張耀鴻，　譚東風(fēng)

(國防科技大學(xué) 信息系統(tǒng)與管理學(xué)院, 湖南 長沙 410073)

基于組件的《武器裝備系統(tǒng)概論》課程教學(xué)實驗平臺研究

張耀鴻，譚東風(fēng)

(國防科技大學(xué) 信息系統(tǒng)與管理學(xué)院, 湖南 長沙 410073)

摘要《武器裝備系統(tǒng)概論》是我校指揮類專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)必修課程和工程技術(shù)類專業(yè)的公共基礎(chǔ)選修課程，實驗教學(xué)是其重要組成部分。通過對現(xiàn)有科研成果的適應(yīng)性改造，構(gòu)建課程教學(xué)實驗平臺，使之滿足課程教學(xué)需要，讓學(xué)員能夠通過仿真實驗的方法理解課堂教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)對典型武器裝備系統(tǒng)技術(shù)原理及其作戰(zhàn)應(yīng)用特點(diǎn)的深入理解，打牢學(xué)員結(jié)合任務(wù)靈活運(yùn)用武器裝備的科學(xué)基礎(chǔ)和戰(zhàn)術(shù)意識，提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞組件；課程教學(xué)；仿真

《武器裝備系統(tǒng)概論》是我校軍事指揮類專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)必修課程和工程技術(shù)各專業(yè)的公共基礎(chǔ)選修課程(軍事技術(shù)系列)。課程旨在使學(xué)員掌握主要武器裝備的特點(diǎn)、分類、發(fā)展簡史、裝備戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能以及基本科技原理，理解典型作戰(zhàn)樣式中武器裝備的運(yùn)用原則與方法。

課程通過教學(xué)與實驗相結(jié)合的手段來進(jìn)行，通過課堂教學(xué)使學(xué)員對各類武器裝備的基本知識有一個系統(tǒng)的了解，通過實驗手段對典型武器裝備科技原理及其作戰(zhàn)應(yīng)用進(jìn)行建模分析，打牢學(xué)員技術(shù)與戰(zhàn)術(shù)相結(jié)合的指揮素養(yǎng)。其中，教學(xué)實驗平臺是讓學(xué)生通過實驗深入掌握課堂所學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)效果的重要輔助手段。目前在教學(xué)實驗平臺的建設(shè)中，主要根據(jù)具體課程的要求、特點(diǎn)來進(jìn)行構(gòu)建，構(gòu)建方法各不相同[1-3]。根據(jù)本課程的特點(diǎn)和課時安排，教學(xué)實驗平臺采用建模仿真手段為支撐，學(xué)生通過配置武器裝備模型參數(shù)，構(gòu)建武器裝備模型體系，通過觀察仿真運(yùn)行和分析仿真結(jié)果來理解課堂教學(xué)內(nèi)容。

在課程教學(xué)實驗平臺的建設(shè)中，調(diào)研和試用了相關(guān)仿真軟件和戰(zhàn)爭游戲。仿真軟件如MAK公司的VR-FORCE軟件，VPI公司的STAGE，AGI公司的STK等，這些軟件相對比較專業(yè)，不易被學(xué)生快速掌握，應(yīng)用于本課程教學(xué)中還存在一定的差距[4-6]；戰(zhàn)爭游戲如《簡氏戰(zhàn)爭》游戲，《驅(qū)逐艦指揮官》等，這些游戲畫面逼真，對抗性好，但科技原理的分析演示不突出，且不易擴(kuò)展。這些仿真軟件和戰(zhàn)爭游戲為本課程教學(xué)實驗平臺的建設(shè)提供了有益的參考?；诮M件的建模仿真環(huán)境是我院現(xiàn)有的科研成果，主要是應(yīng)用于指揮信息系統(tǒng)的建模、仿真與分析。本文介紹了一種基于課程教學(xué)要求，對該成果進(jìn)行適應(yīng)性改造，建設(shè)課程教學(xué)實驗平臺的思路，為提高學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力提供技術(shù)支持。

