小口徑艦炮構(gòu)造原理一體化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)方案設(shè)計(jì)初探

劉慧敏 韓峻 譚波

摘要：針對(duì)結(jié)合裝備的實(shí)踐教學(xué)存在的缺點(diǎn)，提出構(gòu)建小口徑艦炮構(gòu)造原理一體化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。在詳細(xì)分析當(dāng)前任職培訓(xùn)需求的前提下，給出了一體化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)的總體思路，并分析了該平臺(tái)設(shè)計(jì)過程中的難點(diǎn)，最后指出平臺(tái)是完善創(chuàng)新教育與工程能力培養(yǎng)的新途徑。

關(guān)鍵詞：小口徑艦炮;構(gòu)造原理;實(shí)踐教學(xué);教學(xué)平臺(tái)

中圖分類號(hào)：G642.41 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2015）43-0172-02

一、引言

“小口徑艦炮構(gòu)造原理”作為一門應(yīng)用型的課程，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)教會(huì)學(xué)生掌握一個(gè)融合機(jī)械、控制、電氣等多個(gè)學(xué)科的艦炮的原理、操作及維修，本身就很具挑戰(zhàn)性，如果僅采用純粹的理論授課方式會(huì)導(dǎo)致學(xué)生難以接受，從而使得授課效果打折。在軍隊(duì)院校由學(xué)歷教育向崗位任職教育轉(zhuǎn)型的深入發(fā)展過程中，實(shí)踐教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)員崗位任職能力上顯得尤為重要，但是和裝備相結(jié)合的實(shí)踐課程在開展故障排查類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目上存在的主要問題是故障設(shè)置不易且易擴(kuò)大，增加故障時(shí)需要付出很大的硬件成本，導(dǎo)致訓(xùn)練成本高。另外，由于小口徑艦炮實(shí)裝系統(tǒng)龐大復(fù)雜，學(xué)生在操作過程中存在無法看到全局的困難。

為避免損壞裝備，目前大多采用課堂上理論分析的方法完成故障排查方面的教學(xué)，但分析故障和實(shí)際排除故障有較大的差距：前者重視理論，后者強(qiáng)調(diào)實(shí)踐。任職培訓(xùn)的課程對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力要求較高，這就決定了這門課必須輔以較多的實(shí)踐課，幫助學(xué)生理解工作原理并且具備排除故障的能力。為了避免在實(shí)際裝備上開展實(shí)踐課存在的諸多不便，有必要設(shè)計(jì)小口徑艦炮構(gòu)造原理一體化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱一體化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)）。

二、一體化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)需求分析

任職教育在內(nèi)容構(gòu)建上必須突出培養(yǎng)學(xué)生的任職能力：學(xué)生不僅要掌握工程理論知識(shí)，更重要的是能夠?qū)W以致用，用工程理論知識(shí)解決工程實(shí)際問題。為了把新理論、新技術(shù)融入教學(xué)，必須要有與之相適應(yīng)的教學(xué)體系和實(shí)踐場(chǎng)地。實(shí)踐性教學(xué)的目標(biāo)指向也決定著軍事人才培養(yǎng)內(nèi)容體系的針對(duì)性和適用性。

為了貼近部隊(duì)實(shí)際，滿足任職培訓(xùn)要求，一體化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)必須貼近實(shí)際裝備：首先要保證操作流程和工作原理的高度一致。這樣學(xué)生在一體化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)上進(jìn)行訓(xùn)練就相當(dāng)于在實(shí)際裝備上進(jìn)行訓(xùn)練，從而更貼近任職培訓(xùn)需求。其次，由于學(xué)生具有層次性，授課具有階段性，一體化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)還需要能夠滿足不同層次、不同階段的教學(xué)需求。第三，一體化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)必須實(shí)現(xiàn)故障任意設(shè)計(jì)且可再現(xiàn)，有利于全方面鍛煉操作者的能力。

為了滿足上述要求，必須在設(shè)計(jì)過程中做到：（1）一體化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)上的人機(jī)接口與實(shí)裝的一致性，以確保學(xué)生在一體化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)上的操作體驗(yàn)和實(shí)裝一致;（2）平臺(tái)內(nèi)部信息流的測(cè)量點(diǎn)和實(shí)裝信息測(cè)量值的一致性，以滿足教學(xué)層次的需求;（3）平臺(tái)中分立元件的設(shè)計(jì)要便于拆裝或進(jìn)行故障設(shè)置，以保證故障可任意設(shè)置且重現(xiàn)。

