某型裝備電氣維修模擬訓(xùn)練系統(tǒng)研究

程杰

海軍士官學(xué)校兵器系 安徽 蚌埠 233012

引言

當(dāng)前，隨著某型裝備裝備逐步列裝，其操作、維護(hù)方式與以往有了很大差別，且職掌人員的崗位能力參差不齊、亟待提升。一是該型裝備實(shí)裝造價(jià)高昂，在培訓(xùn)職掌人員的過程中，禁止在實(shí)裝上設(shè)置故障，導(dǎo)致無法再現(xiàn)故障現(xiàn)象和維修過程，一定程度上制約了職掌人員綜合保障能力的提升；二是為了降低實(shí)裝磨損，保證其戰(zhàn)技指標(biāo)，在日常使用維護(hù)中也不宜進(jìn)行大量的實(shí)裝拆裝訓(xùn)練。而某型裝備電氣維修模擬訓(xùn)練系統(tǒng)能夠模擬電氣設(shè)備的工作狀態(tài)，具備設(shè)置故障、檢查調(diào)整、引導(dǎo)受訓(xùn)者分析排除故障的功能。該系統(tǒng)通過仿實(shí)裝的方式再現(xiàn)裝備電氣部分實(shí)際運(yùn)行情況，不僅可用于日常操作訓(xùn)練，更可對(duì)其故障排查邏輯推理能力和維修能力的訓(xùn)練提供方便快捷的手段。

1 系統(tǒng)組成及功能

某型裝備電氣維修模擬訓(xùn)練系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。其具體功能如下：能逼真模擬某型裝備的各模擬操作臺(tái)位的操作；能完成規(guī)定的各種操作、維修訓(xùn)練功能，整個(gè)系統(tǒng)具有較好的人機(jī)交互功能；能夠完成某型裝備電氣設(shè)備的理論教學(xué)功能；能夠完成某型裝備電氣設(shè)備的理論、實(shí)作（操作、維修）考核；能進(jìn)行某型裝備的故障發(fā)布、故障處置記錄與評(píng)估[1]。

2 軟件設(shè)計(jì)

軟件部分主要包括系統(tǒng)管理軟件、維修訓(xùn)練模塊、考核評(píng)估模塊、操作訓(xùn)練模塊、原理教學(xué)模塊，如圖1所示。

圖1 某型裝備電氣維修模擬訓(xùn)練系統(tǒng)軟件組成圖

2.1 系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理模塊用于管理用戶身份信息、使用信息、設(shè)置維修故障。信息包括用戶名、密碼、用戶類型、維修訓(xùn)練時(shí)間、維修訓(xùn)練內(nèi)容、操作訓(xùn)練時(shí)間、操作訓(xùn)練內(nèi)容、考核結(jié)果等信息?？梢詫?duì)信息進(jìn)行記錄、修改、刪除、統(tǒng)計(jì)、查詢等操作。該模塊由注冊(cè)登錄模塊、記錄模塊、統(tǒng)計(jì)查詢模塊、設(shè)置維修故障模塊四個(gè)子模塊組成。

2.2 維修訓(xùn)練模塊

維修訓(xùn)練模塊用于裝備的模擬維修訓(xùn)練，由模擬維修訓(xùn)練模塊和故障數(shù)據(jù)庫(kù)模塊組成。

模擬維修訓(xùn)練模塊利用接口技術(shù)，通過單片機(jī)控制各分機(jī)模擬電路板，根據(jù)設(shè)定的故障在電路板上產(chǎn)生相應(yīng)的故障現(xiàn)象，并且對(duì)維修結(jié)果進(jìn)行判斷。

故障數(shù)據(jù)庫(kù)模塊用于存儲(chǔ)故障發(fā)生的原因、部位、現(xiàn)象等信息。給模擬維修訓(xùn)練模塊提供故障信息。

2.3 考核評(píng)估模塊

考核評(píng)估模塊能夠?qū)δM操作、模擬維修、裝備原理進(jìn)行考核。能生成整個(gè)模擬操作的動(dòng)作序列，實(shí)現(xiàn)操作過程的監(jiān)控、誤操作的記錄和辨別。能對(duì)故障維修計(jì)時(shí)，對(duì)工具使用、裝備維修和技術(shù)保障的正確性進(jìn)行評(píng)估。利用試題庫(kù)對(duì)受訓(xùn)者進(jìn)行裝備理論知識(shí)考核，給出成績(jī)。

