军用飞机培训技术体系构建设计与验证研究

王 金

(中国航空工业集团公司 第一飞机设计研究院，陕西 西安 710089)

1 引 言

军用飞机列装培训是飞机综合保障十大要素之一，是提高军队战斗能力的重要手段。通过培训能够使空、地勤以及相关管理人员熟悉和掌握军机型号的工作原理和使用维护要领，正确地使用和保障飞机，提高飞机的安全性，最大限度发挥飞机的作战效能、降低寿命周期费用、延长飞机使用寿命[1-3]。

国内传统的军机培训基本采用外场记录、培训任务单下达、理论讲课加实装训练的流程模式，培训模式跨度大，训练形式单一，相关教学训练设备种类和数量少，现代化程度低，导致训练效率比较低，培训效果不易保证，难以应对新形势下的训练需求。另外，相对于民用飞机，军机除了飞行安全外，还要注重基于装备特点和任务模式的训练，如战斗飞行、货物装卸、人员运输、战斗压差飞行等。因此，不能完全照搬民机的培训体系。随着信息技术的发展和军事变革的深入，军机复杂程度越来越高，新老机型差异越来越大，其相应的飞行使用、修理维护更加复杂。因此，基于实战保障特征和信息化技术的军用飞机培训体系设计构建是满足现代化军用装备综合保障的迫切要求[4-6]。

欧美等航空强国在新一代军用运输机、战斗机研制的同时，更加注重军用飞机培训体系的构建设计与研制，并将其作为飞机配套体系中的关键环节之一[7]。据有限的资料查阅，美国B-2轰炸机在研制之初，专门研制了绰号“Ordies”的装弹模拟训练器，为美军培养了大量的轰炸机装弹员，保障了B-2轰炸机高效地执行各类轰炸任务[8-10]。另外，F-35A战斗机自服役以来，构建了体系化的维修培训系统，承担了大量的维修训练任务，旨在全面提高维修业务能力，使得F-35A战斗机最大限度形成体系作战能力[11]。

针对传统军用飞机培训体系存在的自动化程度不高、培训模式单一及培训效果不理想等问题，本文基于信息化、虚拟现实、数字仿真等技术手段，在认真分析作战环境下培训保障模式特征的基础上，通过培训需求分析、课程设计、训练系统研制、评估验证等技术环节，构建了基于实战保障特征的军用飞机培训体系，并以某型军用运输机首批装备训练为依托，进行了培训技术体系的验证和设计优化研究。所建立的培训体系和全新的培训模式可广泛应用于我国航空武器装备的机型培训，对提升我军军用装备的使用安全性、战斗完好性有着非常重要的意义。

2 培训体系总方案设计

培训技术体系架构如图1所示，本文培训体系分为4个阶段，分别为培训需求分析、培训课程设计、培训系统研制和培训效果评估。

图1 培训技术体系架构图

需求分析的目标是准确界定装备使用，维修人员在知识、技能、意识等方面的需求，掌握受训人员的现状，比较并分析两者之间的差距，以需求为导引，设置合理的训练任务，为训练大纲制定、课程设计等工作提供科学依据。

课程设计是军机训练的关键要素，对于某一机型，从首飞、改装到使用升级、大修，各阶段存在各种不同类型的训练。如何制定针对不同人员的教学内容和方式，是课程设计需要重点解决的问题。

培训系统研制是为了更好地进行培训，提升培训效果。

培训效果评估是对培训活动的质量进行评价，是保证培训效果、提升装备保障效能的重要手段。培训评估是否科学、全面、准确，将直接影响对培训工作的指导和改进，并最终会影响武器装备技术战斗力的生成。

