張超杰， 苗 海， 郭朝有， 常廣暉

(海軍工程大學(xué) 動(dòng)力工程學(xué)院， 湖北 武漢 430033)

艦艇動(dòng)力指揮專業(yè)是海軍院校教育的重點(diǎn)專業(yè)，經(jīng)過多年的發(fā)展，在不斷探索和實(shí)踐中，已摸索出許多適應(yīng)海軍發(fā)展需要的較為成熟的組訓(xùn)方式，為海軍艦艇部隊(duì)培養(yǎng)了大批機(jī)電軍官，積累了較為豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。但同時(shí)也暴露出來一些問題，比如教學(xué)內(nèi)容與新時(shí)期崗位能力要求有差距、綜合性實(shí)踐教學(xué)條件缺少、學(xué)生組織指揮能力偏弱等[1]。適應(yīng)新時(shí)期實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練要求[2-4]、培養(yǎng)全面的艦艇動(dòng)力指揮人才，是當(dāng)前海軍院校教育亟待解決的問題。

1 建設(shè)目的

在實(shí)踐教學(xué)方面，目前艦艇動(dòng)力指揮專業(yè)的專業(yè)課程以裝備種類為基礎(chǔ)設(shè)置多門課程，各課程結(jié)合所屬的裝備開展實(shí)踐教學(xué)條件建設(shè)，進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)。這種建設(shè)方式導(dǎo)致各種裝備分布于不同的實(shí)驗(yàn)室，且裝備之間是獨(dú)立的，因此，實(shí)踐教學(xué)時(shí)只能開展“單裝備訓(xùn)練”。這種教學(xué)方式有利于學(xué)生掌握單個(gè)裝備的專業(yè)知識(shí)，包括工作原理、操作使用、維護(hù)保養(yǎng)、典型故障排除等。

但這種教學(xué)方式也存在明顯的缺點(diǎn)，無形中割裂了機(jī)電部門各裝備之間的聯(lián)系，無法開展分隊(duì)級(jí)、部門級(jí)的協(xié)同訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生缺少機(jī)電部門所屬設(shè)備的整體觀念，無法深刻理解機(jī)電裝備的協(xié)同工作和機(jī)電部門人員的相互配合。而作為機(jī)電軍官，不但要掌握單個(gè)裝備的專業(yè)知識(shí)，更應(yīng)該具備較強(qiáng)的組織指揮能力，根據(jù)條令、條例及規(guī)章制度，科學(xué)合理地組織所屬人員、裝備開展訓(xùn)練，是機(jī)電軍官的必備素質(zhì)，是訓(xùn)練正規(guī)化、實(shí)戰(zhàn)化的前提。

因此，需要整合實(shí)驗(yàn)室分散的實(shí)踐教學(xué)條件，使機(jī)電部門的所屬設(shè)備能夠互聯(lián)、互通，形成有機(jī)整體，為開展綜合性實(shí)踐教學(xué)提供平臺(tái)，為培養(yǎng)學(xué)生更高層次的協(xié)同指揮能力奠定基礎(chǔ)。

2 建設(shè)方法

2.1 總體思路

現(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)條件總體上可以分為4類:艦艇實(shí)裝設(shè)備、科研樣機(jī)、硬件模擬器、虛擬訓(xùn)練設(shè)備[5-8]，目前各種設(shè)備分布于多個(gè)實(shí)驗(yàn)室，相互之間獨(dú)立運(yùn)行。為降低建設(shè)成本、減少設(shè)備搬運(yùn)帶來的設(shè)備損害，綜合實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)建設(shè)的總體思路是:以艦艇機(jī)電部門的實(shí)際“站位”設(shè)置為總體目標(biāo)，注重整體籌劃，將各種分立的實(shí)踐教學(xué)條件進(jìn)行整合，設(shè)計(jì)統(tǒng)一的綜合實(shí)踐教學(xué)控制網(wǎng)絡(luò)，將實(shí)裝設(shè)備、科研樣機(jī)、硬件模擬器、虛擬訓(xùn)練設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的互聯(lián)、互通、互操作。同時(shí)，在綜合實(shí)踐教學(xué)控制網(wǎng)絡(luò)中增加教控臺(tái)，用于根據(jù)不同訓(xùn)練目的，設(shè)置不同訓(xùn)練設(shè)備之間的組合方式、產(chǎn)生不同的訓(xùn)練環(huán)境，并進(jìn)行訓(xùn)練科目給定和訓(xùn)練效果評(píng)估。

