船艇機電模擬訓練考核評估系統

張 錦，任長合，聶 偉

(鎮江船艇學院 船艇動力指揮系，江蘇 鎮江 212003)

?

● 基礎科學與技術 Basic Science & Technology

船艇機電模擬訓練考核評估系統

張 錦，任長合，聶 偉

(鎮江船艇學院 船艇動力指揮系，江蘇 鎮江 212003)

為解決部隊船艇機電模擬訓練系統考核難題，基于船艇機電模擬訓練考核評估系統功能需求分析，設計考核評估系統總體方案。依據設計原則，建立評估系統模型，確定各評估因素的計算方法，然后根據模糊層次分析法求得相應的權重，并運用專家系統理論建立考核評估知識規則庫。考核評估系統在艦船機電人員模擬訓練考核中取得較好的效果。

機電模擬訓練系統；船艇；考核評估

隨著部隊主力船型更新換代，船艇大型化和自動化程度不斷提高，整個機電系統變得更加復雜龐大，對船艇機電人員的操作管理水平和應變處理事故能力提出了更高要求[1]。模擬訓練系統是開展船艇機電專業技能訓練的重要途徑，能有效提高機電管理人員的訓練水平和效率，考核評估是其中的一個重要環節[2-3]。

1 考核評估系統總體設計方案

船艇機電模擬訓練考核評估系統應能對相應模擬操作項目進行考核評估，如船艇起動、備車操作、定速航行、應急操作、設備及系統故障分析與排除等。考核評估系統重點針對學員操作方法或故障排除方法進行考核評估，因此首先要建立靈活、實用的評分規則庫，采用合理的知識表示方法將系統操縱規則、故障排除等領域規則轉化為計算機能識別并進行推理的應用知識，即學員操作的評價依據。

考核評估系統能夠對學員的操作進行自動跟蹤，可自動記錄考試時間，實時獲取作業仿真系統的狀態和學員的操作動作，能對訓練過程進行回放并記錄船艇每一時刻的位置和訓練人員的操作內容，并根據學員的操作情況提供實時解釋機制和最后評定成績。其中解釋機制能使評價過程與評價標準透明，而評分系統不僅能給出考核成績，而且能夠給出操作過程中的問題和不足。考核評估系統還建有學員成績的數據庫管理系統，以便于對原始數據進行統計分析、計算，把訓練成績和常見錯誤形成統計資料庫，使其對以后的培訓工作起到參考和促進作用。根據上述分析，考核評估系統的結構原理如圖1所示。

圖1 考核評估系統的結構原理

考核評估系統與仿真計算機和機電控制臺通過TCP/IP協議連接在同一級以太網上，采用一個以交換機為中心的星形拓撲的網絡結構，保證數據高效實時傳遞；通過OPC程序與仿真軟件之間實現數據的通信，仿真軟件通過PLC控制器與機電控制臺上的硬件設備相連，PLC將控制臺上開關和按鈕的狀態實時地傳遞給監控軟件；仿真軟件將仿真運行數據傳遞給PLC，控制控制臺上指示燈和儀表的變化，并將數據的變化情況存入數據庫；考核評估系統利用標準的SQL函數對數據庫進行訪問及讀寫數據操作，并通過數據分析得出考核人員的操作過程，在此基礎上，利用評估算法給出考核人員的操作考核評估結果。

2 考核評估模型建立

根據評估因素確定的客觀性、可操作性、完整性、代表性原則[3-5]，建立艦船機電人員模擬訓練考核評估模型，考核成績分為操作評分、故障處理分、過程曲線評分和教員印象分[6-7]。

(1)操作評分。判斷考生操作某項操作是否正確，如果錯誤，判斷其錯誤的類型。對每類操作錯誤，都要有相應的扣分方法，在判斷結束后扣除考生相應的分數。操作評分的標準為

式中：i為故障類型，共有m類；wi為扣分的權重系數；ni為操作過程中第i類故障發生的次數；C(i)為第i類故障發生的邏輯條件；Xi為第i類故障發生時，依據操作可能造成的后果將其分為一般事故、中等事故、嚴重事故，每類事故賦予相應的權重系數。

(2)故障處理能力評分。根據處理故障需要的時間以及能否正確處理故障來評分，故障處理能力評分的標準為

(3)過程曲線評分。在培訓過程中考察參數變化趨勢與設計曲線的吻合程度，根據實際曲線和理想曲線的偏差程度來評價學員的操作分。過程曲線評分的標準為

(4)教員印象分。為克服自動評分系統的缺陷及一些無法自動評分的情況，使評分更充分、更完善，引入教員印象分。教員印象分是由考核教員根據考核和人員某一考核課目的操作情況所評的分數，采用百分制。

由于各評估因素的成績在整個過程或本次考核中該類成績重要性不同，采用模糊層次分析法(fuzzy analysis hierarchy process，FAHP)構造模糊判斷矩陣，對評估因素的判斷結果一般是模糊數或區間數。

為更好地體現主觀評估人員對于評估因素間重要關系的理解，與相關領域專家溝通，通過三角模糊數對評估因素進行FAHP標度。利用三角函數的中值較好地體現評估因素相互比較的最可能關系，將模糊判斷矩陣中的元素以三角模糊數來表示，構造三角模糊互補判斷矩陣A=(aij)m×m。其中：aij=(lij,mij,uij)，aji=(lji,mji,uji)，且lij+lji=mij+mji=uij+uji=1；uij≥mij≥lij；i,j∈N。從而建立評估目標的模糊綜合判斷矩陣。概率矩陣為