三、一體化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)方案設(shè)計(jì)

要全方位提升學(xué)生的實(shí)踐能力，虛擬的維修訓(xùn)練是無法滿足要求的，但是在實(shí)裝上進(jìn)行訓(xùn)練又有諸多限制，在這種情況下，只能采用半實(shí)物的模擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)。采用半實(shí)物仿真的一體化實(shí)踐平臺(tái)不僅貼近實(shí)戰(zhàn)，更貼合任職崗位需求。基于此考慮，一體化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)采用半實(shí)物仿真模式。

在對(duì)某型小口徑艦炮進(jìn)行全方位、深入解讀的基礎(chǔ)上，對(duì)其工作原理、流程等進(jìn)行全面分析，確定對(duì)應(yīng)的一體化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)組成框圖（如圖1所示）。

根據(jù)圖1，首先確定各分系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和具體的技術(shù)實(shí)施方案，其次明確各分系統(tǒng)之間的接口關(guān)系，最后進(jìn)行全系統(tǒng)的調(diào)試。

為了做到系統(tǒng)主體電路與實(shí)裝保持一致，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)中各電路節(jié)點(diǎn)狀態(tài)量與實(shí)裝完全一致，確保學(xué)生在一體化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)上進(jìn)行維修操作和在實(shí)裝上完全一致，系統(tǒng)必須按照實(shí)裝的布局進(jìn)行設(shè)置。考慮到教學(xué)過程中不同類型的實(shí)驗(yàn)需求，在平臺(tái)上應(yīng)該能實(shí)現(xiàn)從最簡(jiǎn)單的零部件分離及信號(hào)測(cè)量到全系統(tǒng)的故障排查等各種層次的實(shí)驗(yàn)，這樣才能全面鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力，還可結(jié)合部隊(duì)發(fā)展和任務(wù)需求開設(shè)演練課程、想定課程和模擬訓(xùn)練課程。隨著任職教育的進(jìn)一步細(xì)化，訂單式的培養(yǎng)也要求學(xué)生在實(shí)踐過程中不斷提高針對(duì)性。不同班次、不同層次的學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的要求也存在差異，在平臺(tái)設(shè)計(jì)過程中還需要充分考慮后期的擴(kuò)展性。

（一）系統(tǒng)功能分析

艦炮模型用來模擬艦炮甲板以上的炮塔部分，炮塔在實(shí)際使用過程中可以在允許的范圍內(nèi)的任意位置可靠停止，而且可以在該位置進(jìn)行射擊，所以艦炮模型必須實(shí)現(xiàn)方向旋回、高低俯仰和射擊動(dòng)作，并能反饋相關(guān)的信號(hào)給隨動(dòng)控制系統(tǒng)和射擊控制系統(tǒng)。

艦炮控制系統(tǒng)的主要功能是接受艦炮指揮儀提供的射擊諸元，通過動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)艦炮完成目標(biāo)跟蹤、射擊等運(yùn)動(dòng)。傳統(tǒng)的艦炮控制系統(tǒng)射擊側(cè)重于隨動(dòng)系統(tǒng)，關(guān)注于艦炮運(yùn)動(dòng)的控制。在這里，我們將其分為隨動(dòng)控制系統(tǒng)和射擊控制系統(tǒng)兩部分。

隨動(dòng)控制系統(tǒng)用來控制炮管的水平和俯仰動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)來襲目標(biāo)的打擊。由于目標(biāo)的位置和出現(xiàn)時(shí)機(jī)具有不確定性，所以隨動(dòng)控制系統(tǒng)必須能夠準(zhǔn)確、快速、可靠地跟蹤目標(biāo)。射擊控制系統(tǒng)可以控制艦炮模型實(shí)現(xiàn)射擊動(dòng)作，同時(shí)還要滿足“禁射不禁瞄”的要求。

此外，當(dāng)各分系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，相關(guān)的系統(tǒng)會(huì)有不同的故障反應(yīng)，這點(diǎn)必須和實(shí)裝高度一致。不僅如此，由于艦炮是一個(gè)復(fù)雜的裝備，在操作過程中必須嚴(yán)格按照程序進(jìn)行操作，在一體化實(shí)踐平臺(tái)中這點(diǎn)也必須體現(xiàn)。