對(duì)于具備實(shí)裝設(shè)備、科研樣機(jī)、硬件模擬器、虛擬訓(xùn)練設(shè)備等多種實(shí)踐條件的設(shè)備，可以根據(jù)不同訓(xùn)練目的，通過綜合實(shí)踐教學(xué)控制網(wǎng)絡(luò)，靈活選擇設(shè)備和以何種方式接入訓(xùn)練系統(tǒng)，從而產(chǎn)生不同的訓(xùn)練環(huán)境。對(duì)于既無實(shí)裝設(shè)備和科研樣機(jī)，又無硬件模擬器的設(shè)備，則采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，開發(fā)虛擬訓(xùn)練設(shè)備，快速補(bǔ)齊訓(xùn)練短板。

通過統(tǒng)籌規(guī)劃，促進(jìn)硬件和軟件建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)機(jī)電部門各種裝備之間多種形式的互聯(lián)互通，使實(shí)踐教學(xué)具備多“站位”協(xié)同訓(xùn)練條件，從而打破“單裝備訓(xùn)練”局限，為實(shí)驗(yàn)室開展設(shè)備級(jí)、分隊(duì)級(jí)、部門級(jí)的多層次綜合訓(xùn)練提供條件。

2.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

根據(jù)艦艇機(jī)電部門實(shí)際設(shè)備的布置，結(jié)合現(xiàn)有實(shí)踐教學(xué)設(shè)備在各實(shí)驗(yàn)室的分布情況，綜合實(shí)踐教學(xué)控制網(wǎng)絡(luò)，采用雙層、雙冗余、環(huán)形網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各實(shí)踐教學(xué)設(shè)備的接入控制和信息共享，具體如圖1所示。

圖1 綜合實(shí)踐教學(xué)控制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

綜合實(shí)踐教學(xué)控制網(wǎng)絡(luò)分為2層，上層為系統(tǒng)層，下層為分系統(tǒng)層。推進(jìn)分系統(tǒng)、電力分系統(tǒng)、船區(qū)與損管分系統(tǒng)的所屬訓(xùn)練設(shè)備分別構(gòu)成一個(gè)單獨(dú)的子網(wǎng)絡(luò)，然后通過上層網(wǎng)絡(luò)相互連接。因連接網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備較多，而且分布于多個(gè)實(shí)驗(yàn)室，為保證通信的可靠性，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)均采用雙冗余環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)。各訓(xùn)練設(shè)備同時(shí)連接所屬子系統(tǒng)的2個(gè)環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)，通過該訓(xùn)練設(shè)備的控制臺(tái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，將設(shè)備實(shí)時(shí)參數(shù)上傳至網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)接收網(wǎng)絡(luò)傳來的控制指令；下層子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分別通過各自的教控臺(tái)與上層網(wǎng)絡(luò)連接。這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是:如果需要進(jìn)行單個(gè)設(shè)備級(jí)的訓(xùn)練，只運(yùn)行單個(gè)設(shè)備即可；如果需要進(jìn)行分隊(duì)級(jí)的訓(xùn)練，則運(yùn)行該分隊(duì)的分系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及所屬設(shè)備即可，由相應(yīng)的教控臺(tái)進(jìn)行訓(xùn)練科目給定和訓(xùn)練設(shè)備設(shè)置；如果進(jìn)行整個(gè)部門級(jí)的訓(xùn)練，則運(yùn)行所有網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)訓(xùn)練設(shè)備，由系統(tǒng)教控臺(tái)進(jìn)行訓(xùn)練科目給定和訓(xùn)練設(shè)備設(shè)置。

2.3 教控臺(tái)建設(shè)

