作，進(jìn)行舵角、船舶姿態(tài)等反饋，并實(shí)時(shí)更新相關(guān)顯示。

為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工作模式與訓(xùn)練模式之間的安全切換，加裝信號(hào)控制器控制電液分配儀。當(dāng)切換到訓(xùn)練模式時(shí)，切斷電液分配儀向執(zhí)行結(jié)構(gòu)的輸出，包括供電及液壓系統(tǒng)，以防止系統(tǒng)誤動(dòng)作。

此類(lèi)方案可以在對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行最小更改的情況下實(shí)現(xiàn)嵌入式訓(xùn)練功能，保持訓(xùn)練操作與實(shí)際操作的一致性。但其難以實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練設(shè)置與訓(xùn)練評(píng)估，且無(wú)法實(shí)時(shí)設(shè)置故障進(jìn)行應(yīng)急操縱訓(xùn)練，具有一定的局限性。

2.2 信號(hào)層切入

第二種方案是在信號(hào)層切入仿真信號(hào)，系統(tǒng)原有的操縱控制界面及硬件系統(tǒng)保持不變，通過(guò)仿真模型模擬船舶及相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)，并通過(guò)改造主控計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，加裝仿真模型模塊、數(shù)據(jù)交換模塊。系統(tǒng)運(yùn)行所產(chǎn)生的控制信號(hào)輸出后不發(fā)送至各控制器，而由仿真模型屏蔽并通過(guò)控制指令推動(dòng)模型的動(dòng)態(tài)運(yùn)行，仿真模型的反饋信號(hào)輸入到顯示界面實(shí)現(xiàn)更新。選用便攜式計(jì)算機(jī)作為教控臺(tái)，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)交換模塊通信接口實(shí)現(xiàn)教控臺(tái)的臍帶式嵌入。

為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工作模式與訓(xùn)練模式的安全切換，在每個(gè)控制器上增加額外通信模塊，這樣充分保留了原系統(tǒng)設(shè)備，僅僅屏蔽了主控制計(jì)算機(jī)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳感器之間的信號(hào)。且系統(tǒng)使用實(shí)際控制器，還可以實(shí)現(xiàn)嵌入式訓(xùn)練程序調(diào)試和靜態(tài)檢查操縱控制系統(tǒng)到傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)故障及電氣故障，產(chǎn)生了附加功能。

通過(guò)比較分析得出，第二種方案可以較好地滿(mǎn)足嵌入式訓(xùn)練的需求。系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上可以分為實(shí)船設(shè)備和教控臺(tái)兩部分，操縱控制系統(tǒng)主控計(jì)算機(jī)增加數(shù)據(jù)交換模塊、仿真模型模塊，教控臺(tái)系統(tǒng)軟件主要包括仿真訓(xùn)練控制模塊、訓(xùn)練設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)記錄模塊及評(píng)估模塊等，可以實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練發(fā)布、故障設(shè)置、數(shù)據(jù)記錄及仿真評(píng)估等功能。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 嵌入訓(xùn)練及操作控制之間的安全切換

嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)將虛擬模型嵌入到真實(shí)裝備系統(tǒng)當(dāng)中，因此必須要有相應(yīng)的措施既保證訓(xùn)練安全，又能快速返回到操作控制模式，不影響操縱控制系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能，在確保安全的情況下實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練模式和操作控制模式的快速切換。

在本系統(tǒng)樣機(jī)研制過(guò)程中，通過(guò)在每個(gè)控制器上增加額外通信模塊，實(shí)現(xiàn)主控制計(jì)算機(jī)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳感器之間的信號(hào)的屏蔽。在訓(xùn)練模式下，通過(guò)控制器切斷控制計(jì)算機(jī)向外部執(zhí)行結(jié)構(gòu)等的傳輸，以避免誤動(dòng)作。當(dāng)切換到操作控制模式時(shí)，斷開(kāi)主控計(jì)算機(jī)與仿真模型之間的交互，并接通控制器，實(shí)現(xiàn)輸出控制。

