基于NGRAIN的虛擬訓練系統(tǒng)在裝備教學訓練中的應用研究

摘 要： 本文針對當前裝備教學訓練中存在的突出矛盾，研究了基于NGRAIN開發(fā)的裝備虛擬仿真訓練系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)的三維交互式學習和虛擬訓練的特點，介紹了虛擬仿真訓練系統(tǒng)的在裝備教學中的應用，說明了虛擬仿真訓練系統(tǒng)能在很大程度上增強裝備教學效果和訓練的費效比。

關鍵詞： NGRAIN 虛擬訓練 裝備教學

1.引言

為了使新機機務人員盡快掌握各型高技術武器的保障方法，使三代飛機盡快形成戰(zhàn)斗力，必須對機務人員進行大量的訓練。如果對機務人員進行實裝訓練，首先機載電子設備和各型武器裝備的通電壽命有限，其次機載設備拆裝維護不可避免地加速了裝備的磨損，最后由于多數(shù)機載設備的限制，難以完成多人同時帶教。因此用實裝訓練不僅訓練效率較低，而且會大大增加訓練成本。真實裝備很難滿足地勤人員訓練的要求，我們研制出基于NGRAIN的虛擬訓練系統(tǒng)。該虛擬訓練系統(tǒng)可為地勤人員提供逼真的訓練手段，完成軍械定檢和日常維護等科目的訓練和考核評估?，F(xiàn)在我們對該系統(tǒng)在裝備教學訓練中應用進行探討。

2.裝備教學訓練存在的問題

近年來，由于裝備更新加快，人員數(shù)量和流動性大大增加，迫切需要開展在職培訓，以提高裝備維護保障能力。但以實裝訓練為手段的訓練模式，存在“展不開、訓不了、層次低”的問題，缺乏系統(tǒng)的培訓手段，普遍反映的問題表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）維護訓練的保障和組織困難。

利用實裝進行培訓受多種條件的制約，在開展訓練科目的時間和種類都不能得到保證。例如座椅200小時和600小時定檢是較為復雜的維護科目，部隊不可能抽調座椅實裝對維護人員進行該科目的訓練，而受訓人員也難以在一、兩次機會中就掌握這種復雜科目的操作技巧。這就造成部隊能完成復雜維護任務的骨干人員少的現(xiàn)象，另外只具備初級維護能力的人員卻苦苦等待受訓機會。因此，利用實裝培訓大大延長了培訓周期，制約了人員成長的速度，限制了機務人員維護保障能力的提高。

（2）對實裝損傷大，難以保持裝備性能。

利用實裝進行機載設備拆裝不可避免地加速了裝備的磨損，尤其是電纜插頭、緊固件、動力系統(tǒng)等。如利用實裝對人員進行座椅分解清洗任務的培訓，就會加速裝備磨損，降低壽命。同時，部分受訓人員由于技能生疏造成的錯誤操作也會損傷實裝，這樣反復拆裝將難以保證座椅性能的穩(wěn)定和可靠。如果這些培訓造成的實裝損傷沒有及時發(fā)現(xiàn)，就會危及飛行員的生命安全。

（3）訓練效率較低，訓練成本高。

基層部隊的訓練模式多采用骨干手把手帶教的方式進行，但部隊技術骨干的數(shù)量有限，其主要任務是保障正常的飛行訓練，有限的精力難以同時兼顧一線保障和人員帶教兩種任務。此外，由于這種訓練模式嚴重依賴經驗性，對維修訓練標準掌握的存在主觀因素，訓練效果也很難保證。在利用實裝訓練時，往往還需要消耗燃油、滑油和氮氣等損耗品，增加了訓練成本。

上述因素嚴重影響了平時的訓練保障及戰(zhàn)斗力的進一步提升，部隊迫切需要一種安全、高效、成本較低的訓練模式。

3.虛擬訓練的優(yōu)點

近年來，我院通過不斷實踐，摸索出一條“虛擬+模擬+實裝”的訓練模式。與利用實裝訓練的方式相比，虛擬訓練具有以下特點。

（1）組織協(xié)調方便，針對性強。

虛擬訓練系統(tǒng)只需要計算機和教室即可開展培訓，不受天氣影響，不需要協(xié)調各種實裝，即使部隊正在進行本場訓練、野外駐訓和演習，依然可以利用虛擬訓練系統(tǒng)針對不同機型的維護人員開展各種科目的訓練，還可針對部隊在特定時間發(fā)生的問題開展有針對性的訓練。

（2）培訓效率高，縮短了人員的成長周期。

虛擬訓練系統(tǒng)可通過動畫、聲音和字幕對維護流程、維護標準進行演示和介紹，不需要技術骨干對受訓人員進行口口相傳，可利用多媒體教室的計算機同時對多人進行培訓。同時，虛擬訓練系統(tǒng)可完成所有機載設備拆裝和檢測設備使用的虛擬訓練，不需要實裝的保障，受訓人員可在虛擬訓練系統(tǒng)中反復練習，熟練掌握維護流程和標準后，只需要在實裝上進行一、兩次操作即可獨立完成任務。虛擬訓練系統(tǒng)可大大提高培訓效率，有效縮短維護人員的成長周期。

（3）培訓效果好。

虛擬訓練系統(tǒng)具備實裝所不具備的任意移動、高亮、縮放、透視、解剖和自動組裝等獨特功能，有利于受訓人員更深入、更透徹地理解維護操作規(guī)程，且虛擬訓練系統(tǒng)對受訓人員按照統(tǒng)一標準進行評判，客觀公正。同時，虛擬訓練系統(tǒng)尤其符合35歲以下維護人員喜愛計算機的特點，比完全使用實裝訓練的培訓效果好。