本项目借鉴高质量培训理念，以能力培训为主，按教学认知规律，探索出包括过渡机型训练、结合虚拟训练的理论教学、模拟器训练到实装带飞带教等内容在内的“三级四阶段渐进式”培训模式(如图2所示)，并以空勤理论教学系统、地勤理论教学系统、空勤虚拟训练系统、地勤虚拟训练系统、维修训练模拟器和飞行训练模拟器构成完整训练设备体系，以飞行人员、机务人员和货运员为重点，兼顾教员、训练保障人员、场站保障人员等，通过高效益训练，使训练对象具备并保持执行相应任务的能力，并最终通过培训效果评估，验证军机培训技术体系的科学性、合理性。本文所设计的军机培训技术体系的业务架构如图3所示。

图2 三级四阶段的培训模式

图3 军机培训技术体系业务架构图

3 培训需求分析

培训需求分析的目标是准确界定培训对象在知识、技能、意识等方面的需求，掌握受训人员现状，比较并分析两者之间的差距，以需求为导引，设置合理的训练任务，为训练大纲制定、课程设计等工作提供科学依据。

进行需求分析之前要明确装备的保障任务、装备技术状态和待训人员现状等信息。本文需求分析分别从任务分析、装备技术状态和人员分析三个方面来确定现有团队的能力差距，需求分析模型见图4。

图4 培训需求分析模型

任务分析：通过对装备技术信息、工作任务信息和培训目标三者结合，得出培训内容(教学知识点矩阵)；通过重要度、困难度、频繁度分析(IDF分析)，结合课程影响分析，确定培训知识点对应的授课时长；结合训练资源分析，确定培训知识点的训练方法。

人员分析：采用理论考试、实际操作能力测验、问卷调查等途径，对受训人员的知识、技能和意识进行评估，并对评估结果进行分析，得出受训人员知识、技能和意识等各方面的实际水平，以此作为差距评估分析的基础。

差距分析：依据任务分析中得出的保障人员在知识、技能和意识等方面应达到的水平，将人员分析中得出的受训人员实际水平进行差距对比，将结果反馈给任务目标，综合考虑目标与人员现状水平，及时修正受训人员结构，再与目标水平对比，以此差距评估结果，用于训练内容、资源、时间等内容的确定。

训练质量评估：从训练有效性、训练效率、人员考核结果等方面，通过实际培训过程，对训练开展和实施结果进行符合对照，以评价受训人员在接受训练后是否达到应有水平，对需求分析模型进行验证和迭代。

4 培训课程设计

培训课程设计首先从学员要执行的各项任务出发，按照需求分析得出培训知识点，综合考虑飞机设计特点、外场的使用维护习惯、培训资源、手段等要素，借鉴ISD/SAT模型规划课程设计模型，映射成为学员的培训课程。

课程设计模型包含5个阶段：分析、设计、开发、实施、评估，课程设计模型见图5。

图5 课程设计模型

(1)分析。对学员要执行的工作任务进行分析，确定培训课程所覆盖的教学内容以及采用的方法、训练设备，以达到最佳的培训效果。

(2)设计。把培训的知识点转换成目标，确定培训目标所涵盖的课程内容、课程时长、课程安排顺序、课程学习形式和计划，并制定课程学习效果评估标准。

(3)开发。完成训练课程的开发，包括课件的制作、课程实施所需要的培训教材和资料等。

(4)实施。按照制定的教学计划和课程对学员进行培训。

(5)评估。按照制定的学习效果评估标准进行评估，根据评估结果对各过程进行优化。

以某型飞机飞行员的培训为例，对应ISD/SAT模型对飞行操作任务进行课程设计，包括飞行操作任务分解、飞行训练能力指标和难度指标分析、飞行操作任务的能力指标和难度指标分析、分析任务指标对培训课程的影响、修订培训课程。

5 培训系统研制

培训系统包括理论训练系统、虚拟训练系统、飞行训练模拟器、维修训练模拟器等系统。

5.1 理论训练系统

理论训练系统面向机型培训设计，为飞机研制理论教学系统发布差异课件，主要用于接装培训和交付使用，空、地勤理论训练系统一体化研制，独立配置。

理论训练系统具备多媒体教学运行功能和大纲、计划、资源、人员、进度、考核等管理功能，交互式多媒体课件主要以动画方式展现，数据来源于用户技术资料及工程原始素材，通过开展课程设计和编制教学脚本实现。理论训练系统功能上满足培训管理和信息化教学实施需求，兼顾航空基础教育和战术应用训练使用。

