趙生平 張 禹 葉瓊龍 鐘何平

（1.91458部隊(duì) 三亞 572021）（2.海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院 武漢 430033）

1 引言

雷達(dá)裝備的快速更新和發(fā)展，使得對(duì)其進(jìn)行高效的維修技術(shù)保障越來(lái)越難。雷達(dá)裝備完好，是進(jìn)行預(yù)警探測(cè)的前提，對(duì)于觀(guān)通部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的保持具有重要意義，因此必須加強(qiáng)雷達(dá)裝備的維修保障能力建設(shè)，其中裝備維修人員技術(shù)水平是關(guān)鍵，對(duì)裝備的維修保障能力起著決定性的作用［1～3］。本文針對(duì)現(xiàn)階段我觀(guān)通部隊(duì)雷達(dá)裝備維修保障中存在的問(wèn)題，并結(jié)合新型虛擬維修技術(shù)的特點(diǎn)，就如何借助虛擬維修技術(shù)來(lái)提高雷達(dá)技術(shù)人員的維修水平進(jìn)行了探討，并提出了一種雷達(dá)裝備虛擬維修模型的設(shè)計(jì)方法，可以有效滿(mǎn)足虛擬維修訓(xùn)練需要。

2 當(dāng)前雷達(dá)維修面臨的主要困難

目前，觀(guān)通部隊(duì)在雷達(dá)裝備維修保障方面缺陷還比較多，但主要原因就是雷達(dá)維修人員的維修能力不強(qiáng)［4］。雷達(dá)裝備發(fā)生故障后，維修人員對(duì)雷達(dá)故障原因判斷不及時(shí)、故障器件定位不準(zhǔn)確，以致雷達(dá)裝備不能迅速恢復(fù)形成戰(zhàn)斗力。現(xiàn)階段，觀(guān)通部隊(duì)雷達(dá)維修人員培養(yǎng)主要面臨如下困難：

2.1 培養(yǎng)機(jī)制不完善

雷達(dá)裝備維修保障人員主要通過(guò)院校進(jìn)行專(zhuān)業(yè)技術(shù)培養(yǎng)，理論知識(shí)掌握的比較豐富，但由于缺乏實(shí)際維修平臺(tái)，難以完成從認(rèn)識(shí)到實(shí)踐的飛躍。

2.2 實(shí)踐機(jī)會(huì)缺乏

雷達(dá)運(yùn)行時(shí)大部分時(shí)間都是高壓，操作不當(dāng)將會(huì)造成機(jī)器故障，危害操作者的人身安全，因此觀(guān)通部隊(duì)雷達(dá)維修人員平時(shí)維修知識(shí)的學(xué)習(xí)大都是停留在理論階段，動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)少。對(duì)于經(jīng)常性的雷達(dá)故障，維修人員一般能夠快速地實(shí)現(xiàn)修復(fù)，而對(duì)于不經(jīng)常的故障，一般都要請(qǐng)雷達(dá)生產(chǎn)廠(chǎng)家派技術(shù)人員進(jìn)行維修，導(dǎo)致雷達(dá)維修周期較長(zhǎng)，嚴(yán)重影響部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力。

2.3 維修保障能力形成滯后

由于觀(guān)通部隊(duì)雷達(dá)裝備型號(hào)眾多，技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)，結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，價(jià)格越來(lái)越昂貴，同時(shí)更新速度加快，給雷達(dá)裝備維修保障工作帶來(lái)了相當(dāng)大的困難。傳統(tǒng)的實(shí)際裝備、實(shí)物模型、半實(shí)物仿真的訓(xùn)練模式已經(jīng)不能適應(yīng)信息化建設(shè)的要求。部分新型號(hào)雷達(dá)裝備安裝完畢投入使用時(shí)，雷達(dá)維修保障人員才見(jiàn)到雷達(dá)實(shí)物，對(duì)新安裝的雷達(dá)結(jié)構(gòu)知識(shí)不了解，維修知識(shí)缺乏，導(dǎo)致雷達(dá)發(fā)生故障后，難以快速修復(fù)。

3 虛擬維修技術(shù)特征及優(yōu)點(diǎn)

隨著科技的進(jìn)步，出現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它成功將計(jì)算機(jī)硬件和多種先進(jìn)傳感器進(jìn)行了結(jié)合，形成了三維的人工環(huán)境。用戶(hù)借助必要的交互設(shè)備，以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行交互、相互作用、形成逼真的聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)一體化的效果，讓用戶(hù)達(dá)到身臨其境的感覺(jué)。這種新型的計(jì)算機(jī)技術(shù)，應(yīng)用在裝備維修過(guò)程中，稱(chēng)為虛擬維修，可為觀(guān)通部隊(duì)培養(yǎng)高水平雷達(dá)維修人員提供新的途徑［5］。

