炮兵侦察校射无人机维修仿真模型需求探析

李 灿，侯兴明，杜 泰

（1.航天工程大学，北京 101416；2.中国人民解放军31677部队，北京 101200）

炮兵侦察校射无人机装备研发技术先进、价格昂贵、自动化程度高，维修保障的重要性日益突出。无人机装备在工作过程中出现故障，可能引起不可预测的安全事故及次生灾难。然而长期以来，在训练场地、训练器材、训练方式的约束下，尤其是无人机日常训练一般需要结合实装展开，使得训练开展的效率不高、代价较大、内容不全面，只能对一些简单科目进行反复训练[1]。为此，提出有效的维修保障对策和措施，积极探索利用维修仿真模型展开相应的操作，进一步提高无人机维修保障人员技术水平，是当前亟待解决的现实问题。无人机维修仿真模型不仅可实现无人机整机系统功能性的仿真模拟，而且可结合无人机装备的运行工作原理、故障发生机理、特情环境影响因素等，进行真实、准确的可视化仿真模拟。为此，开展无人维修仿真模型的需求分析，将使得无人机装备维修仿真系统设计逻辑更加清晰，维修保障训练和实战效能也将大幅提升。

1 无人机维修仿真模型的可行性

1.1 设计必要性

从无人机管理软件现状来看，虽然目前市场上充斥着各种各样的无人机管理软件，但这些软件在实际应用中一般都存在着这样或那样的问题：有的软件实用性不强，用起来总是不得心应手；有的无人机管理软件大而全，许多基层单位根本不需要那么多的功能，一次投入大量的资金，却只有少数功能被使用；有的软件对硬件环境和使用者的计算机操作水平要求很高，致使基层部队在购买无人机软件的同时，需要花大量的资金购买配套硬件并组织人员培训，甚至有时使用者由于操作困难而产生一定抵触情绪，以至收效甚微。为此，有必要研究设计一套适合炮兵基层部队的侦查校射无人机维修仿真系统，这对于提升无人机维修保障能力具有较强现实意义。

1.2 经济可行性

从炮兵部队无人机维修保障信息化建设本身来看，不同单位应该根据自身的特点、装备维修信息化需求的不同程度，有步骤、有选择地逐步实现维修保障信息化。应从小的、实用的、迫切需要的方面入手，保证每个维修保障信息化步骤都能达到预期效果，每一次投入都能得到预期的回报。因此，无人机维修仿真系统不一定要完全覆盖其全寿命周期的各个环节，结合自身需求，充分利用开源代码进行设计，大大节约了成本开支。

1.3 技术可行性

从炮兵基层部队对无人机维修的技术需求来看，可以抽取维修保障中较为重要的和紧需的实践部分，去掉较为次要的具体研发技术部分，有选择地简化数据要求，即开发一个既实用又投入较低的软件，这种软件开发对技术的要求不是很高，同时又具有很好的实用性和可扩展性。另外，从炮兵部队维修保障分队经验来看，由于部分维修技术官兵已经从事多年的装备维修保障工作，对装备维修保障工作本身有一定的认识和见解，并对无人机对维修保障及作战训练信息化的要求也较为了解，尤其结合部队官兵整体学历大幅提升的现状，选拔具有较好编程能力的官兵进行统筹开发设计，切实将研究技术成果投入到实际的无人机装备维修保障工作中。

1.4 应用可行性

从无人机维修仿真系统本身来看，该软件一般包括基本维修理论、零部件拆卸流程、维修工具使用方法、故障诊断维修等部分，单位不同，对这些子系统或模块功能要求的粒度大小也不同。从基层营连使用者的角度出发，开发的仿真系统主要考虑操作的便捷性及敏捷高效的实用价值，所以设计的炮兵侦查校射无人机维修仿真系统应该在操作过程中使方法步骤一目了然，用起来简单方便，对口业务官兵也无需经过专门的培训，只需经过相关技术人员基本示范后便可立即上手。同时，系统中的主要内容和功能都是经过无人机维修分队结合无数次实际飞行、多次演习得来的实践经验，所发现的问题、提出的解决方案和维修的操作方法步骤都具有较大的实际意义，显然，系统开发从应用层面来说是可行的。

