摘 要： 本文針對(duì)當(dāng)前裝備教學(xué)訓(xùn)練中存在的突出矛盾，研究了基于NGRAIN開(kāi)發(fā)的裝備虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)的三維交互式學(xué)習(xí)和虛擬訓(xùn)練的特點(diǎn)，介紹了虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的在裝備教學(xué)中的應(yīng)用，說(shuō)明了虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)能在很大程度上增強(qiáng)裝備教學(xué)效果和訓(xùn)練的費(fèi)效比。

關(guān)鍵詞： NGRAIN 虛擬訓(xùn)練 裝備教學(xué)

1.引言

為了使新機(jī)機(jī)務(wù)人員盡快掌握各型高技術(shù)武器的保障方法，使三代飛機(jī)盡快形成戰(zhàn)斗力，必須對(duì)機(jī)務(wù)人員進(jìn)行大量的訓(xùn)練。如果對(duì)機(jī)務(wù)人員進(jìn)行實(shí)裝訓(xùn)練，首先機(jī)載電子設(shè)備和各型武器裝備的通電壽命有限，其次機(jī)載設(shè)備拆裝維護(hù)不可避免地加速了裝備的磨損，最后由于多數(shù)機(jī)載設(shè)備的限制，難以完成多人同時(shí)帶教。因此用實(shí)裝訓(xùn)練不僅訓(xùn)練效率較低，而且會(huì)大大增加訓(xùn)練成本。真實(shí)裝備很難滿足地勤人員訓(xùn)練的要求，我們研制出基于NGRAIN的虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)。該虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)可為地勤人員提供逼真的訓(xùn)練手段，完成軍械定檢和日常維護(hù)等科目的訓(xùn)練和考核評(píng)估。現(xiàn)在我們對(duì)該系統(tǒng)在裝備教學(xué)訓(xùn)練中應(yīng)用進(jìn)行探討。

2.裝備教學(xué)訓(xùn)練存在的問(wèn)題

近年來(lái)，由于裝備更新加快，人員數(shù)量和流動(dòng)性大大增加，迫切需要開(kāi)展在職培訓(xùn)，以提高裝備維護(hù)保障能力。但以實(shí)裝訓(xùn)練為手段的訓(xùn)練模式，存在“展不開(kāi)、訓(xùn)不了、層次低”的問(wèn)題，缺乏系統(tǒng)的培訓(xùn)手段，普遍反映的問(wèn)題表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）維護(hù)訓(xùn)練的保障和組織困難。

利用實(shí)裝進(jìn)行培訓(xùn)受多種條件的制約，在開(kāi)展訓(xùn)練科目的時(shí)間和種類都不能得到保證。例如座椅200小時(shí)和600小時(shí)定檢是較為復(fù)雜的維護(hù)科目，部隊(duì)不可能抽調(diào)座椅實(shí)裝對(duì)維護(hù)人員進(jìn)行該科目的訓(xùn)練，而受訓(xùn)人員也難以在一、兩次機(jī)會(huì)中就掌握這種復(fù)雜科目的操作技巧。這就造成部隊(duì)能完成復(fù)雜維護(hù)任務(wù)的骨干人員少的現(xiàn)象，另外只具備初級(jí)維護(hù)能力的人員卻苦苦等待受訓(xùn)機(jī)會(huì)。因此，利用實(shí)裝培訓(xùn)大大延長(zhǎng)了培訓(xùn)周期，制約了人員成長(zhǎng)的速度，限制了機(jī)務(wù)人員維護(hù)保障能力的提高。

