运用ISD/SAT规划高级教练机仿真训练体系

黄洪浪

(中航工业洪都，江西 南昌330024)

0 引言

训练是形成装备战斗力和保障力的重要环节。整个训练需要经过熟悉装备、获取技能、实践技能和验证技能等四个阶段， 所需要的训练手段包括计算机辅助训练（CAI/CBT）、虚拟模拟器、半实物模拟器以及实装（飞机）等。 这些手段的训练功能是逐级增强的，但成本也呈指数级上升。 随着技术的发展，较低级别的辅助训练手段的功能越来越强， 可以满足上一级手段的部分功能需求，因此，应呈金字塔状地合理配置训练手段，如图1所示，可以获得整个TTS的合理的费效比。

图1 训练手段的金字塔模型

而应用ISD/SAT规划过程可以分析建立高级教练机的训练体系—从仿真到实装，包括设计思想、系统组成和实施方法。 ISD/SAT是Instructional Systems Development/Systems Approach To Training and Education的缩写， 可译为教学系统开发/训练的系统方法；包括分析训练要求、设计训练项目、开发结果、进行训练、评估训练项目、过程和结果。 ISD/SAT规划过程已经成为美国空军进行新型战机仿真训练系统开发的主要管理方法。

1 ISD/SAT基本概念

ISD/SAT是用于开发装备教学与训练系统的一种特定的系统工程方法，可以将ISD/SAT与运用过程中分析、设计、开发、实施和评估等子过程有机结合起来。 它的最终目标是以最少的费用耗损提高教学与训练的针对性和有效性。 也即通过对装备如“高级教练机”进行ISD/SAT分析可以确定在给定的条件下是否需要教学/训练（以下简称教学）系统，需要什么样的教学系统， 以及应开发哪些教学资源才能满足教学系统的要求。

ISD/SAT过程包括需求分析、系统设计、资源及相关产品的开发、 实施以及对规划过程和教学/训练效果进行评估。 在ISD/SAT的整个过程中始终贯穿规划和品质增长（Quality Improvement，简称QI）两项内容。

ISD/SAT主要用知识、 技能和态度（Knowledge、Skill and Attitude, 简称KSA）来衡量受训对象的素质，通过教学系统设计人员分析，比较受训对象已有的KSA和新装备对使用、 维修人员在KSA方面的要求，两者的差距就是教学/训练的主要目标。并以此为根据来确定教学需求以及为满足他所需的资源，从而使教学具有很强的针对性。

2 ISD/SAT工作模型

ISD/SAT总体模型见图2。

2.1 ISD/SAT 的工作阶段

ISD/SAT 过程的阶段划分见图3， 通常依次可分为分析阶段、设计阶段、开发阶段和实施阶段；并在整个过程中都贯穿着评估活动。

1) 分析阶段： 分析是用来确定关键任务并确定标准、条件、绩效衡量以及其他用来执行各项任务所需要的规范。 这一阶段，分析人员要剖析使命、工作或任务本身所要求的绩效，并把绩效进行编目。 分析结果是确定工作绩效所要求的知识、 技巧和态度（KSA）。 然后，分析人员要在任务承担者为完成任务所必须拥有的知识、 技巧和态度与学员已经拥有的知识、技巧和态度之间进行比较分析。 学员已经掌握的知识以及能做什么，与任务要求他们所掌握的知识以及能够做什么之间的差距是训练所要解决的问题；

图2 ISD/SAT总体模型

2) 设计阶段：设计满足需求的教学系统，包括选择教学方法与方式、确定教学的策略、评估现有教学器材的适用性、制定学习目标和测试项目、制定教学实施计划、设计教学信息的管理系统；

3) 开发阶段：主要任务是开发教学资源以保障教学工作的需求，教学系统开发必须基于设计阶段的结果，包括开发课程学习资料，受训人员的训练操作和其它供培训对象与师资人员所用的物资， 该阶段还提供满足教学方法的教学手段与教学物资，如：录像带、幻灯片、多媒体课件、训练器材、训练设备（模拟器）等；

4) 实施阶段：全面实施教学工作；

而评估工作应贯穿于上述各个阶段， 评估过程中的信息反馈在必要的时候用来修订训练项目。

2.2 ISD/SAT的品质增长模型

图3 ISD/SAT阶段划分

ISD/SAT品质增长模型见图4。 QI作为ISD/SAT过程的重要一环和规划目的之一， 需要在教学系统中进行连续的和有组织的规划。 QI根据品质的含义不同又可分为：ISD/SAT过程本身的品质增长 （即The ISD/SAT Process Quality Improvement， 简 称Process Improvement或PI）；ISD/SAT过程输出结果的品质增长 （称 为The Product of ISD/SAT Process Quality Improvement，简称Quality Improvement或QI），二者又统称QI。