1《武器裝備系統(tǒng)概論》課程結(jié)構(gòu)

《武器裝備系統(tǒng)概論》課程主要介紹主戰(zhàn)裝備，不包括保障裝備，這些裝備的種類較多，相互之間的關(guān)系比較復(fù)雜，為了有效地安排課程教學(xué)內(nèi)容，課程采用了“四縱四橫”的組織框架。所謂“四縱”是按照武器裝備的特點(diǎn)，將武器裝備系統(tǒng)劃分為彈藥、武器、平臺和體系4個層次；所謂“四橫”是指每個層次的裝備均按概述、科技原理、裝備實例、作戰(zhàn)運(yùn)用4個方面展開介紹，如圖1所示[7]。

圖1　《武器裝備系統(tǒng)概論》課程結(jié)構(gòu)

武器裝備系統(tǒng)的4個層次中，首先彈藥是對目標(biāo)實施直接毀傷的裝備，如通常所稱的戰(zhàn)斗部；武器是將戰(zhàn)斗部直接投射到目標(biāo)位置的裝備，如槍炮、導(dǎo)彈等，其中信息武器是一種通過電磁波、網(wǎng)絡(luò)或信息系統(tǒng)等信息傳播或處理手段對抗目標(biāo)及其系統(tǒng)的新型武器；平臺是具有裝載武器、彈藥或其他裝備，并能夠在相應(yīng)作戰(zhàn)空間中機(jī)動到目標(biāo)區(qū)域的裝備，如陸上、海上、空中和空間作戰(zhàn)平臺等；體系則是上述彈藥、武器和平臺裝備組成的具有多種綜合作戰(zhàn)能力的集成系統(tǒng)，如航母戰(zhàn)斗群、聯(lián)合火力打擊裝備體系等。

在每類裝備的介紹上，課程按概述、科技原理、裝備實例和作戰(zhàn)運(yùn)用4個方面展開，其中，概述部分主要介紹裝備的基本概念、組成、分類和發(fā)展歷程等；科技原理部分則主要選擇直接決定或影響裝備功能、效能和使用方式等方面的科學(xué)技術(shù)知識；裝備實例部分主要分析中外軍隊典型裝備現(xiàn)狀、特點(diǎn)及其比較；作戰(zhàn)運(yùn)用部分主要介紹裝備的作戰(zhàn)用途、使用方式和優(yōu)缺點(diǎn)等，并結(jié)合技術(shù)原理進(jìn)行分析。

2基于組件的課程教學(xué)實驗平臺構(gòu)造

課程教學(xué)實驗平臺面向本科學(xué)員，是課程教學(xué)的輔助手段，應(yīng)該具有操作簡便，結(jié)構(gòu)靈活的特點(diǎn)，使得學(xué)員能夠快速掌握并使用。本課程的教學(xué)實驗平臺構(gòu)造依托現(xiàn)有的科研成果(基于組件的建模仿真環(huán)境)來實現(xiàn)，其優(yōu)勢在于可以充分利用現(xiàn)有的科研成果，如模型庫、案例庫、想定庫等資源，學(xué)員可以充分借鑒和利用現(xiàn)有成果，減少工作量。

基于組件的建模仿真環(huán)境采用了基于組件的建模仿真方法來設(shè)計。這種方法采用軟件組件標(biāo)準(zhǔn)(SOA，CORBA，COM標(biāo)準(zhǔn)等)開發(fā)仿真應(yīng)用，實現(xiàn)仿真功能模塊的即插即用，提高仿真重用度，在仿真領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[8-10]。

基于組件的建模仿真環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　基于組件的建模仿真環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

