裝備半實(shí)物維修訓(xùn)練考評(píng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

李向榮，岳彩巖，王國(guó)輝，喬小蒙

(裝甲兵工程學(xué)院 兵器工程系，北京 100072)

適應(yīng)現(xiàn)代化、信息化軍隊(duì)建設(shè)的發(fā)展需求，武器裝備技術(shù)越來越先進(jìn)、性能越來越優(yōu)良，這也帶來了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修保障困難的現(xiàn)實(shí)難題。因此，部隊(duì)日常的裝備維修訓(xùn)練越來越重要，但由于以實(shí)裝維修訓(xùn)練和考評(píng)為主的訓(xùn)練方式與手段難以保證訓(xùn)練效果，不能滿足訓(xùn)練的需求，隨著通信技術(shù)、總線控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等各種高新技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)合理、接近實(shí)裝維修訓(xùn)練效果的半實(shí)物維修訓(xùn)練平臺(tái)開發(fā)日益受到關(guān)注［1-3］。維修訓(xùn)練效果如何，受訓(xùn)人員是否真正掌握了基礎(chǔ)理論知識(shí)和維修技能，需要通過考核進(jìn)行評(píng)定，所以半實(shí)物維修訓(xùn)練平臺(tái)的重要組成部分就是維修訓(xùn)練考評(píng)系統(tǒng)，用于對(duì)受訓(xùn)人員經(jīng)過一段時(shí)間的維修訓(xùn)練后，進(jìn)行訓(xùn)練效果的考評(píng)，以考核學(xué)生分析和動(dòng)手能力為主，兼顧基礎(chǔ)理論測(cè)試［4］。

1 半實(shí)物維修訓(xùn)練平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

武器裝備半實(shí)物維修訓(xùn)練平臺(tái)，能夠完成控制顯示、故障設(shè)置、檢測(cè)維修、訓(xùn)練考評(píng)等功能，用于訓(xùn)練和考核，其組成框圖如圖1 所示。主控臺(tái)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，集控制、采集分析和顯示為一體，發(fā)送控制信號(hào)給各分系統(tǒng);專家系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫是用于故障推理與決策，在性能測(cè)試的基礎(chǔ)上得出故障診斷結(jié)論;半實(shí)物模擬器是經(jīng)過改造后、可以進(jìn)行故障設(shè)置的裝備系統(tǒng);虛擬維修系統(tǒng)是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)的可提供逼真環(huán)境，用于理論學(xué)習(xí)、拆裝與分解結(jié)合操作訓(xùn)練的桌面式虛擬維修維修訓(xùn)練系統(tǒng)［5-7］;受訓(xùn)人員的練習(xí)和考核通過手持式考核終端來完成。各分模塊之間的結(jié)合依靠總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)相互之間的通信和信息傳遞。

訓(xùn)練效果考評(píng)系統(tǒng)包括手持式考核終端與考評(píng)應(yīng)用系統(tǒng)，考題通過主控臺(tái)服務(wù)器下發(fā)給手持式PDA，通過考評(píng)應(yīng)用系統(tǒng)完成對(duì)維修訓(xùn)練受訓(xùn)人員的考試與評(píng)價(jià)［8］。

圖1 裝備半實(shí)物維修訓(xùn)練系統(tǒng)組成框圖

2 考評(píng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

2.1 考評(píng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

考評(píng)系統(tǒng)也需要半實(shí)物環(huán)境作為支撐，需要與主控臺(tái)進(jìn)行通信，設(shè)計(jì)成包括用戶管理模塊、測(cè)試管理模塊、測(cè)試運(yùn)行模塊及事后處理模塊等4 個(gè)模塊。

1)用戶管理模塊。完成對(duì)進(jìn)入系統(tǒng)的操作員進(jìn)行身份檢查，并提供編輯和管理用戶的功能。

2)測(cè)試管理模塊。完成測(cè)試系統(tǒng)所有硬件模塊的組態(tài)，使硬件模塊與驅(qū)動(dòng)軟件相互匹配;完成對(duì)總線接口及各種原位檢測(cè)數(shù)據(jù)接口通道的參數(shù)配置;負(fù)責(zé)各邏輯通道與顯示控件匹配，使控件顯示相應(yīng)的邏輯通道數(shù)據(jù)。

3)測(cè)試運(yùn)行模塊。系統(tǒng)調(diào)用硬件自檢程序，檢測(cè)系統(tǒng)當(dāng)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(rèn)配置信息;完成對(duì)考核終端考評(píng)數(shù)據(jù)下載，及原位檢測(cè)數(shù)據(jù)的獲取;負(fù)責(zé)人機(jī)接口與主控服務(wù)器，以及服務(wù)器與各硬件模塊之間的通信(CAN 總線)以及通過無線網(wǎng)絡(luò)與嵌入式考核終端建立連接;負(fù)責(zé)按照系統(tǒng)的測(cè)試控制流程進(jìn)行測(cè)試，防止意外情況發(fā)生;負(fù)責(zé)記錄測(cè)試過程中的所有操作，按照“操作時(shí)間+操作方式”的格式進(jìn)行存儲(chǔ)，以備用戶事后查看。