2.4 操作訓(xùn)練軟件

實(shí)現(xiàn)對(duì)裝備電氣設(shè)備模擬訓(xùn)練操作。

2.5 原理教學(xué)軟件

原理教學(xué)軟件主要用于武器裝備常見故障部分結(jié)構(gòu)和工作原理查詢。對(duì)各部分內(nèi)容的結(jié)構(gòu)和工作原理綜合采用動(dòng)畫、視頻、圖片、圖表和文字解說等手段。主要包括武器裝備結(jié)構(gòu)和原理的多媒體自學(xué)，常見故障分析等[2]。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 教控臺(tái)

教控臺(tái)用于發(fā)布訓(xùn)練科目；進(jìn)行理論學(xué)習(xí)；監(jiān)控系統(tǒng)訓(xùn)練過程；記錄訓(xùn)練和考核評(píng)估信息。

教控臺(tái)主要用來安裝主控電腦、電源電路和接口裝置等。用來設(shè)置故障，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、記錄、分配和轉(zhuǎn)換等，然后輸送到各模擬設(shè)備上，也能進(jìn)行各種人員信息數(shù)據(jù)管理、原理教學(xué)和訓(xùn)練考核。各臺(tái)位硬件部分外殼采用鋼板沖壓而成，與實(shí)裝外形、尺寸完全一致；硬件電路采用單片機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，模擬實(shí)裝的實(shí)際操作方法，同時(shí)可以模擬進(jìn)行電氣部分（各插件板）的故障設(shè)置和故障排除。

教控臺(tái)用來控制整個(gè)系統(tǒng)，進(jìn)行故障的設(shè)置以及各種數(shù)據(jù)的處理，并產(chǎn)生各種信號(hào)送往其他幾部分，接收各部分反饋的信息并進(jìn)行綜合處理，可以進(jìn)行考核信息處理。教控臺(tái)由顯示器、主機(jī)、交換機(jī)、電源電路、接口裝置和殼體部分組成，教控臺(tái)的外形如圖29所示。采用鋼板沖壓結(jié)構(gòu)，著重從牢固耐用、防塵防銹、防潮散熱、電磁屏蔽、方便維修等幾個(gè)方面考慮。

主機(jī)采用研華 IPC-610工控機(jī)；CPU：X5670；內(nèi)存：8G DDRⅢ；主板：8XPCI-E。

3.2 某型裝備模塊

用于模擬某型裝備電氣設(shè)備，主要包括配電箱、射擊驅(qū)動(dòng)柜、火炮控制柜、隨動(dòng)配電箱、射控電池箱、隨動(dòng)驅(qū)動(dòng)柜、炮塔模型等；實(shí)現(xiàn)模擬裝置的狀態(tài)響應(yīng)、邏輯關(guān)系、設(shè)計(jì)布局及故障現(xiàn)象與實(shí)裝系統(tǒng)一致，并可對(duì)電氣系統(tǒng)中繼電器、接觸器、保險(xiǎn)管、可更換的電路板、行程開關(guān)、按鍵開關(guān)、電機(jī)及變頻器等故障進(jìn)行模擬和排除。某型裝備模塊方框圖如圖2所示。

圖2 某型裝備模塊方框圖

外部的配電箱分別給射擊驅(qū)動(dòng)柜、火炮控制柜、隨動(dòng)配電箱供電，射擊驅(qū)動(dòng)柜又給射控電池箱充電，射控電池箱充電完成后給射擊驅(qū)動(dòng)柜射控變頻器供電，隨動(dòng)配電箱給隨動(dòng)驅(qū)動(dòng)柜中的隨動(dòng)變頻器供電，火炮控制柜可控制炮臺(tái)氣閥解鎖，行軍固定器打開，接收高低和方位電機(jī)角機(jī)反饋信號(hào)和限位反饋信號(hào)，并控制射擊驅(qū)動(dòng)柜和隨動(dòng)驅(qū)動(dòng)柜中變頻器的輸出，從而控制炮臺(tái)中高低和方位伺服電機(jī)的動(dòng)作，從而控制火炮的運(yùn)動(dòng)和射擊。