目前，最成功的虛擬維修案例當(dāng)屬哈勃望遠(yuǎn)鏡的維修［6］，事后美國(guó)國(guó)家航空航天局的調(diào)查結(jié)果表明：虛擬維修訓(xùn)練對(duì)實(shí)際維修任務(wù)的完成是非常有效的。此外，美軍研制的“未來(lái)戰(zhàn)術(shù)卡車(chē)系統(tǒng)”擬于2010年開(kāi)始裝備部隊(duì)，而該車(chē)的虛擬維修系統(tǒng)在2008年就已經(jīng)投入使用，有效保證了新裝備在配備部隊(duì)的同時(shí)形成維修保障能力。虛擬維修技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)維修方式存在許多優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下五個(gè)方面：

1）維修訓(xùn)練不受時(shí)間地點(diǎn)限制。虛擬維修使得新裝備在投入使用前，維修人員可以投入到維修訓(xùn)練過(guò)程之中，裝備投入使用時(shí)，立刻可以形成維修保障能力。日常裝備維修訓(xùn)練中，維修人員不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制，可以隨時(shí)進(jìn)行維修訓(xùn)練，通過(guò)增加維修訓(xùn)練機(jī)會(huì)，提高維修保障能力。

2）維修培訓(xùn)功能齊全，承訓(xùn)量大。虛擬維修模型中可以嵌入各種裝備故障維修過(guò)程，維修人員在虛擬環(huán)境下通過(guò)維修培訓(xùn)，可以加深對(duì)各種故障機(jī)理和維修過(guò)程相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)。此外，全方位維修仿真訓(xùn)練可有效避免實(shí)際維修工作中出現(xiàn)的常見(jiàn)故障會(huì)修，少見(jiàn)故障束手無(wú)策的現(xiàn)象。裝備維修模型一旦建立，可在多個(gè)仿真硬件平臺(tái)上使用，為多個(gè)受訓(xùn)者同時(shí)提供維修訓(xùn)練培訓(xùn)。

3）虛擬維修可以有效降低訓(xùn)練成本。虛擬維修的成本主要在虛擬維修模型的研發(fā)和計(jì)算機(jī)相關(guān)硬件的購(gòu)置。與傳統(tǒng)維修方式不同的是：虛擬維修的成本是一次性投入，今后在不同裝備的虛擬維修系統(tǒng)中可以重復(fù)使用，以此來(lái)顯著降低維修訓(xùn)練成本。

4）維修人員和裝備安全性好。裝備維修訓(xùn)練過(guò)程中，維修人員安全和裝備安全是維修訓(xùn)練的前提。傳統(tǒng)裝備維修過(guò)程中需要專(zhuān)人來(lái)負(fù)責(zé)維修過(guò)程的安全問(wèn)題，并且在實(shí)際維修訓(xùn)練過(guò)程中，還不可避免地出現(xiàn)各種安全事故，給維修訓(xùn)練工作帶來(lái)了極大難處。由于虛擬維修的整個(gè)過(guò)程都是在虛擬環(huán)境下完成的，因此不存在裝備損壞和危害維修人員安全的問(wèn)題。

從以上虛擬維修的特點(diǎn)可以看出：雷達(dá)虛擬維修可以有效解決傳統(tǒng)雷達(dá)維修過(guò)程中出現(xiàn)的訓(xùn)練實(shí)踐機(jī)會(huì)缺乏、維修保障能力滯后的問(wèn)題，提升雷達(dá)的維修保障能力。

4 雷達(dá)裝備虛擬維修模型設(shè)計(jì)

圖1 雷達(dá)維修模型組成

由于傳統(tǒng)雷達(dá)維修訓(xùn)練方式存在諸多缺點(diǎn)，而新的虛擬維修技術(shù)可以有效克服這些缺點(diǎn)，為雷達(dá)維修訓(xùn)練提供便利。建立完善的雷達(dá)虛擬維修模型，是采用虛擬維修方式進(jìn)行 雷 達(dá) 維 修 培 訓(xùn) 的 前 提［7～10］。一個(gè)完備的雷達(dá)虛擬維修模型設(shè)計(jì)主要考慮以下四個(gè)方面：1）建立完善的雷達(dá)幾何模型；2）雷達(dá)裝備理論和維修知識(shí)的集成；3）雷達(dá)維修過(guò)程仿真；4）雷達(dá)維修系統(tǒng)管理。雷達(dá)維修模型的基本組成如圖1所示。

4.1 建立完善的雷達(dá)幾何模型

雷達(dá)幾何模型的建立是建立虛擬維修模型的基礎(chǔ)。常見(jiàn)的幾何模型建立方法是采用3DMax等三維建模軟件進(jìn)行建立，幾何模型建立的精度直接關(guān)系到虛擬維修時(shí)的逼真度。在建立幾何模型的過(guò)程中，需要考慮雷達(dá)裝備的拓?fù)鋵哟谓Y(jié)構(gòu)，對(duì)幾何零部件按照拓?fù)鋵哟侮P(guān)系進(jìn)行編組，這些集成的拓?fù)潢P(guān)系有助于加深虛擬維修人員對(duì)雷達(dá)裝備結(jié)構(gòu)關(guān)系的認(rèn)識(shí)，并輔助裝備拆卸序列的自動(dòng)生成。