图4 品质增长模型

3 ISD/SAT实施步骤

3.1 ISD/SAT规划

ISD/SAT规划应在开发新的或改进现有的系统之前开始，并一直贯穿教学系统的整个开发、运用过程。 规划的主要内容有：确定教学需要（包括需求评估和需求分析）、确定教学方案、拟定ISD/SAT管理计划、拟定ISD/SAT评估计划等。 在规划作业过程中应形成以下输出结果。

3.2 ISD/SAT 分析

ISD／SAT分析通常可分为训练态势分析、训练任务分析、目标分析和任务分析等。 主要应包含图5所示7 步。

图5 ISD/SAT分析流程图

3.3 ISD/SAT设计

ISD/SAT 的设计作业是在培训任务明细表的基础上，根据教学需求设计教学系统。 设计的最终结果是形成教学工作的整体框架，即教学系统模型。 具体步骤如图6所示。

图6 设计作业流程图

3.4 ISD/SAT 开发过程

教学系统开发应在设计的基础上， 根据教学大纲确定的教学资源开发计划逐项进行开发。 开发作业的输出结果是完整的教学系统开发/教学的系统方法的开发计划，改进后的ISD/SAT 评估计划，教学资源质量跟踪文件等三项。

3.5 ISD/SAT 实施过程

进入实施作业的前提条件是各项保障条件、保障物质具备， 能确保教学系统得到必要的保障和维护。到此阶段教学系统应该已经比较完善。实施作业的最终目的是培训出合格的学员和（或）单位。

3.6 ISD/SAT评估过程

ISD/SAT 评估作业是一个连续的过程，从分析阶段开始贯穿整个开发过程及教学系统的寿命周期。由评估产生的反馈信息用于对教学大纲进行必要的改进，以确保整个系统的质量不断增长。

3.7 ISD/SAT基本工作项目

尽管ISD/SAT是一个复杂的系统工程过程，同时它又是一个可裁剪的过程。 它可根据教学对象、教学目标的不同以及时间与资源的限制灵活地运用，对上述工作过程进行适当的裁剪。 但要确保能成功运用ISD/SAT过程，至少应完成如下工作项目：

1）确定教学需求；

2）确定必要的目标和工作项目；

3）确定完成上述任务或工作所必需的KSA；

4）确定受训对象是否已具备所需的KSA， 如具备，则终止ISD/SAT过程，如果不具备，则继续进行下面的工作项目；

5）拟定能满足目标和工作要求的学习目标；

6）拟定考核项目， 以检验教学是否达到了预期的学习目标；

7）设计受训单位和个人能达到学习目标的办法；

8）确定有关单位或个人是否达到了预期的学习目标；

9）如果没有达到预期的学习目标， 改进教学系统。

4 利用ISD/DAT进行高级教练机仿真训练体系分析

由于第三代高级教练机需要分析用户国对高级训练/作战的需求， 根据用户高级教练机的使用特点进行认真分析， 运用美军ISD/SAT过程的设计理念和工作模型， 结合中国航空工业的实际情况， 定制高级教练机仿真训练体系构架，并在该框架下针对不同用户国的不同要求分批分阶段定制完善仿真训练产品线。 这种做法可以降低仿真产品开发的技术难度和合理安排研发制造进度， 既符合中航工业实际情况，又可以通过不断持续的改进使得高级教练机仿真训练产品与国际发达国家同类型产品水平相当。

4.1 高级教练机仿真训练体系的ISD/SAT分析

根据ISD/SAT过程模型，中航工业洪都对高级教练机仿真训练体系进行ISD/SAT分析和实施，全过程包括了整个体系规划阶段、产品线的分析阶段、产品设计阶段、开发阶段、培训实施阶段。 评估改进过程始终贯穿于上述过程之中。 高级教练机仿真训练系统AIST（Aircraft Integrated Simulated Training ）的ISD/SAT流程如图7。

4.1.1 训练体系规划阶段

在对高级教练机及其仿真训练体系进行认真分析后， 为了准确充分满足不同用户对于高级教练机的仿真训练要求，需要对不同用户（或潜在用户）的受训人员KSA 情况进行量化并加权， 分析不同训练产品的各自训练范围任务后， 对高级教练机仿真训练体系给出如下的规划：