2 无人机维修仿真模型的功能需求

2.1 可分解整机内部

通过维修辅助系统，操作人员可分解查看无人机任一分系统，按照标准操作流程进行模拟拆装训练，在训练专用的教学装备没有列装到位前，尽可能地减小对实飞装备的损耗。通过无人机维修仿真辅助系统进行拆装训练，可有效解决只敢看不敢拆、拆下来装不上、装上去用不了的问题，参训人员可以反复训练多次实践，系统了解“控制及无线电舱”“任务设备舱”“发动机舱”等详尽构造，加深对装备的构造理解，熟悉装备维修的操作流程。

2.2 可更换功能部件

当实装出现故障后，不再只依靠反复拆卸换件进行排查，而是利用无人机仿真模型进行辅助维修。通过在系统内对相关部件进行故障设定和更换，采取分段法或替换法等方式筛查故障点，避免了排查故障造成的设备二次损害，节省了拆装分析的时间消耗，作业效率甚至可提升约70%。同时，无人机系统构造复杂、技术含量较高，单一机型仅航空插头就不低于32个，每个插头平均有近20个针孔[2]，当设备内部出现故障后，借助无人机维修仿真辅助系统可迅速厘清线路间关联关系，提高维修作业效率。

2.3 可设定硬件故障

炮兵基层部队在进行无人机维修作业模拟训练时，可利用系统模拟设置包括发动机、机体结构、任务设备、整机电路、航空电子器件在内的5大类总计60余项常见故障。在实飞之后，更可以根据飞行记录还原飞行中各项备份数据来进行飞行复盘，同时具备展开综合航电计算机、机载射频前端、光纤捷联航姿装置等20多个电子部件“故障排除”科目训练的能力。在提升部队维修能力的同时，还能有效避免维修过程中发生精密仪器易损坏的问题。

2.4 可演示维修全程

炮兵侦查校射无人机维修仿真模型是一个三维信息交互培训系统，能够全方位多视角实现对维修人员的培训与考核。其中最重要的是能够动画演示无人机常见故障检测、诊断、寻因和维修过程，即使用设备、工装、工具和调试软件对无人机进行配件选型、装配、调试、检修与维护。演示的侦察校射无人机装调检修具体工作包括6个环节[3]：①演示无人机各功能模块维护保养和配件选型的步骤；②演示按照装配视频或图纸，使用专用工具进行整机装配；③演示通过相关调试软件和工具，进行无人机系统与功能模块联调与测试的方法；④演示使用专用检测仪器及软件进行无人机各系统检测、故障分析和诊断的案例；⑤使用相关工具，根据故障诊断结果进行无人机维修；⑥演示使用专用检测工具和软件对修复后的无人机进行性能测试的方法和达标判断标准。

3 无人机维修仿真模型的性能需求

3.1 内容真实性

无人机维修仿真模型中所涉及到的所有维修与训练的操作都应当符合《无人机维修大纲》及无人机装备设计的标准要求，同时，在系统设计开发过程中所涉及到的相关计算机硬件和软件，都要符合部队日常习惯和行业标准，其内嵌的“故障设定”与“特情模拟”等模块必须符合实际操作规程与作业标准，即所有的功能实现均是在实际操作取得较好效果的前提下去开展。在进行无人机维修仿真模型的各类子系统设计时，要将涉及到的装备零部件按照标准尺寸录入到数据库中；在进行故障模拟时，要将故障原因和故障现象尽可能真实地展示出来，同时要将该故障所带来的关联故障一并进行模拟；在进行数据库开发时，要将基层部队前期进行的海量实践记录与经验总结，结合各个单位合力充实到数据库中，使宝贵的实飞经验以及故障情况尤其是险情处置能够取得效益最大化，使维修经验转化为保障能力，进而提高战斗力。

