■ 陳鴻 李進杰 王煒珽/海軍航空工學(xué)院青島校區(qū)

近年來,新型航空電子裝備不斷裝備部隊,給維護訓(xùn)練帶來了諸多難題,如新設(shè)備復(fù)雜昂貴、缺乏培訓(xùn)實裝等,為了解決上述問題,目前國內(nèi)外廣泛采用仿真維護訓(xùn)練手段。本文提出了一種基于半實物仿真的航空電子裝備地勤維護訓(xùn)練系統(tǒng)構(gòu)架,詳細介紹了其軟硬件組成和實現(xiàn)途徑,能夠為各具體型號航空電子裝備地勤維護訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)提供有益參考。

1 地勤維護訓(xùn)練系統(tǒng)功能設(shè)計

該系統(tǒng)具體功能如下：

1） 拆卸安裝訓(xùn)練,具備與實裝相同的外型尺寸、安裝方式和電纜連接關(guān)系,具有真實的拆卸和安裝手感。用于訓(xùn)練維護人員使用工具和掌握技能的正確性和熟練度。

2） 通電檢查訓(xùn)練,能夠?qū)Ψ抡嫜b備進行機上通電檢查,能模擬機上的顯示控制,響應(yīng)仿真裝備的上電、自檢、功能檢查等操作,給出相應(yīng)顯示結(jié)果。用于訓(xùn)練維護人員機上通電操作技能和外場反應(yīng)能力。

3） 功能檢查訓(xùn)練,能夠?qū)Ψ抡嫜b備進行地面功能檢查,通過對配套地面保障設(shè)備的半實物仿真, 能夠向仿真裝備發(fā)出模擬信號,使其完成對應(yīng)功能,如通信、探測、干擾等功能。用于訓(xùn)練維護人員操作使用地面保障設(shè)備進行裝備功能檢查的能力。

4） 故障排除訓(xùn)練,能夠在仿真裝備內(nèi)及連接電纜上設(shè)置故障,模擬包括器件故障、線路通斷、性能下降等多種實際工作中常遇到的典型故障,用于訓(xùn)練維護人員故障分析和排除能力。

5） 訓(xùn)練效果評估,訓(xùn)練開始后能自動采集訓(xùn)練過程中的學(xué)員操作,發(fā)現(xiàn)其中的錯誤操作,訓(xùn)練結(jié)束后自動完成訓(xùn)練成績的評定。

2 系統(tǒng)硬件實現(xiàn)

整個維修訓(xùn)練系統(tǒng)可分為五大組成部分：半實物仿真裝備、半實物機上顯控單元、半實物地面檢測設(shè)備、信息采集與控制單元、導(dǎo)調(diào)與訓(xùn)練效果評估平臺,系統(tǒng)組成如圖1所示。

2.1 半實物仿真裝備

半實物仿真裝備采用1：1比例,從硬件上真實再現(xiàn)實裝各外場可更換單元（LRU）的外觀、接口、連接以及機上固定方式,作為訓(xùn)練時進行外部檢查、內(nèi)部檢查、安裝拆卸等實踐動手科目的訓(xùn)練平臺。同時,半實物仿真裝備內(nèi)部還根據(jù)裝備功能、故障設(shè)置等要求設(shè)計了相應(yīng)的電路。

1） 信號仿真電路

信號可以說是航空電子裝備的靈魂。仿真實裝是否逼真,是否具有可操作性,除了要求仿真其外形外,更重要的是如何模擬實裝內(nèi)部的各種信號。這些信號包括射頻信號、控制信號、供電信號等。在一定制作成本下,可以采用低頻代替射頻,低壓代替高壓等方法建立仿真裝備的信號功能電路。為了保證半實物裝備仿真的逼真度,所有電路的走線均同實裝一致。

2） 故障設(shè)置電路

用于對LRU的工作狀態(tài)進行設(shè)置,一般可采用程控繼電器組或者手動開關(guān)組構(gòu)成故障設(shè)置電路,在仿真信號電路上設(shè)置繼電器組或開關(guān)組,通過通斷來實現(xiàn)LRU內(nèi)部工作狀態(tài)的模擬,如故障、良好、性能下降等。

