充分利用專修室 搞好火控裝備原理教學(xué)

李勝軍 程遠(yuǎn)增 李 鳴 付 強(qiáng)

中國人民解放軍軍械工程學(xué)院 河北石家莊 050003

火控系統(tǒng)是現(xiàn)代新型武器裝備的重要組成部分，尤其在防空武器中占有核心地位，是武器系統(tǒng)的控制中樞。能否保證火控裝備完好的戰(zhàn)斗力，要靠軍隊(duì)院校培養(yǎng)優(yōu)秀的技術(shù)人員進(jìn)行保障，而在教學(xué)過程中我們遇到了很多困難，針對裝備的教學(xué)特點(diǎn)，我們另辟蹊徑，通過專修室的建設(shè)與應(yīng)用，指導(dǎo)學(xué)員在課上通過示教器材和裝備部組件形象生動(dòng)地學(xué)習(xí)火控及裝備原理、故障排除及維修方法，破解了以往教學(xué)中存在的裝備少、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易損毀、維修成本高等教學(xué)難題，提高了火控裝備保障人才的培訓(xùn)質(zhì)量，收到良好的教學(xué)效果。

1 以往實(shí)裝教學(xué)中遇到的難題

1.1 專業(yè)多、裝備少，產(chǎn)生教學(xué)沖突

多年來，火控專業(yè)主要是依托某自行高炮武器系統(tǒng)的炮車進(jìn)行授課。該自行高炮武器系統(tǒng)屬于大型復(fù)雜的武器裝備，包括火力、火控、電氣、底盤、雷達(dá)等幾大系統(tǒng)，涵蓋了機(jī)、光、電、氣、計(jì)算機(jī)等多個(gè)專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容。然而，學(xué)院只有一臺裝備，經(jīng)常出現(xiàn)多個(gè)系室、多個(gè)專業(yè)要同時(shí)使用裝備的現(xiàn)象，導(dǎo)致各個(gè)專業(yè)的教學(xué)相互沖突，嚴(yán)重影響了教學(xué)活動(dòng)的正常開展。

1.2 裝備老、故障多，影響教學(xué)效果

學(xué)院的炮車為試驗(yàn)樣炮，十幾年前接裝進(jìn)駐學(xué)院時(shí)，性能狀態(tài)基本能夠滿足教學(xué)需要。但十幾年來，由于該裝備擔(dān)負(fù)了多個(gè)單位、多個(gè)專業(yè)的教學(xué)任務(wù)，拆裝頻繁，導(dǎo)致裝備老化、故障頻出。雖然學(xué)院及相關(guān)專業(yè)教研室多次對裝備進(jìn)行了修復(fù)，授課教員在教學(xué)過程中也帶領(lǐng)學(xué)員排除了很多故障，但由于裝備備件非常昂貴以及裝備老化十分嚴(yán)重等原因，還是有很多故障不能及時(shí)排除，以至于裝備目前已基本處于癱瘓狀態(tài)，在很大程度上影響了教學(xué)效果。

1.3 試驗(yàn)炮，未改裝，導(dǎo)致教學(xué)脫節(jié)

由于該裝備進(jìn)駐我院時(shí)僅為科研試驗(yàn)樣炮，而根據(jù)部隊(duì)實(shí)際使用情況來看，裝備在后續(xù)生產(chǎn)階段，不論是結(jié)構(gòu)還是內(nèi)部電路，都有很大程度的改進(jìn)。尤其是目前部隊(duì)裝備已改型為彈炮結(jié)合武器系統(tǒng)，炮塔內(nèi)手輪的位置，快速尋北裝置、激光測距機(jī)、跟蹤鏡電子箱、基準(zhǔn)控制箱、火控計(jì)算機(jī)、火控面板等器件的內(nèi)部電路都有改變，而學(xué)院的裝備未改裝，這就導(dǎo)致教學(xué)裝備與部隊(duì)使用裝備脫節(jié)。因而在教學(xué)中出現(xiàn)了“如果按樣炮講授，則與部隊(duì)實(shí)裝不一致；按改型后的新裝備結(jié)構(gòu)講授，學(xué)員又見不到實(shí)裝，理解困難”的兩難局面。

