裝備半實物維修訓練考評系統設計與開發

李向榮，岳彩巖，王國輝，喬小蒙

(裝甲兵工程學院 兵器工程系，北京 100072)

適應現代化、信息化軍隊建設的發展需求，武器裝備技術越來越先進、性能越來越優良，這也帶來了結構復雜、維修保障困難的現實難題。因此，部隊日常的裝備維修訓練越來越重要，但由于以實裝維修訓練和考評為主的訓練方式與手段難以保證訓練效果，不能滿足訓練的需求，隨著通信技術、總線控制技術、計算機技術、虛擬現實技術等各種高新技術的不斷發展與應用，經濟合理、接近實裝維修訓練效果的半實物維修訓練平臺開發日益受到關注［1-3］。維修訓練效果如何，受訓人員是否真正掌握了基礎理論知識和維修技能，需要通過考核進行評定，所以半實物維修訓練平臺的重要組成部分就是維修訓練考評系統，用于對受訓人員經過一段時間的維修訓練后，進行訓練效果的考評，以考核學生分析和動手能力為主，兼顧基礎理論測試［4］。

1 半實物維修訓練平臺總體設計

武器裝備半實物維修訓練平臺，能夠完成控制顯示、故障設置、檢測維修、訓練考評等功能，用于訓練和考核，其組成框圖如圖1 所示。主控臺是整個系統的核心，集控制、采集分析和顯示為一體，發送控制信號給各分系統;專家系統與數據庫是用于故障推理與決策，在性能測試的基礎上得出故障診斷結論;半實物模擬器是經過改造后、可以進行故障設置的裝備系統;虛擬維修系統是基于虛擬現實技術開發的可提供逼真環境，用于理論學習、拆裝與分解結合操作訓練的桌面式虛擬維修維修訓練系統［5-7］;受訓人員的練習和考核通過手持式考核終端來完成。各分模塊之間的結合依靠總線技術，實現相互之間的通信和信息傳遞。

訓練效果考評系統包括手持式考核終端與考評應用系統，考題通過主控臺服務器下發給手持式PDA，通過考評應用系統完成對維修訓練受訓人員的考試與評價［8］。

圖1 裝備半實物維修訓練系統組成框圖

2 考評系統設計與開發

2.1 考評系統總體設計

考評系統也需要半實物環境作為支撐，需要與主控臺進行通信，設計成包括用戶管理模塊、測試管理模塊、測試運行模塊及事后處理模塊等4 個模塊。

1)用戶管理模塊。完成對進入系統的操作員進行身份檢查，并提供編輯和管理用戶的功能。

2)測試管理模塊。完成測試系統所有硬件模塊的組態，使硬件模塊與驅動軟件相互匹配;完成對總線接口及各種原位檢測數據接口通道的參數配置;負責各邏輯通道與顯示控件匹配，使控件顯示相應的邏輯通道數據。

3)測試運行模塊。系統調用硬件自檢程序，檢測系統當前所配置的模塊，并檢查其工作是否正常;也可初始化軟件所需的變量、常量及默認配置信息;完成對考核終端考評數據下載，及原位檢測數據的獲取;負責人機接口與主控服務器，以及服務器與各硬件模塊之間的通信(CAN 總線)以及通過無線網絡與嵌入式考核終端建立連接;負責按照系統的測試控制流程進行測試，防止意外情況發生;負責記錄測試過程中的所有操作，按照“操作時間+操作方式”的格式進行存儲，以備用戶事后查看。

4)事后處理模塊。將采集的數據進行實時分析，提取故障特征，不斷調用專家知識庫中的知識，判斷有無故障發生;在測試結束后，對存儲的CAN 總線數據、及原位檢測數據進行顯示;在試驗結束后，將存儲的各測試數據和考評數據，以及故障檢測和故障設置的數據生成報表及打印報表。

考慮到實用性，考評應用系統應該包括出題功能、題庫管理功能、智能生成試卷功能、手持終端考試功能、自動成績計算功能、考試結果管理功能、故障設置和排除功能以及常見問題統計分析功能等，其詳細的考評流程如圖2 所示。

圖2 考評流程

2.2 手持式考核終端設計與開發

當主控臺組織一次考核時，會將考核的試題通過無線網絡以WEB 頁的形式下發給參考受訓人員，手持式PDA 判斷參考受訓人員選做試題和答題情況，將相應的信息通過無線網絡傳回主控臺，主控臺根據選題和答題情況，發送相應的通訊碼來設置故障和排除故障。手持PDA 與控制盒之間的信息交互通過主控平臺來完成，但對于用戶而言主控平臺是透明的，可以理解為PDA 與控制盒之間的直接交互。

PDA 在接受到主控平臺的通訊信息之后，將信息顯示在屏幕上，當受訓人員開始按照屏幕的信息進行答題或操作時，PDA 會將受訓人員的操作信息返回給主控平臺，主控平臺根據PDA 的返回信息，經過解碼和數據庫相關信息的調用，將需要的操作信息，通過CAN 總線尋址并下放給程控盒，程控盒再根據下放信息，譯碼查表，進行相應的操作，或故障設置，或單步執行等。當受訓人員按下提交，或規定時間結束，用PDA 上報結果，由主控平臺對結果進行分析，并命令程控盒恢復正常，最后將本次的考核情況存儲并顯示，同時在PDA 上也會用相應結論的顯示。培訓教員可以通過主控平臺上的應用軟件對考核進行統計分析，有助于更有針對性地輔導。