3.2 數(shù)學(xué)模型

操縱控制嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)，利用數(shù)學(xué)仿真模型模擬本船操作響應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)操作控制系統(tǒng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)不動(dòng)作的情況下，完成艇員實(shí)船訓(xùn)練的目的。

仿真模型的建立是實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)嵌入式訓(xùn)練功能的關(guān)鍵。操縱控制系統(tǒng)所涉及的平臺(tái)仿真模型包括船舶空間運(yùn)動(dòng)六自由度模型、船舶水面運(yùn)動(dòng)模型、方向舵模型、舯舵模型、艉舵模型、均衡模型、潛浮模型、螺旋槳推力模型及波浪力模型等。

系統(tǒng)基于模塊化建模方法建立仿真平臺(tái)模型，以規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)建立基本設(shè)備和部件的數(shù)學(xué)模型，將它們開(kāi)發(fā)成通用的基本模塊（子程序），用其組合成不同類(lèi)型子系統(tǒng)的模型（仿真程序），以降低建模的復(fù)雜性，縮短建模時(shí)間，增加模型的通用性。

仿真平臺(tái)運(yùn)動(dòng)模型主要模塊結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

3.3 訓(xùn)練評(píng)估

考核評(píng)估是仿真培訓(xùn)中十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，一般依靠教練員主觀評(píng)判打分的方式。但這種方式不僅評(píng)估結(jié)果具有極大的主觀性、延時(shí)性，而且還需要耗費(fèi)大量的人力物力資源。

圖2 操縱控制系統(tǒng)模塊化分解圖

通過(guò)建立評(píng)估系統(tǒng)，以相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)家知識(shí)和技術(shù)人員豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)作為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，使用編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)考核人員的智能評(píng)估，這不僅提高了評(píng)估的效率和公正性，而且節(jié)省了大量的經(jīng)費(fèi)。

智能評(píng)估系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理如圖3所示，考核人員在控制臺(tái)上操作，監(jiān)控軟件將操作數(shù)據(jù)記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)之中。分析數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，對(duì)考核人員的實(shí)際操作水平進(jìn)行評(píng)估，然后給出客觀、合理的評(píng)估結(jié)果。智能評(píng)估系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)培訓(xùn)過(guò)程進(jìn)行各種管理，如人員信息的存儲(chǔ)、查詢(xún)、打印等。

圖3 智能評(píng)估系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖

智能評(píng)估系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)庫(kù)和評(píng)判程序兩部分組成。數(shù)據(jù)庫(kù)包含有如下三類(lèi)數(shù)據(jù)：操作人員操作信息數(shù)據(jù)，記錄受訓(xùn)者操作時(shí)各仿真變量隨時(shí)間的變化；評(píng)估知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)，其根據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)作為專(zhuān)家知識(shí)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，是實(shí)現(xiàn)評(píng)估系統(tǒng)準(zhǔn)確有效的關(guān)鍵；第三類(lèi)數(shù)據(jù)主要是考生的基本信息和考核成績(jī)，為培訓(xùn)的總結(jié)及提高提供依據(jù)。

評(píng)判程序分為如下四個(gè)模塊：評(píng)估系統(tǒng)維護(hù)管理模塊、評(píng)估規(guī)則和參數(shù)管理模塊、評(píng)估的項(xiàng)目管理模塊、考生信息管理模塊。

系統(tǒng)考核與評(píng)估基本流程如下：首先將系統(tǒng)操作過(guò)程進(jìn)行分解為一系列相對(duì)簡(jiǎn)單、獨(dú)立的子過(guò)程，按照操作規(guī)范制定評(píng)估規(guī)則，對(duì)系統(tǒng)操作控制信號(hào)進(jìn)行采集、記錄，并通過(guò)模糊綜合評(píng)估法進(jìn)行操作評(píng)估。

3.4 故障仿真

船舶操縱控制系統(tǒng)由復(fù)雜的機(jī)、電、液壓系統(tǒng)組成，系統(tǒng)的安全直接影響到船舶航行安全。當(dāng)操縱控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，艇員如何根據(jù)出現(xiàn)的異常狀況判斷故障，采取相應(yīng)對(duì)策控制及保持浮力，是降低事故隱患，避免重大海難事故發(fā)生的重要途徑。因而，故障仿真訓(xùn)練對(duì)于船員具有非常重要的意義。