新型裝備火控系統(tǒng)專修室的建成，如雪中送炭般，很好地解決了上述教學(xué)過程中存在的諸多問題。

2 裝備及教學(xué)特點(diǎn)分析

2.1 裝備單體多，工作復(fù)雜

自行高炮武器系統(tǒng)是具有獨(dú)立作戰(zhàn)能力的晝夜型好天候輕型裝甲自行防空武器系統(tǒng)，主要由單炮搜索雷達(dá)、光電火控系統(tǒng)、導(dǎo)彈掛架模塊、自動(dòng)高炮和輕型裝甲底盤等組成。自行高炮火控系統(tǒng)是自行高炮武器的火力控制中心，主要用來接收單炮搜索雷達(dá)對空中目標(biāo)的方位導(dǎo)引，由跟蹤系統(tǒng)以半自動(dòng)方式截獲并自動(dòng)(電視或紅外熱成像)跟蹤目標(biāo)，激光測距，測定目標(biāo)現(xiàn)在點(diǎn)的精確坐標(biāo)，解算系統(tǒng)以等速直線運(yùn)動(dòng)假定求取火炮的射擊諸元，隨動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)火炮指向目標(biāo)提前點(diǎn)，實(shí)施對空中目標(biāo)射擊。這一復(fù)雜嚴(yán)密的工作過程是由構(gòu)成火控系統(tǒng)的光電探測系統(tǒng)、穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)、火控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)、車體信息處理系統(tǒng)、全炮控制電氣系統(tǒng)等若干分系統(tǒng)完成的，而每一分系統(tǒng)又包括幾個(gè)單體，每個(gè)單體內(nèi)部又有多個(gè)電路模塊。模塊與模塊之間、單體與單體之間、分系統(tǒng)與分系統(tǒng)之間信息相互交換，錯(cuò)綜復(fù)雜，但時(shí)序嚴(yán)格。

2.2 教學(xué)空間小，不便開展

在教學(xué)過程中，不但要讓學(xué)員搞清楚裝備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，更關(guān)鍵的是要掌握裝備的工作原理及信號的傳輸關(guān)系。諸多的裝備單體分布在裝備底盤和炮塔的各個(gè)位置，且裝備內(nèi)部空間有限，單體的結(jié)構(gòu)也十分緊湊，很不便于教員在裝備上同時(shí)面向幾十名學(xué)員開展教學(xué)，同時(shí)裝備內(nèi)部信號的走向、工作過程也不能直觀地向?qū)W員展示。因此，我們借助專修室的示教裝置及實(shí)裝部組件進(jìn)行形象直觀的教學(xué)，解決了這一矛盾。

3 專修室裝備設(shè)備資源介紹

為了搞好火控裝備原理教學(xué)，針對以前在裝備教學(xué)中遇到的問題，我們建成了新型裝備火控系統(tǒng)專修室，并于兩年前投入使用。開發(fā)有自行高炮火控系統(tǒng)工作原理、電氣控制系統(tǒng)、火控系統(tǒng)信號分析、跟蹤模擬、通信系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng)等示教裝置，以及原理、構(gòu)造教材、圖冊、掛圖和基于裝備部組件開發(fā)的火控模擬平臺。專修室結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。這些示教器材(系統(tǒng))和實(shí)裝部組件建立了開放式實(shí)裝武器火控系統(tǒng)及其工作環(huán)境，可開展自行高炮火控系統(tǒng)、直屬單體分系統(tǒng)、電路板(模塊)的組成、連接關(guān)系和結(jié)構(gòu)、單體故障設(shè)置與排除等方面的教學(xué)，使學(xué)員熟悉和掌握裝備原理、基本操作、性能檢測、調(diào)整及維修方法。為裝備專業(yè)教學(xué)提供了良好的平臺。

