船艇机电模拟训练考核评估系统

张 锦，任长合，聂 伟

(镇江船艇学院 船艇动力指挥系，江苏 镇江 212003)



● 基础科学与技术 Basic Science & Technology

船艇机电模拟训练考核评估系统

张 锦，任长合，聂 伟

(镇江船艇学院 船艇动力指挥系，江苏 镇江 212003)

为解决部队船艇机电模拟训练系统考核难题，基于船艇机电模拟训练考核评估系统功能需求分析，设计考核评估系统总体方案。依据设计原则，建立评估系统模型，确定各评估因素的计算方法，然后根据模糊层次分析法求得相应的权重，并运用专家系统理论建立考核评估知识规则库。考核评估系统在舰船机电人员模拟训练考核中取得较好的效果。

机电模拟训练系统；船艇；考核评估

随着部队主力船型更新换代，船艇大型化和自动化程度不断提高，整个机电系统变得更加复杂庞大，对船艇机电人员的操作管理水平和应变处理事故能力提出了更高要求[1]。模拟训练系统是开展船艇机电专业技能训练的重要途径，能有效提高机电管理人员的训练水平和效率，考核评估是其中的一个重要环节[2-3]。

1 考核评估系统总体设计方案

船艇机电模拟训练考核评估系统应能对相应模拟操作项目进行考核评估，如船艇起动、备车操作、定速航行、应急操作、设备及系统故障分析与排除等。考核评估系统重点针对学员操作方法或故障排除方法进行考核评估，因此首先要建立灵活、实用的评分规则库，采用合理的知识表示方法将系统操纵规则、故障排除等领域规则转化为计算机能识别并进行推理的应用知识，即学员操作的评价依据。

考核评估系统能够对学员的操作进行自动跟踪，可自动记录考试时间，实时获取作业仿真系统的状态和学员的操作动作，能对训练过程进行回放并记录船艇每一时刻的位置和训练人员的操作内容，并根据学员的操作情况提供实时解释机制和最后评定成绩。其中解释机制能使评价过程与评价标准透明，而评分系统不仅能给出考核成绩，而且能够给出操作过程中的问题和不足。考核评估系统还建有学员成绩的数据库管理系统，以便于对原始数据进行统计分析、计算，把训练成绩和常见错误形成统计资料库，使其对以后的培训工作起到参考和促进作用。根据上述分析，考核评估系统的结构原理如图1所示。

图1 考核评估系统的结构原理

考核评估系统与仿真计算机和机电控制台通过TCP/IP协议连接在同一级以太网上，采用一个以交换机为中心的星形拓扑的网络结构，保证数据高效实时传递；通过OPC程序与仿真软件之间实现数据的通信，仿真软件通过PLC控制器与机电控制台上的硬件设备相连，PLC将控制台上开关和按钮的状态实时地传递给监控软件；仿真软件将仿真运行数据传递给PLC，控制控制台上指示灯和仪表的变化，并将数据的变化情况存入数据库；考核评估系统利用标准的SQL函数对数据库进行访问及读写数据操作，并通过数据分析得出考核人员的操作过程，在此基础上，利用评估算法给出考核人员的操作考核评估结果。

2 考核评估模型建立

根据评估因素确定的客观性、可操作性、完整性、代表性原则[3-5]，建立舰船机电人员模拟训练考核评估模型，考核成绩分为操作评分、故障处理分、过程曲线评分和教员印象分[6-7]。

(1)操作评分。判断考生操作某项操作是否正确，如果错误，判断其错误的类型。对每类操作错误，都要有相应的扣分方法，在判断结束后扣除考生相应的分数。操作评分的标准为

式中：i为故障类型，共有m类；wi为扣分的权重系数；ni为操作过程中第i类故障发生的次数；C(i)为第i类故障发生的逻辑条件；Xi为第i类故障发生时，依据操作可能造成的后果将其分为一般事故、中等事故、严重事故，每类事故赋予相应的权重系数。

(2)故障处理能力评分。根据处理故障需要的时间以及能否正确处理故障来评分，故障处理能力评分的标准为

(3)过程曲线评分。在培训过程中考察参数变化趋势与设计曲线的吻合程度，根据实际曲线和理想曲线的偏差程度来评价学员的操作分。过程曲线评分的标准为

(4)教员印象分。为克服自动评分系统的缺陷及一些无法自动评分的情况，使评分更充分、更完善，引入教员印象分。教员印象分是由考核教员根据考核和人员某一考核课目的操作情况所评的分数，采用百分制。

由于各评估因素的成绩在整个过程或本次考核中该类成绩重要性不同，采用模糊层次分析法(fuzzy analysis hierarchy process，FAHP)构造模糊判断矩阵，对评估因素的判断结果一般是模糊数或区间数。

为更好地体现主观评估人员对于评估因素间重要关系的理解，与相关领域专家沟通，通过三角模糊数对评估因素进行FAHP标度。利用三角函数的中值较好地体现评估因素相互比较的最可能关系，将模糊判断矩阵中的元素以三角模糊数来表示，构造三角模糊互补判断矩阵A=(aij)m×m。其中：aij=(lij,mij,uij)，aji=(lji,mji,uji)，且lij+lji=mij+mji=uij+uji=1；uij≥mij≥lij；i,j∈N。从而建立评估目标的模糊综合判断矩阵。概率矩阵为