模型編輯器用于建立基本組件仿真模型，并通過模型組合機(jī)制構(gòu)造復(fù)合組件模型；可視化仿真編輯器使用戶以拖拽的方式從模型組件庫中選擇模型組件，用圖標(biāo)標(biāo)識模型，并配置模型間的交互關(guān)系，以不同的顏色線表示；模型組件庫中存放著組件模型信息，主要包括模型的應(yīng)用領(lǐng)域，模型類別、設(shè)計人員、版本等信息；模型庫管理器負(fù)責(zé)組件庫的維護(hù)；仿真實驗管理器對仿真實驗進(jìn)行配置和管理，在仿真運(yùn)行中接受用戶命令，控制仿真進(jìn)程；運(yùn)行支持子系統(tǒng)實現(xiàn)模型間的信息交互、信息共享和時鐘同步。

根據(jù)教學(xué)實驗的需求，對現(xiàn)有系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行機(jī)制進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，以適應(yīng)課堂教學(xué)要求。

1) 模型結(jié)構(gòu)。按照《武器裝備系統(tǒng)概論》課程教學(xué)的特點(diǎn)，在模型的原有屬性集合中，增加了武器的火力指數(shù)、武器的毀傷情況、武器的機(jī)動狀態(tài)等屬性。與武器裝備體系的構(gòu)成特點(diǎn)類似，模型總體結(jié)構(gòu)中，陸上、海上、空中、空間作戰(zhàn)平臺和彈藥為基本組件模型，利用模型的組合和嵌套機(jī)制，平臺模型中嵌套彈藥模型，平臺編隊模型中嵌套平臺模型，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。整個武器裝備體系可以看成平臺、平臺編隊組成的信息交換網(wǎng)絡(luò)。

圖3　模型結(jié)構(gòu)

2) 運(yùn)行機(jī)制。為便于對課程內(nèi)容的理解，使得學(xué)員能夠深入理解課堂內(nèi)容，需要演示武器裝備平臺的狀態(tài)與運(yùn)動軌跡，平臺交互事件(如探測、交火等)及相關(guān)事件之間時序關(guān)系等內(nèi)容，以增強(qiáng)教學(xué)實驗研究的直觀性。原有環(huán)境采用離散事件仿真技術(shù)，仿真時鐘的推進(jìn)是在隨機(jī)離散時間點(diǎn)上發(fā)生，時鐘推進(jìn)步長具有一定的隨機(jī)性，不便于實現(xiàn)動畫演示的平滑效果。為此，系統(tǒng)在仿真調(diào)度時，按照等時間的間隔生成動畫演示事件，修改平臺的狀態(tài)和動畫刷新，實現(xiàn)動畫演示的平滑效果。

3) 外部接口。課程教學(xué)中，還需要使用其他軟件的部分功能，根據(jù)不同軟件的特點(diǎn)，采用組件調(diào)用方式、遠(yuǎn)程代理方式、HLA/RTI接口等方式實現(xiàn)。例如在講授空間作戰(zhàn)平臺中，需要演示衛(wèi)星軌道、覆蓋性計算、鏈路可見性等內(nèi)容，需要集成AGI公司的STK軟件，根據(jù)STK軟件的特點(diǎn)，系統(tǒng)采用組件方式調(diào)用其功能。

3課程實驗教學(xué)流程

依托課程教學(xué)實驗平臺，課程實驗教學(xué)流程可分為以下7種類型。

1) 實驗背景設(shè)計。結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容，教員根據(jù)某軍事應(yīng)用問題，建立實驗背景，主要包括作戰(zhàn)環(huán)境、部隊部署、基本作戰(zhàn)行動、裝備性能參數(shù)等內(nèi)容。

2) 武器裝備體系設(shè)計。根據(jù)實驗背景，學(xué)員構(gòu)建武器裝備體系。在教學(xué)實驗平臺中，采用“雙層網(wǎng)絡(luò)建?！钡姆椒ㄟM(jìn)行構(gòu)建，首先建立武器平臺、平臺編隊及其信息交換關(guān)系，即信息交換網(wǎng)絡(luò)；其次，建立武器平臺之間的底層通信網(wǎng)絡(luò)，并將信息交換網(wǎng)絡(luò)中的信息交換關(guān)系與通信網(wǎng)絡(luò)中的通信連接關(guān)系進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