圖1 專修室結(jié)構(gòu)圖

3.1 教材、圖冊、掛圖和多媒體課件

專修室針對改型后的新裝備重新編寫了原理和構(gòu)造教材、相應(yīng)的電路圖冊，內(nèi)容比以前教材更豐富，層次更明晰，并根據(jù)以往上課過程中的實(shí)際需要研制了方便切換的大幅面燈箱掛圖以及方便野外訓(xùn)練、維修使用的防水防褶皺掛圖，制作了能形象演示火控系統(tǒng)工作過程原理、內(nèi)部構(gòu)造及電路原理的多媒體課件。

3.2 示教裝置

3.2.1 火控系統(tǒng)原理仿真系統(tǒng)

該裝置可進(jìn)行七類實(shí)驗(yàn)，分別是：航跡特性分析實(shí)驗(yàn)、基本卡爾曼濾波器實(shí)驗(yàn)、解耦卡爾曼濾波器實(shí)驗(yàn)、非解耦卡爾曼濾波器實(shí)驗(yàn)、典型航路射擊諸元解算實(shí)驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)條件射擊諸元解算實(shí)驗(yàn)和非標(biāo)準(zhǔn)條件射擊諸元解算實(shí)驗(yàn)。

3.2.2 原理性示教裝置

該裝置采用計(jì)算機(jī)仿真模擬的方式再現(xiàn)自行高炮的戰(zhàn)斗過程，用于演示自行高炮火控系統(tǒng)戰(zhàn)斗過程中的工作原理。主要包括目標(biāo)引入(搜索、引導(dǎo)、捕獲和跟蹤)、目標(biāo)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換(球面坐標(biāo)到直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換、車體坐標(biāo)到大地坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換)、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)求取、提前點(diǎn)坐標(biāo)的求取、射擊諸元的計(jì)算和輸出。

3.2.3 各分系統(tǒng)示教裝置

(1)自行高炮伺服控制系統(tǒng)示教裝置。該裝置由隨動(dòng)系統(tǒng)工作流程示教板、隨動(dòng)系統(tǒng)基本工作原理演示、隨動(dòng)系統(tǒng)所屬單體構(gòu)造及原理演示和隨動(dòng)控制箱構(gòu)造及原理演示等部分組成。可以直觀展示隨動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)造，形象化展示工作原理及流程。

(2)自行高炮跟蹤示教系統(tǒng)。跟蹤系統(tǒng)是火力控制系統(tǒng)的前端輸入單元，承擔(dān)著對目標(biāo)進(jìn)行搜索和捕獲，并實(shí)施半自動(dòng)或自動(dòng)跟蹤目標(biāo)，實(shí)時(shí)采集目標(biāo)位置信息的任務(wù)。具有能夠設(shè)置不同的訓(xùn)練難度和分級評估標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)τ?xùn)練過程的快速性、精確性和平穩(wěn)性指標(biāo)進(jìn)行評估、綜合評價(jià)和指導(dǎo)訓(xùn)練等特點(diǎn)。通過跟蹤訓(xùn)練達(dá)到熟悉目標(biāo)運(yùn)動(dòng)規(guī)律、熟練地根據(jù)跟蹤曲線分析跟蹤過程存在的問題，并科學(xué)地指導(dǎo)訓(xùn)練等目的。

