航空電子裝備維護(hù)訓(xùn)練評(píng)估模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳鴻，陶東香，劉雅娟，李寶鵬

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，青島266071）

為了在某型航空電子裝備維護(hù)訓(xùn)練模擬器中客觀公正地對(duì)參訓(xùn)人員的裝備維護(hù)能力進(jìn)行量化評(píng)估，基于半實(shí)物仿真技術(shù)，設(shè)計(jì)航空電子裝備維護(hù)訓(xùn)練評(píng)估模塊的硬件框架。在完成訓(xùn)練操作的實(shí)時(shí)采集記錄的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)訓(xùn)練效果的自動(dòng)評(píng)估練，實(shí)際使用效果證明該模塊的實(shí)用性和有效性。

航空電子裝備；航空訓(xùn)練模擬器；維修考核；量化評(píng)估

0　引言

為滿足航空部隊(duì)裝備操作訓(xùn)練、技術(shù)培訓(xùn)等需要，使部隊(duì)熟練掌握新型電子裝備的技術(shù)保障方法，目前各訓(xùn)練機(jī)構(gòu)正在大力開展維護(hù)訓(xùn)練模擬器的開發(fā)和使用。開發(fā)維護(hù)訓(xùn)練模擬器的目的是提高參訓(xùn)人員操作裝備的熟練程度以及應(yīng)對(duì)故障的能力，所以維護(hù)訓(xùn)練模擬器需要客觀準(zhǔn)確的訓(xùn)練效果評(píng)估能力。但由于航空電子裝備維護(hù)訓(xùn)練的操作步驟復(fù)雜，需觀察的儀表電門繁多，且操作動(dòng)作間具有關(guān)聯(lián)等原因，很難進(jìn)行全面、客觀、完善的訓(xùn)練效果評(píng)估。

針對(duì)上述問題，在某型航空電子裝備維護(hù)訓(xùn)練模擬器中引入訓(xùn)練效果評(píng)估模塊，在完整記錄參訓(xùn)人員操作動(dòng)作的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)參訓(xùn)人員的裝備維護(hù)能力的自動(dòng)評(píng)估。

1　硬件組成

該型航空電子裝備維護(hù)訓(xùn)練模擬器可分為五大組成部分：半實(shí)物仿真航空電子裝備、半實(shí)物仿真座艙、一二線地面檢測(cè)設(shè)備、信息采集與控制單元、導(dǎo)調(diào)與訓(xùn)練效果評(píng)估平臺(tái)，如圖1所示。

其中，半實(shí)物仿真座艙、半實(shí)物仿真航空電子裝備以及一二線檢測(cè)設(shè)備是參訓(xùn)人員進(jìn)行訓(xùn)練操作的三大平臺(tái)，以完成航空電子裝備的外部檢查、內(nèi)部檢查、機(jī)上通電、功能檢查、地面檢測(cè)以及故障排除等訓(xùn)練內(nèi)容。采集與控制單元是系統(tǒng)采集控制仿真裝備狀態(tài)的中樞，是半實(shí)物仿真裝備與半實(shí)物座艙、半實(shí)物地面檢測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息交聯(lián)的關(guān)鍵單元。

訓(xùn)練效果評(píng)估模塊主要依托上述硬件框架中的導(dǎo)調(diào)與訓(xùn)練效果評(píng)估平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)。教員在該平臺(tái)下達(dá)的訓(xùn)練科目結(jié)束后，平臺(tái)自動(dòng)調(diào)取訓(xùn)練過程數(shù)據(jù)庫中記錄的學(xué)員操作，自動(dòng)完成訓(xùn)練成績的評(píng)定，并指出其中的錯(cuò)誤操作。該模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中涉及到兩大關(guān)鍵技術(shù)：

（1）操作采集與記錄，如何實(shí)時(shí)采集學(xué)員在訓(xùn)練模擬器上的所有操作，并記錄下來，作為訓(xùn)練效果評(píng)判的輸入。

