基于NGRAIN的虛擬訓練系統在裝備教學訓練中的應用研究

摘 要： 本文針對當前裝備教學訓練中存在的突出矛盾，研究了基于NGRAIN開發的裝備虛擬仿真訓練系統，分析了系統的三維交互式學習和虛擬訓練的特點，介紹了虛擬仿真訓練系統的在裝備教學中的應用，說明了虛擬仿真訓練系統能在很大程度上增強裝備教學效果和訓練的費效比。

關鍵詞： NGRAIN 虛擬訓練 裝備教學

1.引言

為了使新機機務人員盡快掌握各型高技術武器的保障方法，使三代飛機盡快形成戰斗力，必須對機務人員進行大量的訓練。如果對機務人員進行實裝訓練，首先機載電子設備和各型武器裝備的通電壽命有限，其次機載設備拆裝維護不可避免地加速了裝備的磨損，最后由于多數機載設備的限制，難以完成多人同時帶教。因此用實裝訓練不僅訓練效率較低，而且會大大增加訓練成本。真實裝備很難滿足地勤人員訓練的要求，我們研制出基于NGRAIN的虛擬訓練系統。該虛擬訓練系統可為地勤人員提供逼真的訓練手段，完成軍械定檢和日常維護等科目的訓練和考核評估?，F在我們對該系統在裝備教學訓練中應用進行探討。

2.裝備教學訓練存在的問題

近年來，由于裝備更新加快，人員數量和流動性大大增加，迫切需要開展在職培訓，以提高裝備維護保障能力。但以實裝訓練為手段的訓練模式，存在“展不開、訓不了、層次低”的問題，缺乏系統的培訓手段，普遍反映的問題表現在以下幾個方面：

（1）維護訓練的保障和組織困難。

利用實裝進行培訓受多種條件的制約，在開展訓練科目的時間和種類都不能得到保證。例如座椅200小時和600小時定檢是較為復雜的維護科目，部隊不可能抽調座椅實裝對維護人員進行該科目的訓練，而受訓人員也難以在一、兩次機會中就掌握這種復雜科目的操作技巧。這就造成部隊能完成復雜維護任務的骨干人員少的現象，另外只具備初級維護能力的人員卻苦苦等待受訓機會。因此，利用實裝培訓大大延長了培訓周期，制約了人員成長的速度，限制了機務人員維護保障能力的提高。

（2）對實裝損傷大，難以保持裝備性能。

利用實裝進行機載設備拆裝不可避免地加速了裝備的磨損，尤其是電纜插頭、緊固件、動力系統等。如利用實裝對人員進行座椅分解清洗任務的培訓，就會加速裝備磨損，降低壽命。同時，部分受訓人員由于技能生疏造成的錯誤操作也會損傷實裝，這樣反復拆裝將難以保證座椅性能的穩定和可靠。如果這些培訓造成的實裝損傷沒有及時發現，就會危及飛行員的生命安全。

（3）訓練效率較低，訓練成本高。

基層部隊的訓練模式多采用骨干手把手帶教的方式進行，但部隊技術骨干的數量有限，其主要任務是保障正常的飛行訓練，有限的精力難以同時兼顧一線保障和人員帶教兩種任務。此外，由于這種訓練模式嚴重依賴經驗性，對維修訓練標準掌握的存在主觀因素，訓練效果也很難保證。在利用實裝訓練時，往往還需要消耗燃油、滑油和氮氣等損耗品，增加了訓練成本。

上述因素嚴重影響了平時的訓練保障及戰斗力的進一步提升，部隊迫切需要一種安全、高效、成本較低的訓練模式。

3.虛擬訓練的優點

近年來，我院通過不斷實踐，摸索出一條“虛擬+模擬+實裝”的訓練模式。與利用實裝訓練的方式相比，虛擬訓練具有以下特點。

（1）組織協調方便，針對性強。

虛擬訓練系統只需要計算機和教室即可開展培訓，不受天氣影響，不需要協調各種實裝，即使部隊正在進行本場訓練、野外駐訓和演習，依然可以利用虛擬訓練系統針對不同機型的維護人員開展各種科目的訓練，還可針對部隊在特定時間發生的問題開展有針對性的訓練。

（2）培訓效率高，縮短了人員的成長周期。

虛擬訓練系統可通過動畫、聲音和字幕對維護流程、維護標準進行演示和介紹，不需要技術骨干對受訓人員進行口口相傳，可利用多媒體教室的計算機同時對多人進行培訓。同時，虛擬訓練系統可完成所有機載設備拆裝和檢測設備使用的虛擬訓練，不需要實裝的保障，受訓人員可在虛擬訓練系統中反復練習，熟練掌握維護流程和標準后，只需要在實裝上進行一、兩次操作即可獨立完成任務。虛擬訓練系統可大大提高培訓效率，有效縮短維護人員的成長周期。

（3）培訓效果好。

虛擬訓練系統具備實裝所不具備的任意移動、高亮、縮放、透視、解剖和自動組裝等獨特功能，有利于受訓人員更深入、更透徹地理解維護操作規程，且虛擬訓練系統對受訓人員按照統一標準進行評判，客觀公正。同時，虛擬訓練系統尤其符合35歲以下維護人員喜愛計算機的特點，比完全使用實裝訓練的培訓效果好。

