常海昕，劉永亮，朱元武，魏潔英，王滿喜

（1.北方自動控制技術研究所，太原 030006；2.解放軍66033 部隊，湖北 孝感 432900）

0 引言

戰(zhàn)術模擬訓練系統(tǒng)［1-3］，是新形勢下提出的面向軍事戰(zhàn)術訓練的一種解決方案，是武器裝備實兵對抗訓練的重要補充。其中，裝備模擬器作為戰(zhàn)術模擬訓練系統(tǒng)中的基本組成單元，通過提供與實裝一致的艙體布局、人機交互部件、訓練流程，來滿足主戰(zhàn)武器裝備的戰(zhàn)術技術性能指標。我軍主戰(zhàn)裝備型號繁雜，且一直伴隨著型號改進設計與研制，這要求設計人員在裝備模擬器的研制過程中，融入通用化設計思想來順應部隊武器裝備的更新趨勢，降低各個型號模擬器的設計與改造難度，使得一型模擬器能夠滿足多型號武器裝備的訓練和仿真需求，并適應部隊裝備信息化升級發(fā)展的需求。

1 模擬器通用化工作的內涵

武器裝備模擬器的通用化工作，根據模擬器初期制定的研制方案可劃分為繼承型通用化和開發(fā)型通用化［4］。繼承型通用化，指的是在對某型武器裝備的改進型號進行模擬器設計工作時，可以在該武器裝備當前型號模擬器系統(tǒng)中，繼承或借用部分軟件單元或硬件單元。開發(fā)型通用化則是在武器裝備模擬器的研制初期，就已經對未來模擬器的升級、改造需求有所預測和判斷。從而有所選擇和針對性地對一些通用化部件單元進行設計。并在其后的升級改造過程中，推廣并使用這些通用單元。

按照“軟件優(yōu)先、模型轉換、兼顧硬件、局部替換”的思路，當前武器裝備模擬器的通用化工作內涵［5］可以延伸到3 個方面：

1）在模擬器研制初期，基于可繼承與可互換的原理，選定能夠滿足互換性要求的通用軟件或硬件單元。通過復用，將可通用單元的應用范圍進行最大限度的擴展。

2）從武器裝備模擬器的發(fā)展規(guī)律和使用需求出發(fā)，對某一類型模擬器，根據其性能參數(shù)及結構規(guī)格，進行規(guī)劃與排序，從而對同類型模擬器的有序研制產生指導作用。這一類型模擬器可以按照系列型譜的模式進行型號的設計工作。

3）對武器裝備模擬器的軟件單元及硬件部件進行功能分解和結構的分析，設計劃分出眾多的具有復用能力的標準單元模塊。當對新型號的武器裝備進行模擬器的設計工作時，在這些通用模塊中選擇滿足功能需求的單元，并針對未能滿足的功能需求進行補充設計。當模擬器進行維護升級時，利用標準的接口，可對這些通用的模塊進行兼容、更換或者組合。

2 模擬器通用化工作的方法及應用

2.1 開展裝備模擬器通用化工作思想的宣傳普及

武器裝備模擬器通用化改進工作，與部隊裝備的更新?lián)Q代緊密相連。因此，對通用化思想的學習以及通用化技能知識的培訓是模擬器設計人員一項必要而且基礎的任務。武器裝備模擬器設計與制造科研單位應當廣泛深入地宣傳、普及通用化的設計思想與理念，使廣大從事裝備制造的工作人員對通用化改進工作的重要性擁有全面、清楚的認識，即：通用化改進工作的開展，能夠節(jié)約開發(fā)成本，減少模擬器研制工作的工作量并縮短研制周期，提高模擬器的可維護性與綜合保障能力。從而自覺主動地在平日的設計過程中，貫徹通用化的設計思想，使用通用化的設計方法。

2.2 制定并貫徹裝備模擬器通用化工作標準規(guī)范

按照“軟件優(yōu)先、模型轉換、兼顧硬件、局部替換”的原則，同時按照通用化改進工作可繼承、可更換的總體要求和客戶需要編制武器裝備模擬器通用化設計規(guī)范，對模擬器各個研制階段提出通用化要求與指標，使通用工作有章可循，行之有效。

要堅持對模擬器的通用化設計規(guī)范進行全階段、全過程貫徹。在立項論證階段，運用通用化的思想進行總體設計，提出研制或者設計要求，制定原則；在設計研制階段，必須對通用化要求的實現(xiàn)進行監(jiān)督，否則不予定型、生產；在交付使用后，從部隊裝備的更新?lián)Q代情況出發(fā)，進行通用化改進設計。

