淺析訓練模擬器設計中注意的問題

商亞新，陳慧玲，武 冰

中國人民解放軍防空兵指揮學院，河南 鄭州 450052

0 引言

作戰訓練模擬設備分為作戰指揮訓練模擬系統和技術訓練模擬系統兩大類，訓練模擬器屬于技術訓練模擬系統，能夠仿真各種武器裝備、運輸設備等的操作環境與界面，不僅使操作人員能夠在逼真的環境中快速掌握裝備的操作技能，而且能夠減少危險性，減少實裝損耗，降低訓練成本，提高訓練效果。訓練模擬器已經在訓練中得到廣泛使用，更多的訓練模擬器正在繼續開發和研制中。根據訓練模擬器使用中的情況，對訓練模擬器在設計的各個階段應當注意的問題進行一些探討，對如何提高訓練模擬器的可靠性、可維護性和可擴展性等方面提出一些可行的方法。

1 需求分析階段

需求是用戶對將要開發的訓練模擬器在功能、性能、用途以及設計約束等諸多方面的期望。需求分析對用戶需求進行求精和細化并能夠正確地描述需求規格說明，最后提出可能解決的方案。為了確保需求分析的正確、全面、無歧義，必須要與用戶進行充分溝通，正確理解用戶需求，解決用戶最急需解決的問題。如果可能，應當到達訓練現場，了解訓練現狀，了解訓練中存在的問題和用戶期望達到的訓練效果。與用戶有了完全溝通和理解、對實際情況有了充分了解，將用戶需求和實際情況完全融入自己的知識中，才能提出使用戶滿意的解決方案。

2 系統總體設計階段

訓練模擬器的總體設計是在需求分析的基礎上進行的。總體設計首先要確保訓練模擬器的功能完備、能夠達到期望的訓練效果，滿足用戶需求，同時要盡可能降低訓練模擬器的成本。進行總體設計時，必須考慮如何確保系統的可靠性、可維護性、可擴展性、可測試性等性能，這些性能與系統的實現原理、結構組成等密切相關。

根據用戶需求和訓練模擬器的總體功能要求，確定訓練模擬器的總體組成，明確各組成之間的接口。以最優設計的方法確定軟硬件分工，應當用軟件完成盡可能多的功能，軟件無法完成或者軟件效果達不到性能要求的功能則必須由硬件來完成。裝備訓練模擬器屬于人在回路的人-機系統，人對設備進行操作，設備將操作的過程和效果通過設備產生的反應表現出來（如設備的運動、構件的動作、顯示器界面的變化、其它狀態的信息表示），人根據設備的反應確定下一步的操作，直至完成整個操作過程。對于這樣的訓練模擬器，通過硬件設備來構建與實裝一致的操作環境，通過單片機系統采集人對訓練模擬器的操作數據和設備的其它狀態信息數據，并將采集的數據通過串口傳輸到主控計算機，主控計算機處理并記錄單片機系統傳來的數據，仿真裝備的工作過程，控制顯示器的顯示方式和內容，并將相關的控制數據通過串口傳輸給單片機系統，由單片機系統對設備狀態進行控制。

3 技術設計階段

根據系統的總體設計進行技術設計工作，技術設計也稱為詳細設計。為了使設計達到更高標準，有時可能要根據技術設計修改總體設計的內容。技術設計要將總體設計確定的硬件和軟件進行具體詳細設計，使其能夠實現具體的功能。

性能優良的訓練模擬器不能使受訓人員養成不良的操作動作習慣，更不能使受訓人員養成錯誤的操作動作習慣。要達到這樣的要求必須確保訓練模擬器與實裝具有完全一致的操作環境和操作界面。要正確理解與實裝具有一致操作環境與操作界面的深層含義，不僅操作面板和操作器件與實裝有相同的形狀、相同的位置，而且要有相同的操作手感、幅度感、力度感，更重要的是要得到相同的操作反應與操作結果，對于可能造成危害的操作必須有表示嚴重后果的警示，使受訓人員對造成危害的操作有深刻印象。