（4）安全性高，訓練成本低。

由于不使用實裝，即使操作錯誤，也不會損傷實裝，更不會使受訓人員受到人身傷害。虛擬訓練系統本質上是一種計算機軟件，其安裝數量沒有限制，尤其適合大量人員的反復培訓，訓練成本很低。同時，虛擬訓練系統的移植性好，可在臺式、計算機和平板計算機上使用，可嵌入到IETM（交互式電子手冊），用于外場維修。

因此，虛擬訓練系統對縮短機務保障人才培養周期，降低訓練風險和成本有著重要的經濟和軍事意義。

4.某型座椅虛擬訓練系統的應用

某虛擬訓練系統以三維模型為基礎，基于NGRAIN二次開發制作而成。采用NGRAIN制作的集動畫、練習、測試于一體的虛擬仿真訓練系統在對地勤人員訓練上就體現出了其強大的優勢。裝備認知和實踐訓練歷來是裝備教學的兩大重點，我們可以將裝備教學過程分為熟悉和掌握維修知識和技能、實踐練習和維修能力確認，即可以用學習—練習—考核來簡單描述裝備教學過程。據此，某型座椅虛擬訓練系統設置了這三大模塊：原理簡述、構造學習、部件拆裝，原理簡述和構造學習屬于認知模塊，部件拆裝屬于實踐訓練模塊，即理論學習—講解演示—引導式訓練—自主訓練—考核。訓練模式如圖所示：

某型座椅虛擬訓練系統可以滿足不同教學對象的需要，具有很強的人機交互性；可以對座椅零部件進行任意分離，并對分離的部件進行任意角度的旋轉，方便學員對部件進行不同角度觀察認知；選擇透視功能，可以看到零部件的內部構造，更方便學員對裝備的認知學習；通過裝配功能，可以把這些拆下的部件一一復位，讓學員更容易明白它們之間的裝配關系。某型座椅虛擬訓練系統結合裝備日常維護訓練，提供15個常拆裝部件演示、練習和測試。該系統真正實現了三維交互式學習和虛擬訓練，學員根據維護任務可以進行拆裝學習。自主學習后，學員可以進行虛擬拆裝訓練。

下面以某型座椅200小時定檢時穩定傘射傘槍的拆卸為例介紹。經過對裝備從不熟悉到了解掌握的認知學習后，學員觀看穩定傘射傘槍的拆裝演示，大致了解后，學員可以進行虛擬拆裝訓練，在系統引導下進行拆裝練習。如圖2所示，右邊欄為拆卸步驟提示，如果操作正確，系統會給出提示：操作正確，下一步！如果操作錯誤，系統會給出提示：操作錯誤，請重試！如果再次操作錯誤，系統給出提示：操作錯誤，請重試！然后自動演示正確的操作，以供學員自主學習，真正實現了人與三維設備實時交互操作。練習結束后，系統對學員的操作過程進行分析，給出一個綜合評定。如圖3所示，系統給出的反饋信息顯示出操作錯誤的位置的錯誤次數，完成本次操作所花費的時間，根據以上打出的綜合分數。

根據空軍部隊的經驗表明，院校畢業的干部要獨立完成彈射救生座椅吊裝、換彈和定檢等全部維護任務，通常需要12～16個月的帶教周期。某師某團在使用我院研制的《某型彈射救生座椅虛擬訓練系統》后，帶教周期縮短為4～5個月?？梢姡摂M訓練系統可大大提高培訓效率，有效縮短維護人員的成長周期。

5. NGRAIN軟件制作的虛擬拆裝訓練任務存在的缺點

（1）拆下零件在putsbin中隨意擺放，無法排序。

所有稍微懂裝備的人都明白，在武器裝備拆裝訓練時，學員拆下的裝備部件擺放必須整齊，并且按照一定的順序，只有整齊而有序地擺放，才能保證準確而迅速地裝好設備。而戰時拆裝裝備維護，時間就是生命，時間就是勝利，搶的就是時間。而本軟件雖然可以進行拆裝模擬仿真訓練，但是僅僅限于拆裝順序和方法，還不夠全面。

（2）創建任務中添加簡答問題時，其答案太死板，必須吻合100%才算正確。

中文一個正確答案可以有很多種文字表達方式，即使知道正確答案，一般情況下也無法回答出100%文字吻合率的答案。在練習時只能添加多項或單項選擇題，同樣不全面，過于單調。

（3）需要用其他方式首先建立完整的模型并記錄全部路徑。

6.結語

基于NGRAIN的虛擬訓練系統為院校、部隊、訓練基地提供了可靠、逼真的彈射救生系統訓練手段，解決了利用實裝訓練協調組織困難、訓練風險大和評估不嚴謹的問題，具有訓練成本低、無風險、訓練成績客觀公正的優點，可有效提高地勤人員的維護技能，降低違規操作的概率，大大縮短地勤人員的成長周期，具有良好的推廣應用前景和軍事效益。

參考文獻：

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