理论教学采用多媒体教学手段，通过配发教材、教员集中课堂授课、学员在线课件自学、复习答疑、在线考试的方式进行。多媒体教学手段包括标准的多媒体教室，如投影仪、投影幕、扩音器、音箱、耳机等设备，除此之外还研制并配备了支持学员自学、教员教学、管理员培训管理的理论教学系统。理论教学系统能完成空、地勤人员对飞机特性、系统及设备知识、使用操作/维修保障方法的自主学习和平台教学交流，实现培训规划、教学、学习和考核的综合管理。理论教学场景如图6所示。

图6 理论培训场景

5.2 虚拟训练系统

针对不同的训练对象，设定不同的训练科目，课程设计针对性强，涵盖任务全面而不冗余。最大程度地模拟真机环境，包括飞机的结构和系统组成，程序执行过程中各系统/分系统/设备的响应、仪表的显示、声音和灯光的告警等。虚拟训练系统的软件系统状态和训练科目数据能够随飞机技术状态的变化进行同步更新，实现系统的维护升级。

虚拟训练系统是一套桌面式虚拟仿真系统，采用客户端-服务器模式，通过虚拟仿真一架全功能的飞机作为系统的交互对象，以交互式理论培训、虚拟训练和半实物模拟仿真训练为主要手段，适用于飞行人员、地勤人员及货运员理论、技能、实操及任务训练的一体化训练。

虚拟训练系统承接理论教学系统和模拟器训练，在掌握理论知识的基础上，将理论知识变为手动操作的技能，实现操作程序的逼真仿真和训练操作引导，一方面是对所学理论知识的巩固和强化，另一方面在模拟器训练之前提供动手操作环境，熟悉使用操作要求、维护程序流程及要点，节省在模拟器上的训练时间，提升在模拟器上的训练效果。

空地勤虚拟训练系统采用一体化的研制模式，从训练系统总体设计和各分系统设计进行自上向下的结构化功能分析，最大化共用功能模块，实现多媒体仿真和软件仿真资源的高度重用，加快系统的实现。

虚拟训练系统综合虚拟座舱、飞机及机载系统仿真、训练管理、电子用户手册、动态工作原理展示、三维飞机拆装维修等，提供训练过程控制、自动训练考评、重要复杂操作程序的训练引导等丰富实用的教学和训练功能，其组成见图7，训练场景见图8。

图7 虚拟训练系统组成

图8 虚拟训练场景

5.3 飞行训练模拟器

飞行训练模拟器是根据飞机作战和训练需要，完成飞行机组成员的各项技战术训练，使飞行机组成员熟悉飞机性能、飞行操纵特点和各种飞行程序，掌握驾驶、领航、通信、自卫技术和特殊情况处置程序、方法，熟练掌握在各种环境条件下实施空中运输、空投空降等战斗活动方法，保持和提高在各种作战背景条件下快速反应能力、协同作战能力，以及遂行多样化任务的能力。

飞行训练模拟器由飞机性能仿真系统、模拟座舱系统、综合环境模拟系统、航空电子模拟系统、动感模拟系统、视景系统、教员控制台、计算机和接口系统、性能测试软件等系统组成，其具备结构化的设计特征和采用模块化分析，进行规范化管理，通过自上向下的结构化分析，实行优化组合，密切协调，保证项目的顺利完成和模拟器整机的优良性能。所有部件按耦合、解耦、内聚、模块控制与判定等指标进行评价分析，使各系统部件模块组成最优化。

