某型发射训练弹模拟训练系统设计*

王少蕾 周 源 许建国 孙玉臣，2 赵家辉

（1.海军工程大学兵器工程学院 武汉 430033）（2.中国人民解放军92767部队 青岛 266102）（3.中国人民解放军91959部队 三亚 572016）

1 引言

某型导弹发射训练弹（简称某发训弹）能够满足技术阵地技术准备训练及艇上发射训练任务，其技术准备工作是部队相关岗位的一项重要任务，技术准备涉及的场地设施和装设备类型多，流程复杂；部队实装造价昂贵，过频动用实装训练，将有可能对实装造成损伤，降低装备的可靠性。而借助相应的模拟训练系统，能使学习者和操作号手透彻地理解和掌握发训弹及其保障装备的结构原理和功用等，熟练掌握发训弹的技术准备流程；再结合实装操作训练，能更好地提高训练水平，所以基于发训弹技术准备流程的模拟训练系统是必要的。

关于军事装备及军事训练的模拟训练系统研制的项目有很多，例如，文献［1～2］讨论了软硬件结合实现某型装备作战模拟训练系统设计及某型装备模拟训练系统设计；文献［3］讨论了利用Vega Prime和MFC实现对火箭筒模拟训练系统的开发；文献［4］讨论了利用VR和DIS技术实现某型地空导弹模拟训练系统的设计；文献［5］讨论了通过V#建模实现自行火箭炮装填器训练模拟系统的设计；文献［6］讨论了通过VC++建模，通过半实物仿真实现警察武力使用模拟训练系统的设计；文献［7］讨论了利用Multigen Creator和Open Scene Graph软件实现某新型坦克驾驶模拟训练系统视景仿真设计与研发。上述这些大多是基于VR等虚拟现实技术来实现的，比较复杂，耗费也较大。也有的采用较常用的软件SolidWorks来进行模拟系统的建模与仿真，也达到了较理想的效果［9～10］。

本模拟系统基于SolidWorks软件三维建模，对训练弹的各部分及与技术准备相关装备进行三维模型的构建，完成前期步骤。然后制作出各步骤演示动画进行模拟仿真，完成技术准备工作。

本模拟训练系统旨在以直接的三维视觉效果为训练弹的技术准备提供模拟训练，帮助学员掌握训练弹结构及技术准备细节，可为教员的授课提供更多素材和新的手段，属于对装备操作的技术性模拟训练系统。开发这样一款以实际情况为背景来有效完成教学、训练任务，对相关专业学员学习和训练有着现实意义。

2 系统设计创建思路

2.1 系统概述

某发训弹模拟训练系统分为四个模块，包括弹体结构展示模块、保障装备展示模块、发训弹装配大厅操作模拟模块、海上发射及打捞演示模块。其中，弹体结构展示模块对发训弹的结构组成及各部件装配关系进行讲解演示；保障装备展示模块主要展示了气密检测装置原理结构，对其结构组成、内部管路连接、工作过程原理进行讲解演示；发训弹装配大厅操作模拟模块完成训练弹在装配大厅技术准备流程的模拟，主要包括从转载、安装漂浮装置、安装顶盖等过程；海上发射及打捞演示模块用于展示训练弹发射后的打捞回收、拖曳回港区等操作流程。这些模块可在系统界面的功能区进行选择。

2.2 系统功能及特点

1）模块可自由选择：系统界面设有四个训练模块，可自由点击选择进入完成相关科目的训练学习。

2）科目演示模拟详尽：每个模块演示中都有相关模型的详细构建，其结构特征与实弹相近，并且演示过程中配有文字指示说明，贴近实际进行演示。

3）操作科目选择可选可控：在装配大厅训练弹技术准备操作模拟训练模块中添加有节点，将完整的技术准备过程分为单项，单项中的每个操作步骤以节点分开，逐个演示，项目步骤可选可控。

2.3 系统结构

发训弹模拟训练系统由训练弹模拟训练开始界面、四个模拟训练模块以及模拟演示应用文件组成。结构如图1所示。

图1 系统结构示意图

在开始界面中选择要进行的训练模块，点击后自动打开要链接的应用文件进行相关模拟训练。开始界面作为起始窗口完成系统启动以及应用文件的集中管理，实现训练模块的快速选择调用；训练模块作为各模块窗口，与各应用文件对应链接，点击进入；各应用文件作为系统核心组件，模拟演示弹体结构、气密检测装置结构原理、技术准备模拟操作、海上发射打捞四个过程。

2.4 系统设计创建思路

发训弹模拟训练系统设计思路大体分为以下五步。

1）需求分析

任务需求是能够直观展示训练弹结构以及技术阵地准备流程，为装备教学及部队相关科目培训提供支持，帮助受训者更好掌握训练弹结构原理及使用维护相关知识。总地来说，本模拟训练系统不同于有关仪器类操作的模拟，而是对装备操作流程的模拟，在缺少所操作实物的情况下只能通过视觉途径对受训人员训练，帮助其了解和掌握相关装备结构和操作流程。

