某型發射訓練彈模擬訓練系統設計*

王少蕾 周 源 許建國 孫玉臣，2 趙家輝

（1.海軍工程大學兵器工程學院 武漢 430033）（2.中國人民解放軍92767部隊 青島 266102）（3.中國人民解放軍91959部隊 三亞 572016）

1 引言

某型導彈發射訓練彈（簡稱某發訓彈）能夠滿足技術陣地技術準備訓練及艇上發射訓練任務，其技術準備工作是部隊相關崗位的一項重要任務，技術準備涉及的場地設施和裝設備類型多，流程復雜；部隊實裝造價昂貴，過頻動用實裝訓練，將有可能對實裝造成損傷，降低裝備的可靠性。而借助相應的模擬訓練系統，能使學習者和操作號手透徹地理解和掌握發訓彈及其保障裝備的結構原理和功用等，熟練掌握發訓彈的技術準備流程；再結合實裝操作訓練，能更好地提高訓練水平，所以基于發訓彈技術準備流程的模擬訓練系統是必要的。

關于軍事裝備及軍事訓練的模擬訓練系統研制的項目有很多，例如，文獻［1～2］討論了軟硬件結合實現某型裝備作戰模擬訓練系統設計及某型裝備模擬訓練系統設計；文獻［3］討論了利用Vega Prime和MFC實現對火箭筒模擬訓練系統的開發；文獻［4］討論了利用VR和DIS技術實現某型地空導彈模擬訓練系統的設計；文獻［5］討論了通過V#建模實現自行火箭炮裝填器訓練模擬系統的設計；文獻［6］討論了通過VC++建模，通過半實物仿真實現警察武力使用模擬訓練系統的設計；文獻［7］討論了利用Multigen Creator和Open Scene Graph軟件實現某新型坦克駕駛模擬訓練系統視景仿真設計與研發。上述這些大多是基于VR等虛擬現實技術來實現的，比較復雜，耗費也較大。也有的采用較常用的軟件SolidWorks來進行模擬系統的建模與仿真，也達到了較理想的效果［9～10］。

本模擬系統基于SolidWorks軟件三維建模，對訓練彈的各部分及與技術準備相關裝備進行三維模型的構建，完成前期步驟。然后制作出各步驟演示動畫進行模擬仿真，完成技術準備工作。

本模擬訓練系統旨在以直接的三維視覺效果為訓練彈的技術準備提供模擬訓練，幫助學員掌握訓練彈結構及技術準備細節，可為教員的授課提供更多素材和新的手段，屬于對裝備操作的技術性模擬訓練系統。開發這樣一款以實際情況為背景來有效完成教學、訓練任務，對相關專業學員學習和訓練有著現實意義。

2 系統設計創建思路

2.1 系統概述

某發訓彈模擬訓練系統分為四個模塊，包括彈體結構展示模塊、保障裝備展示模塊、發訓彈裝配大廳操作模擬模塊、海上發射及打撈演示模塊。其中，彈體結構展示模塊對發訓彈的結構組成及各部件裝配關系進行講解演示；保障裝備展示模塊主要展示了氣密檢測裝置原理結構，對其結構組成、內部管路連接、工作過程原理進行講解演示；發訓彈裝配大廳操作模擬模塊完成訓練彈在裝配大廳技術準備流程的模擬，主要包括從轉載、安裝漂浮裝置、安裝頂蓋等過程；海上發射及打撈演示模塊用于展示訓練彈發射后的打撈回收、拖曳回港區等操作流程。這些模塊可在系統界面的功能區進行選擇。

2.2 系統功能及特點

1）模塊可自由選擇：系統界面設有四個訓練模塊，可自由點擊選擇進入完成相關科目的訓練學習。

2）科目演示模擬詳盡：每個模塊演示中都有相關模型的詳細構建，其結構特征與實彈相近，并且演示過程中配有文字指示說明，貼近實際進行演示。

3）操作科目選擇可選可控：在裝配大廳訓練彈技術準備操作模擬訓練模塊中添加有節點，將完整的技術準備過程分為單項，單項中的每個操作步驟以節點分開，逐個演示，項目步驟可選可控。

2.3 系統結構

發訓彈模擬訓練系統由訓練彈模擬訓練開始界面、四個模擬訓練模塊以及模擬演示應用文件組成。結構如圖1所示。

圖1 系統結構示意圖

在開始界面中選擇要進行的訓練模塊，點擊后自動打開要鏈接的應用文件進行相關模擬訓練。開始界面作為起始窗口完成系統啟動以及應用文件的集中管理，實現訓練模塊的快速選擇調用；訓練模塊作為各模塊窗口，與各應用文件對應鏈接，點擊進入；各應用文件作為系統核心組件，模擬演示彈體結構、氣密檢測裝置結構原理、技術準備模擬操作、海上發射打撈四個過程。

2.4 系統設計創建思路

發訓彈模擬訓練系統設計思路大體分為以下五步。

1）需求分析

任務需求是能夠直觀展示訓練彈結構以及技術陣地準備流程，為裝備教學及部隊相關科目培訓提供支持，幫助受訓者更好掌握訓練彈結構原理及使用維護相關知識。總地來說，本模擬訓練系統不同于有關儀器類操作的模擬，而是對裝備操作流程的模擬，在缺少所操作實物的情況下只能通過視覺途徑對受訓人員訓練，幫助其了解和掌握相關裝備結構和操作流程。