4)事后處理模塊。將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，提取故障特征，不斷調(diào)用專家知識(shí)庫中的知識(shí)，判斷有無故障發(fā)生;在測(cè)試結(jié)束后，對(duì)存儲(chǔ)的CAN 總線數(shù)據(jù)、及原位檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示;在試驗(yàn)結(jié)束后，將存儲(chǔ)的各測(cè)試數(shù)據(jù)和考評(píng)數(shù)據(jù)，以及故障檢測(cè)和故障設(shè)置的數(shù)據(jù)生成報(bào)表及打印報(bào)表。

考慮到實(shí)用性，考評(píng)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)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(dòng)成績(jī)計(jì)算功能、考試結(jié)果管理功能、故障設(shè)置和排除功能以及常見問題統(tǒng)計(jì)分析功能等，其詳細(xì)的考評(píng)流程如圖2 所示。

圖2 考評(píng)流程

2.2 手持式考核終端設(shè)計(jì)與開發(fā)

當(dāng)主控臺(tái)組織一次考核時(shí)，會(huì)將考核的試題通過無線網(wǎng)絡(luò)以WEB 頁的形式下發(fā)給參考受訓(xùn)人員，手持式PDA 判斷參考受訓(xùn)人員選做試題和答題情況，將相應(yīng)的信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳回主控臺(tái)，主控臺(tái)根據(jù)選題和答題情況，發(fā)送相應(yīng)的通訊碼來設(shè)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(tái)來完成，但對(duì)于用戶而言主控平臺(tái)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(tái)的通訊信息之后，將信息顯示在屏幕上，當(dāng)受訓(xùn)人員開始按照屏幕的信息進(jìn)行答題或操作時(shí)，PDA 會(huì)將受訓(xùn)人員的操作信息返回給主控平臺(tái)，主控平臺(tái)根據(jù)PDA 的返回信息，經(jīng)過解碼和數(shù)據(jù)庫相關(guān)信息的調(diào)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(jù)下放信息，譯碼查表，進(jìn)行相應(yīng)的操作，或故障設(shè)置，或單步執(zhí)行等。當(dāng)受訓(xùn)人員按下提交，或規(guī)定時(shí)間結(jié)束，用PDA 上報(bào)結(jié)果，由主控平臺(tái)對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，并命令程控盒恢復(fù)正常，最后將本次的考核情況存儲(chǔ)并顯示，同時(shí)在PDA 上也會(huì)用相應(yīng)結(jié)論的顯示。培訓(xùn)教員可以通過主控平臺(tái)上的應(yīng)用軟件對(duì)考核進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，有助于更有針對(duì)性地輔導(dǎo)。

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(nèi)置網(wǎng)絡(luò)，藍(lán)牙接口，內(nèi)置低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘，帶后備鋰電池。手持PDA 內(nèi)部由嵌入式系統(tǒng)組成，軟件主要包括手持PDA 軟件、信號(hào)調(diào)理中繼內(nèi)部控制采集通訊軟件兩大部分。手持PDA 軟件內(nèi)部包含嵌入式操作系統(tǒng)(Windows CE 5.2.1620)和嵌入式應(yīng)用軟件，支持快速啟動(dòng)，具有文件永久存儲(chǔ)和注冊(cè)表的在線修改，具有斷電保存功能。

2.3 考評(píng)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)

開發(fā)考評(píng)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行考評(píng)與考評(píng)查詢，包括受訓(xùn)人員考評(píng)模塊與受訓(xùn)人員答題模塊。

1)受訓(xùn)人員考評(píng)模塊?？荚u(píng)中可以進(jìn)行考評(píng)數(shù)據(jù)維護(hù)、新建考評(píng)、開始考評(píng)、查看考評(píng)結(jié)果、維護(hù)考評(píng)數(shù)據(jù);考評(píng)查詢中可以查詢考評(píng)結(jié)果和考評(píng)詳細(xì)信息。

①考評(píng)數(shù)據(jù)維護(hù):用戶選擇左側(cè)菜單中“受訓(xùn)人員考評(píng)”下的“受訓(xùn)人員考評(píng)”菜單，單擊并打開考評(píng)維護(hù)界面。此界面包括查詢條件和查詢結(jié)果兩個(gè)部分，查詢條件分別為考試編號(hào)、考試時(shí)間、考試名稱等信息，訓(xùn)練人員在輸入條件后，可查詢已經(jīng)完成考評(píng)和正在考評(píng)中的題目。