2.3 建立模擬器通用化數(shù)據庫

裝備模擬器科研部門，應當組織人力物力，對已經設計定型的各型號模擬器部件、功能信息，進行統(tǒng)計和分析研究，建立武器裝備模擬器產品數(shù)據庫［6］。通過對裝甲、炮兵、防空等同類型武器裝備模擬器的性能參數(shù)進行統(tǒng)計、研究和對比，將其制定模擬器系列型號族譜，得到一系列的通用模塊，輸入到模擬器通用化數(shù)據庫中，使設計人員充分利用現(xiàn)有的通用化資源和信息，提高通用化改進工作的效率，較快地產生通用化工作成果。

2.4 在設計與研制過程中應用通用化思想

1）增強硬件結構單體的可替換性和通用性。在保證模擬器硬件單體外觀、手感、操作性與實裝基本一致的情況下，應盡量采用批量生產的通用件，增強部件的可替換性。對照設備功能，開展對操縱機構、觀瞄設備等單體通用性分析（如表1 所示）。

表1 某裝甲模擬器硬件功能模塊劃分

當部件受損，可隨時更換，這保證了模擬訓練系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。同時，硬件結構通用件更換需要有共同的接口，這在設計初期就應該考慮在內。對接口進行標準化的設計，是零部件通用化的基礎。硬件單體的通用化，使得各類模擬器能夠快速升級，適應部隊武器裝備升級發(fā)展的需求。

2）構建通用的模擬器艙體平臺。應積極探索發(fā)展模擬器艙體平臺的通用性。分別開展對裝甲突擊類、防空反導類、指控偵查類、火力壓制類等武器裝備模擬器的艙體通用性研究。以裝甲類模擬器為例來說明，現(xiàn)階段的模擬器大都為三艙結構（如圖1所示），分別為駕駛艙、炮長艙、車長艙。這樣的三艙結構，運輸時可分離，工作時構建為一個整體，但其通用度并不高，不利于模擬器的快速安裝部署和艙體的重復利用?？梢詫ΜF(xiàn)有的多型模擬器進行研究，探索其模擬器艙體的共同點，設計通用的艙體平臺。當切換模擬器類型時，只需對艙體上軟硬件進行模塊化的安裝，使得一型艙體可以搭載多型模擬器部件，實現(xiàn)同系列不同裝備的戰(zhàn)術性能模擬，而無需重新設計制造一套艙體結構。

圖1 傳統(tǒng)三艙結構

3）提升模擬器軟件的復用程度。軟件的通用化工作相比硬件具有部署方便、成本低的優(yōu)勢。模擬器軟件的部署主要是模擬各型武器裝備的終端、電臺、儀表等面板，信號采集、數(shù)據處理等控制軟件，機動仿真、彈道仿真等任務仿真軟件。不同武器裝備，不同型號之間，實裝面板不同，故應對現(xiàn)有的模擬器產品進行功能上的模塊分解。比如車通、電臺、駕駛員儀表、信號采集、機動仿真等功能模塊軟件，大部分型號的武器裝備模擬器都可以通過模擬器切換控制軟件加以復用。而對同類型模擬器，例如：坦克裝甲模擬器、步戰(zhàn)車裝甲模擬器、炮兵模擬器、防空模擬器，同一類型下又有數(shù)量眾多的軟件可以復用。相同的功能組合成標準模塊，不同之處再設計專用模塊。這樣對于減少設計人員的工作量也有幫助。

4）形成型譜，構建通用化產品庫。對軟件模塊、結構單體，甚至艙體結構進行統(tǒng)計分析，按照性能特性，進行系列型譜［7］的規(guī)定。利用計算機技術建立通用化產品庫，將系列型譜輸入到通用化產品庫中，并規(guī)范數(shù)據的導入與導出。在對新型號模擬器進行設計時，利用這些已成熟的通用件技術，使其對新產品的設計產生指導作用，這樣能夠提高模擬器的可靠性，并降低設計成本。

5）利用先進技術，為模擬器通用化設計提供新思路。目前國內的武器裝備模擬器還局限于半實物仿真的設計形式，通過提供與實裝一致的硬件操作部件進行戰(zhàn)術技能訓練。該傳統(tǒng)訓練方式，造價較高，沉浸感低且因體型笨重，硬件操控部件需要定期維護，通用性較差。本文將模擬器艙體和單體操作部件作為仿真對象，利用虛擬現(xiàn)實技術［8-10］，針對實裝艙體，構建虛擬三維場景，以頭戴式虛擬現(xiàn)實設備（如圖2 所示）實現(xiàn)視景漫游。將可操作開關、按鍵、手柄等部件抽象成邏輯資源，利用虛擬現(xiàn)實人機交互設備，如數(shù)據手套，捕捉、采集手部動作，反饋回頭戴顯示設備，保持操作方式，流程與實裝一致。通過將實物虛化，用軟件實現(xiàn)邏輯功能，達到一裝多用的目的，這將大大提高模擬器的通用化程度。