（2）對(duì)實(shí)裝損傷大，難以保持裝備性能。

利用實(shí)裝進(jìn)行機(jī)載設(shè)備拆裝不可避免地加速了裝備的磨損，尤其是電纜插頭、緊固件、動(dòng)力系統(tǒng)等。如利用實(shí)裝對(duì)人員進(jìn)行座椅分解清洗任務(wù)的培訓(xùn)，就會(huì)加速裝備磨損，降低壽命。同時(shí)，部分受訓(xùn)人員由于技能生疏造成的錯(cuò)誤操作也會(huì)損傷實(shí)裝，這樣反復(fù)拆裝將難以保證座椅性能的穩(wěn)定和可靠。如果這些培訓(xùn)造成的實(shí)裝損傷沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就會(huì)危及飛行員的生命安全。

（3）訓(xùn)練效率較低，訓(xùn)練成本高。

基層部隊(duì)的訓(xùn)練模式多采用骨干手把手帶教的方式進(jìn)行，但部隊(duì)技術(shù)骨干的數(shù)量有限，其主要任務(wù)是保障正常的飛行訓(xùn)練，有限的精力難以同時(shí)兼顧一線保障和人員帶教兩種任務(wù)。此外，由于這種訓(xùn)練模式嚴(yán)重依賴經(jīng)驗(yàn)性，對(duì)維修訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)掌握的存在主觀因素，訓(xùn)練效果也很難保證。在利用實(shí)裝訓(xùn)練時(shí)，往往還需要消耗燃油、滑油和氮?dú)獾葥p耗品，增加了訓(xùn)練成本。

上述因素嚴(yán)重影響了平時(shí)的訓(xùn)練保障及戰(zhàn)斗力的進(jìn)一步提升，部隊(duì)迫切需要一種安全、高效、成本較低的訓(xùn)練模式。

3.虛擬訓(xùn)練的優(yōu)點(diǎn)

近年來(lái)，我院通過(guò)不斷實(shí)踐，摸索出一條“虛擬+模擬+實(shí)裝”的訓(xùn)練模式。與利用實(shí)裝訓(xùn)練的方式相比，虛擬訓(xùn)練具有以下特點(diǎn)。

（1）組織協(xié)調(diào)方便，針對(duì)性強(qiáng)。

虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)只需要計(jì)算機(jī)和教室即可開(kāi)展培訓(xùn)，不受天氣影響，不需要協(xié)調(diào)各種實(shí)裝，即使部隊(duì)正在進(jìn)行本場(chǎng)訓(xùn)練、野外駐訓(xùn)和演習(xí)，依然可以利用虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)針對(duì)不同機(jī)型的維護(hù)人員開(kāi)展各種科目的訓(xùn)練，還可針對(duì)部隊(duì)在特定時(shí)間發(fā)生的問(wèn)題開(kāi)展有針對(duì)性的訓(xùn)練。

（2）培訓(xùn)效率高，縮短了人員的成長(zhǎng)周期。

虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)可通過(guò)動(dòng)畫(huà)、聲音和字幕對(duì)維護(hù)流程、維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行演示和介紹，不需要技術(shù)骨干對(duì)受訓(xùn)人員進(jìn)行口口相傳，可利用多媒體教室的計(jì)算機(jī)同時(shí)對(duì)多人進(jìn)行培訓(xùn)。同時(shí)，虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)可完成所有機(jī)載設(shè)備拆裝和檢測(cè)設(shè)備使用的虛擬訓(xùn)練，不需要實(shí)裝的保障，受訓(xùn)人員可在虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)中反復(fù)練習(xí)，熟練掌握維護(hù)流程和標(biāo)準(zhǔn)后，只需要在實(shí)裝上進(jìn)行一、兩次操作即可獨(dú)立完成任務(wù)。虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)可大大提高培訓(xùn)效率，有效縮短維護(hù)人員的成長(zhǎng)周期。

（3）培訓(xùn)效果好。

虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)具備實(shí)裝所不具備的任意移動(dòng)、高亮、縮放、透視、解剖和自動(dòng)組裝等獨(dú)特功能，有利于受訓(xùn)人員更深入、更透徹地理解維護(hù)操作規(guī)程，且虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)對(duì)受訓(xùn)人員按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)判，客觀公正。同時(shí)，虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)尤其符合35歲以下維護(hù)人員喜愛(ài)計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)，比完全使用實(shí)裝訓(xùn)練的培訓(xùn)效果好。

