某型舰炮武器系统训练模拟器设计

牛效兵　白洪宝　李立纬

摘要：为满足某型舰炮武器系统教学训练需求，结合半实物仿真和虚拟建模，研制了该训练模拟器；介绍了该训练模拟器的总体设计思路，详细论述了模拟器的功能及组成，操作训练和故障排除的仿真方法，该模拟器能较好地满足任职教育院校培养学员岗位任职能力的需求，并且对新装备训练模拟器的开发具有较强的借鉴作用。

关键词：模拟器；模拟训练；故障模拟

中图分类号：TM743 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）34-0191-02

Abstract： In order to meet the training needs of a certain type of naval gun weapon system， combined with the semi physical simulation and virtual modeling， the training simulator is developed. The general design idea of the training simulator is introduced. The function and composition of the simulator and the simulation method of the operation training and fault elimination are discussed in detail. The simulator can meet the needs of training posts competencies of students in assignment education academy. And it has a strong reference to the development of new equipment training simulator.

Key words： simulator； simulation training； fault simulation

1 概述

由于受到装备、场地、经费、维护保养等条件的限制，某型舰炮武器系统实装联动及故障排除训练很难开展，尤其是实装不可能随意产生各种故障现象，装备故障分析排除的训练更是难以开展，而模拟训练以安全、经济、不受气候条件和场地限制、能实现“全任务”训练、大批量训练等独特优势，成为解决上述问题的主要途径。

模拟训练是计算机技术和仿真技术融合的产物，已经成为军事领域重要的训练手段。本文通过实装仿真和虚拟场景相结合的方式，设计了具备操作训练和故障排除训练功能的某型舰炮武器系统模拟器，能较好地满足任职教育院校培养学员岗位任职能力的需求，能有效促进装备技术保障能力的形成。

2 总体方案

模拟器由导控台、射击指挥模拟台、跟踪雷达模拟台、舰炮监控模拟台、舰炮虚拟台、舰炮监控模拟台、大屏幕投影及音效系统等组成。可以实现系统管理、操作训练、故障排除训练、考核评估、理论学习等功能（如图1）。

2.1 台位组成

导控台由一台电脑和网络设备组成，主要用来对系统进行综合指挥控制，模拟产生目标、我舰姿态、气象参数、操作场景等信息，综合处理各模拟台位之间的信息交换，设置并发布故障、管理训练人员信息等。

舰炮虚拟台由一台电脑组成，安装舰炮三维模型。舰炮的机械和电气机构复杂，用实物模拟实现难度太大，并且成本高昂，实用意义不大，可采取全虚拟模拟，从整体外观到具体零部件建立三维模型，模拟舰炮的实战场景、内部各部件的动作过程及配合关系、各种故障现象等，并能接收火控模拟台和舰炮监控模拟台的命令，演示舰炮相应的动作。

舰炮监控模拟台、火控模拟台、跟踪雷达模拟台和射击指挥台主要包括电脑、操控面板、指示灯面板、各种电路板和外壳等（部分台位如图2），能模拟各台位的各项操作和相应的页面显示，并能通过导控台在各台位之间交换信息。各模拟台内部的电路板不需要具备实装电路板的功能，但要能模拟各种故障现象，如各种指示灯的状态，各测量孔的测量值等，电路板通过单片机系统与模拟台的电脑相连，传送各种数据。

2.2 系统功能

系统管理可以实现用户管理、训练信息管理、目标环境管理、兵力信息管理、训练科目管理、故障代码管理等。

操作训练可以实现舰炮、火控、跟踪雷达的单机训练、战位训练、武器系统操作训练等三类科目的训练。实时在虚拟台上演示操作相关的动作引起机械动作、电路动作等。

故障排除训练可以在训练时能够根据导控台设置的故障在系统的各设备中产生相应的故障现象，根据故障现象操作人员可以确定故障设备，进一步进行故障排除。对于电气故障，主要通过实装模拟台位，进行故障电路板的定位、拆卸、换板、安装、调试及检测等模拟故障排除训练；对于机械故障，主要通过虚拟台位，进行机械部件的检测、拆装、更换，在训练结束时对排除故障过程进行记录和上报。

考核评估可以实现对舰炮武器系统理论知识、操作技能和维修技能的考核评估。

理论学习可以实现对舰炮武器系统装备结构、工作过程、操作方法、维修方法、日常保养方法等知识的学习。

3 技术实现

3.1 三维建模

利用Solidworks软件进行舰炮三维建模，舰炮零部件模型为主要部分，包括炮身、炮闩、开关闩机构、供弹机构、击发机构、反后坐机构、随动系统、冷却机构、炮架等。另外，为了逼真表现舰炮的运行环境，也要建立舰船场景、舰炮射击场景等模型。利用PostEngineer软件组合各模型，完成舰炮射击前准备、舰炮的瞄准、舰炮射击动作、内部各零部件间的动作（包括开关闩动作、装卸弹动作、退壳动作、后坐复进动作、弹鼓动作、冷却装置动作、反后坐装置动作、随动系统动作等）、零部件的分解结合、机械故障现象等。

3.2 人机交互的实现

人机交互是模拟器模拟的重点，主要包括各种信号的输入和输出两个方面。输入信号包括数字信号、模拟按键或开关输入两种，输出信号包括各种显示页面、指示灯和数码管等。数字输入信号和各种页面的显示可以利用软件编程实现，模拟按键或开关输入以及指示灯和数码管的显示可以采用单片机电路控制实现，实现过程如图3所示。通过对输入输出信号的控制，可以模拟舰炮武器系统的操作、操作结果的显示及各种故障现象的显示。

3.2 故障排除的实现

舰炮武器系统故障排除主要包括舰炮机械部件故障和各台位电气故障两部分。

机械故障在舰炮虚拟台上通过三维模型虚拟实现，包括射击不过火故障、卡弹故障、退壳故障、供弹故障等，预先设置好这类故障发生时机、故障现象、排除过程等，可以在舰炮虚拟台上以单个项目的形式进行故障排除训练和考核，也可以在武器全系统中以总体项目的形式进行故障排除训练和考核。

各台位电气故障主要模拟台位内部数十块电路板发生的故障，这类故障发生后，要根据故障现象及监控页面，检查相应电路板指示灯显示，测量电路板测量孔信号，在定位故障电路板之后更换故障电路板，最后进行调试，直至故障排除。故障排除的主要手段是通过分析检查找到发生故障的电路板并进行更换，所以模拟台位上的电路板要能够通过单片机控制，实现各指示灯的显示、测量孔信号的输出，并且判断电路板的拆卸、安装及更换。

4 结束语

该型舰炮武器系统模拟器的开发能有效解决训练部门因缺少装备而无法进行操作训练的问题，在模拟器监控系统下进行操作和维修训练能有效监控训练内容，有利于规范操作过程，提高训练效果，同时也为执掌装备人员提供了各种条件下的训练平台。该型模拟器的成功运行也能为其他新型舰炮武器系统模拟器的开发提供方法和依据。

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