圖1 維護訓(xùn)練系統(tǒng)硬件組成

2.2 信息采集與控制單元

信息采集與控制單元是整個系統(tǒng)的神經(jīng)中樞,是半實物仿真裝備與半實物座艙、半實物地面檢測設(shè)備實現(xiàn)信息交聯(lián)的關(guān)鍵單元。從實現(xiàn)上應(yīng)滿足兩點：一是采集半實物仿真裝備的電路狀態(tài)（工作狀態(tài)、故障狀態(tài)等）,并將采集到的信息實時交給上位計算機（座艙工控機或檢測單片機）；二是響應(yīng)上位機的控制指令（上電、通斷、發(fā)射等）,以改變半實物仿真裝備的電路狀態(tài)?？梢圆捎媚壳巴ㄓ玫腎/O模塊來實現(xiàn)上述功能,如數(shù)字采集卡、總線轉(zhuǎn)換模塊等。

2.3 半實物機上顯控單元

座艙顯示控制是進行操作控制訓(xùn)練、機上通電檢查訓(xùn)練、檢查結(jié)果顯示的關(guān)鍵。可半實物仿真再現(xiàn)飛機座艙內(nèi)的關(guān)鍵顯示控制部件,如多功能顯示器、航空電子啟動板、綜合控制板、油門桿等。這些顯控部件實際上是人機交互接口,為了使各模擬部件具備與真實座艙內(nèi)控制部件一致的控制動作和操作響應(yīng),需要將它們以星型連接到仿真座艙內(nèi)的工控機上,通過工控機來實現(xiàn)控制和顯示。工控機在響應(yīng)用戶操作的同時,將用戶的操作轉(zhuǎn)換為指令,通過總線與信息采集與控制單元交聯(lián),實現(xiàn)對仿真裝備的通電控制；同時不斷采集仿真裝備的當(dāng)前狀態(tài),實時在顯示器上輸出對應(yīng)畫面。

2.4 半實物地面檢測設(shè)備

半實物地面檢測設(shè)備模擬內(nèi)外場地面檢測訓(xùn)練時需要用到的各種一二線檢測設(shè)備,如外場使用的故障檢測儀、內(nèi)場用到的自動測試設(shè)備（ATE）等。模擬的檢測設(shè)備具有與部隊實際檢測設(shè)備一致的外觀和操作。通過與信息采集與控制單元的通信,獲取半實物仿真裝備的狀態(tài)信息,并給出對應(yīng)的檢測結(jié)果。

2.5 導(dǎo)調(diào)與訓(xùn)練效果評估平臺

導(dǎo)調(diào)與訓(xùn)練效果評估平臺是培訓(xùn)教員的主要工作平臺,具有兩大功能：一是訓(xùn)練科目下達和故障設(shè)置；二是訓(xùn)練成績評定與記錄,對訓(xùn)練結(jié)果進行存檔、查詢、再現(xiàn)。前者可通過發(fā)送指令至信息采集與控制單元,控制半實物仿真裝備中故障設(shè)置點的狀態(tài)來達到。后者可通過與半實物仿真座艙中的工控機通信,記錄學(xué)員的所有操作,然后評定成績。這兩大功能都可通過通用計算機來實現(xiàn)。

3 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

維護訓(xùn)練系統(tǒng)需要通過軟件驅(qū)動硬件工作,來響應(yīng)用戶指令、采集信息并顯示相應(yīng)結(jié)果。在整個航空電子裝備維護訓(xùn)練系統(tǒng)中運行的軟件有三類,在半實物座艙工控機中運行的是“機上顯控軟件”；在各種半實物一二線地面檢測設(shè)備的半片機或工控機中運行的是“一二線檢測軟件”； 在導(dǎo)調(diào)與訓(xùn)練效果評估平臺通用計算機中運行的是“導(dǎo)調(diào)與訓(xùn)練效果評估軟件”。這三類軟件不是獨立運行的,相互之間有通信連接,整個系統(tǒng)的軟件總框架如圖2所示。