（4）安全性高，訓(xùn)練成本低。

由于不使用實(shí)裝，即使操作錯(cuò)誤，也不會(huì)損傷實(shí)裝，更不會(huì)使受訓(xùn)人員受到人身傷害。虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)本質(zhì)上是一種計(jì)算機(jī)軟件，其安裝數(shù)量沒(méi)有限制，尤其適合大量人員的反復(fù)培訓(xùn)，訓(xùn)練成本很低。同時(shí)，虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)的移植性好，可在臺(tái)式、計(jì)算機(jī)和平板計(jì)算機(jī)上使用，可嵌入到IETM（交互式電子手冊(cè)），用于外場(chǎng)維修。

因此，虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)對(duì)縮短機(jī)務(wù)保障人才培養(yǎng)周期，降低訓(xùn)練風(fēng)險(xiǎn)和成本有著重要的經(jīng)濟(jì)和軍事意義。

4.某型座椅虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)的應(yīng)用

某虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)以三維模型為基礎(chǔ)，基于NGRAIN二次開(kāi)發(fā)制作而成。采用NGRAIN制作的集動(dòng)畫(huà)、練習(xí)、測(cè)試于一體的虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)在對(duì)地勤人員訓(xùn)練上就體現(xiàn)出了其強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。裝備認(rèn)知和實(shí)踐訓(xùn)練歷來(lái)是裝備教學(xué)的兩大重點(diǎn)，我們可以將裝備教學(xué)過(guò)程分為熟悉和掌握維修知識(shí)和技能、實(shí)踐練習(xí)和維修能力確認(rèn)，即可以用學(xué)習(xí)—練習(xí)—考核來(lái)簡(jiǎn)單描述裝備教學(xué)過(guò)程。據(jù)此，某型座椅虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)置了這三大模塊：原理簡(jiǎn)述、構(gòu)造學(xué)習(xí)、部件拆裝，原理簡(jiǎn)述和構(gòu)造學(xué)習(xí)屬于認(rèn)知模塊，部件拆裝屬于實(shí)踐訓(xùn)練模塊，即理論學(xué)習(xí)—講解演示—引導(dǎo)式訓(xùn)練—自主訓(xùn)練—考核。訓(xùn)練模式如圖所示：

某型座椅虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)可以滿足不同教學(xué)對(duì)象的需要，具有很強(qiáng)的人機(jī)交互性；可以對(duì)座椅零部件進(jìn)行任意分離，并對(duì)分離的部件進(jìn)行任意角度的旋轉(zhuǎn)，方便學(xué)員對(duì)部件進(jìn)行不同角度觀察認(rèn)知；選擇透視功能，可以看到零部件的內(nèi)部構(gòu)造，更方便學(xué)員對(duì)裝備的認(rèn)知學(xué)習(xí)；通過(guò)裝配功能，可以把這些拆下的部件一一復(fù)位，讓學(xué)員更容易明白它們之間的裝配關(guān)系。某型座椅虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)結(jié)合裝備日常維護(hù)訓(xùn)練，提供15個(gè)常拆裝部件演示、練習(xí)和測(cè)試。該系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了三維交互式學(xué)習(xí)和虛擬訓(xùn)練，學(xué)員根據(jù)維護(hù)任務(wù)可以進(jìn)行拆裝學(xué)習(xí)。自主學(xué)習(xí)后，學(xué)員可以進(jìn)行虛擬拆裝訓(xùn)練。

