装备半实物维修训练考评系统设计与开发

李向荣，岳彩岩，王国辉，乔小蒙

(装甲兵工程学院 兵器工程系，北京 100072)

适应现代化、信息化军队建设的发展需求，武器装备技术越来越先进、性能越来越优良，这也带来了结构复杂、维修保障困难的现实难题。因此，部队日常的装备维修训练越来越重要，但由于以实装维修训练和考评为主的训练方式与手段难以保证训练效果，不能满足训练的需求，随着通信技术、总线控制技术、计算机技术、虚拟现实技术等各种高新技术的不断发展与应用，经济合理、接近实装维修训练效果的半实物维修训练平台开发日益受到关注［1-3］。维修训练效果如何，受训人员是否真正掌握了基础理论知识和维修技能，需要通过考核进行评定，所以半实物维修训练平台的重要组成部分就是维修训练考评系统，用于对受训人员经过一段时间的维修训练后，进行训练效果的考评，以考核学生分析和动手能力为主，兼顾基础理论测试［4］。

1 半实物维修训练平台总体设计

武器装备半实物维修训练平台，能够完成控制显示、故障设置、检测维修、训练考评等功能，用于训练和考核，其组成框图如图1 所示。主控台是整个系统的核心，集控制、采集分析和显示为一体，发送控制信号给各分系统;专家系统与数据库是用于故障推理与决策，在性能测试的基础上得出故障诊断结论;半实物模拟器是经过改造后、可以进行故障设置的装备系统;虚拟维修系统是基于虚拟现实技术开发的可提供逼真环境，用于理论学习、拆装与分解结合操作训练的桌面式虚拟维修维修训练系统［5-7］;受训人员的练习和考核通过手持式考核终端来完成。各分模块之间的结合依靠总线技术，实现相互之间的通信和信息传递。

训练效果考评系统包括手持式考核终端与考评应用系统，考题通过主控台服务器下发给手持式PDA，通过考评应用系统完成对维修训练受训人员的考试与评价［8］。

图1 装备半实物维修训练系统组成框图

2 考评系统设计与开发

2.1 考评系统总体设计

考评系统也需要半实物环境作为支撑，需要与主控台进行通信，设计成包括用户管理模块、测试管理模块、测试运行模块及事后处理模块等4 个模块。

1)用户管理模块。完成对进入系统的操作员进行身份检查，并提供编辑和管理用户的功能。

2)测试管理模块。完成测试系统所有硬件模块的组态，使硬件模块与驱动软件相互匹配;完成对总线接口及各种原位检测数据接口通道的参数配置;负责各逻辑通道与显示控件匹配，使控件显示相应的逻辑通道数据。

3)测试运行模块。系统调用硬件自检程序，检测系统当前所配置的模块，并检查其工作是否正常;也可初始化软件所需的变量、常量及默认配置信息;完成对考核终端考评数据下载，及原位检测数据的获取;负责人机接口与主控服务器，以及服务器与各硬件模块之间的通信(CAN 总线)以及通过无线网络与嵌入式考核终端建立连接;负责按照系统的测试控制流程进行测试，防止意外情况发生;负责记录测试过程中的所有操作，按照“操作时间+操作方式”的格式进行存储，以备用户事后查看。

4)事后处理模块。将采集的数据进行实时分析，提取故障特征，不断调用专家知识库中的知识，判断有无故障发生;在测试结束后，对存储的CAN 总线数据、及原位检测数据进行显示;在试验结束后，将存储的各测试数据和考评数据，以及故障检测和故障设置的数据生成报表及打印报表。

考虑到实用性，考评应用系统应该包括出题功能、题库管理功能、智能生成试卷功能、手持终端考试功能、自动成绩计算功能、考试结果管理功能、故障设置和排除功能以及常见问题统计分析功能等，其详细的考评流程如图2 所示。

图2 考评流程

2.2 手持式考核终端设计与开发

当主控台组织一次考核时，会将考核的试题通过无线网络以WEB 页的形式下发给参考受训人员，手持式PDA 判断参考受训人员选做试题和答题情况，将相应的信息通过无线网络传回主控台，主控台根据选题和答题情况，发送相应的通讯码来设置故障和排除故障。手持PDA 与控制盒之间的信息交互通过主控平台来完成，但对于用户而言主控平台是透明的，可以理解为PDA 与控制盒之间的直接交互。

PDA 在接受到主控平台的通讯信息之后，将信息显示在屏幕上，当受训人员开始按照屏幕的信息进行答题或操作时，PDA 会将受训人员的操作信息返回给主控平台，主控平台根据PDA 的返回信息，经过解码和数据库相关信息的调用，将需要的操作信息，通过CAN 总线寻址并下放给程控盒，程控盒再根据下放信息，译码查表，进行相应的操作，或故障设置，或单步执行等。当受训人员按下提交，或规定时间结束，用PDA 上报结果，由主控平台对结果进行分析，并命令程控盒恢复正常，最后将本次的考核情况存储并显示，同时在PDA 上也会用相应结论的显示。培训教员可以通过主控平台上的应用软件对考核进行统计分析，有助于更有针对性地辅导。