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

③開始考評(píng):考評(píng)數(shù)據(jù)維護(hù)結(jié)束后，即可以開始進(jìn)行受訓(xùn)人員考評(píng)，系統(tǒng)在同一時(shí)間內(nèi)，只能存在一個(gè)正在進(jìn)行的綜合訓(xùn)練和受訓(xùn)人員考評(píng)，如果需要開始一個(gè)新的考評(píng)、需要關(guān)閉其他正在運(yùn)行中的綜合訓(xùn)練和受訓(xùn)人員考評(píng)。訓(xùn)練人員選擇“開始訓(xùn)練”按鈕，開始此次考評(píng)。此時(shí)受訓(xùn)人員可拿PDA 進(jìn)行答題。受訓(xùn)人員考評(píng)不涉及實(shí)車交互。

④查看考評(píng)結(jié)果:在受訓(xùn)人員考評(píng)中和受訓(xùn)人員考評(píng)結(jié)束后，訓(xùn)練人員可以使用查看訓(xùn)練結(jié)果的功能，查看每一次受訓(xùn)人員的考評(píng)結(jié)果。

⑤打分評(píng)定:由于考評(píng)需要訓(xùn)練人員進(jìn)行考試評(píng)定和打分，故系統(tǒng)提供訓(xùn)練人員評(píng)語和分?jǐn)?shù)錄入的功能，在查看結(jié)果時(shí)，訓(xùn)練人員可根據(jù)受訓(xùn)人員的每一個(gè)題目的答題情況，為受訓(xùn)人員進(jìn)行打分和評(píng)定。訓(xùn)練人員打分結(jié)束后，選擇“保存評(píng)語與分?jǐn)?shù)”按鈕，保存此次打分結(jié)果和評(píng)語。

⑥維護(hù)考評(píng)數(shù)據(jù):考評(píng)沒有開始之前，可以對(duì)考評(píng)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改和刪除操作。但是如果考評(píng)正在進(jìn)行中或者考評(píng)已經(jīng)結(jié)束，此時(shí)為了保存每一次的考評(píng)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)將禁止刪除。

2)受訓(xùn)人員答題模塊。受訓(xùn)人員在綜合訓(xùn)練和考評(píng)的進(jìn)行中，需要使用手持PDA 設(shè)備進(jìn)行答題。綜合訓(xùn)練答題過程中需要經(jīng)過登錄系統(tǒng)、獲取試題、選做題目、開始答題等4 個(gè)步驟;考評(píng)過程中需要經(jīng)過登錄系統(tǒng)、獲取試題和開始答題等3 個(gè)步驟。下面具體示例考評(píng)答題過程。

①登錄系統(tǒng):在PDA 設(shè)備正常打開后，受訓(xùn)人員選擇移動(dòng)設(shè)備主界面上的“新裝備武器訓(xùn)練系統(tǒng)”圖標(biāo)。

②獲取試題:點(diǎn)擊“新裝備武器訓(xùn)練系統(tǒng)”圖標(biāo)，打開獲取試題界面，點(diǎn)擊獲取試題按鈕。

③開始答題:受訓(xùn)人員開始答題后，按照題目設(shè)置的答題步驟，首先確定故障元件。選擇元件后，點(diǎn)擊“下步”按鈕，不論答案正確與否都將進(jìn)行下一個(gè)步驟的解答，答案是否打分和如何對(duì)學(xué)員進(jìn)行評(píng)定，需要主考訓(xùn)練人員在系統(tǒng)的查看結(jié)果中進(jìn)行完成。學(xué)員打完所有題目后，或者訓(xùn)練人員停止考評(píng)后，此次考評(píng)結(jié)束。

3 結(jié)束語

維修訓(xùn)練考評(píng)系統(tǒng)是武器裝備半實(shí)物維修訓(xùn)練平臺(tái)的重要組成部分，基于總線控制技術(shù)，與主控臺(tái)之間進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)受訓(xùn)人員訓(xùn)練效果的考試與評(píng)價(jià)。受訓(xùn)人員考評(píng)系統(tǒng)包括用戶管理模塊、測(cè)試管理模塊、測(cè)試運(yùn)行模塊及事后處理模塊。維修考評(píng)系統(tǒng)主要包括手持式考核終端與考評(píng)應(yīng)用系統(tǒng)，具有出題、題庫管理、智能生成試卷、手持終端考試、自動(dòng)成績(jī)計(jì)算、考試結(jié)果管理、故障設(shè)置和排除、常見問題統(tǒng)計(jì)分析等功能，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

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