下面以某型座椅200小時(shí)定檢時(shí)穩(wěn)定傘射傘槍的拆卸為例介紹。經(jīng)過(guò)對(duì)裝備從不熟悉到了解掌握的認(rèn)知學(xué)習(xí)后，學(xué)員觀看穩(wěn)定傘射傘槍的拆裝演示，大致了解后，學(xué)員可以進(jìn)行虛擬拆裝訓(xùn)練，在系統(tǒng)引導(dǎo)下進(jìn)行拆裝練習(xí)。如圖2所示，右邊欄為拆卸步驟提示，如果操作正確，系統(tǒng)會(huì)給出提示：操作正確，下一步！如果操作錯(cuò)誤，系統(tǒng)會(huì)給出提示：操作錯(cuò)誤，請(qǐng)重試！如果再次操作錯(cuò)誤，系統(tǒng)給出提示：操作錯(cuò)誤，請(qǐng)重試！然后自動(dòng)演示正確的操作，以供學(xué)員自主學(xué)習(xí)，真正實(shí)現(xiàn)了人與三維設(shè)備實(shí)時(shí)交互操作。練習(xí)結(jié)束后，系統(tǒng)對(duì)學(xué)員的操作過(guò)程進(jìn)行分析，給出一個(gè)綜合評(píng)定。如圖3所示，系統(tǒng)給出的反饋信息顯示出操作錯(cuò)誤的位置的錯(cuò)誤次數(shù)，完成本次操作所花費(fèi)的時(shí)間，根據(jù)以上打出的綜合分?jǐn)?shù)。

根據(jù)空軍部隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)表明，院校畢業(yè)的干部要獨(dú)立完成彈射救生座椅吊裝、換彈和定檢等全部維護(hù)任務(wù)，通常需要12～16個(gè)月的帶教周期。某師某團(tuán)在使用我院研制的《某型彈射救生座椅虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)》后，帶教周期縮短為4～5個(gè)月。可見(jiàn)，虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)可大大提高培訓(xùn)效率，有效縮短維護(hù)人員的成長(zhǎng)周期。

5. NGRAIN軟件制作的虛擬拆裝訓(xùn)練任務(wù)存在的缺點(diǎn)

（1）拆下零件在putsbin中隨意擺放，無(wú)法排序。

所有稍微懂裝備的人都明白，在武器裝備拆裝訓(xùn)練時(shí)，學(xué)員拆下的裝備部件擺放必須整齊，并且按照一定的順序，只有整齊而有序地?cái)[放，才能保證準(zhǔn)確而迅速地裝好設(shè)備。而戰(zhàn)時(shí)拆裝裝備維護(hù)，時(shí)間就是生命，時(shí)間就是勝利，搶的就是時(shí)間。而本軟件雖然可以進(jìn)行拆裝模擬仿真訓(xùn)練，但是僅僅限于拆裝順序和方法，還不夠全面。

（2）創(chuàng)建任務(wù)中添加簡(jiǎn)答問(wèn)題時(shí)，其答案太死板，必須吻合100%才算正確。

中文一個(gè)正確答案可以有很多種文字表達(dá)方式，即使知道正確答案，一般情況下也無(wú)法回答出100%文字吻合率的答案。在練習(xí)時(shí)只能添加多項(xiàng)或單項(xiàng)選擇題，同樣不全面，過(guò)于單調(diào)。

（3）需要用其他方式首先建立完整的模型并記錄全部路徑。

6.結(jié)語(yǔ)

基于NGRAIN的虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)為院校、部隊(duì)、訓(xùn)練基地提供了可靠、逼真的彈射救生系統(tǒng)訓(xùn)練手段，解決了利用實(shí)裝訓(xùn)練協(xié)調(diào)組織困難、訓(xùn)練風(fēng)險(xiǎn)大和評(píng)估不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膯?wèn)題，具有訓(xùn)練成本低、無(wú)風(fēng)險(xiǎn)、訓(xùn)練成績(jī)客觀公正的優(yōu)點(diǎn)，可有效提高地勤人員的維護(hù)技能，降低違規(guī)操作的概率，大大縮短地勤人員的成長(zhǎng)周期，具有良好的推廣應(yīng)用前景和軍事效益。

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