（二）一體化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)

1.由于包含艦炮模型、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和射擊控制系統(tǒng)，設(shè)備眾多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在硬件設(shè)計(jì)中需要考慮諸多方面，在設(shè)計(jì)之初需要首先確定艦炮模型與其他部分之間的相對(duì)位置及相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系。

2.在元器件、線路連接及構(gòu)造原理等方面和實(shí)裝一致，確保操作邏輯、各電氣信號(hào)指示與實(shí)裝一致，可完全按照實(shí)裝的工作原理進(jìn)行邏輯推理，保證操作步驟、方法及評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)裝上完全一致。

3.考慮實(shí)際運(yùn)行的安全性，如漏電保護(hù)、快速保險(xiǎn)管及艦炮模型360°旋轉(zhuǎn)無限制等，可以模擬各種故障，并且可以重復(fù)操作且不必?fù)?dān)心裝備的損壞，為學(xué)生提供維修過程中實(shí)裝上所應(yīng)用的各種信息環(huán)境，通過線路原理逐步排查出故障可有效提高學(xué)生的實(shí)際維修技能，真正做到遇到實(shí)裝問題時(shí)敢上手排查故障。

4.環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)。

（三）一體化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

為保證一體化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)具有易操作性，且便于學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，在軟件設(shè)計(jì)過程中需要做到以下幾個(gè)方面。

1.系統(tǒng)人機(jī)交互界面應(yīng)與實(shí)裝高度一致，基本功能完全一致。

2.具備訓(xùn)練考核的管理功能。

3.具備小口徑艦炮知識(shí)學(xué)習(xí)功能的交互式維修技術(shù)教學(xué)系統(tǒng)。

4.軟件環(huán)境與PC兼容，支持Windows系統(tǒng)。

5.軟件設(shè)計(jì)分成兩部分：下位機(jī)采用嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)艦炮模型的實(shí)時(shí)控制，上位機(jī)選用通用的PC計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)艦炮人機(jī)交互的顯示界面和操控信息，通過相應(yīng)的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)的控制。

6.構(gòu)建小口徑艦炮構(gòu)造原理交互式多媒體教學(xué)系統(tǒng)，提供小口徑艦炮機(jī)械、電氣原理教學(xué)平臺(tái)，給出艦炮操作、維護(hù)保養(yǎng)指導(dǎo)，并提供相關(guān)的圖紙資料。

（四）一體化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析

一體化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)面臨的最大問題是接口眾多、系統(tǒng)復(fù)雜，必須結(jié)合實(shí)裝把系統(tǒng)原理進(jìn)行逐點(diǎn)研究，然后繪制接線圖，對(duì)平臺(tái)的操作實(shí)驗(yàn)進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，確定其信號(hào)流程，而且必須確保設(shè)備具有高的可靠性和安全性。

此外，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)層面要滿足諸多要求。

1.盡可能地貼近實(shí)裝。

2.減少與實(shí)裝排查故障時(shí)的差異性。

3.狀態(tài)響應(yīng)和實(shí)裝一致。

4.邏輯關(guān)系和實(shí)裝一致。

5.設(shè)計(jì)布局和實(shí)裝一致。

6.故障現(xiàn)象和實(shí)裝一致。

7.故障可任意設(shè)置，涵蓋裝備所有故障。

四、一體化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)

一體化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)不僅同時(shí)考慮了小口徑艦炮機(jī)械部分和電氣部分之間的關(guān)系，而且給了學(xué)生一個(gè)艦炮整體的概念，克服了利用實(shí)裝開展實(shí)踐教學(xué)中的不足，突出任職崗位需求。該平臺(tái)可使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到實(shí)踐教學(xué)的效果，使學(xué)生體會(huì)到創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的樂趣，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性與自覺性，為培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力與實(shí)踐能力奠定了基礎(chǔ)。另外，理論教學(xué)+實(shí)驗(yàn)教學(xué)+實(shí)踐教學(xué)的模式可以擺脫傳統(tǒng)理論教學(xué)模式單一、授課效果差的缺點(diǎn)，通過一體化實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，學(xué)員可以在實(shí)踐中打開一個(gè)面向全局的窗口，拓展其發(fā)展視野，該平臺(tái)是完善創(chuàng)新教育與工程能力培養(yǎng)的新途徑。

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