整個(gè)綜合實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)設(shè)置4個(gè)教控臺(tái)，推進(jìn)分系統(tǒng)、電力分系統(tǒng)、船區(qū)與損管分系統(tǒng)各設(shè)置一個(gè)分系統(tǒng)級(jí)教控臺(tái)，系統(tǒng)級(jí)設(shè)置系統(tǒng)教控臺(tái)。子系統(tǒng)級(jí)的教控臺(tái)同時(shí)連接上、下2層網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)教控臺(tái)僅連接上層網(wǎng)絡(luò)。各子系統(tǒng)的教控臺(tái)可以進(jìn)行該子系統(tǒng)的訓(xùn)練科目給定，并設(shè)置該子系統(tǒng)所屬訓(xùn)練設(shè)備的接入方式，產(chǎn)生相應(yīng)的訓(xùn)練環(huán)境；系統(tǒng)教控臺(tái)進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的訓(xùn)練科目給定，并設(shè)置所有訓(xùn)練設(shè)備的接入方式，產(chǎn)生相應(yīng)的訓(xùn)練環(huán)境。

以推進(jìn)分系統(tǒng)為例，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及所屬訓(xùn)練設(shè)備如圖2所示。開展完整的推進(jìn)分系統(tǒng)訓(xùn)練一般需要駕駛室控制臺(tái)、集控室控制臺(tái)、柴油機(jī)及控制臺(tái)、齒輪箱及控制臺(tái)、調(diào)距槳及控制箱、油水氣輔助系統(tǒng)組成。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)踐訓(xùn)練條件中，部分設(shè)備，如駕駛室控制臺(tái)、集控室控制臺(tái)，既有科研樣機(jī)，又有硬件模擬器和虛擬訓(xùn)練設(shè)備；部分設(shè)備，如柴油機(jī)、齒輪箱、調(diào)距槳，既有實(shí)裝設(shè)備，又有虛擬訓(xùn)練設(shè)備；部分設(shè)備，如柴油機(jī)控制臺(tái)、齒輪箱控制臺(tái)、調(diào)距槳控制箱，既有硬件模擬器，又有虛擬訓(xùn)練設(shè)備。從整個(gè)推進(jìn)分系統(tǒng)的角度看，缺少推進(jìn)相關(guān)油水氣輔助系統(tǒng)的訓(xùn)練設(shè)備。

為快速補(bǔ)齊訓(xùn)練短板，首先采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，開發(fā)了全面的油水氣輔助系統(tǒng)虛擬訓(xùn)練設(shè)備。新設(shè)計(jì)研制了推進(jìn)教控臺(tái)，并將推進(jìn)分系統(tǒng)相關(guān)的所有訓(xùn)練設(shè)備通過雙冗余環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)連接。由于不同類型的訓(xùn)練設(shè)備各有優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)不同的訓(xùn)練需求推進(jìn)教控臺(tái)，可以選擇不同類型的訓(xùn)練設(shè)備接入運(yùn)行，其余設(shè)備作為備用或不運(yùn)行，從而產(chǎn)生不同的訓(xùn)練環(huán)境。例如，駕駛室控制臺(tái)有科研樣機(jī)、硬件模擬器、虛擬訓(xùn)練設(shè)備3種訓(xùn)練設(shè)備可供選擇，如果開展裝備操縱類相關(guān)的訓(xùn)練，可以優(yōu)先選擇科研樣機(jī)接入訓(xùn)練系統(tǒng)，增加學(xué)生的實(shí)物體驗(yàn)感；如果開展組織指揮類訓(xùn)練，可以優(yōu)先選擇硬件模擬器接入訓(xùn)練系統(tǒng)，重在培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)同指揮能力；如果開展故障應(yīng)急處置能力訓(xùn)練，可以優(yōu)先選擇虛擬訓(xùn)練設(shè)備接入訓(xùn)練系統(tǒng)，因?yàn)樘摂M訓(xùn)練設(shè)備便于模擬各種故障類型。

圖2 推進(jìn)分系統(tǒng)訓(xùn)練設(shè)備

2.4 虛擬訓(xùn)練設(shè)備建設(shè)