3) 模型設(shè)計。在教學(xué)實驗平臺中，已經(jīng)具備基本的武器平臺模型，學(xué)員一般不需要進(jìn)行開發(fā)，只需進(jìn)行選擇和配置即可，但特殊情況需要開發(fā)新模型時，需要按照教學(xué)實驗平臺的COM組件模型標(biāo)準(zhǔn)，采用Microsoft Visual C++語言、Microsoft Visual Basic 語言或者組件Petri網(wǎng)模型等方式實現(xiàn)。

4) 實驗參數(shù)設(shè)計。根據(jù)實驗背景設(shè)計和武器裝備體系，對武器平臺模型進(jìn)行基本配置，例如設(shè)定平臺位置，平臺運(yùn)動軌跡，武器基本性能參數(shù)和敵方基本行動等。

5) 實驗配置設(shè)計。設(shè)置數(shù)據(jù)采集方式、數(shù)據(jù)采集周期、動畫演示速度、全局共享變量等。

6) 仿真實驗運(yùn)行。啟動軟件進(jìn)行仿真，可中斷仿真進(jìn)程，修改當(dāng)前參數(shù)后繼續(xù)仿真，系統(tǒng)運(yùn)行界面如圖4所示。

7) 數(shù)據(jù)分析與評估。通過實驗產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并輸出實驗報告。

圖4　系統(tǒng)運(yùn)行界面

4結(jié) 束 語

目前教學(xué)實驗平臺采用單機(jī)版的運(yùn)行方式，學(xué)生可以方便地部署到個人計算機(jī)上，系統(tǒng)包括了火箭軍火力打擊、艦隊編隊對抗、裝甲兵機(jī)動作戰(zhàn)、區(qū)域防空等案例，基本涵蓋課程中的主要裝備，學(xué)生通過教學(xué)實驗平臺的仿真實驗進(jìn)一步掌握了課堂講授知識，同時提高了學(xué)習(xí)興趣。通過對科研成果的適應(yīng)性改造，使之滿足課程教學(xué)需要，不僅使得學(xué)員能夠通過仿真實驗的方法理解課堂教學(xué)內(nèi)容，而且能夠促進(jìn)教學(xué)模式的變革，實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)式課堂教學(xué)、研討式教學(xué)等，為當(dāng)前軍事院校的教學(xué)改革提供有力的技術(shù)支撐。

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(編輯：田麗韞)

Course Teaching Experimental Platform of“IntroductiononWeaponEquipmentSystems” Based on Component

ZHANG Yaohong，TAN Dongfeng

(Information System and Management School, National University of Defense Technology, Changsha Hunan 410073, China)

Abstract“Introduction on Weapon Equipment Systems” is a technical basic compulsory course for command specialty and a public basic selective course for engineering technology specialty in our school and experimental teaching is an integral part of the course. This paper, builds up a course teaching experiment platform meeting demands of course teaching by adaptive renovation of the existing scientific research achievements. In addition, it can enhance teaching effect by allowing students to understand contents of class teaching by means of simulation experiments, and thus deepens the understanding of technical principles of typical weapon equipment system and its characteristics in military applications and lays a solid foundation in basic scientific knowledge and improve the trainees’ tactic consciousness in different missions.

Keywordscomponent; course teaching; simulation

收稿日期2015-07-19

作者簡介張耀鴻(1973—)，男，副教授，博士，主要研究方向為指揮信息系統(tǒng)。yaohongzhang@nudt.edu.cn

中圖分類號E073

文章編號2095-3828(2016)03-0034-04

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

DOI10.3783/j.issn.2095-3828.2016.03.007