小口徑艦炮構造原理一體化實踐教學平臺方案設計初探

劉慧敏 韓峻 譚波

摘要：針對結合裝備的實踐教學存在的缺點，提出構建小口徑艦炮構造原理一體化實踐教學平臺。在詳細分析當前任職培訓需求的前提下，給出了一體化實踐教學平臺的硬件設計和軟件設計的總體思路，并分析了該平臺設計過程中的難點，最后指出平臺是完善創(chuàng)新教育與工程能力培養(yǎng)的新途徑。

關鍵詞：小口徑艦炮;構造原理;實踐教學;教學平臺

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

一、引言

“小口徑艦炮構造原理”作為一門應用型的課程，在有限的學時內教會學生掌握一個融合機械、控制、電氣等多個學科的艦炮的原理、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導致學生難以接受，從而使得授課效果打折。在軍隊院校由學歷教育向崗位任職教育轉型的深入發(fā)展過程中，實踐教學在培養(yǎng)學員崗位任職能力上顯得尤為重要，但是和裝備相結合的實踐課程在開展故障排查類實驗項目上存在的主要問題是故障設置不易且易擴大，增加故障時需要付出很大的硬件成本，導致訓練成本高。另外，由于小口徑艦炮實裝系統(tǒng)龐大復雜，學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，但分析故障和實際排除故障有較大的差距：前者重視理論，后者強調實踐。任職培訓的課程對學生的動手能力要求較高，這就決定了這門課必須輔以較多的實踐課，幫助學生理解工作原理并且具備排除故障的能力。為了避免在實際裝備上開展實踐課存在的諸多不便，有必要設計小口徑艦炮構造原理一體化實踐教學平臺（以下簡稱一體化實踐教學平臺）。

二、一體化實踐教學平臺需求分析

任職教育在內容構建上必須突出培養(yǎng)學生的任職能力：學生不僅要掌握工程理論知識，更重要的是能夠學以致用，用工程理論知識解決工程實際問題。為了把新理論、新技術融入教學，必須要有與之相適應的教學體系和實踐場地。實踐性教學的目標指向也決定著軍事人才培養(yǎng)內容體系的針對性和適用性。

為了貼近部隊實際，滿足任職培訓要求，一體化實踐教學平臺必須貼近實際裝備：首先要保證操作流程和工作原理的高度一致。這樣學生在一體化實踐教學平臺上進行訓練就相當于在實際裝備上進行訓練，從而更貼近任職培訓需求。其次，由于學生具有層次性，授課具有階段性，一體化實踐教學平臺還需要能夠滿足不同層次、不同階段的教學需求。第三，一體化實踐教學平臺必須實現故障任意設計且可再現，有利于全方面鍛煉操作者的能力。

為了滿足上述要求，必須在設計過程中做到：（1）一體化實踐教學平臺上的人機接口與實裝的一致性，以確保學生在一體化實踐教學平臺上的操作體驗和實裝一致;（2）平臺內部信息流的測量點和實裝信息測量值的一致性，以滿足教學層次的需求;（3）平臺中分立元件的設計要便于拆裝或進行故障設置，以保證故障可任意設置且重現。

三、一體化實踐教學平臺方案設計

要全方位提升學生的實踐能力，虛擬的維修訓練是無法滿足要求的，但是在實裝上進行訓練又有諸多限制，在這種情況下，只能采用半實物的模擬維修訓練系統(tǒng)。采用半實物仿真的一體化實踐平臺不僅貼近實戰(zhàn)，更貼合任職崗位需求?；诖丝紤]，一體化實踐教學平臺采用半實物仿真模式。

在對某型小口徑艦炮進行全方位、深入解讀的基礎上，對其工作原理、流程等進行全面分析，確定對應的一體化實踐教學平臺組成框圖（如圖1所示）。

根據圖1，首先確定各分系統(tǒng)的技術指標和具體的技術實施方案，其次明確各分系統(tǒng)之間的接口關系，最后進行全系統(tǒng)的調試。

為了做到系統(tǒng)主體電路與實裝保持一致，系統(tǒng)運行時系統(tǒng)中各電路節(jié)點狀態(tài)量與實裝完全一致，確保學生在一體化實踐教學平臺上進行維修操作和在實裝上完全一致，系統(tǒng)必須按照實裝的布局進行設置?？紤]到教學過程中不同類型的實驗需求，在平臺上應該能實現從最簡單的零部件分離及信號測量到全系統(tǒng)的故障排查等各種層次的實驗，這樣才能全面鍛煉學生的實踐能力，還可結合部隊發(fā)展和任務需求開設演練課程、想定課程和模擬訓練課程。隨著任職教育的進一步細化，訂單式的培養(yǎng)也要求學生在實踐過程中不斷提高針對性。不同班次、不同層次的學生對實驗的要求也存在差異，在平臺設計過程中還需要充分考慮后期的擴展性。