數據采集必須實時準確、信號可靠穩定，要有防止雜波信號和開關抖動等造成采集數據錯誤的抗干擾措施。計算機接收數據采集系統的數據時，必須進行數據校驗。

軟件是訓練模擬器設計的重點與難點，為了提高軟件的可靠性和健壯性，減少可能的潛在問題，應當選擇對項目更為合適的程序設計語言編寫軟件。訓練模擬器一般都有圖形圖像信息處理等內容，通常選用VC++語言作為程序設計平臺，可使軟件編寫更加高效、快捷。

軟件進行總體設計時，將軟件系統劃分成模塊結構，決定每個模塊完成的功能，每個模塊之間的調用關系，決定模塊之間的界面，定義數據傳遞關系等。可以提出多個設計方案，在最大限度滿足可靠性、可維護性等期望目標的條件下選擇一個較好的方案。

軟件質量是軟件的生命，直接影響軟件的使用維護。軟件的穩定性是軟件質量的重要衡量標準。數據異常或數據溢出是造成軟件運行不穩定的重要原因之一，造成數據異常有多種原因，數據傳遞發生錯誤、數據量超出定義等都會引起數據異常，在程序編寫時要對數據異常的出現有預見性，對數據異常的出現有異常處理過程，防止程序進入死循環或出現死機現象，使程序迅速回復到正常運行狀態。如果發現數據異常現象，要查找原因，消除發生數據異常的根源。

評估軟件有兩個重要作用，一是對訓練過程進行分析評估并得到訓練成績，二是根據訓練評估結果對受訓者給出訓練指導。評估軟件對訓練過程的評估必須客觀、正確，才能對受訓者產生正確指導作用。準確、及時地采集、記錄操作數據是評估客觀性的保證，評估模型的正確、合理是評估正確性的保證。評估模型應當依據經驗豐富的軍事專家知識和相關規定進行建立。

為訓練模擬器設計的主控程序必須要有友好的人-機界面，操作簡單、方便，易于掌握。為了構建與實裝一致的操作環境，有些訓練模擬器無法配置鼠標和鍵盤，對于這樣的訓練模擬器，可以使主控計算機開機后自動運行訓練模擬器的主控程序，并利用訓練模擬器的操作面板進行環境和參數設置、習題選擇或設置，減少不必要的附屬外設，要有中途退出或重新開始訓練的操作方法。

4 檢驗與測試階段

檢驗和測試是確保訓練模擬器質量的一個關鍵步驟。在設計過程中，可能會產生各種各樣的錯誤，特別是規模大、復雜性高的大型軟件更容易存在錯誤。硬件的錯誤相對比較易于在檢測中發現，而軟件存在的一些錯誤有時很難發現，但這些錯誤在使用過程中遲早要暴露出來，甚至造成嚴重后果。所以，在檢驗與調試階段必須對軟件進行反復測試，最好有項目組以外的人員或用戶人員參與測試，檢驗與測試方案應當考慮到使用中的各種情況，特別是各種錯誤操作和非常規操作，譬如對某個開關不間斷地反復操作、與正常使用完全不同的操作步驟是否會造成操作數據異常，是否會造成軟件運行異常或者造成計算機死機。訓練過程評估軟件是基于專家知識開發的，邏輯判斷必然是該軟件的重要過程，對于操作過程復雜的訓練模擬器，評估軟件的邏輯判斷過程也會非常繁雜，盡管使用異常操作的方法來檢測該軟件，仍有可能沒有運行到某些邏輯判斷分支，給軟件留下隱患，所以應當設計一個能運行到所有邏輯分支的程序專門對評估軟件進行測試，盡可能消除隱患。發現錯誤之后必須診斷并改正錯誤，改錯后要再次進行檢驗和測試。

5 結論

交付用戶后，應當對訓練模擬器的使用情況進行不間斷追蹤，根據使用情況及時予以改進。

[1]龔建偉，熊光明.Visual C++/Turbo C串口通信編程實踐[M].北京：電子工業出版社，2004.

[2]蔡自興，徐光祐.人工智能及其應用[M].北京：清華大學出版社，1996.