考虑到速度、显示度等性能，手持考核终端处理器选用三星S3C2440，主频400 MHz，TFT 真彩色液晶屏，专用触摸屏，无线内置网络，蓝牙接口，内置低功耗实时时钟，带后备锂电池。手持PDA 内部由嵌入式系统组成，软件主要包括手持PDA 软件、信号调理中继内部控制采集通讯软件两大部分。手持PDA 软件内部包含嵌入式操作系统(Windows CE 5.2.1620)和嵌入式应用软件，支持快速启动，具有文件永久存储和注册表的在线修改，具有断电保存功能。

2.3 考评应用系统开发

开发考评应用系统进行考评与考评查询，包括受训人员考评模块与受训人员答题模块。

1)受训人员考评模块。考评中可以进行考评数据维护、新建考评、开始考评、查看考评结果、维护考评数据;考评查询中可以查询考评结果和考评详细信息。

①考评数据维护:用户选择左侧菜单中“受训人员考评”下的“受训人员考评”菜单，单击并打开考评维护界面。此界面包括查询条件和查询结果两个部分，查询条件分别为考试编号、考试时间、考试名称等信息，训练人员在输入条件后，可查询已经完成考评和正在考评中的题目。

②新建考评:用户在受训人员考评的主界面中，选择“增加”按钮，打开新增受训人员考评的界面。在此，需要维护此次考评的基本信息，包括所属系统、所属模块、考试编号、考试名称、主考老师、考试试卷、考生班级、考生名称等信息。选择“保存”按钮，保存考评的数据。

③开始考评:考评数据维护结束后，即可以开始进行受训人员考评，系统在同一时间内，只能存在一个正在进行的综合训练和受训人员考评，如果需要开始一个新的考评、需要关闭其他正在运行中的综合训练和受训人员考评。训练人员选择“开始训练”按钮，开始此次考评。此时受训人员可拿PDA 进行答题。受训人员考评不涉及实车交互。

④查看考评结果:在受训人员考评中和受训人员考评结束后，训练人员可以使用查看训练结果的功能，查看每一次受训人员的考评结果。

⑤打分评定:由于考评需要训练人员进行考试评定和打分，故系统提供训练人员评语和分数录入的功能，在查看结果时，训练人员可根据受训人员的每一个题目的答题情况，为受训人员进行打分和评定。训练人员打分结束后，选择“保存评语与分数”按钮，保存此次打分结果和评语。

⑥维护考评数据:考评没有开始之前，可以对考评数据进行修改和删除操作。但是如果考评正在进行中或者考评已经结束，此时为了保存每一次的考评数据，该数据将禁止删除。

2)受训人员答题模块。受训人员在综合训练和考评的进行中，需要使用手持PDA 设备进行答题。综合训练答题过程中需要经过登录系统、获取试题、选做题目、开始答题等4 个步骤;考评过程中需要经过登录系统、获取试题和开始答题等3 个步骤。下面具体示例考评答题过程。

①登录系统:在PDA 设备正常打开后，受训人员选择移动设备主界面上的“新装备武器训练系统”图标。

②获取试题:点击“新装备武器训练系统”图标，打开获取试题界面，点击获取试题按钮。

③开始答题:受训人员开始答题后，按照题目设置的答题步骤，首先确定故障元件。选择元件后，点击“下步”按钮，不论答案正确与否都将进行下一个步骤的解答，答案是否打分和如何对学员进行评定，需要主考训练人员在系统的查看结果中进行完成。学员打完所有题目后，或者训练人员停止考评后，此次考评结束。

3 结束语

维修训练考评系统是武器装备半实物维修训练平台的重要组成部分，基于总线控制技术，与主控台之间进行通信，实现对受训人员训练效果的考试与评价。受训人员考评系统包括用户管理模块、测试管理模块、测试运行模块及事后处理模块。维修考评系统主要包括手持式考核终端与考评应用系统，具有出题、题库管理、智能生成试卷、手持终端考试、自动成绩计算、考试结果管理、故障设置和排除、常见问题统计分析等功能，具有较强的实用性。

［1］洪津，张万军，谢庆华.虚拟维修训练系统发展综述及其关键技术探讨［J］.解放军理工大学学报:自然科学版，2000（1）:38-41.

［2］郝建平.虚拟维修仿真理论与技术［M］.北京:国防工业出版社，2009.

［3］冉跃龙，闫英敏，吕秀平.虚拟维修技术综述［J］.电子设计工程，2012（20）:28-30.

［4］刘玉海. 张锡恩. 某大型导弹武器系统虚拟维修系统［J］.兵工学报，2004，25（5）:562-566.

［5］黄海亮.自动装弹机虚拟维修技术研究［D］.北京:装甲兵工程学院，2009.

［6］WANG G，QIAO X，LI X，et al.Design of Half-practicality Maintenance Training System Based on Bus-mastering［C］//2011 International Conference on Mechatronic Systems and Automation Systems.Xi’an，China，2011.

［7］MIL-HDBK-470A. Designing and developing maintainalbe products and sysetms［Z］. Department of Defense Handbook，August 1997.

［8］何嘉武，赖煜坤.武器装备虚拟维修训练系统发展［J］.科技导报，2010，28（24）:28-30.

［8］黄东坡，曹继平，宋建社，等.基于Petri 网的虚拟维修过程建模［J］.兵工自动化，2011（1）:41-43.