1） 機上顯控軟件

機上顯控軟件是半實物仿真座艙能夠?qū)崿F(xiàn)顯示控制的核心,通過實時監(jiān)聽通信串口,響應(yīng)不同地址編碼對應(yīng)的按鍵,調(diào)用對應(yīng)的信息響應(yīng)與處理程序組,如加電、自檢、功能檢查等,來對應(yīng)采集半實物仿真裝備的狀態(tài),最后將結(jié)果通過指示燈或多功能顯示器顯示出來。與此同時,機上顯控軟件通過遠程訪問在導(dǎo)調(diào)與訓(xùn)練效果評估平臺上的訓(xùn)練過程數(shù)據(jù)庫,將訓(xùn)練過程中人員在座艙中的所有操作記錄到數(shù)據(jù)庫中,供訓(xùn)練結(jié)束后進行訓(xùn)練效果評估和訓(xùn)練過程回放。

2） 一二線地面檢測軟件

一二線地面檢測軟件運行在各種外場地面檢測設(shè)備的單片機或內(nèi)場地面檢測設(shè)備的工控機中。雖然具體型號的航空電子裝備的地面檢測設(shè)備有很多種,但其核心工作原理是一樣的,對其進行半實物仿真時,可采用通用的軟件框架,即首先發(fā)送指令或信號使仿真裝備工作于某種指定狀態(tài)（上電、自檢、加卸載等）,然后采集該狀態(tài)下半實物仿真裝備內(nèi)各LRU檢測點的信息,最后依據(jù)這些采集信息給出對應(yīng)的檢測結(jié)果。

3） 導(dǎo)調(diào)與訓(xùn)練效果評估軟件

導(dǎo)調(diào)與訓(xùn)練效果評估軟件運行在導(dǎo)調(diào)與訓(xùn)練效果評估平臺通用計算機上,在下達訓(xùn)練科目后,如通電自檢、告警功能檢查、發(fā)射機故障排除等,軟件自動設(shè)置裝備狀態(tài),并將訓(xùn)練科目記錄在數(shù)據(jù)庫中；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（機上顯控軟件）的操作,并記錄在數(shù)據(jù)庫中,同時顯示在屏幕上；訓(xùn)練結(jié)束后,軟件依據(jù)學(xué)員的所有操作記錄自動得出訓(xùn)練成績,并給出操作正確與否的判斷。

圖2 航空電子裝備地勤維護訓(xùn)練系統(tǒng)軟件框圖

圖3 維護訓(xùn)練流程圖

4 應(yīng)用驗證

基于上述軟硬件結(jié)構(gòu),目前已開發(fā)出多套維護訓(xùn)練系統(tǒng),并投入院校教學(xué)和部隊的技術(shù)保障訓(xùn)練實踐中,利用該系統(tǒng)進行維護訓(xùn)練的一個典型流程如圖3所示。

當(dāng)教員在導(dǎo)調(diào)臺上下達訓(xùn)練科目后,受訓(xùn)學(xué)員依據(jù)維護方法對半實物仿真裝備進行各項檢查,若設(shè)置了故障,維護訓(xùn)練器座艙和地面檢測設(shè)備上將顯示對應(yīng)的故障現(xiàn)象。學(xué)員記錄現(xiàn)象,使用半實物地面檢測設(shè)備進行測試,通過分析測量結(jié)果逐步定位故障,確定維修方案,最后排除故障。在這個過程中訓(xùn)練了學(xué)員綜合運用檢測設(shè)備、維修工具以及正確分析故障原因、快速排除故障的能力。

5 結(jié)束語

本文提出了一種基于半實物仿真實現(xiàn)的航空電子裝備地勤維護訓(xùn)練系統(tǒng)通用框架,該框架采用分布式總線的軟硬件測控體系,很好地解決了模擬座艙、仿真裝備、一二線地面檢測設(shè)備三者間交聯(lián)控制關(guān)系復(fù)雜的問題。實際使用表明,基于該框架構(gòu)建的地勤訓(xùn)練系統(tǒng)能夠有效克服當(dāng)前訓(xùn)練中存在的理論教學(xué)生動性差、實踐教學(xué)實裝少、組織困難、不安全因素多等缺點,且系統(tǒng)的可擴展性好,使用方便,可靠性高。該通用框架在各型航空電子裝備地勤維護訓(xùn)練模擬器中具有一定的推廣應(yīng)用價值。

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