首先依據(jù)船舶操縱控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，建立相應(yīng)的故障模型，將可能出現(xiàn)的故障現(xiàn)象和故障原因轉(zhuǎn)化為故障數(shù)據(jù)庫(kù)，如表1所示。

表1 故障數(shù)據(jù)庫(kù)

在仿真模型中，添加故障仿真處理模塊，如通過(guò)設(shè)置并保持對(duì)應(yīng)舵角值模擬舵卡故障等。在訓(xùn)練過(guò)程中，教練員可以通過(guò)教控臺(tái)設(shè)置故障，仿真模型依據(jù)故障模擬當(dāng)前故障現(xiàn)象，并將對(duì)應(yīng)反饋通過(guò)通信接口發(fā)送至操縱控制臺(tái)相關(guān)顯示模塊。

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)常規(guī)訓(xùn)練裝備損耗大、訓(xùn)練耗費(fèi)高等問(wèn)題，基于嵌入式設(shè)計(jì)思路，提出了在現(xiàn)有船舶操縱控制系統(tǒng)中加裝嵌入式訓(xùn)練功能的方法。對(duì)比分析了兩種不同嵌入式方案，并對(duì)嵌入式訓(xùn)練涉及的訓(xùn)練模式與操縱控制模式之間的安全切換、仿真模型建立、智能訓(xùn)練評(píng)估及故障仿真等進(jìn)行了研究。通過(guò)嵌入式訓(xùn)練功能的加裝，可以大幅度減少訓(xùn)練投入及訓(xùn)練場(chǎng)地依賴(lài)度，顯著提高訓(xùn)練效益，對(duì)軍事訓(xùn)練改革具有重要意義。同時(shí)，作為現(xiàn)有武器裝備加裝嵌入式功能的探索，本文對(duì)其他武器裝備平臺(tái)嵌入模擬訓(xùn)練功能具有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

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考核評(píng)估是仿真培訓(xùn)中十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，一般依靠教練員主觀評(píng)判打分的方式。但這種方式不僅評(píng)估結(jié)果具有極大的主觀性、延時(shí)性，而且還需要耗費(fèi)大量的人力物力資源。

圖2 操縱控制系統(tǒng)模塊化分解圖

通過(guò)建立評(píng)估系統(tǒng)，以相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)家知識(shí)和技術(shù)人員豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)作為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，使用編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)考核人員的智能評(píng)估，這不僅提高了評(píng)估的效率和公正性，而且節(jié)省了大量的經(jīng)費(fèi)。

智能評(píng)估系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理如圖3所示，考核人員在控制臺(tái)上操作，監(jiān)控軟件將操作數(shù)據(jù)記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)之中。分析數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，對(duì)考核人員的實(shí)際操作水平進(jìn)行評(píng)估，然后給出客觀、合理的評(píng)估結(jié)果。智能評(píng)估系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)培訓(xùn)過(guò)程進(jìn)行各種管理，如人員信息的存儲(chǔ)、查詢(xún)、打印等。

圖3 智能評(píng)估系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖

智能評(píng)估系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)庫(kù)和評(píng)判程序兩部分組成。數(shù)據(jù)庫(kù)包含有如下三類(lèi)數(shù)據(jù)：操作人員操作信息數(shù)據(jù)，記錄受訓(xùn)者操作時(shí)各仿真變量隨時(shí)間的變化；評(píng)估知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)，其根據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)作為專(zhuān)家知識(shí)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，是實(shí)現(xiàn)評(píng)估系統(tǒng)準(zhǔn)確有效的關(guān)鍵；第三類(lèi)數(shù)據(jù)主要是考生的基本信息和考核成績(jī)，為培訓(xùn)的總結(jié)及提高提供依據(jù)。

評(píng)判程序分為如下四個(gè)模塊：評(píng)估系統(tǒng)維護(hù)管理模塊、評(píng)估規(guī)則和參數(shù)管理模塊、評(píng)估的項(xiàng)目管理模塊、考生信息管理模塊。