對(duì)于實(shí)驗(yàn)室暫時(shí)不具備的硬件訓(xùn)練條件，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)虛擬訓(xùn)練設(shè)備是快速補(bǔ)齊訓(xùn)練短板的有效措施。與硬件訓(xùn)練設(shè)備相比，虛擬訓(xùn)練設(shè)備具有開發(fā)周期短、成本低等優(yōu)點(diǎn)[9-11]，而且能夠?qū)崿F(xiàn)硬件設(shè)備難于實(shí)現(xiàn)的訓(xùn)練條件，如艦艇大風(fēng)浪航行、嚴(yán)重的設(shè)備故障等。仍以推進(jìn)分系統(tǒng)為例，若在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)一套完整的、類似艦艇布置的油水氣輔助系統(tǒng)，短期內(nèi)是難于實(shí)現(xiàn)的。為此，專門開發(fā)了油水氣輔助系統(tǒng)虛擬訓(xùn)練設(shè)備，補(bǔ)齊訓(xùn)練短板，與實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有訓(xùn)練設(shè)備可以構(gòu)成完整的推進(jìn)分系統(tǒng)，不但可以開展設(shè)備級(jí)的訓(xùn)練，也可以開展分隊(duì)級(jí)的訓(xùn)練，同時(shí)為開展部門級(jí)的訓(xùn)練奠定基礎(chǔ)。

以滑油系統(tǒng)為例，學(xué)生可以利用虛擬訓(xùn)練設(shè)備進(jìn)行滑油系統(tǒng)的正常使用方案分析與實(shí)現(xiàn)、應(yīng)急使用方案分析與實(shí)現(xiàn)。比如，主機(jī)啟動(dòng)前、運(yùn)行中、開始停機(jī)以及停機(jī)結(jié)束等不同過程中，各種閥門、滑油預(yù)供泵、滑油備用泵、機(jī)帶滑油泵的使用方案分析與實(shí)現(xiàn)，以及滑油預(yù)供泵故障時(shí)的應(yīng)急使用方案分析與實(shí)現(xiàn)、機(jī)帶滑油泵故障時(shí)的應(yīng)急使用方案分析與實(shí)現(xiàn)。當(dāng)進(jìn)行更高層次的訓(xùn)練時(shí)，可以與備戰(zhàn)備航部署演練聯(lián)合進(jìn)行，將滑油系統(tǒng)設(shè)置為推進(jìn)系統(tǒng)的連鎖條件，如果滑油系統(tǒng)使用不正確，主機(jī)無法啟動(dòng)，艦船將無法航行。

3 建設(shè)效果

3.1 形成多層次綜合訓(xùn)練體系

構(gòu)建綜合實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)后，機(jī)電部門所屬設(shè)備實(shí)現(xiàn)了多種形式的互連、互通，打破了各設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行、僅能進(jìn)行“單裝備訓(xùn)練”的訓(xùn)練局限。以綜合實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)為依托，既可以開展單裝備訓(xùn)練，又可以開展機(jī)電部門多裝備、多站位的協(xié)同訓(xùn)練，在實(shí)驗(yàn)室形成了設(shè)備級(jí)、分隊(duì)級(jí)、部門級(jí)的多層次綜合訓(xùn)練體系。

通過多裝備、多站位的協(xié)同與指揮訓(xùn)練，可以使學(xué)生建立系統(tǒng)的整體觀念，深入理解機(jī)電裝備的協(xié)同工作和機(jī)電部門人員的相互配合，提高學(xué)生在各種作戰(zhàn)背景下的組織指揮能力、裝備正常操縱能力和故障應(yīng)急處置能力，全面培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。

3.2 開展多課程聯(lián)合實(shí)踐教學(xué)

通過各裝備課程開展相應(yīng)的單裝備實(shí)踐教學(xué)，有利于學(xué)生掌握單個(gè)裝備的工作原理、操作使用、維護(hù)保養(yǎng)、典型故障排除等專業(yè)知識(shí)。構(gòu)建綜合實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)后，在各裝備課程開展實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ)上，可以開展多課程聯(lián)合實(shí)踐教學(xué)，實(shí)現(xiàn)由單個(gè)裝備的實(shí)踐訓(xùn)練向多裝備聯(lián)合實(shí)踐訓(xùn)練轉(zhuǎn)變，分別針對(duì)不同作戰(zhàn)背景開展分隊(duì)級(jí)、部門級(jí)的協(xié)同訓(xùn)練。為此，培養(yǎng)方案中新增設(shè)了“艦艇動(dòng)力裝置綜合實(shí)踐”課程，開展多課程聯(lián)合實(shí)踐教學(xué)。

