張耀鴻，　譚東風

(國防科技大學 信息系統(tǒng)與管理學院, 湖南 長沙 410073)

基于組件的《武器裝備系統(tǒng)概論》課程教學實驗平臺研究

張耀鴻，譚東風

(國防科技大學 信息系統(tǒng)與管理學院, 湖南 長沙 410073)

摘要《武器裝備系統(tǒng)概論》是我校指揮類專業(yè)的技術基礎必修課程和工程技術類專業(yè)的公共基礎選修課程，實驗教學是其重要組成部分。通過對現有科研成果的適應性改造，構建課程教學實驗平臺，使之滿足課程教學需要，讓學員能夠通過仿真實驗的方法理解課堂教學內容，加強對典型武器裝備系統(tǒng)技術原理及其作戰(zhàn)應用特點的深入理解，打牢學員結合任務靈活運用武器裝備的科學基礎和戰(zhàn)術意識，提高教學效果。

關鍵詞組件；課程教學；仿真

《武器裝備系統(tǒng)概論》是我校軍事指揮類專業(yè)的技術基礎必修課程和工程技術各專業(yè)的公共基礎選修課程(軍事技術系列)。課程旨在使學員掌握主要武器裝備的特點、分類、發(fā)展簡史、裝備戰(zhàn)術技術性能以及基本科技原理，理解典型作戰(zhàn)樣式中武器裝備的運用原則與方法。

課程通過教學與實驗相結合的手段來進行，通過課堂教學使學員對各類武器裝備的基本知識有一個系統(tǒng)的了解，通過實驗手段對典型武器裝備科技原理及其作戰(zhàn)應用進行建模分析，打牢學員技術與戰(zhàn)術相結合的指揮素養(yǎng)。其中，教學實驗平臺是讓學生通過實驗深入掌握課堂所學內容，提高教學效果的重要輔助手段。目前在教學實驗平臺的建設中，主要根據具體課程的要求、特點來進行構建，構建方法各不相同[1-3]。根據本課程的特點和課時安排，教學實驗平臺采用建模仿真手段為支撐，學生通過配置武器裝備模型參數，構建武器裝備模型體系，通過觀察仿真運行和分析仿真結果來理解課堂教學內容。

在課程教學實驗平臺的建設中，調研和試用了相關仿真軟件和戰(zhàn)爭游戲。仿真軟件如MAK公司的VR-FORCE軟件，VPI公司的STAGE，AGI公司的STK等，這些軟件相對比較專業(yè)，不易被學生快速掌握，應用于本課程教學中還存在一定的差距[4-6]；戰(zhàn)爭游戲如《簡氏戰(zhàn)爭》游戲，《驅逐艦指揮官》等，這些游戲畫面逼真，對抗性好，但科技原理的分析演示不突出，且不易擴展。這些仿真軟件和戰(zhàn)爭游戲為本課程教學實驗平臺的建設提供了有益的參考?；诮M件的建模仿真環(huán)境是我院現有的科研成果，主要是應用于指揮信息系統(tǒng)的建模、仿真與分析。本文介紹了一種基于課程教學要求，對該成果進行適應性改造，建設課程教學實驗平臺的思路，為提高學生的創(chuàng)新實踐能力提供技術支持。

1《武器裝備系統(tǒng)概論》課程結構

《武器裝備系統(tǒng)概論》課程主要介紹主戰(zhàn)裝備，不包括保障裝備，這些裝備的種類較多，相互之間的關系比較復雜，為了有效地安排課程教學內容，課程采用了“四縱四橫”的組織框架。所謂“四縱”是按照武器裝備的特點，將武器裝備系統(tǒng)劃分為彈藥、武器、平臺和體系4個層次；所謂“四橫”是指每個層次的裝備均按概述、科技原理、裝備實例、作戰(zhàn)運用4個方面展開介紹，如圖1所示[7]。