（2）訓(xùn)練效果評(píng)判，如何客觀公正評(píng)價(jià)學(xué)員操作的正誤，給出訓(xùn)練成績。

下面分別就上述兩大問題，討論具體的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

2　操作采集與記錄

訓(xùn)練中需要記錄的操作可分為三類：機(jī)上通電檢查訓(xùn)練操作、一二線地面檢測(cè)訓(xùn)練操作、排故訓(xùn)練操作。下面我們就分這三種情況來討論如何實(shí)現(xiàn)對(duì)操作過程無遺漏地采集記錄，并保證記錄的統(tǒng)一管理和調(diào)度。

（1）機(jī)上通電檢查訓(xùn)練操作的采集與記錄

機(jī)上通電檢查是在仿真座艙中進(jìn)行，由圖1中半實(shí)物仿真座艙的硬件結(jié)構(gòu)，可以發(fā)現(xiàn)所有操縱機(jī)構(gòu)都以星型連接到座艙工控機(jī)上，每一個(gè)操作動(dòng)作都由各數(shù)字/模擬量采集模塊輸入到工控機(jī)中，由運(yùn)行在工控機(jī)的軟件來判斷各操作動(dòng)作的含義，再調(diào)用對(duì)應(yīng)的響應(yīng)與處理程序組。

因此工控機(jī)是整個(gè)半實(shí)物仿真座艙進(jìn)行處理控制的核心，所有操作指令都通過工控機(jī)，因此，在工控機(jī)就能保證對(duì)座艙操作過程，無遺漏地記錄。不過為了保證記錄的統(tǒng)一管理和調(diào)度，以及后續(xù)的成績?cè)u(píng)定，需要把所有的操作記錄在導(dǎo)調(diào)與訓(xùn)練效果評(píng)估平臺(tái)的訓(xùn)練過程數(shù)據(jù)庫中。仿真座艙工控機(jī)對(duì)負(fù)責(zé)座艙內(nèi)學(xué)員操作的采集，并通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫訪問，將這些操作逐條記錄到導(dǎo)調(diào)與訓(xùn)練效果評(píng)估平臺(tái)的訓(xùn)練過程數(shù)據(jù)庫中。

（2）一二線地面檢測(cè)訓(xùn)練操作采集與記錄

一二線地面檢測(cè)訓(xùn)練主要是訓(xùn)練學(xué)員對(duì)一二線檢測(cè)設(shè)備的操作和使用，但仿真的一線檢測(cè)設(shè)備內(nèi)的主控單元主要是單片機(jī)，難以與仿真座艙工控機(jī)一樣實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的遠(yuǎn)程訪問。為了記錄對(duì)一線檢測(cè)設(shè)備的操作，采用了兩種解決方案，一種是采用串口通信，將一線檢測(cè)設(shè)備的操作編碼后傳輸?shù)阶摴た貦C(jī)，再由其記錄到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫；另一種是不直接記錄學(xué)員對(duì)一線檢測(cè)設(shè)備的操作，而是記錄仿真裝備的工作狀態(tài)變化來間接反映學(xué)員操作的效果。

（3）排故訓(xùn)練操作采集與記錄

排故訓(xùn)練是一種綜合性的訓(xùn)練，它不像通電檢查訓(xùn)練那樣操作次序嚴(yán)謹(jǐn)，而是訓(xùn)練學(xué)員綜合運(yùn)用機(jī)上通電、地面檢測(cè)，查找故障，定位故障的能力。排故訓(xùn)練評(píng)判需要的依據(jù)更加主觀，難以靠采集學(xué)員的操作來評(píng)判。因此實(shí)現(xiàn)中采用訓(xùn)練后由學(xué)員撰寫錄入訓(xùn)練報(bào)告的方式來采集記錄訓(xùn)練過程。報(bào)告的錄入界面由程序固化在導(dǎo)調(diào)與訓(xùn)練效果評(píng)估平臺(tái)的軟件中，學(xué)員訓(xùn)練后，需要填寫故障現(xiàn)象、故障分析定位思路、排故方案擬定、故障排除過程等內(nèi)容，詳細(xì)記錄排故訓(xùn)練的過程。

3　訓(xùn)練效果評(píng)判

訓(xùn)練效果的最終評(píng)判由導(dǎo)調(diào)與訓(xùn)練效果評(píng)估軟件完成，該軟件運(yùn)行在平臺(tái)的通用計(jì)算機(jī)上，其具備兩大功能：