2）选择合适的建模软件

需求分析之后，可知要通过视觉途径对人员进行模拟训练，这样就需要对训练弹及相关设备进行三维物理模型构建。能够完成该任务的软件有很多，但总的来说SolidWorks和3d max较为简单［11］，其中SolidWorks系列侧重于机械设计，而3d max在室内设计和环境渲染方面功能较强大，另外结合个人因素最终选择利用SolidWorks系列软件进行相关模型制作软件，使用C++Builder进行界面设计及系统集成。

3）确定训练所需模拟模块

根据模拟训练系统设计需求及目的，旨在帮助受训者了解发训弹结构特征和工作原理，熟练掌握技术阵地发训弹技术保障流程，确定系统包含的模拟项目有发训弹结构原理展示、技术阵地发训弹气密检查及装配，此外视情况制作气密检测装置及发射过程演示模块。

4）演示模块设计

设计任务下达后，确定了模拟训练系统所需的演示模块，就要将所做的模型导入composer中，并对各模型进行渲染完成演示初步阶段［12］；然后对模块进行设计构思，使每个模型动作及与画面镜头的协调以达到最优的效果。演示模块设计包括训练弹结构演示设计和操作流程演示设计，其中结构展示演示要求对各部分组成外观、内部结构细节、装配关系、工作方式进行画面展示设计；流程演示则对在装配大厅中完成的每一步操作进行动作画面设计，重点有气密检查过程各步骤的先后顺序及对气密检查装置操作使用画面设计，舵板安装各步骤顺序动画设计等。

5）系统的封装及界面设计

系统主要内容制作完成后要对这些主体内容进行封装及界面设计，实现多个训练系统文件统一管理，简化系统结构，提高训练系统外观的美化程度，使得操作更便捷。

6）系统调试更改

最后对系统的整体调试也是整个系统设计的重要一步。通过对最后整体系统的试操作来检测整个系统的流畅度和可靠性，发现存在的问题并做出一些调整来使其达到最好的效果，避免在以后使用过程中出现错误。

某型发训弹模拟训练系统工作流程如图2所示。

图2 某型发训弹模拟训练系统工作流程

3 三维模型及装配体创建

3.1 发射训练弹及相关设备三维模型创建

发训弹模型的构建是后续步骤的基础，同样也是整个系统设计工作的重点，各零部件模型建立依据实装尺寸数据。

3.2 环境模型构建

环境模型是增强场景真实感的模型统称，这里包括装配大厅墙壁、轨道、气源瓶。这些模型构建采用拉伸草图和圆角特征实现。

3.3 装配体三维模型构建

建立装配体文件是组成包含多个部件的大型模型的重要部分，可以通过添加零部件或装配体到工作窗口，定义两个部件间配合关系来完成组装。在训练弹模拟训练系统中所需组装的模型有发训弹弹体、气密检测装置、转移架车、滚转架、装配大厅各装配体整合。

4 模拟训练系统设计与实现

4.1 模型导入及渲染

在制作动画前要将构建好的装配体导入到composer文件中，在窗口进行编辑，所以每制作一段动画需要导入一个装配体模型进行制作，注意导入时勾选文件合并到零件角色。

4.2 装配体模型导入

打开composer后选择新建文件后选取弹体装配体文件，勾选文件合并到零件角色后进入编辑界面。

4.3 系统封装及测试

C++Builder作为C++的开发软件，能够完成win系统的深层次开发工作，并有图形模块可以用来进行封面设计工作。本系统就是利用这个功能来进行封面设计及应用文件的链接工作［13］。

系统封面是训练模拟系统设计的最后一步，完成了封面的设计美化及应用文件的链接工作，其目的是为了集中管理系统所包含的应用文件，方便使用时直接调取。

为实现对装配大厅中技术准备各科目训练模块的方便快速调取，进行了装配操作模拟模块中科目选择模块的界面设计。将七个主要的操作科目模块与各自对应的应用文件相链接。

对系统进行测试的目的是为了亲身体验流畅度，发现存在的问题和缺陷以便进行修改。

5 结语

本文主要利用SolidWorks及C++Builder设计的发射训练弹模拟训练系统具有简洁的界面和丰富的内容，能够满足发训弹有关课程的教学辅助工作，为课程教学及部队培训补充了资料，并为学习者提供了一种较易接受的教学方式。系统设计所研究的工作及成果如下：

1）通过 SolidWorks的 premium 和 composer应用，构建了较细致的训练弹及相关设备模型，并制作相关动态演示效果，在缺少实装及相关资料的情况下，起到了很好的教学补充和辅助作用。

2）以模拟演示形式，直观地展示训练弹结构及技术阵地操作过程，并在其中添加节点，给学员留有思考的时间，以启发学员思考装备的工作流程，助于理解记忆。

3）利用C++Builder软件中图形菜单进行界面设计及应用文件的链接，对系统所包含的多项内容进行集中统一管理，系统操作方便快捷，使用简单。