图7 高级教练机仿真训练体系的ISD/SAT流程

1) 作为第三代高级教练机， 是用户培养高水平飞行员的重要手段， 是从基础教练机与战斗机之间过渡的一个重要训练环节。 根据以往的经验和资料分析， 大部分受训的飞行员缺乏必要的飞行小时数(并且用实装训练不经济,代价高昂)，但又急需尽快掌握高级飞行/战斗技能；

2) 高级教练机的销售对象仍然在第三世界国家(急需更新换代/提升高级战斗技能)，和部分第二世界国家，而第三世界国家往往经济情况受限制，面临极大的降低训练成本与增加飞行员技能之间的压力；同时缺乏先进的训练手段和经费； 需要在培训目标、 培训工具性能和培训投入之间取得很好的平衡（即真实的培训平台、 模拟系统和其他教学工具之间的平衡）， 需要综合考虑购置成本、 运行成本和升级成本；

3) 高级教练机仿真训练体系下的产品应具备多样性和高低搭配的特点， 以适合不同的用户和同一用户不同训练层次的需求； 产品具有高性价比的内在品质，可以满足通过批量采购降低成本；

4) 高级教练机仿真训练体系下的产品不仅应该涵盖飞行员的飞行训练和满足地勤人员的训练要求，而且应该涵盖扩展的特殊技能训练要求（如武器挂载训练等）；

5) 高级教练机仿真训练体系内的产品线应可以通过更换软件包和部分硬件实现一机多用的功能，并随着高级教练机的不断升级与用户群的扩大，不断发展延伸。

4.1.2 产品线的分析

在完成对整个高级教练机仿真训练体系进行充分规划后，还需对体系内不同产品线进行规划，分析每种产品的特点及其定位和训练目标， 研究用户的训练体制，空地勤人员结构，技能等级，训练状况，淘汰率、教育水平等，针对用户不同训练对象的KSA值确定不同的训练计划。 由这些分散的仿真训练产品构成了整个训练体系，见图7。

4.1.3 仿真训练产品设计

根据每个用户的状况， 完成定制化的训练体系后，需要组织研制单位及业内知名专家组成专家组，针对每个特定的高级教练机仿真训练产品进行了详细的用户需求分析和总体方案论证， 确定满足需求的训练系统。 然后对技术方案进行详细论证，从而从技术层面保证产品的先进性和实用性。

4.1.4 仿真训练产品的开发

在完成整个训练体系特定仿真训练产品的设计分析阶段后， 中航工业洪都组织承制单位对该产品进行开发研制工作， 采取以下有效措施保证产品的质量：设立质量保证组，由总体单位指定的人员为组长，各协作单位指定一名专职或兼职的质量保证员，质量保证员负责制定参与质量检查的计划， 参与质量检查，并做好记录。

1) 有计划的总体方案评审与专项评审控制产品总体技术指标；

2) 对关键分系统和主要进口成件进行风险管理确保质量价格；

3) 邀请国内知名行业专家组成专家组对产品的技术风险进行分析和控制；

4) 采用先进的项目管理制度对项目流程、进度、费用、服务进行全过程管理和控制；

5) 严格按研制计划进行产品研制：总体方案、系统设计、系统开发、系统验收和系统交付；

6) 在产品研制的各个阶段， 需要进行质量的控制：包括过程与产品质量检查（PPQC）计划，技术评审的计划和产品测试的计划。

7) 积极与用户沟通协调解决实施过程中的具体问题，对用户进行各类培训和延伸培训服务；

8) 针对不同用户， 不同国情采取有效措施解决售后服务障碍。

4.1.5 仿真训练产品的训练实施阶段

在有关仿真训练产品交付用户以后， 进入训练实施阶段，继续进行有力的技术支持。 经过训练前后的对比， 用户通过使用仿真训练产品可以迅速提升受训人员的KSA值，同时大大节约训练成本，从而达到产品设计目标。 并可以在对仿真产品的使用过程中，反馈使用维护经验，利于产品的升级换代。

4.1.6 训练体系的评估改进过程

根据ISD/SAT，一旦高级教练机仿真训练体系及其产品启动，相应的评估改进过程也随之开始，并一直持续。 通过不断的评估评价，使得对用户的需求认识得更加充分深入， 从而可以使仿真产品线不断丰富完善，产品质量持续提升，交付周期逐渐缩短，售后服务状态大大改善，经济效益显著。

5 某高级教练机仿真训练体系简介

该体系采用向用户提供全面的高级教练机训练平台的方式，为用户提供从基本航空知识训练课程、中级技能训练、 高级实物仿真模拟训练和真实飞机训练的“无缝”训练产品，并将各产品从使用流程管理、训练计划部署、控制状态查询、系统维护安排、故障排除指导、 问题反馈收集等诸多方面通过训练管理支撑系统为用户提供及时、方便、系统的信息，这些信息可针对各训练产品为用户提供人员信息、使用记录、效果评估、问题报告、端到端的可视化训练效率分析数据和训练操作管理。