圖1　《武器裝備系統(tǒng)概論》課程結構

武器裝備系統(tǒng)的4個層次中，首先彈藥是對目標實施直接毀傷的裝備，如通常所稱的戰(zhàn)斗部；武器是將戰(zhàn)斗部直接投射到目標位置的裝備，如槍炮、導彈等，其中信息武器是一種通過電磁波、網絡或信息系統(tǒng)等信息傳播或處理手段對抗目標及其系統(tǒng)的新型武器；平臺是具有裝載武器、彈藥或其他裝備，并能夠在相應作戰(zhàn)空間中機動到目標區(qū)域的裝備，如陸上、海上、空中和空間作戰(zhàn)平臺等；體系則是上述彈藥、武器和平臺裝備組成的具有多種綜合作戰(zhàn)能力的集成系統(tǒng)，如航母戰(zhàn)斗群、聯(lián)合火力打擊裝備體系等。

在每類裝備的介紹上，課程按概述、科技原理、裝備實例和作戰(zhàn)運用4個方面展開，其中，概述部分主要介紹裝備的基本概念、組成、分類和發(fā)展歷程等；科技原理部分則主要選擇直接決定或影響裝備功能、效能和使用方式等方面的科學技術知識；裝備實例部分主要分析中外軍隊典型裝備現狀、特點及其比較；作戰(zhàn)運用部分主要介紹裝備的作戰(zhàn)用途、使用方式和優(yōu)缺點等，并結合技術原理進行分析。

2基于組件的課程教學實驗平臺構造

課程教學實驗平臺面向本科學員，是課程教學的輔助手段，應該具有操作簡便，結構靈活的特點，使得學員能夠快速掌握并使用。本課程的教學實驗平臺構造依托現有的科研成果(基于組件的建模仿真環(huán)境)來實現，其優(yōu)勢在于可以充分利用現有的科研成果，如模型庫、案例庫、想定庫等資源，學員可以充分借鑒和利用現有成果，減少工作量。

基于組件的建模仿真環(huán)境采用了基于組件的建模仿真方法來設計。這種方法采用軟件組件標準(SOA，CORBA，COM標準等)開發(fā)仿真應用，實現仿真功能模塊的即插即用，提高仿真重用度，在仿真領域得到了廣泛應用[8-10]。

基于組件的建模仿真環(huán)境系統(tǒng)結構如圖2所示。

圖2　基于組件的建模仿真環(huán)境系統(tǒng)結構

模型編輯器用于建立基本組件仿真模型，并通過模型組合機制構造復合組件模型；可視化仿真編輯器使用戶以拖拽的方式從模型組件庫中選擇模型組件，用圖標標識模型，并配置模型間的交互關系，以不同的顏色線表示；模型組件庫中存放著組件模型信息，主要包括模型的應用領域，模型類別、設計人員、版本等信息；模型庫管理器負責組件庫的維護；仿真實驗管理器對仿真實驗進行配置和管理，在仿真運行中接受用戶命令，控制仿真進程；運行支持子系統(tǒng)實現模型間的信息交互、信息共享和時鐘同步。

根據教學實驗的需求，對現有系統(tǒng)的結構與運行機制進行了相應的調整，以適應課堂教學要求。

1) 模型結構。按照《武器裝備系統(tǒng)概論》課程教學的特點，在模型的原有屬性集合中，增加了武器的火力指數、武器的毀傷情況、武器的機動狀態(tài)等屬性。與武器裝備體系的構成特點類似，模型總體結構中，陸上、海上、空中、空間作戰(zhàn)平臺和彈藥為基本組件模型，利用模型的組合和嵌套機制，平臺模型中嵌套彈藥模型，平臺編隊模型中嵌套平臺模型，其結構如圖3所示。整個武器裝備體系可以看成平臺、平臺編隊組成的信息交換網絡。

圖3　模型結構

2) 運行機制。為便于對課程內容的理解，使得學員能夠深入理解課堂內容，需要演示武器裝備平臺的狀態(tài)與運動軌跡，平臺交互事件(如探測、交火等)及相關事件之間時序關系等內容，以增強教學實驗研究的直觀性。原有環(huán)境采用離散事件仿真技術，仿真時鐘的推進是在隨機離散時間點上發(fā)生，時鐘推進步長具有一定的隨機性，不便于實現動畫演示的平滑效果。為此，系統(tǒng)在仿真調度時，按照等時間的間隔生成動畫演示事件，修改平臺的狀態(tài)和動畫刷新，實現動畫演示的平滑效果。