（1）導(dǎo)調(diào)與故障設(shè)置功能

該功能響應(yīng)教員的操作，進(jìn)行訓(xùn)練科目的下達(dá)和故障的預(yù)先設(shè)置。故障設(shè)置是通過串口通信來控制仿真裝備內(nèi)的故障點(diǎn)的狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障設(shè)置，其中故障設(shè)置點(diǎn)與故障現(xiàn)象對(duì)應(yīng)關(guān)系由故障模型決定。要實(shí)現(xiàn)該功能包括的軟件模塊有：串口通信模塊、故障設(shè)置模塊、導(dǎo)調(diào)界面，各軟件模塊的關(guān)系如圖2所示。

圖2　導(dǎo)調(diào)與訓(xùn)練效果評(píng)估軟件實(shí)現(xiàn)框圖

（2）訓(xùn)練效果評(píng)估功能

該功能在下達(dá)的訓(xùn)練科目結(jié)束后，通過調(diào)取訓(xùn)練過程數(shù)據(jù)庫中記錄的學(xué)員操作，自動(dòng)完成訓(xùn)練成績的評(píng)定，并指出其中的錯(cuò)誤操作。要實(shí)現(xiàn)該功能包括的軟件模塊有：數(shù)據(jù)庫訪問模塊、成績?cè)u(píng)定模塊、訓(xùn)練效果顯示模塊，各軟件模塊見圖2所示。

圖3　導(dǎo)調(diào)與訓(xùn)練效果評(píng)估軟件運(yùn)行流程圖

導(dǎo)調(diào)與訓(xùn)練效果評(píng)估軟件的運(yùn)行流程如圖3所示。軟件啟動(dòng)后，首先是有教員下達(dá)訓(xùn)練科目，如通電自檢、告警功能檢查、發(fā)射機(jī)故障排除等，軟件自動(dòng)設(shè)置裝備狀態(tài)，并將訓(xùn)練科目記錄數(shù)據(jù)庫；然后開始該科目訓(xùn)練，在訓(xùn)練過程中，軟件作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，不斷接收客戶端（機(jī)上顯控軟件）的操作，并記錄到數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)到屏幕上；訓(xùn)練結(jié)束后，軟件依據(jù)參訓(xùn)人員的所有操作記錄自動(dòng)得出訓(xùn)練成績，并給出錯(cuò)誤操作。最終教員可針對(duì)訓(xùn)練效果評(píng)估結(jié)果對(duì)參訓(xùn)人員的訓(xùn)練進(jìn)行講評(píng)并進(jìn)行針對(duì)性指導(dǎo)和強(qiáng)化訓(xùn)練。

4　結(jié)語

本文完成了基于半實(shí)物仿真實(shí)現(xiàn)的航空電子裝備維護(hù)訓(xùn)練效果評(píng)估模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，該評(píng)估模塊可以客觀地對(duì)參訓(xùn)人員的通電檢查、地面監(jiān)測(cè)以及故障排除等關(guān)鍵性的裝備維護(hù)能力進(jìn)行采集量化和自動(dòng)評(píng)估，較大程度上減少了考核中人為主觀因素的影響。該評(píng)估模塊已應(yīng)用于某型航空電子裝備維護(hù)訓(xùn)練模擬器中，經(jīng)過實(shí)際使用表明，該模塊使用方便，可靠性高，可擴(kuò)展性好，在其他各型航空電子裝備訓(xùn)練模擬器中具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

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Design and Implement of Training Grading Module in Avionics Maintenance Training System

CHEN Hong，TAO Dong-xiang，LIU Ya-juan，LI Bao-peng
（Naval Aeronautical Engineering Academy Qingdao Branch，Qingdao 266041）

In order to assess operator's maintenance ability of avionics in maintenance training device impersonally and justly，designs a training grading module based on hardware-in-the-loop simulation.Through gathering all training operation in real-time，the training grading module can evaluate training effect automatically.The practical application shows that this module is practical and efficient.

Avionic；Maintenance Training Device；Maintenance Examination；Quantitative Appraisal

1007-1423（2016）27-0043-03DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.27.011

2016-06-21

2016-09-16