3.2 平台通用性

开发成功的无人机维修仿真模型将成为基层无人机部队日常训练以及维修检修最主要的工具和手段，尤其当前基层部队无人机装备正处于整合统型的阶段，例如之前将JWP-01A型炮兵侦察校射无人机、边海防巡逻无人机等均整合为KVB-001B型近程通用型无人机，之前将JWP-02型炮兵侦察校射无人机等中程无人机均整合为KVB-802A型中程通用无人机。因此，所构建的无人机维修仿真模型同样必须具备很强的通用性，以匹配已列装或即将列装的无人机装备。具体而言，数据库机型要全，能够满足不同基层部队的不同无人机维修需求；训练内容要全，能够覆盖目前《无人机维修大纲》所要求的无人机系统维修的全部科目及内容；案例要素要全，能够满足各种条件下故障排查及诊断的需求，甚至在特情下故障处理的模拟需求。当然，无人机维修仿真模型还需要在具有通用性的开发平台上搭建，以满足其他系列无人机装备训练平台的可移植性需求。

3.3 界面友好性

无人机维修仿真模型在构建过程中，要充分考虑界面友好性，在设计系统硬件、软件时，要充分考虑参训人员、使用人员的学习规律和特点，为参训人员提供个性化的学习、训练环境。同时，无人机维修仿真模型的使用对象，是具有一定无人机专业基础知识的基层官兵，这就要求系统能够提供友好的用户接口和简洁易操作的人机界面。例如，系统应该尽量使用用户熟悉的术语和中文信息的界面，在界面设计时不必增添过多的界面提示，但是在必要的步骤必须有相应验证和提示信息；针对用户可能出现的使用问题，还能提供视频演示帮助，缩短用户对系统熟悉的过程，使用户可以从系统编配后即可上手使用。同时，由于该模型是现役装备的仿真模型，在设计时，要求特定的数据查阅时也需要有校验信息，如登录用户验证和后台参数查询等。

3.4 系统可扩展性

模型在开发过程中，应该充分考虑以后的可扩展性。装备修理人员查询的故障处理需求会不断更新和完善，这就要求系统提供足够的功能裕度和扩充空间。系统的可扩展性主要包括数据库的可扩展性和应用的可扩展性。通过无人机维修仿真模型，基层部队官兵可以反复对某些不可重复操作的部件进行拆卸，对易损部件、元器件维护进行反复观摩练习，对复杂零部件进行模拟分解结合，对只能通过实飞才能遭遇的特殊故障进行模拟、慢放、分析、处置训练，减小实装所受的非必要损耗，使受训者能够熟练掌握并运用维修、保养、维护方面的基本知识和步骤方法。显然，要实现这一点，必须通过先进的状态监测技术将无人机系统各阶段的健康情况完整地记录存档，为构建数据库提供准确真实的数据[4]，从而对历史维修保障数据进行不断扩充，能够具有一定的使用扩展性和冗余设计能力。为此，维修保障模型应是一个开放系统，既可以不断将新的维修保障案例添加到系统数据库中，又可以通过相关接口和业务规则的扩展，增加或减少软硬件模块配置，为半虚拟半实物的维修保障训练模式提供一定的发展空间。

4 结束语

无人机作为现代战争中新型作战力量的代表装备，其维修保障已经逐步深入到基层部队末端。根据炮兵侦察校射无人机装备在基层部队维修保障的现实需求，提出开发设计一个无人机维修仿真模型系统，并对该模型的可行性、功能需求、性能要求进行了综合分析，旨在通过无人机维修仿真模型的实现与使用，使得基层无人机分队保障更加系统全面、操作更加便捷安全、维修更加专业高效，切实提升无人机装备作战效能。同时，无人机装备维修保障是一个复杂的系统工程，尤其在智能运维检修方面将是下一步研究的重点。