控制柜主要由工控機(jī)、顯示器、控制面板、開關(guān)電源、低壓控制箱、控制機(jī)、火控接口板等組成?？刂乒竦娘@示器采用CYFLY顯示器，AC220V電源，兩個(gè)視頻信號(hào)輸入接口：1個(gè)DVI接口、1個(gè)VGA接口。顯示器大小為17寸，分辨率：1268×1024。工控機(jī)采用研華ARK3500系列，采用第三代Core處理器，支持獨(dú)立三顯，4×USB3.0，8×COM，支持兩個(gè)擴(kuò)展槽位。低壓控制箱為定制產(chǎn)品，外觀和實(shí)裝保持一致，內(nèi)含PCB功能板，接線引入航插，具有易拆裝等特點(diǎn)?？刂茩C(jī)為定制產(chǎn)品，外觀和實(shí)裝保持一致，外部航插接入，具有易拆裝等特點(diǎn)。開關(guān)電源采用明緯RE系列，該產(chǎn)品性能穩(wěn)定，具有5V/15V/24V多路輸出，可分別為工控機(jī)、火控接口板等供電。接口板為定制產(chǎn)品，該產(chǎn)品采用80C96系列單片機(jī)，與工控機(jī)采用RS232通訊，控制面板中的DI/DO通過硬接線接入?？刂泼姘逋庥^與實(shí)裝保持一致，由若干按鈕開關(guān)、指示燈和船型開關(guān)組成，DI/DO信號(hào)通過硬接線接入火控接口板中。

隨動(dòng)驅(qū)動(dòng)柜主要由變頻器、濾波器等組成。濾波器為定制產(chǎn)品，外觀貼近實(shí)裝，內(nèi)部通過端子短接，具有體積小、易拆裝等特點(diǎn)。變頻器選用揚(yáng)州至德定制變頻器，該產(chǎn)品功能和接口上按照實(shí)裝定制，該產(chǎn)品性能可靠，廣泛運(yùn)用于各類相關(guān)項(xiàng)目中。

射擊驅(qū)動(dòng)柜主要由充電機(jī)、射控配電板、變頻器等組成。充電機(jī)為定制設(shè)備，外觀與實(shí)裝保持一致，面板上含有電源開關(guān)、電壓/電流調(diào)節(jié)旋鈕、電壓/電流顯示面板、運(yùn)行及古裝指示燈，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)電壓/電流。射控配電板由若干繼電器、接觸器、電阻、熔斷器和變壓器組成，用于控制射控部分加電，控制射控電機(jī)按高中低三檔射擊。變頻器選用揚(yáng)州至德定制變頻器，該產(chǎn)品功能和接口上按照實(shí)裝定制，該產(chǎn)品性能可靠，廣泛運(yùn)用于各類相關(guān)項(xiàng)目中。

炮臺(tái)主要由開關(guān)電源、按鈕、指示燈等組成。炮臺(tái)作為終端受控裝置，主要可直觀反應(yīng)來自于控制柜和驅(qū)動(dòng)柜的射擊控制命令，并集成氣閥控制，供彈藥回路控制。同時(shí)也將架位信息，位置反饋信號(hào)分別上傳至火炮控制柜中。模擬火炮戰(zhàn)斗動(dòng)作情況，方便受訓(xùn)者更好直觀上觀察火炮旋回、俯仰和射擊動(dòng)作；顯示航行固定器的開鎖解鎖；將位置狀態(tài)和反饋信息反饋給火炮控制柜。

受信儀為定制產(chǎn)品，該產(chǎn)品模擬實(shí)裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加可視視窗優(yōu)化，便于調(diào)零和維修。

電機(jī)選用蘭州電機(jī)廠生產(chǎn)的定制電機(jī)，該電機(jī)具有反應(yīng)靈敏、體積小、易拆裝等特點(diǎn)，具有過熱保護(hù)、缺相保護(hù)等功能[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

某型裝備電氣維修模擬訓(xùn)練系統(tǒng)采用半實(shí)物模擬的手段，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備原理演示、操作訓(xùn)練、故障設(shè)置、故障排除技能訓(xùn)練和訓(xùn)練考核評(píng)估功能。系統(tǒng)能夠模擬電氣設(shè)備的工作狀態(tài)，具備設(shè)置故障、檢查調(diào)整、引導(dǎo)受訓(xùn)者分析排除故障的功能，能夠解決裝備電氣設(shè)備技術(shù)保障教學(xué)和訓(xùn)練中所面臨的各種現(xiàn)實(shí)問題。