機械化橋車虛擬仿真訓練系統需求分析

董爭 儲健

摘 要：本文立足機械化橋車訓練現狀，分析傳統實裝訓練存在的突出矛盾問題。將虛擬仿真技術引入到機械化橋車訓練中，闡述了該技術在各行各領域應用現狀，對虛擬仿真技術應用于機械化橋車訓練的可行性進行了分析研究，而后從目標分析、需求結構分析、功能分析、性能分析四個方面對該訓練系統需求進行分析研究，提出結論作出未來展望。

關鍵詞：橋車;虛擬仿真;需求分析;研究

0 引言

虛擬仿真是指“真實的人在虛擬環境中操縱虛擬的系統”而進行的仿真[1]。虛擬仿真技術在一些訓練領域中的應用凸顯出經費開支少、安全性能高、訓練針對性強、人均訓練時間保障好、裝備損耗率低等優于傳統實裝訓練的特點。運用訓練系統需求分析方法，論證虛擬仿真技術應用到機械化橋車訓練可行性及需求，為后續研究開發提供理論依據。

1 機械化橋車實裝操作訓練現狀及問題

傳統實裝操作訓練完全借助于真實裝備展開。一般情況下，教練員會針對訓練科目制定訓練計劃，通過理論教學、動作或操作演示、分步及合成練習、考核驗收等方法展開。裝備成為訓練最為重要的工具，從當前機械化橋車訓練實際情況來看，主要存在以下幾個突出矛盾問題：（1）橋車裝備數量稀缺。（2）人均參訓時間難保障。（3）裝備磨損加快。（4）受場地影響大。（5）訓練成本高、環境污染大。（6）安全隱患多。另外，傳統實裝訓練還存在管理難度大、訓練針對性不強效果不佳等問題。

2 可行性分析

虛擬仿真技術應用于機械化橋車訓練，必須論證其技術應用的可行性。結合機械化橋車使用相關單位屬性，應至少從技術可行性、經濟可行性、操作可行性、社會可行性四個方面進行詳細分析。

2.1 技術可行性分析

虛擬仿真訓練系統的開發擁有良好的平臺，CATIA/UG/Pro-E/3dsMAX等建模軟件、ADAMS運動學、動力學分析軟件以及Unity3D/Quest3D三維交互平臺應用為系統開發應用提供了多種個性化選擇。從現有資源情況來看，機械化橋車生產廠家其裝備參數的共享給研究對象建模及仿真提供了數據支撐。從技術角度，該虛擬仿真訓練系統開發已無技術障礙。

2.2 操作可行性分析

用戶使用方面，從機械化橋車訓練實用性出發，該系統應設置簡單的操作導航界面及功能模塊，使用戶操作使用便捷，又能通過簡單系統達到教學目的，滿足受訓人員從裝備理論知識到操作技能全面提升的目標要求;時間進度方面，系統開發周期短，見效快，能夠較好地避開短期內裝備及場地無法達到訓練所需等難題;組織上，重點依靠針對性開展教學、訓練，有效避免了實裝施訓組織困難等問題。

3 虛擬仿真訓練系統需求分析

依據機械化橋車訓練標準要求，分析虛擬仿真訓練系統應具備的目標、功能、性質，對其系統目標、需求結構、功能、性能、需求驗證進行分析。

3.1 系統功能

通過橋車教學訓練中用戶需求確定系統功能，這里的用戶一般指參訓學員。我們采用UML用例圖來描述虛擬仿真訓練系統的功能。首先我們確定系統參與者為參訓學員，從參與者、業務過程入手提取用例。一般情況下，針對每一個需求單元建立一幅用例圖，依據該系統四個需求單元提取用例分別如下：

教學演示管理：作業準備工作學習、岸邊設置學習、展橋作業學習、橋車撤收學習、操作說明查看、面板操作參看。

單兵操作訓練管理：上車操作、應急操縱面板操作、移動操縱盒操作、照明控制面板操作。

技能考核管理：考核標準查看、考核類別選擇、進入考核、提交試卷。

統計查詢：橋車信息查詢、考核成績查詢、打印成績單。

3.2 性能評估分析

為支持機械化橋車虛擬仿真訓練系統功能實現，必須對系統效率、處理方式、可靠性、安全性、適應性提出要求。在系統性能需求分析時從技術、經濟、社會等方面進行綜合分析。

3.2.1 系統效率

虛擬仿真訓練系統供參訓學員訓練所用，操作速度對受訓者能力的提高有直接關系。要求在系統功能運用中對系統效率要有較高要求，一是訪問站點延遲時間;二是訪問速度最大延遲時間均需控制在2秒內。

3.2.2 系統可靠性

要求系統在運行過程中故障率低，避免操作過程中發生卡頓等現象;當系統出現故障后能快速恢復，操作、技能考核等重要數據保存不丟失;訓練系統模擬實裝操作，就要求系統要有較高的精確度，發揮虛擬仿真訓練指導性作用。

3.2.3 系統安全性

為確保系統安全，首先要建立安全權限，依靠用戶名和密碼進行系統登錄，實現每人一賬號，便于信息安全管理。另外還要確保物理存儲場所的安全。

4 結論與展望

機械化橋車虛擬仿真訓練系統面向從事應急救援任務相關單位，讓參訓者對橋車裝備的理論知識、操作要點、實踐技能操作、技能考核進行系統的訓練指導，著眼實裝操作面臨的突出矛盾問題提供了一種全新的訓練途徑。克服了實裝訓練制約性因素，提高了受訓者理論及操作技能。虛擬仿真訓練系統需求分析為下一步展開系統研究提供了理論基礎。

參考文獻：

[1]談斌，郭士波，傅彬.基于HLA的裝備操作訓練仿真系統設計研究[J].系統仿真學報，2011，23（S1）：177-179.

[2]楊雁冰.虛擬仿真技術在高職實訓教學中的應用研究[J].科學與財富，2015（29）：175.