专家模糊评判矩阵S=(sij)m×m。其中：

在求解评估因素的权重时，首先检验调整判断矩阵的一致性，如果不满足，就进行一致性调整。达到一致性要求后，计算评估因素的权重为

3 基于专家系统理论的规则库建立

考核评估系统是根据一系列的规则推理实现的。在模拟训练中，这些运行操作规程是指导机电人员进行操作的重要准则，同时又是考核评估时的主要依据。评估规则制订得好坏直接影响培训对象的操作成绩与培训效果，可根据实际情况对其进行修改，修改后的内容需存入相应的库文件中，下次再运行模拟训练系统时，经修改后的评估规则生效。

对于机电模拟训练系统评估专家系统知识，采用分类获取并表示，从而建立评估专家系统知识规则库。例如，船艇电站操作管理知识“启动前备便操作绝缘检查中，兆欧表表头调零操作有误，则记考核人员一般操作错误一次”表示为(R1(IF(启动前备便操作)(绝缘检查)(兆欧表调零有误))THEN(一般操作错误))。评估规则知识表示时，前提条件和结论表示方法与知识规则库中数据表示方法相同，这样提高了评估推理匹配的效率，有利于简化评估程序设计。在知识的表示过程中，可根据实际情况灵活确定知识表示的类型，以达到最好的知识表示效果。机电用模糊产生式表示为：IF〈操作发生〉THEN(阈值)〈可能产生的结果和处理方法〉(确信度)。

前提为考核人员进行了某项操作，它是否会造成相应的结果可能受操作的时间和设备运行性能的影响，用真值表示，在[0，1]内取值，其初始值根据专家经验设置。阈值(λ)对于规则的应用给出一个最小值，当考核人员操作过程中的真值超过阈值时，该项规则就会应用于推理，结论为可能产生的结果和处理方法。

在考核评估中，可能会出现当一个规则的前提条件满足时，其操作造成的影响并不一定会发生，因此引入确信度参量CF，以描述前提条件满足时规则成立的可信程度。CF的初始值可结合该规则相关的操作使用经验和专家知识进行设置，并可在系统培训考核过程中进行不断地修正优化。表1以船艇电机操作管理考核评估规则为例，说明考核知识表示与存储结构。

4 考核评估系统开发

考核评估系统设计过程要兼顾系统运行速度及安全性问题，同时，设计的界面应大方美观，有合理的控件布局，操作简单方便。图2为设计的考核评估系统交互界面，界面左侧显示的是船艇柴油机考核课目选择与故障设置。每项训练内容都有对应故障设置项，教练员可根据培训教学的需要设置故障。操作界面右侧包含考核过程中基本信息的显示以及考试开始的控制按钮。

表1 考核评估知识表示结构

图2 考核评估系统交互界面

考核评估系统运行流程如图3所示。从系统设置的考试评估项目开始后，评估系统开始运行，先由学员操作自动跟踪子系统对系统运行过程中的数据进行采集和处理；训练结束后，把学员操作数据库和评分规则库子系统各种数据输入成绩评估子系统，成绩评估子系统对两种数据进行比较，再进行数据处理，得出最后综合评分。

图3 考核评估系统运行流程

5 结 语

为解决部队船艇机电模拟训练系统训练考核难题，本文首先建立评估模型，并采用模糊层次分析法构建评估指标权重，使用专家系统理论建立规则知识库，最后运用C#在C/S框架下实现考核评估系统功能。该考核评估系统在舰船机电人员模拟训练考核中取得较好的效果。

[1] 刘东亚， 戴志平，张勇．基于模糊评价的雷达站模拟训练考核评估方法[J]．空军预警学院学报，2014，28(3)：192-194．

[2] 李华楠，郝威，张世伟．基于BP神经网络的通信训练考核评估方法[J]．舰船电子工程，2015，35(6)：80-82．

[3] 聂伟，巫影，夏极．船舶动力系统模拟器自动评分系统的设计与实现[J]．船海工程，2010，39(4)：84-87．

[4] 奚刚，费全荣．加强基于能力的船舶维修保障人才训练考核评估研究[J]．中国修船，2012，25(5)：7-10．

[5] 熊正祥，王立强，孙永侃，等．基于AHP的舰艇模拟训练成绩评估研究[J]．系统仿真学报，2008，20(12)：3130-3133．

[6] 潘洋．岸边集装箱起重机仿真训练系统评分模型的建立和实现[D]．上海：上海海事大学，2005．

[7] 李登凤．基于多Agent的电力培训仿真智能评价指导系统[D]．北京：华北电力大学，2007．

(编辑：史海英)

Examination and Evaluation System of Watercraft Electromechanical Simulation Training

ZHANG Jin, REN Changhe, NIE Wei

(Department of Watercraft Power Command, Zhenjiang Watercraft College, Zhenjiang 212003, China)

To solve the difficult problem in examination of watercraft electromechanical simulation training, the paper designs an overall plan of examination and evaluation system according to its functional requirements. It establishes an evaluation system model based on design principle and determines the calculation method of each evaluation factor, and acquires corresponding weight with fuzzy analytic hierarchy process. It also builds examination and evaluation knowledge rule base. This examination and evaluation system has achieved good result for watercraft electromechanical personnel in simulation training examination.

electromechanical simulation training system; watercraft; examination and evaluation

2016-01-22；

2016-05-05．

军队科研项目(KD2015060033A12002).

张 锦(1985—)，男，硕士，讲师．

10.16807/j.cnki.12-1372/e.2016.12.020

TP391.9

A

1674-2192(2016)12- 0085- 04