4.2 雷達(dá)裝備理論和維修知識(shí)集成

雷達(dá)維修知識(shí)庫(kù)為受訓(xùn)者提供全方位的知識(shí)支持，不僅包括雷達(dá)裝備虛擬樣機(jī)的理論知識(shí)，還包括維修過(guò)程知識(shí)和故障信息。這些相關(guān)的維修知識(shí)不是簡(jiǎn)單的羅列，而是通過(guò)一定的關(guān)聯(lián)形成有機(jī)整體。雷達(dá)裝備理論知識(shí)涵蓋了雷達(dá)幾何、功能特征參數(shù)、層次關(guān)系、裝配關(guān)系、雷達(dá)的功能原理、故障機(jī)理等。雷達(dá)維修過(guò)程知識(shí)則為雷達(dá)維修過(guò)程提供故障檢測(cè)方法、維修任務(wù)、維修方法等，是聯(lián)系維修過(guò)程信息與故障機(jī)理的橋梁。

4.3 雷達(dá)維修過(guò)程仿真

雷達(dá)虛擬維修過(guò)程仿真的目的是要實(shí)現(xiàn)虛擬維修場(chǎng)景中虛擬人的運(yùn)動(dòng)、操作動(dòng)作以及虛擬人與雷達(dá)虛擬維修樣機(jī)之間交互的作用。為此，需要提供必要的交互控制手段，以實(shí)現(xiàn)維修受訓(xùn)者實(shí)時(shí)、交互地參與雷達(dá)虛擬維修訓(xùn)練。所以，雷達(dá)虛擬維修過(guò)程仿真應(yīng)包括虛擬人虛擬維修動(dòng)作仿真、人機(jī)交互控制和虛擬人穿越控制。整個(gè)維修過(guò)程通過(guò)人機(jī)交互控制一系列維修動(dòng)作來(lái)完成。穿越控制則是為了保證虛擬環(huán)境下的真實(shí)感和用戶(hù)的沉浸感。

4.4 雷達(dá)維修系統(tǒng)管理

雷達(dá)維修系統(tǒng)管理作為雷達(dá)虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)的管理者，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)維修人員、維修任務(wù)和維修模式等進(jìn)行管理，此外還可加入對(duì)維修技術(shù)考核、技術(shù)等級(jí)評(píng)定、訓(xùn)練效果評(píng)估等其它管理功能。維修人員管理不僅要求對(duì)維修人員的各種個(gè)人資料進(jìn)行記錄，更重要的是對(duì)其訓(xùn)練進(jìn)度進(jìn)行跟蹤保存，并結(jié)合維修規(guī)程、拆卸序列等輔助信息，隨時(shí)調(diào)整維修訓(xùn)練任務(wù)，增強(qiáng)維修訓(xùn)練效果。維修任務(wù)管理則是在維修人員進(jìn)行雷達(dá)維修訓(xùn)練時(shí)能夠?yàn)槠湎逻_(dá)維修任務(wù)，對(duì)雷達(dá)虛擬維修樣機(jī)進(jìn)行故障設(shè)置，并在維修訓(xùn)練過(guò)程中及時(shí)給與提示和操作正確性判斷。維修任務(wù)完成后，對(duì)任務(wù)的完成情況進(jìn)行檢驗(yàn)，評(píng)定維修人員的訓(xùn)練成績(jī)。訓(xùn)練模式管理則是為了滿(mǎn)足不同層次、技能水平人員的培訓(xùn)需要，提供介紹、引導(dǎo)、練習(xí)、考核和自由等多種訓(xùn)練模式，使培訓(xùn)者進(jìn)入循序漸進(jìn)、人機(jī)交互不斷加深的訓(xùn)練過(guò)程。此外，雷達(dá)維修系統(tǒng)管理還對(duì)維修訓(xùn)練過(guò)程中產(chǎn)生的各種中間數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，為維修培訓(xùn)工作提供輔助信息，指導(dǎo)維修培訓(xùn)工作更好地進(jìn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種雷達(dá)虛擬維修模型設(shè)計(jì)方法，為采用虛擬維修方式培養(yǎng)雷達(dá)維修人員提供了基礎(chǔ)。該維修模型綜合考慮了雷達(dá)幾何模型的逼真度、雷達(dá)裝備理論與維修知識(shí)的集成、維修過(guò)程的仿真，并針對(duì)不同水平的維修人員提供不同層次訓(xùn)練科目，對(duì)訓(xùn)練進(jìn)度進(jìn)行跟蹤等內(nèi)容。采用虛擬維修方案訓(xùn)練可以有效克服傳統(tǒng)雷達(dá)維修培訓(xùn)中的實(shí)踐機(jī)會(huì)缺乏、維修保障能力形成滯后等難點(diǎn)，并有效降低維修訓(xùn)練成本，保障維修訓(xùn)練人員安全等優(yōu)點(diǎn)，為觀(guān)通部隊(duì)培養(yǎng)高水平雷達(dá)維修人員提供新的途徑。

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