（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，炮塔在實際使用過程中可以在允許的范圍內的任意位置可靠停止，而且可以在該位置進行射擊，所以艦炮模型必須實現方向旋回、高低俯仰和射擊動作，并能反饋相關的信號給隨動控制系統(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，通過動力裝置驅動艦炮完成目標跟蹤、射擊等運動。傳統(tǒng)的艦炮控制系統(tǒng)射擊側重于隨動系統(tǒng)，關注于艦炮運動的控制。在這里，我們將其分為隨動控制系統(tǒng)和射擊控制系統(tǒng)兩部分。

隨動控制系統(tǒng)用來控制炮管的水平和俯仰動作，實現對來襲目標的打擊。由于目標的位置和出現時機具有不確定性，所以隨動控制系統(tǒng)必須能夠準確、快速、可靠地跟蹤目標。射擊控制系統(tǒng)可以控制艦炮模型實現射擊動作，同時還要滿足“禁射不禁瞄”的要求。

此外，當各分系統(tǒng)出現故障時，相關的系統(tǒng)會有不同的故障反應，這點必須和實裝高度一致。不僅如此，由于艦炮是一個復雜的裝備，在操作過程中必須嚴格按照程序進行操作，在一體化實踐平臺中這點也必須體現。

（二）一體化實踐教學平臺硬件設計

1.由于包含艦炮模型、隨動控制系統(tǒng)和射擊控制系統(tǒng)，設備眾多且結構復雜，在硬件設計中需要考慮諸多方面，在設計之初需要首先確定艦炮模型與其他部分之間的相對位置及相互運動關系。

2.在元器件、線路連接及構造原理等方面和實裝一致，確保操作邏輯、各電氣信號指示與實裝一致，可完全按照實裝的工作原理進行邏輯推理，保證操作步驟、方法及評判標準與實裝上完全一致。

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

4.環(huán)境適應性設計。

（三）一體化實踐教學平臺軟件設計

為保證一體化實踐教學平臺具有易操作性，且便于學生進行自主學習，在軟件設計過程中需要做到以下幾個方面。

1.系統(tǒng)人機交互界面應與實裝高度一致，基本功能完全一致。

2.具備訓練考核的管理功能。

3.具備小口徑艦炮知識學習功能的交互式維修技術教學系統(tǒng)。

4.軟件環(huán)境與PC兼容，支持Windows系統(tǒng)。

5.軟件設計分成兩部分：下位機采用嵌入式計算機系統(tǒng)，實現對艦炮模型的實時控制，上位機選用通用的PC計算機，實現艦炮人機交互的顯示界面和操控信息，通過相應的通信協議，實現對下位機的控制。

6.構建小口徑艦炮構造原理交互式多媒體教學系統(tǒng)，提供小口徑艦炮機械、電氣原理教學平臺，給出艦炮操作、維護保養(yǎng)指導，并提供相關的圖紙資料。

（四）一體化實踐教學平臺設計難點分析

一體化實踐教學平臺面臨的最大問題是接口眾多、系統(tǒng)復雜，必須結合實裝把系統(tǒng)原理進行逐點研究，然后繪制接線圖，對平臺的操作實驗進行反復試驗，確定其信號流程，而且必須確保設備具有高的可靠性和安全性。

此外，在系統(tǒng)設計層面要滿足諸多要求。

1.盡可能地貼近實裝。

2.減少與實裝排查故障時的差異性。

3.狀態(tài)響應和實裝一致。

4.邏輯關系和實裝一致。

5.設計布局和實裝一致。

6.故障現象和實裝一致。

7.故障可任意設置，涵蓋裝備所有故障。

四、一體化實踐教學平臺的優(yōu)勢

一體化實踐教學平臺不僅同時考慮了小口徑艦炮機械部分和電氣部分之間的關系，而且給了學生一個艦炮整體的概念，克服了利用實裝開展實踐教學中的不足，突出任職崗位需求。該平臺可使學生充分認識到實踐教學的效果，使學生體會到創(chuàng)造性學習的樂趣，激發(fā)了學生學習的自主性與自覺性，為培養(yǎng)學生的綜合創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力與實踐能力奠定了基礎。另外，理論教學+實驗教學+實踐教學的模式可以擺脫傳統(tǒng)理論教學模式單一、授課效果差的缺點，通過一體化實踐教學平臺，學員可以在實踐中打開一個面向全局的窗口，拓展其發(fā)展視野，該平臺是完善創(chuàng)新教育與工程能力培養(yǎng)的新途徑。

參考文獻：

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