基于以上技术研制的飞行训练模拟器能够实现97%的任务覆盖率，大幅减少了实装训练的成本，降低特情处置科目训练的风险。

5.4 维修训练模拟器

维修训练模拟器的功能是进行飞机座舱综合感知、通电检查、排故、发动机试车等维护技能训练及评估工作，能够保持和提高在各种作战背景条件下快速反应能力、协同作战能力，以及遂行多样化任务的能力。某型飞机维修训练模拟器主要包括模拟座舱及设备系统、飞机仿真系统、故障管理系统、计算机及接口系统、教员控制台系统等7个分系统。

某型飞机维修训练模拟器采用半开放式的座舱基座，用于支撑模拟座舱及设备，底座包括构造水平线以上的设备舱空间，用于存放维修训练模拟器的计算机及电源设备。

在进行某系统故障科目训练时，首先由教员在教员控制台上进行科目设置，故障管理系统进行解析后发送状态数据给飞机仿真系统。飞机仿真系统对飞机故障时的状态数据进行解算，将解算结果发送至接口系统及声音仿真系统，由接口系统驱动模拟座舱及设备，由声音仿真系统模拟座舱内告警信息，为学员营造出逼真的故障场景。学员根据故障现象对其进行处理操作，由计算机及接口系统将训练结果返回给飞机仿真系统及教员台，由教员评判学员的训练结果。

6 培训效果评估验证

培训效果评估对培训活动的质量高低进行评价，是保证培训效果、提升装备保障效能的重要手段。培训评估是否科学、全面、准确，将直接影响对培训工作的指导和改进，并最终会影响武器装备技术战斗力的生成。对培训效果的评估通过教学考核和学员评价两个维度来进行。

教学考核对于军机全新的三级四阶段的培训模式，依据不同阶段的教学内容，采用全新的考核评估方法。理论培训重点是对飞机和各系统的理论知识进行考核，虚拟培训重点在考核学员对所学任务相应程序的掌握和注意事项的熟悉，实装培训、模拟训练和实装训练则重点考核学员对综合任务的执行能力。理论学习、虚拟训练、模拟训练、实装训练针对各训练阶段中学员应掌握的重点和难点对学员进行考核，各阶段训练结束后进行考核并经过加权，得出学员的成绩为期末教学考核的结果。首次应用该培训体系为某大型运输机的首装地勤训练，教学考核结果见图9、图10。

图9 阶段教学考核结果分布

图10 期末教学考核结果分布

从图中可以看出，随着培训的开展，各阶段考核结果曲线逐步上升且趋于平缓，最终结果分布的可决系数为0.78，大于0.6，符合平均值为96.9分、均方差为2.04的正态分布，且学员实装考核通过率明显提高。

学员评价主要是通过设置自我评价和对培训任务、培训方式、授课教员等的反馈对整个培训过程进行效能评估。学员反映培训模式新，培训设备先进，培训效果好，对课程教学的满意度均大于等于85%。

基于本项目构建的培训体系和培训模式，经过某型飞机培训验证，完成了9类人员数百人的培训工作，完成地面训练和机上飞行训练上千小时，各类考核合格通过率较传统的培训模式提高了30%。同时，在持续的培训过程中对该培训体系进行了验证和优化。

7 结 论

本文基于信息化、虚拟现实、数字仿真等技术手段，在认真分析作战环境下培训保障模式特征的基础上，构建了基于实战保障特征的军用飞机培训体系，并以某型军用运输机首批装备训练为依托，进行了培训技术体系的验证和设计优化研究，得出如下结论：

(1)通过数百名空地勤人员的培训验证，证明了所构建的培训技术体系的合理性、先进性，该培训体系能够最大程度地贴近部队作战环境下保障的技术特征。

(2)培训任务覆盖率达到97%，满足机型训练所需的各项教学功能，全面覆盖了空、地勤训练任务。

(3)所建立的培训体系和全新的培训模式可广泛应用于我国航空武器装备的机型培训，对提升我军军用装备的使用安全性、战斗完好性有非常重要的意义。