系統(tǒng)考核與評(píng)估基本流程如下：首先將系統(tǒng)操作過(guò)程進(jìn)行分解為一系列相對(duì)簡(jiǎn)單、獨(dú)立的子過(guò)程，按照操作規(guī)范制定評(píng)估規(guī)則，對(duì)系統(tǒng)操作控制信號(hào)進(jìn)行采集、記錄，并通過(guò)模糊綜合評(píng)估法進(jìn)行操作評(píng)估。

3.4 故障仿真

船舶操縱控制系統(tǒng)由復(fù)雜的機(jī)、電、液壓系統(tǒng)組成，系統(tǒng)的安全直接影響到船舶航行安全。當(dāng)操縱控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，艇員如何根據(jù)出現(xiàn)的異常狀況判斷故障，采取相應(yīng)對(duì)策控制及保持浮力，是降低事故隱患，避免重大海難事故發(fā)生的重要途徑。因而，故障仿真訓(xùn)練對(duì)于船員具有非常重要的意義。

首先依據(jù)船舶操縱控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，建立相應(yīng)的故障模型，將可能出現(xiàn)的故障現(xiàn)象和故障原因轉(zhuǎn)化為故障數(shù)據(jù)庫(kù)，如表1所示。

表1 故障數(shù)據(jù)庫(kù)

在仿真模型中，添加故障仿真處理模塊，如通過(guò)設(shè)置并保持對(duì)應(yīng)舵角值模擬舵卡故障等。在訓(xùn)練過(guò)程中，教練員可以通過(guò)教控臺(tái)設(shè)置故障，仿真模型依據(jù)故障模擬當(dāng)前故障現(xiàn)象，并將對(duì)應(yīng)反饋通過(guò)通信接口發(fā)送至操縱控制臺(tái)相關(guān)顯示模塊。

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)常規(guī)訓(xùn)練裝備損耗大、訓(xùn)練耗費(fèi)高等問(wèn)題，基于嵌入式設(shè)計(jì)思路，提出了在現(xiàn)有船舶操縱控制系統(tǒng)中加裝嵌入式訓(xùn)練功能的方法。對(duì)比分析了兩種不同嵌入式方案，并對(duì)嵌入式訓(xùn)練涉及的訓(xùn)練模式與操縱控制模式之間的安全切換、仿真模型建立、智能訓(xùn)練評(píng)估及故障仿真等進(jìn)行了研究。通過(guò)嵌入式訓(xùn)練功能的加裝，可以大幅度減少訓(xùn)練投入及訓(xùn)練場(chǎng)地依賴(lài)度，顯著提高訓(xùn)練效益，對(duì)軍事訓(xùn)練改革具有重要意義。同時(shí)，作為現(xiàn)有武器裝備加裝嵌入式功能的探索，本文對(duì)其他武器裝備平臺(tái)嵌入模擬訓(xùn)練功能具有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

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[3] 于諒，孫曉博.車(chē)內(nèi)嵌入式仿真系統(tǒng)研究[J].情報(bào)指揮控制系統(tǒng)與仿真技術(shù)，1999（12）：59?63.

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[8] KLAUS H， BARTOLDUS C. Training with embedded simulation [EB/OL]. [2012?08?26]. http：//ftp.rta.nato.int/MP?MSG?060.doc.

考核評(píng)估是仿真培訓(xùn)中十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，一般依靠教練員主觀評(píng)判打分的方式。但這種方式不僅評(píng)估結(jié)果具有極大的主觀性、延時(shí)性，而且還需要耗費(fèi)大量的人力物力資源。

圖2 操縱控制系統(tǒng)模塊化分解圖

通過(guò)建立評(píng)估系統(tǒng)，以相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)家知識(shí)和技術(shù)人員豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)作為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，使用編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)考核人員的智能評(píng)估，這不僅提高了評(píng)估的效率和公正性，而且節(jié)省了大量的經(jīng)費(fèi)。

