浅析训练模拟器设计中注意的问题

2011-08-15商亚新陈慧玲

科技传播 2011年7期

商亚新，陈慧玲，武冰

中国人民解放军防空兵指挥学院，河南郑州 450052

0 引言

作战训练模拟设备分为作战指挥训练模拟系统和技术训练模拟系统两大类，训练模拟器属于技术训练模拟系统，能够仿真各种武器装备、运输设备等的操作环境与界面，不仅使操作人员能够在逼真的环境中快速掌握装备的操作技能，而且能够减少危险性，减少实装损耗，降低训练成本，提高训练效果。训练模拟器已经在训练中得到广泛使用，更多的训练模拟器正在继续开发和研制中。根据训练模拟器使用中的情况，对训练模拟器在设计的各个阶段应当注意的问题进行一些探讨，对如何提高训练模拟器的可靠性、可维护性和可扩展性等方面提出一些可行的方法。

1 需求分析阶段

需求是用户对将要开发的训练模拟器在功能、性能、用途以及设计约束等诸多方面的期望。需求分析对用户需求进行求精和细化并能够正确地描述需求规格说明，最后提出可能解决的方案。为了确保需求分析的正确、全面、无歧义，必须要与用户进行充分沟通，正确理解用户需求，解决用户最急需解决的问题。如果可能，应当到达训练现场，了解训练现状，了解训练中存在的问题和用户期望达到的训练效果。与用户有了完全沟通和理解、对实际情况有了充分了解，将用户需求和实际情况完全融入自己的知识中，才能提出使用户满意的解决方案。

2 系统总体设计阶段

训练模拟器的总体设计是在需求分析的基础上进行的。总体设计首先要确保训练模拟器的功能完备、能够达到期望的训练效果，满足用户需求，同时要尽可能降低训练模拟器的成本。进行总体设计时，必须考虑如何确保系统的可靠性、可维护性、可扩展性、可测试性等性能，这些性能与系统的实现原理、结构组成等密切相关。

根据用户需求和训练模拟器的总体功能要求，确定训练模拟器的总体组成，明确各组成之间的接口。以最优设计的方法确定软硬件分工，应当用软件完成尽可能多的功能，软件无法完成或者软件效果达不到性能要求的功能则必须由硬件来完成。装备训练模拟器属于人在回路的人-机系统，人对设备进行操作，设备将操作的过程和效果通过设备产生的反应表现出来（如设备的运动、构件的动作、显示器界面的变化、其它状态的信息表示），人根据设备的反应确定下一步的操作，直至完成整个操作过程。对于这样的训练模拟器，通过硬件设备来构建与实装一致的操作环境，通过单片机系统采集人对训练模拟器的操作数据和设备的其它状态信息数据，并将采集的数据通过串口传输到主控计算机，主控计算机处理并记录单片机系统传来的数据，仿真装备的工作过程，控制显示器的显示方式和内容，并将相关的控制数据通过串口传输给单片机系统，由单片机系统对设备状态进行控制。

3 技术设计阶段

根据系统的总体设计进行技术设计工作，技术设计也称为详细设计。为了使设计达到更高标准，有时可能要根据技术设计修改总体设计的内容。技术设计要将总体设计确定的硬件和软件进行具体详细设计，使其能够实现具体的功能。

性能优良的训练模拟器不能使受训人员养成不良的操作动作习惯，更不能使受训人员养成错误的操作动作习惯。要达到这样的要求必须确保训练模拟器与实装具有完全一致的操作环境和操作界面。要正确理解与实装具有一致操作环境与操作界面的深层含义，不仅操作面板和操作器件与实装有相同的形状、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应与操作结果，对于可能造成危害的操作必须有表示严重后果的警示，使受训人员对造成危害的操作有深刻印象。

数据采集必须实时准确、信号可靠稳定，要有防止杂波信号和开关抖动等造成采集数据错误的抗干扰措施。计算机接收数据采集系统的数据时，必须进行数据校验。

软件是训练模拟器设计的重点与难点，为了提高软件的可靠性和健壮性，减少可能的潜在问题，应当选择对项目更为合适的程序设计语言编写软件。训练模拟器一般都有图形图像信息处理等内容，通常选用VC++语言作为程序设计平台，可使软件编写更加高效、快捷。

软件进行总体设计时，将软件系统划分成模块结构，决定每个模块完成的功能，每个模块之间的调用关系，决定模块之间的界面，定义数据传递关系等。可以提出多个设计方案，在最大限度满足可靠性、可维护性等期望目标的条件下选择一个较好的方案。

软件质量是软件的生命，直接影响软件的使用维护。软件的稳定性是软件质量的重要衡量标准。数据异常或数据溢出是造成软件运行不稳定的重要原因之一，造成数据异常有多种原因，数据传递发生错误、数据量超出定义等都会引起数据异常，在程序编写时要对数据异常的出现有预见性，对数据异常的出现有异常处理过程，防止程序进入死循环或出现死机现象，使程序迅速回复到正常运行状态。如果发现数据异常现象，要查找原因，消除发生数据异常的根源。

评估软件有两个重要作用，一是对训练过程进行分析评估并得到训练成绩，二是根据训练评估结果对受训者给出训练指导。评估软件对训练过程的评估必须客观、正确，才能对受训者产生正确指导作用。准确、及时地采集、记录操作数据是评估客观性的保证，评估模型的正确、合理是评估正确性的保证。评估模型应当依据经验丰富的军事专家知识和相关规定进行建立。

为训练模拟器设计的主控程序必须要有友好的人-机界面，操作简单、方便，易于掌握。为了构建与实装一致的操作环境，有些训练模拟器无法配置鼠标和键盘，对于这样的训练模拟器，可以使主控计算机开机后自动运行训练模拟器的主控程序，并利用训练模拟器的操作面板进行环境和参数设置、习题选择或设置，减少不必要的附属外设，要有中途退出或重新开始训练的操作方法。

4 检验与测试阶段

检验和测试是确保训练模拟器质量的一个关键步骤。在设计过程中，可能会产生各种各样的错误，特别是规模大、复杂性高的大型软件更容易存在错误。硬件的错误相对比较易于在检测中发现，而软件存在的一些错误有时很难发现，但这些错误在使用过程中迟早要暴露出来，甚至造成严重后果。所以，在检验与调试阶段必须对软件进行反复测试，最好有项目组以外的人员或用户人员参与测试，检验与测试方案应当考虑到使用中的各种情况，特别是各种错误操作和非常规操作，譬如对某个开关不间断地反复操作、与正常使用完全不同的操作步骤是否会造成操作数据异常，是否会造成软件运行异常或者造成计算机死机。训练过程评估软件是基于专家知识开发的，逻辑判断必然是该软件的重要过程，对于操作过程复杂的训练模拟器，评估软件的逻辑判断过程也会非常繁杂，尽管使用异常操作的方法来检测该软件，仍有可能没有运行到某些逻辑判断分支，给软件留下隐患，所以应当设计一个能运行到所有逻辑分支的程序专门对评估软件进行测试，尽可能消除隐患。发现错误之后必须诊断并改正错误，改错后要再次进行检验和测试。