2）選擇合適的建模軟件

需求分析之后，可知要通過視覺途徑對人員進行模擬訓練，這樣就需要對訓練彈及相關設備進行三維物理模型構建。能夠完成該任務的軟件有很多，但總的來說SolidWorks和3d max較為簡單［11］，其中SolidWorks系列側重于機械設計，而3d max在室內設計和環境渲染方面功能較強大，另外結合個人因素最終選擇利用SolidWorks系列軟件進行相關模型制作軟件，使用C++Builder進行界面設計及系統集成。

3）確定訓練所需模擬模塊

根據模擬訓練系統設計需求及目的，旨在幫助受訓者了解發訓彈結構特征和工作原理，熟練掌握技術陣地發訓彈技術保障流程，確定系統包含的模擬項目有發訓彈結構原理展示、技術陣地發訓彈氣密檢查及裝配，此外視情況制作氣密檢測裝置及發射過程演示模塊。

4）演示模塊設計

設計任務下達后，確定了模擬訓練系統所需的演示模塊，就要將所做的模型導入composer中，并對各模型進行渲染完成演示初步階段［12］；然后對模塊進行設計構思，使每個模型動作及與畫面鏡頭的協調以達到最優的效果。演示模塊設計包括訓練彈結構演示設計和操作流程演示設計，其中結構展示演示要求對各部分組成外觀、內部結構細節、裝配關系、工作方式進行畫面展示設計；流程演示則對在裝配大廳中完成的每一步操作進行動作畫面設計，重點有氣密檢查過程各步驟的先后順序及對氣密檢查裝置操作使用畫面設計，舵板安裝各步驟順序動畫設計等。

5）系統的封裝及界面設計

系統主要內容制作完成后要對這些主體內容進行封裝及界面設計，實現多個訓練系統文件統一管理，簡化系統結構，提高訓練系統外觀的美化程度，使得操作更便捷。

6）系統調試更改

最后對系統的整體調試也是整個系統設計的重要一步。通過對最后整體系統的試操作來檢測整個系統的流暢度和可靠性，發現存在的問題并做出一些調整來使其達到最好的效果，避免在以后使用過程中出現錯誤。

某型發訓彈模擬訓練系統工作流程如圖2所示。

圖2 某型發訓彈模擬訓練系統工作流程

3 三維模型及裝配體創建

3.1 發射訓練彈及相關設備三維模型創建

發訓彈模型的構建是后續步驟的基礎，同樣也是整個系統設計工作的重點，各零部件模型建立依據實裝尺寸數據。

3.2 環境模型構建

環境模型是增強場景真實感的模型統稱，這里包括裝配大廳墻壁、軌道、氣源瓶。這些模型構建采用拉伸草圖和圓角特征實現。

3.3 裝配體三維模型構建

建立裝配體文件是組成包含多個部件的大型模型的重要部分，可以通過添加零部件或裝配體到工作窗口，定義兩個部件間配合關系來完成組裝。在訓練彈模擬訓練系統中所需組裝的模型有發訓彈彈體、氣密檢測裝置、轉移架車、滾轉架、裝配大廳各裝配體整合。

4 模擬訓練系統設計與實現

4.1 模型導入及渲染

在制作動畫前要將構建好的裝配體導入到composer文件中，在窗口進行編輯，所以每制作一段動畫需要導入一個裝配體模型進行制作，注意導入時勾選文件合并到零件角色。

4.2 裝配體模型導入

打開composer后選擇新建文件后選取彈體裝配體文件，勾選文件合并到零件角色后進入編輯界面。

4.3 系統封裝及測試

C++Builder作為C++的開發軟件，能夠完成win系統的深層次開發工作，并有圖形模塊可以用來進行封面設計工作。本系統就是利用這個功能來進行封面設計及應用文件的鏈接工作［13］。

系統封面是訓練模擬系統設計的最后一步，完成了封面的設計美化及應用文件的鏈接工作，其目的是為了集中管理系統所包含的應用文件，方便使用時直接調取。

為實現對裝配大廳中技術準備各科目訓練模塊的方便快速調取，進行了裝配操作模擬模塊中科目選擇模塊的界面設計。將七個主要的操作科目模塊與各自對應的應用文件相鏈接。

對系統進行測試的目的是為了親身體驗流暢度，發現存在的問題和缺陷以便進行修改。

5 結語

本文主要利用SolidWorks及C++Builder設計的發射訓練彈模擬訓練系統具有簡潔的界面和豐富的內容，能夠滿足發訓彈有關課程的教學輔助工作，為課程教學及部隊培訓補充了資料，并為學習者提供了一種較易接受的教學方式。系統設計所研究的工作及成果如下：

1）通過 SolidWorks的 premium 和 composer應用，構建了較細致的訓練彈及相關設備模型，并制作相關動態演示效果，在缺少實裝及相關資料的情況下，起到了很好的教學補充和輔助作用。

2）以模擬演示形式，直觀地展示訓練彈結構及技術陣地操作過程，并在其中添加節點，給學員留有思考的時間，以啟發學員思考裝備的工作流程，助于理解記憶。

3）利用C++Builder軟件中圖形菜單進行界面設計及應用文件的鏈接，對系統所包含的多項內容進行集中統一管理，系統操作方便快捷，使用簡單。