(3)自行高炮電氣控制系統(tǒng)示教系統(tǒng)。該裝置將車長控制臺、駕駛員操作艙、炮手操作臺所屬的炮車底盤內(nèi)與炮塔吊籃上5個(gè)不同部位的車長控制箱、駕駛員指示燈盒、車體配電箱、轉(zhuǎn)速表、炮車總電源開關(guān)、火力控制箱、炮塔配電箱以及艙門連鎖開關(guān)等集成在示教裝置的前面板上，能使學(xué)員加深對全炮控制電氣系統(tǒng)的組成及控制關(guān)系的理解。主要特點(diǎn)是將全炮電氣控制系統(tǒng)主要操作面板在示教裝置上全仿真實(shí)現(xiàn)；將車長、炮手、駕駛員對全炮電氣控制系統(tǒng)的操作面板集中在一起，便于熟悉各乘員之間的協(xié)同操作。具有實(shí)現(xiàn)對全炮電氣控制系統(tǒng)的模擬操作使用、加深理解供電系統(tǒng)的控制及供配電關(guān)系、熟悉全炮電氣控制系統(tǒng)主要單體的構(gòu)造、熟悉炮車乘員相互之間的操作配合關(guān)系4個(gè)方面的主要功能。

(4)通信系統(tǒng)示教裝置。該裝置主要由主控計(jì)算機(jī)、實(shí)裝操作面板、信號測試區(qū)、控制電路板、顯示器等部分構(gòu)成。主要特點(diǎn)是組成全面、構(gòu)造細(xì)致，交互操作、按功能分塊、原理介紹條理清晰，信號流程與特征直觀，抽象原理形象化。該裝置能展示通信系統(tǒng)組成與構(gòu)造、通信系統(tǒng)工作原理以及進(jìn)行信號流程與特征分析。

(5)自行高炮火控系統(tǒng)信號分析示教裝置。該裝置由操作工作臺、控制面板、主機(jī)、信號采集分系統(tǒng)、信號模擬分系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)及附件組成。主要用于演示火控系統(tǒng)各單體之間信號的傳遞關(guān)系，以及各個(gè)信號的特點(diǎn)、特征，輔助學(xué)員深入了解自行高炮火控系統(tǒng)的原理，加深對原理構(gòu)造知識的理解。同時(shí)，提供一個(gè)通用信號采集測試平臺，用于學(xué)員實(shí)際采集、觀察自行高炮火控系統(tǒng)中的信號特征，并與標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行對比，理論聯(lián)系實(shí)際。主要功能有：自行高炮火控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、信號連接關(guān)系展示；模擬顯示自行高炮火控系統(tǒng)各單體間主要節(jié)點(diǎn)的信號，給出標(biāo)準(zhǔn)信號的電氣特性；通過轉(zhuǎn)接電纜，實(shí)際采集裝備各單體間的連接信號，并與標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行比較，對自行高炮火控系統(tǒng)信號進(jìn)行對比分析。主要特點(diǎn)是：運(yùn)用多種手段，系統(tǒng)展示火控系統(tǒng)信號連接關(guān)系；信號虛擬顯示與信號模擬相結(jié)合，提高了信號的演示效果；實(shí)裝信號采集與虛擬信號演示相結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)員信號分析能力。

3.2.4 實(shí)裝模擬系統(tǒng)

裝備部組件采用購置、研制和改造相結(jié)合，基于自行高炮的實(shí)裝部組件和單體模型，將部組件置于老式裝備底盤改造的平臺之上，并由中心控制臺生成目標(biāo)航路及背景，通過投影機(jī)投影到大屏幕，建立了開放式的實(shí)裝單體教學(xué)環(huán)境。

該套系統(tǒng)可以模擬自行高炮火控系統(tǒng)，首次構(gòu)建了自行式防空火控系統(tǒng)開放式實(shí)裝模擬教學(xué)環(huán)境。同時(shí)，該套系統(tǒng)可以結(jié)合裝備構(gòu)造課程開展裝備控制原理、信息流程分析和研究。此外，還可進(jìn)行維修模擬訓(xùn)練。

4 各種資源在教學(xué)中的應(yīng)用

專修室的建成為火控專業(yè)授課提供了很大方便，結(jié)合專修室的使用已經(jīng)培養(yǎng)了多期本科學(xué)員及短訓(xùn)班學(xué)員。