考慮到速度、顯示度等性能，手持考核終端處理器選用三星S3C2440，主頻400 MHz，TFT 真彩色液晶屏，專用觸摸屏，無線內置網絡，藍牙接口，內置低功耗實時時鐘，帶后備鋰電池。手持PDA 內部由嵌入式系統組成，軟件主要包括手持PDA 軟件、信號調理中繼內部控制采集通訊軟件兩大部分。手持PDA 軟件內部包含嵌入式操作系統(Windows CE 5.2.1620)和嵌入式應用軟件，支持快速啟動，具有文件永久存儲和注冊表的在線修改，具有斷電保存功能。

2.3 考評應用系統開發

開發考評應用系統進行考評與考評查詢，包括受訓人員考評模塊與受訓人員答題模塊。

1)受訓人員考評模塊。考評中可以進行考評數據維護、新建考評、開始考評、查看考評結果、維護考評數據;考評查詢中可以查詢考評結果和考評詳細信息。

①考評數據維護:用戶選擇左側菜單中“受訓人員考評”下的“受訓人員考評”菜單，單擊并打開考評維護界面。此界面包括查詢條件和查詢結果兩個部分，查詢條件分別為考試編號、考試時間、考試名稱等信息，訓練人員在輸入條件后，可查詢已經完成考評和正在考評中的題目。

②新建考評:用戶在受訓人員考評的主界面中，選擇“增加”按鈕，打開新增受訓人員考評的界面。在此，需要維護此次考評的基本信息，包括所屬系統、所屬模塊、考試編號、考試名稱、主考老師、考試試卷、考生班級、考生名稱等信息。選擇“保存”按鈕，保存考評的數據。

③開始考評:考評數據維護結束后，即可以開始進行受訓人員考評，系統在同一時間內，只能存在一個正在進行的綜合訓練和受訓人員考評，如果需要開始一個新的考評、需要關閉其他正在運行中的綜合訓練和受訓人員考評。訓練人員選擇“開始訓練”按鈕，開始此次考評。此時受訓人員可拿PDA 進行答題。受訓人員考評不涉及實車交互。

④查看考評結果:在受訓人員考評中和受訓人員考評結束后，訓練人員可以使用查看訓練結果的功能，查看每一次受訓人員的考評結果。

⑤打分評定:由于考評需要訓練人員進行考試評定和打分，故系統提供訓練人員評語和分數錄入的功能，在查看結果時，訓練人員可根據受訓人員的每一個題目的答題情況，為受訓人員進行打分和評定。訓練人員打分結束后，選擇“保存評語與分數”按鈕，保存此次打分結果和評語。

⑥維護考評數據:考評沒有開始之前，可以對考評數據進行修改和刪除操作。但是如果考評正在進行中或者考評已經結束，此時為了保存每一次的考評數據，該數據將禁止刪除。

2)受訓人員答題模塊。受訓人員在綜合訓練和考評的進行中，需要使用手持PDA 設備進行答題。綜合訓練答題過程中需要經過登錄系統、獲取試題、選做題目、開始答題等4 個步驟;考評過程中需要經過登錄系統、獲取試題和開始答題等3 個步驟。下面具體示例考評答題過程。

①登錄系統:在PDA 設備正常打開后，受訓人員選擇移動設備主界面上的“新裝備武器訓練系統”圖標。

②獲取試題:點擊“新裝備武器訓練系統”圖標，打開獲取試題界面，點擊獲取試題按鈕。

③開始答題:受訓人員開始答題后，按照題目設置的答題步驟，首先確定故障元件。選擇元件后，點擊“下步”按鈕，不論答案正確與否都將進行下一個步驟的解答，答案是否打分和如何對學員進行評定，需要主考訓練人員在系統的查看結果中進行完成。學員打完所有題目后，或者訓練人員停止考評后，此次考評結束。

3 結束語

維修訓練考評系統是武器裝備半實物維修訓練平臺的重要組成部分，基于總線控制技術，與主控臺之間進行通信，實現對受訓人員訓練效果的考試與評價。受訓人員考評系統包括用戶管理模塊、測試管理模塊、測試運行模塊及事后處理模塊。維修考評系統主要包括手持式考核終端與考評應用系統，具有出題、題庫管理、智能生成試卷、手持終端考試、自動成績計算、考試結果管理、故障設置和排除、常見問題統計分析等功能，具有較強的實用性。

［1］洪津，張萬軍，謝慶華.虛擬維修訓練系統發展綜述及其關鍵技術探討［J］.解放軍理工大學學報:自然科學版，2000（1）:38-41.

［2］郝建平.虛擬維修仿真理論與技術［M］.北京:國防工業出版社，2009.

［3］冉躍龍，閆英敏，呂秀平.虛擬維修技術綜述［J］.電子設計工程，2012（20）:28-30.

［4］劉玉海. 張錫恩. 某大型導彈武器系統虛擬維修系統［J］.兵工學報，2004，25（5）:562-566.

［5］黃海亮.自動裝彈機虛擬維修技術研究［D］.北京:裝甲兵工程學院，2009.

［6］WANG G，QIAO X，LI X，et al.Design of Half-practicality Maintenance Training System Based on Bus-mastering［C］//2011 International Conference on Mechatronic Systems and Automation Systems.Xi’an，China，2011.

［7］MIL-HDBK-470A. Designing and developing maintainalbe products and sysetms［Z］. Department of Defense Handbook，August 1997.

［8］何嘉武，賴煜坤.武器裝備虛擬維修訓練系統發展［J］.科技導報，2010，28（24）:28-30.

［8］黃東坡，曹繼平，宋建社，等.基于Petri 網的虛擬維修過程建模［J］.兵工自動化，2011（1）:41-43.