智能評(píng)估系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理如圖3所示，考核人員在控制臺(tái)上操作，監(jiān)控軟件將操作數(shù)據(jù)記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)之中。分析數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，對(duì)考核人員的實(shí)際操作水平進(jìn)行評(píng)估，然后給出客觀、合理的評(píng)估結(jié)果。智能評(píng)估系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)培訓(xùn)過(guò)程進(jìn)行各種管理，如人員信息的存儲(chǔ)、查詢(xún)、打印等。

圖3 智能評(píng)估系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖

智能評(píng)估系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)庫(kù)和評(píng)判程序兩部分組成。數(shù)據(jù)庫(kù)包含有如下三類(lèi)數(shù)據(jù)：操作人員操作信息數(shù)據(jù)，記錄受訓(xùn)者操作時(shí)各仿真變量隨時(shí)間的變化；評(píng)估知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)，其根據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)作為專(zhuān)家知識(shí)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，是實(shí)現(xiàn)評(píng)估系統(tǒng)準(zhǔn)確有效的關(guān)鍵；第三類(lèi)數(shù)據(jù)主要是考生的基本信息和考核成績(jī)，為培訓(xùn)的總結(jié)及提高提供依據(jù)。

評(píng)判程序分為如下四個(gè)模塊：評(píng)估系統(tǒng)維護(hù)管理模塊、評(píng)估規(guī)則和參數(shù)管理模塊、評(píng)估的項(xiàng)目管理模塊、考生信息管理模塊。

系統(tǒng)考核與評(píng)估基本流程如下：首先將系統(tǒng)操作過(guò)程進(jìn)行分解為一系列相對(duì)簡(jiǎn)單、獨(dú)立的子過(guò)程，按照操作規(guī)范制定評(píng)估規(guī)則，對(duì)系統(tǒng)操作控制信號(hào)進(jìn)行采集、記錄，并通過(guò)模糊綜合評(píng)估法進(jìn)行操作評(píng)估。

3.4 故障仿真

船舶操縱控制系統(tǒng)由復(fù)雜的機(jī)、電、液壓系統(tǒng)組成，系統(tǒng)的安全直接影響到船舶航行安全。當(dāng)操縱控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，艇員如何根據(jù)出現(xiàn)的異常狀況判斷故障，采取相應(yīng)對(duì)策控制及保持浮力，是降低事故隱患，避免重大海難事故發(fā)生的重要途徑。因而，故障仿真訓(xùn)練對(duì)于船員具有非常重要的意義。

首先依據(jù)船舶操縱控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，建立相應(yīng)的故障模型，將可能出現(xiàn)的故障現(xiàn)象和故障原因轉(zhuǎn)化為故障數(shù)據(jù)庫(kù)，如表1所示。

表1 故障數(shù)據(jù)庫(kù)

在仿真模型中，添加故障仿真處理模塊，如通過(guò)設(shè)置并保持對(duì)應(yīng)舵角值模擬舵卡故障等。在訓(xùn)練過(guò)程中，教練員可以通過(guò)教控臺(tái)設(shè)置故障，仿真模型依據(jù)故障模擬當(dāng)前故障現(xiàn)象，并將對(duì)應(yīng)反饋通過(guò)通信接口發(fā)送至操縱控制臺(tái)相關(guān)顯示模塊。

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)常規(guī)訓(xùn)練裝備損耗大、訓(xùn)練耗費(fèi)高等問(wèn)題，基于嵌入式設(shè)計(jì)思路，提出了在現(xiàn)有船舶操縱控制系統(tǒng)中加裝嵌入式訓(xùn)練功能的方法。對(duì)比分析了兩種不同嵌入式方案，并對(duì)嵌入式訓(xùn)練涉及的訓(xùn)練模式與操縱控制模式之間的安全切換、仿真模型建立、智能訓(xùn)練評(píng)估及故障仿真等進(jìn)行了研究。通過(guò)嵌入式訓(xùn)練功能的加裝，可以大幅度減少訓(xùn)練投入及訓(xùn)練場(chǎng)地依賴(lài)度，顯著提高訓(xùn)練效益，對(duì)軍事訓(xùn)練改革具有重要意義。同時(shí)，作為現(xiàn)有武器裝備加裝嵌入式功能的探索，本文對(duì)其他武器裝備平臺(tái)嵌入模擬訓(xùn)練功能具有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

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