该体系的建立从始至终都依据ISD/SAT过程的要求，通过反复收集用户技术及使用习惯反馈信息，明细全部训练内容， 量化相应的知识、 技能、 态度（KSA）系数，特别是根据用户受训人员的KSA量化加权系数，梳理训练层次和次序，完全符合用户的训练资源约束和训练的实际需求。 该系统覆盖的高级教练机大部分训练科目，由浅入深，层次分明，而且评估其整体费效比达到最优。 构成见图8。 这些产品在AIST的框架下将根据用户的需求而逐步开发完成。

5.1 初级训练系统

图8 高级教练机仿真训练体系结构

1) 基本航空知识训练系统（FATS）：主要由基于PC 机的基本航空知识训练软件组成， 主要包括PC机和各种自定步调的介绍飞机及其各系统工作原理的学习课件，使学生对飞机各系统基本概念、原理和中国飞机系列有较为深刻的了解。

2) 交互式多媒体教学系统（IMI）：交互式多媒体教学系统（简称IMI）可以准确地对飞机系统理论、操作程序等进行讲解与训练，为教官、学员提供先进的网络化的教学与自学环境。IMI系统由教学软件、管理软件、系统计算机、终端等构成。

5.2 中级训练系统

1) 飞机维护模拟器（AMS）：飞机维护模拟器（简称AMS）可用于地勤人员进行飞机系统维修训练。AMS具有真实的座舱、 逼真的飞机系统仿真软件、系统显示屏、教员控制台。 AMS可以准确地模拟飞机系统的运行逻辑和性能， 可以提供飞机各系统地面通电检查和故障判断处置训练， 在训练过程中地勤人员可通过系统显示屏深入了解各系统运行状况。

2) 飞行模拟器（FTD）：飞行训练装置（简称FTD）可用于空勤人员飞机改装训练中的程序训练和部分任务训练。 FTD具有真实的飞机座舱、逼真的飞机系统和飞行仿真软件、视景数据库和教员控制台，但不具有完整的任务环境仿真。FTD还具有动态操纵力模拟系统和简单视景显示系统。

5.3 高级训练系统

1) 全任务模拟器（简称FMS）可用于空勤人员正常和应急状态下进行着陆、起飞、武器投放、夜航、编队飞行和座舱实习训练。 FMS具有真实飞机座舱、逼真的飞机系统和飞行仿真软件、视景数据库、音响系统、运动系统（可选）、视景系统、教员控制台系统，这些系统可产生真实的飞行训练环境。FMS的飞机操纵性能符合真实飞机的性能数据， 包括有经验飞行员的调试。

2) 高级教练机飞行回放系统（简称FTDS）可用于飞机飞行后飞行数据的采集，数据转换存储，用于教员对学员在地面进行飞行质量分析的训练辅助系统。 它可以帮助教员建立全面且强大的飞行数据资料库， 能根据飞行数据复现飞机完整的飞行过程、飞行员操纵输入、 系统状态信息和告警信息， 帮助飞行员讲评和飞行数据分析， 以及飞行过程中故障的快速定位。 为分析飞行员训练质量， 教员的教学质量， 任务制定质量提供重要的基础数据及专家性的参考意见。

5.4 特殊技能训练系统

1) 高级教练机分系统专用维护模拟器（ASMS）

2) 特殊设备维护训练模拟器

3) 高级教练机武器系统高级训练器 （WLT）：是为学员个人或小队提供武器装填训练的仿真设备。可实现小队训练和执行战前任务预演，是军械、武器专业学员训练的重要设备。

4) 过载训练器（GLT）

6 结语

随着用户装备数量的增加和训练要求的提升，其它多种通用/专用模拟器产品也在酝酿之中， 高级教练机仿真训练体系也将随之不断丰富和发展。

[1]孙所义. 训练保障资源的国外发展概况C. 海军航空工程学院青岛分院，2008,11.

[2]MIL-HDBK-1379-1A Department of Defense Handbook. Guidence for Acquisitions of Training Data Products and Services S . 31 August, 2001.

[3]MIL-HDBK-1379-2A Department of Defense Handbook Instructional Systems Development / Systems Approach To Training and Education S . 31 August, 2001.

[4]MIL-HDBK-1379-3A Department of Defense Handbook. Development of Interactive Multimedia Instruction(IMI) S . 31 August, 2001.

[5]MIL-HDBK-1379-4A Department of Defense Handbook. Glossary for Training S . 31 August, 2001.