在多站位協(xié)同訓(xùn)練時(shí)，按照實(shí)際艦艇的指揮關(guān)系形成上下級(jí)指揮體系，利用設(shè)計(jì)的綜合實(shí)踐教學(xué)控制網(wǎng)絡(luò)將實(shí)裝設(shè)備、科研樣機(jī)、硬件模擬器、虛擬訓(xùn)練設(shè)備等實(shí)踐條件聯(lián)合運(yùn)用，根據(jù)不同訓(xùn)練目的構(gòu)建不同的訓(xùn)練環(huán)境，通過教控臺(tái)合理配置相應(yīng)的訓(xùn)練設(shè)備。訓(xùn)練過程中，學(xué)生按照機(jī)電部門的指揮關(guān)系進(jìn)行角色模擬扮演，分別編為部門、分隊(duì)、班、成員等角色，根據(jù)給定的情節(jié)，上級(jí)指揮下級(jí)，站位內(nèi)部人員之間分工合作，共同完成指定的任務(wù)；同級(jí)站位之間通過上級(jí)站位進(jìn)行協(xié)調(diào)指揮，不但能夠使學(xué)生理解機(jī)電部門的指揮關(guān)系、運(yùn)作流程，而且能夠提高學(xué)生的協(xié)作精神。

3.3 開展情境化案例式教學(xué)

以艦艇部隊(duì)在戰(zhàn)備、訓(xùn)練和執(zhí)行任務(wù)過程中遇到的真實(shí)情況為背景，編寫特色鮮明、實(shí)用性強(qiáng)的實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)案例[12-14]，將其引入實(shí)踐教學(xué)過程中，可以提高實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)的實(shí)用性和針對(duì)性。依托綜合實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，可以通過教控臺(tái)合理配置實(shí)驗(yàn)室的軟硬件設(shè)備，使案例中的情形在實(shí)驗(yàn)室重現(xiàn)，由學(xué)生開展情況判斷、方案制訂、設(shè)備調(diào)用、人員調(diào)控等各項(xiàng)工作，提高實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)氛圍，全面培養(yǎng)學(xué)生的綜合處理能力。例如，可以根據(jù)我艦艇編隊(duì)執(zhí)行亞丁灣護(hù)航任務(wù)過程中遇到的各種具體情況為背景，設(shè)置機(jī)電設(shè)備相關(guān)的各種情節(jié)開展案例教學(xué)，并利用綜合實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)復(fù)現(xiàn)當(dāng)時(shí)遇到的具體情況，使學(xué)生沉浸在具體環(huán)境中分析問題、討論問題、解決問題，提高學(xué)生執(zhí)行具體任務(wù)的能力。

4 結(jié)語

以建設(shè)綜合實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)為目標(biāo)，以實(shí)際艦艇機(jī)電部門的“站位”設(shè)置為依據(jù)，將各種分立的實(shí)踐教學(xué)條件進(jìn)行整合，設(shè)計(jì)了雙層、雙冗余、環(huán)形的綜合實(shí)踐教學(xué)控制網(wǎng)絡(luò)，將實(shí)裝設(shè)備、科研樣機(jī)、硬件模擬器、虛擬訓(xùn)練設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)了各訓(xùn)練設(shè)備之間的互聯(lián)互通。對(duì)于實(shí)驗(yàn)室暫時(shí)不具備的硬件訓(xùn)練條件，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)了虛擬訓(xùn)練設(shè)備，快速補(bǔ)齊訓(xùn)練短板。根據(jù)不同訓(xùn)練目的合理配置各訓(xùn)練設(shè)備之間的組合關(guān)系、構(gòu)建不同的訓(xùn)練環(huán)境條件，專門研制了教控臺(tái)。通過統(tǒng)籌規(guī)劃，促進(jìn)了硬件建設(shè)和軟件建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展，構(gòu)建了綜合實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，為開展設(shè)備級(jí)、分隊(duì)級(jí)、部門級(jí)的多層次綜合訓(xùn)練奠定了設(shè)備基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)裝備的實(shí)踐訓(xùn)練向多裝備聯(lián)合實(shí)踐訓(xùn)練轉(zhuǎn)變。依托該綜合實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，既可以開展單裝備訓(xùn)練，又可以開展機(jī)電部門多裝備、多站位的協(xié)同訓(xùn)練。通過教控臺(tái)合理調(diào)配實(shí)驗(yàn)室的軟硬件設(shè)備，可以在實(shí)驗(yàn)室重現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)案例，全面培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，提高實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)效益。

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