（4）安全性高，訓練成本低。

由于不使用實裝，即使操作錯誤，也不會損傷實裝，更不會使受訓人員受到人身傷害。虛擬訓練系統(tǒng)本質上是一種計算機軟件，其安裝數(shù)量沒有限制，尤其適合大量人員的反復培訓，訓練成本很低。同時，虛擬訓練系統(tǒng)的移植性好，可在臺式、計算機和平板計算機上使用，可嵌入到IETM（交互式電子手冊），用于外場維修。

因此，虛擬訓練系統(tǒng)對縮短機務保障人才培養(yǎng)周期，降低訓練風險和成本有著重要的經濟和軍事意義。

4.某型座椅虛擬訓練系統(tǒng)的應用

某虛擬訓練系統(tǒng)以三維模型為基礎，基于NGRAIN二次開發(fā)制作而成。采用NGRAIN制作的集動畫、練習、測試于一體的虛擬仿真訓練系統(tǒng)在對地勤人員訓練上就體現(xiàn)出了其強大的優(yōu)勢。裝備認知和實踐訓練歷來是裝備教學的兩大重點，我們可以將裝備教學過程分為熟悉和掌握維修知識和技能、實踐練習和維修能力確認，即可以用學習—練習—考核來簡單描述裝備教學過程。據(jù)此，某型座椅虛擬訓練系統(tǒng)設置了這三大模塊：原理簡述、構造學習、部件拆裝，原理簡述和構造學習屬于認知模塊，部件拆裝屬于實踐訓練模塊，即理論學習—講解演示—引導式訓練—自主訓練—考核。訓練模式如圖所示：

某型座椅虛擬訓練系統(tǒng)可以滿足不同教學對象的需要，具有很強的人機交互性；可以對座椅零部件進行任意分離，并對分離的部件進行任意角度的旋轉，方便學員對部件進行不同角度觀察認知；選擇透視功能，可以看到零部件的內部構造，更方便學員對裝備的認知學習；通過裝配功能，可以把這些拆下的部件一一復位，讓學員更容易明白它們之間的裝配關系。某型座椅虛擬訓練系統(tǒng)結合裝備日常維護訓練，提供15個常拆裝部件演示、練習和測試。該系統(tǒng)真正實現(xiàn)了三維交互式學習和虛擬訓練，學員根據(jù)維護任務可以進行拆裝學習。自主學習后，學員可以進行虛擬拆裝訓練。

下面以某型座椅200小時定檢時穩(wěn)定傘射傘槍的拆卸為例介紹。經過對裝備從不熟悉到了解掌握的認知學習后，學員觀看穩(wěn)定傘射傘槍的拆裝演示，大致了解后，學員可以進行虛擬拆裝訓練，在系統(tǒng)引導下進行拆裝練習。如圖2所示，右邊欄為拆卸步驟提示，如果操作正確，系統(tǒng)會給出提示：操作正確，下一步！如果操作錯誤，系統(tǒng)會給出提示：操作錯誤，請重試！如果再次操作錯誤，系統(tǒng)給出提示：操作錯誤，請重試！然后自動演示正確的操作，以供學員自主學習，真正實現(xiàn)了人與三維設備實時交互操作。練習結束后，系統(tǒng)對學員的操作過程進行分析，給出一個綜合評定。如圖3所示，系統(tǒng)給出的反饋信息顯示出操作錯誤的位置的錯誤次數(shù)，完成本次操作所花費的時間，根據(jù)以上打出的綜合分數(shù)。

根據(jù)空軍部隊的經驗表明，院校畢業(yè)的干部要獨立完成彈射救生座椅吊裝、換彈和定檢等全部維護任務，通常需要12～16個月的帶教周期。某師某團在使用我院研制的《某型彈射救生座椅虛擬訓練系統(tǒng)》后，帶教周期縮短為4～5個月?？梢姡摂M訓練系統(tǒng)可大大提高培訓效率，有效縮短維護人員的成長周期。

5. NGRAIN軟件制作的虛擬拆裝訓練任務存在的缺點

（1）拆下零件在putsbin中隨意擺放，無法排序。

所有稍微懂裝備的人都明白，在武器裝備拆裝訓練時，學員拆下的裝備部件擺放必須整齊，并且按照一定的順序，只有整齊而有序地擺放，才能保證準確而迅速地裝好設備。而戰(zhàn)時拆裝裝備維護，時間就是生命，時間就是勝利，搶的就是時間。而本軟件雖然可以進行拆裝模擬仿真訓練，但是僅僅限于拆裝順序和方法，還不夠全面。

（2）創(chuàng)建任務中添加簡答問題時，其答案太死板，必須吻合100%才算正確。

中文一個正確答案可以有很多種文字表達方式，即使知道正確答案，一般情況下也無法回答出100%文字吻合率的答案。在練習時只能添加多項或單項選擇題，同樣不全面，過于單調。

（3）需要用其他方式首先建立完整的模型并記錄全部路徑。

6.結語

基于NGRAIN的虛擬訓練系統(tǒng)為院校、部隊、訓練基地提供了可靠、逼真的彈射救生系統(tǒng)訓練手段，解決了利用實裝訓練協(xié)調組織困難、訓練風險大和評估不嚴謹?shù)膯栴}，具有訓練成本低、無風險、訓練成績客觀公正的優(yōu)點，可有效提高地勤人員的維護技能，降低違規(guī)操作的概率，大大縮短地勤人員的成長周期，具有良好的推廣應用前景和軍事效益。

參考文獻：

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