4.1 掛圖圖冊的應(yīng)用

掛圖和圖冊依據(jù)實(shí)裝對每個(gè)零件建立三維模型，圍繞裝備的構(gòu)造和電路原理，多方位、有針對性地編排掛圖和圖冊的內(nèi)容，學(xué)員可以學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)原理和各模塊之間的相互關(guān)系，為開展維修訓(xùn)練提供了條件。掛圖營造了濃厚的裝備教學(xué)氛圍，學(xué)員置身在專修室，通過掛圖能夠清晰地看到裝備的主要結(jié)構(gòu)組成和電路原理等內(nèi)容，清晰直觀地學(xué)習(xí)裝備知識。

4.2 示教系統(tǒng)的應(yīng)用

授課過程中，利用示教系統(tǒng)供多人同時(shí)學(xué)習(xí)不同機(jī)構(gòu)或分系統(tǒng)的連接關(guān)系和工作原理，與單純使用教材和圖冊教學(xué)相比更形象直觀，同時(shí)通過示教裝置進(jìn)行操作練習(xí)及原理學(xué)習(xí)，很好地解決了缺少裝備的不足。示教系統(tǒng)的交互模式多，實(shí)現(xiàn)了原理框圖、測試母板及實(shí)裝板卡間的交互，符合課堂教學(xué)習(xí)慣和教學(xué)規(guī)律，這樣既能用于課堂授課，又有助于學(xué)員自學(xué)。示教裝置在教學(xué)及自學(xué)過程中發(fā)揮了重要的作用。自行高炮火控系統(tǒng)信號分析示教裝置的測試性好，基于開放式結(jié)構(gòu)構(gòu)件的示教系統(tǒng)，便于實(shí)現(xiàn)內(nèi)部關(guān)鍵信號的測試。在教學(xué)過程中，利用示教系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了課堂集中授課、分組教學(xué)訓(xùn)練、自主學(xué)習(xí)等多種教學(xué)模式。

4.3 實(shí)裝模擬系統(tǒng)的應(yīng)用

以前由于裝備數(shù)量少，且裝備內(nèi)空間狹小，不可能實(shí)現(xiàn)在實(shí)裝上給幾十名學(xué)員同時(shí)講解裝備構(gòu)造及原理，只能在課堂上集中講解裝備理論知識，再分組到裝備上學(xué)習(xí)，這樣不僅不能很好地將理論與實(shí)踐相結(jié)合，學(xué)員感到學(xué)習(xí)枯燥乏味，而且學(xué)習(xí)效率很低，導(dǎo)致學(xué)員學(xué)習(xí)興趣不濃。開放式裝備部組件上的單體及電氣連接關(guān)系、工作原理與實(shí)裝上的一樣，在專修室授課，教員可以在裝備部組件上進(jìn)行直觀的講解，全體學(xué)員都能看到教員所講解部分的實(shí)裝單體以及內(nèi)部構(gòu)造，很好地解決了以往教學(xué)中存在的“講解和示范分開”的現(xiàn)象。同時(shí)，也可以通過實(shí)裝部組件分批進(jìn)行“小班化”操作訓(xùn)練，使學(xué)員感覺如同操作實(shí)裝一樣，這樣即解決了裝備少的難題，又避免了裝備損耗。講解與部組件的使用有機(jī)結(jié)合，不僅調(diào)動(dòng)了學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情，同時(shí)有助于學(xué)員對裝備原理、操作和維護(hù)更深層次地了解與掌握，提高了課堂教學(xué)效率及授課質(zhì)量。

5 結(jié)束語

綜上所述，專修室的建成，在火控裝備教學(xué)過程中發(fā)揮了巨大的作用，達(dá)到了預(yù)期的建設(shè)目的。結(jié)合兩年多的使用情況，應(yīng)該根據(jù)更高的教學(xué)需求，進(jìn)一步優(yōu)化專修室結(jié)構(gòu)，拓展教學(xué)功能，加強(qiáng)管理，采取多種使用模式，多層次、全方位地提高使用效益，進(jìn)一步提高裝備專修室的綜合教學(xué)能力，為火控裝備課程教學(xué)注入強(qiáng)大的活力。

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