3) 外部接口。課程教學中，還需要使用其他軟件的部分功能，根據不同軟件的特點，采用組件調用方式、遠程代理方式、HLA/RTI接口等方式實現。例如在講授空間作戰(zhàn)平臺中，需要演示衛(wèi)星軌道、覆蓋性計算、鏈路可見性等內容，需要集成AGI公司的STK軟件，根據STK軟件的特點，系統(tǒng)采用組件方式調用其功能。

3課程實驗教學流程

依托課程教學實驗平臺，課程實驗教學流程可分為以下7種類型。

1) 實驗背景設計。結合課堂教學內容，教員根據某軍事應用問題，建立實驗背景，主要包括作戰(zhàn)環(huán)境、部隊部署、基本作戰(zhàn)行動、裝備性能參數等內容。

2) 武器裝備體系設計。根據實驗背景，學員構建武器裝備體系。在教學實驗平臺中，采用“雙層網絡建?！钡姆椒ㄟM行構建，首先建立武器平臺、平臺編隊及其信息交換關系，即信息交換網絡；其次，建立武器平臺之間的底層通信網絡，并將信息交換網絡中的信息交換關系與通信網絡中的通信連接關系進行關聯(lián)。

3) 模型設計。在教學實驗平臺中，已經具備基本的武器平臺模型，學員一般不需要進行開發(fā)，只需進行選擇和配置即可，但特殊情況需要開發(fā)新模型時，需要按照教學實驗平臺的COM組件模型標準，采用Microsoft Visual C++語言、Microsoft Visual Basic 語言或者組件Petri網模型等方式實現。

4) 實驗參數設計。根據實驗背景設計和武器裝備體系，對武器平臺模型進行基本配置，例如設定平臺位置，平臺運動軌跡，武器基本性能參數和敵方基本行動等。

5) 實驗配置設計。設置數據采集方式、數據采集周期、動畫演示速度、全局共享變量等。

6) 仿真實驗運行。啟動軟件進行仿真，可中斷仿真進程，修改當前參數后繼續(xù)仿真，系統(tǒng)運行界面如圖4所示。

7) 數據分析與評估。通過實驗產生的數據進行分析處理，并輸出實驗報告。

圖4　系統(tǒng)運行界面

4結 束 語

目前教學實驗平臺采用單機版的運行方式，學生可以方便地部署到個人計算機上，系統(tǒng)包括了火箭軍火力打擊、艦隊編隊對抗、裝甲兵機動作戰(zhàn)、區(qū)域防空等案例，基本涵蓋課程中的主要裝備，學生通過教學實驗平臺的仿真實驗進一步掌握了課堂講授知識，同時提高了學習興趣。通過對科研成果的適應性改造，使之滿足課程教學需要，不僅使得學員能夠通過仿真實驗的方法理解課堂教學內容，而且能夠促進教學模式的變革，實現翻轉式課堂教學、研討式教學等，為當前軍事院校的教學改革提供有力的技術支撐。

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(編輯：田麗韞)

Course Teaching Experimental Platform of“IntroductiononWeaponEquipmentSystems” Based on Component

ZHANG Yaohong，TAN Dongfeng

(Information System and Management School, National University of Defense Technology, Changsha Hunan 410073, China)

Abstract“Introduction on Weapon Equipment Systems” is a technical basic compulsory course for command specialty and a public basic selective course for engineering technology specialty in our school and experimental teaching is an integral part of the course. This paper, builds up a course teaching experiment platform meeting demands of course teaching by adaptive renovation of the existing scientific research achievements. In addition, it can enhance teaching effect by allowing students to understand contents of class teaching by means of simulation experiments, and thus deepens the understanding of technical principles of typical weapon equipment system and its characteristics in military applications and lays a solid foundation in basic scientific knowledge and improve the trainees’ tactic consciousness in different missions.

Keywordscomponent; course teaching; simulation

收稿日期2015-07-19

作者簡介張耀鴻(1973—)，男，副教授，博士，主要研究方向為指揮信息系統(tǒng)。yaohongzhang@nudt.edu.cn

中圖分類號E073

文章編號2095-3828(2016)03-0034-04

文獻標志碼A

DOI10.3783/j.issn.2095-3828.2016.03.007