圖2 使用虛擬現(xiàn)實設備實現(xiàn)艙體操作環(huán)境的替換

3 模擬器通用化工作的作用與意義

進行通用化改進工作的出發(fā)點就是為了最大限度地減少模擬器研制過程中的重復勞動，利用已有的通用化軟硬件單元和特定功能模塊，在節(jié)省人力、物力的同時進行模擬器的設計研制工作，達到降低研制成本、簡化對模擬器的保障和維護、縮短設計研制周期、增強產品競爭力、提高模擬訓練系統(tǒng)效能的目的。

3.1 降低生產成本

通用化工作可以在一定程度上緩解在武器裝備模擬器的研制過程中產生的，所需投入較高和經濟承受能力有限這一問題。武器裝備模擬器的研制，從最開始的裝備調研，到最后的安裝部署，中間涉及原材料的采購，軟硬件的設計，資金耗費巨大，且回籠周期較長。對模擬器的研制進行通用化改進工作，先研制通用化程度較高的基本型模擬器，在其基礎上進行新研，可以在一定程度上節(jié)約采購成本，減少重復的勞動造成的人力的浪費。

3.2 縮短研制周期、降低研制風險

研制新的模擬器時，以現(xiàn)有的模擬器型號為基礎進行改進研制，能夠利用已經得到驗證的技術和成果，這樣一來，勢必會減少設計與試驗所花費的時間，從而達到縮短研制周期的目的。此外，在成功的產品上有計劃地實施新的技術方案，對產品進行升級開發(fā)可以規(guī)避研制風險，在舊有的經驗基礎上不斷進行改進研制，可以增強性能，延長產品使用年限。

3.3 簡化保障與維護工作

對模擬器進行通用化設計，結構單體普遍具有可替換、通用化的特點。這減少了零組件的數(shù)量與種類，從而簡化了維護保障的工序，降低了從業(yè)人員的技能要求，提高了產品的可靠性。這對于成體系、成系統(tǒng)部署的模擬訓練系統(tǒng)來說，大大削弱了后期維護的難度。

3.4 形成良好的發(fā)展戰(zhàn)略

裝備模擬器的制造面向部隊型號眾多的主戰(zhàn)裝備。一旦軍方對某一型號裝備模擬器訂購量不大，不能批量生產，勢必會無法承擔設計成本。對模擬器進行通用化改進研制，增加不同型號產品之間的復用比例，這樣既可以縮減降低研制成本，也解決了軍方某些型號武器裝備模擬器需求量不大的難題，打破傳統(tǒng)的規(guī)模經濟生產模式［11］。同時不會錯過需求多樣化但訂購量不大的軍方用戶，能夠快速占領市場，穩(wěn)定產品結構，在模擬器制造領域擁有一定的競爭力。

3.5 提高模擬訓練系統(tǒng)效能

裝備模擬器作為基本單元組成模擬訓練系統(tǒng)，其系統(tǒng)效能受模擬器可靠性、維修性、保障性的影響。當對模擬器進行通用化改進工作時，選定不同型號模擬器之間具有通用與互換功能的部件或功能單元。這些基本單元可以是各種原材料，包括設備、元器件、單體及其種類、結構、規(guī)格，甚至可以是具有獨立功能的模塊，既可以是硬件，也可以是軟件。本文設定模擬器通用化程度系數(shù)［12］

式中，∑j代表裝備模擬器中通用單元總件數(shù)，∑代表裝備模擬器所有單元總件數(shù)，模擬器通用化程度隨著通用部件或單元的數(shù)目增多而增大。通用化程度越大，則模擬器故障間隔時間增加，保障時間縮短，可維修性增強。這樣一來，模擬訓練系統(tǒng)的系統(tǒng)效能隨模擬器通用化程度的提高而線性增強，如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)效能隨通用化程度變化關系

4 結論

隨著現(xiàn)代武器裝備不斷推陳出新，為順應陸軍部隊規(guī)模結構和力量編成改革需要，開展模擬器通用化的改進研制勢在必行。這對模擬器軟硬件通用化工作提出了新的要求。武器裝備模擬器的通用化程度高低對整個模擬訓練系統(tǒng)的綜合評估有著現(xiàn)實意義。本文主要針對陸軍裝甲武器裝備模擬器通用化改進工作的經驗與方法進行總結，對其他武器裝備模擬器的設計與保障工作提供的借鑒尚有局限，還需在今后的實際工作中不斷深入研究。