專家模糊評判矩陣S=(sij)m×m。其中：

在求解評估因素的權重時，首先檢驗調整判斷矩陣的一致性，如果不滿足，就進行一致性調整。達到一致性要求后，計算評估因素的權重為

3 基于專家系統理論的規則庫建立

考核評估系統是根據一系列的規則推理實現的。在模擬訓練中，這些運行操作規程是指導機電人員進行操作的重要準則，同時又是考核評估時的主要依據。評估規則制訂得好壞直接影響培訓對象的操作成績與培訓效果，可根據實際情況對其進行修改，修改后的內容需存入相應的庫文件中，下次再運行模擬訓練系統時，經修改后的評估規則生效。

對于機電模擬訓練系統評估專家系統知識，采用分類獲取并表示，從而建立評估專家系統知識規則庫。例如，船艇電站操作管理知識“啟動前備便操作絕緣檢查中，兆歐表表頭調零操作有誤，則記考核人員一般操作錯誤一次”表示為(R1(IF(啟動前備便操作)(絕緣檢查)(兆歐表調零有誤))THEN(一般操作錯誤))。評估規則知識表示時，前提條件和結論表示方法與知識規則庫中數據表示方法相同，這樣提高了評估推理匹配的效率，有利于簡化評估程序設計。在知識的表示過程中，可根據實際情況靈活確定知識表示的類型，以達到最好的知識表示效果。機電用模糊產生式表示為：IF〈操作發生〉THEN(閾值)〈可能產生的結果和處理方法〉(確信度)。

前提為考核人員進行了某項操作，它是否會造成相應的結果可能受操作的時間和設備運行性能的影響，用真值表示，在[0，1]內取值，其初始值根據專家經驗設置。閾值(λ)對于規則的應用給出一個最小值，當考核人員操作過程中的真值超過閾值時，該項規則就會應用于推理，結論為可能產生的結果和處理方法。

在考核評估中，可能會出現當一個規則的前提條件滿足時，其操作造成的影響并不一定會發生，因此引入確信度參量CF，以描述前提條件滿足時規則成立的可信程度。CF的初始值可結合該規則相關的操作使用經驗和專家知識進行設置，并可在系統培訓考核過程中進行不斷地修正優化。表1以船艇電機操作管理考核評估規則為例，說明考核知識表示與存儲結構。

4 考核評估系統開發

考核評估系統設計過程要兼顧系統運行速度及安全性問題，同時，設計的界面應大方美觀，有合理的控件布局，操作簡單方便。圖2為設計的考核評估系統交互界面，界面左側顯示的是船艇柴油機考核課目選擇與故障設置。每項訓練內容都有對應故障設置項，教練員可根據培訓教學的需要設置故障。操作界面右側包含考核過程中基本信息的顯示以及考試開始的控制按鈕。

表1 考核評估知識表示結構

圖2 考核評估系統交互界面

考核評估系統運行流程如圖3所示。從系統設置的考試評估項目開始后，評估系統開始運行，先由學員操作自動跟蹤子系統對系統運行過程中的數據進行采集和處理；訓練結束后，把學員操作數據庫和評分規則庫子系統各種數據輸入成績評估子系統，成績評估子系統對兩種數據進行比較，再進行數據處理，得出最后綜合評分。

圖3 考核評估系統運行流程

5 結 語

為解決部隊船艇機電模擬訓練系統訓練考核難題，本文首先建立評估模型，并采用模糊層次分析法構建評估指標權重，使用專家系統理論建立規則知識庫，最后運用C#在C/S框架下實現考核評估系統功能。該考核評估系統在艦船機電人員模擬訓練考核中取得較好的效果。

[1] 劉東亞， 戴志平，張勇．基于模糊評價的雷達站模擬訓練考核評估方法[J]．空軍預警學院學報，2014，28(3)：192-194．

[2] 李華楠，郝威，張世偉．基于BP神經網絡的通信訓練考核評估方法[J]．艦船電子工程，2015，35(6)：80-82．

[3] 聶偉，巫影，夏極．船舶動力系統模擬器自動評分系統的設計與實現[J]．船海工程，2010，39(4)：84-87．

[4] 奚剛，費全榮．加強基于能力的船舶維修保障人才訓練考核評估研究[J]．中國修船，2012，25(5)：7-10．

[5] 熊正祥，王立強，孫永侃，等．基于AHP的艦艇模擬訓練成績評估研究[J]．系統仿真學報，2008，20(12)：3130-3133．

[6] 潘洋．岸邊集裝箱起重機仿真訓練系統評分模型的建立和實現[D]．上海：上海海事大學，2005．

[7] 李登鳳．基于多Agent的電力培訓仿真智能評價指導系統[D]．北京：華北電力大學，2007．

(編輯：史海英)

Examination and Evaluation System of Watercraft Electromechanical Simulation Training

ZHANG Jin, REN Changhe, NIE Wei

(Department of Watercraft Power Command, Zhenjiang Watercraft College, Zhenjiang 212003, China)

To solve the difficult problem in examination of watercraft electromechanical simulation training, the paper designs an overall plan of examination and evaluation system according to its functional requirements. It establishes an evaluation system model based on design principle and determines the calculation method of each evaluation factor, and acquires corresponding weight with fuzzy analytic hierarchy process. It also builds examination and evaluation knowledge rule base. This examination and evaluation system has achieved good result for watercraft electromechanical personnel in simulation training examination.

electromechanical simulation training system; watercraft; examination and evaluation

2016-01-22；

2016-05-05．

軍隊科研項目(KD2015060033A12002).

張 錦(1985—)，男，碩士，講師．

10.16807/j.cnki.12-1372/e.2016.12.020

TP391.9

A

1674-2192(2016)12- 0085- 04