摘要：随着气源设备结构越来越复杂、科技含量越来越高，传统的实装、录像、挂图等维修训练模式很难达到预期的训练的效果。本文将虚拟维修系统引入到空空导弹气源设备中去研究，首先介绍虚拟维修定义、特点及其硬件与软件构成，然后确定了某型气源设备桌面式虚拟维修系统的功能，最后在“以装换装”的维修技术能力内，明确可维修范围，对系统的教学、训练、评估三个功能模块、数据库以及维修流程进行了设计。
关键词：气源设备；虚拟维修系统；功能模块；评估系统
中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：1672-545X（2015）11-0243-03
作者简介：周弘扬（1991-），男，江苏盐城人，硕士研究生，研究方向：机载武器系统与运用工程；戴革林（1966-），男，江苏泰州人，博士，教授，研究方向：机载武器系统与运用工程；王为奎（1962-），男，江苏徐州人，硕士，副教授。研究方向：指挥控制自动化
空导弹气源设备目前存在型号多、功能单一、配套器材多、维修保障困难，严重影响机动转场与快速敏捷保障的问题，而且军械系统自身不具备现场维修能力，不能满足在野战条件以及各种复杂环境下的气源保障需要。为此专门研究设计了气源保障设备虚拟维修系统，其目的是为使受训人员能够在虚拟的环境中，通过计算机交互的方式实现对气源设备模型的虚拟维修训练，并能给用户提供相应的维修数据和过程指导。因此系统应具备以下功能：
（1）教学功能。能够指导受训人员进行理论学习和快速查阅相关信息，使受训者掌握基本理论和基本知识。主要通过电子教材、图片、视频和动画等资源面向受训人员进行教学；
（2）训练功能。能够在虚拟环境中实现虚拟场景识别、辅助设备使用操作、维修训练、维修工具的选择和使用等功能，使受训者掌握其基本技能；
（3）评估功能。能够针对不同层次、不同对象进行理论和操作考核，通过理论知识考核和操作训练考核对考生的学习训练效果进行检验。
1系统硬件结构与模块组成
1.1硬件结构
目前基于PC的虚拟现实系统通常为非沉浸式，它们通常具有高性能图形加速器和多条图形输出通道。在系统硬件构成通常除了基本的PC电脑外还有：
（1）三维位置跟踪器。3D跟踪器是指虚拟场景变化依赖于跟踪器的跟新频率，是一项传感技术。
（2）力反馈手套。力学反馈起始于机器人领域，提供了一种虚拟手控技术，用户自然感觉到触觉和力量模拟反馈。
（3）压力反馈系统。有些虚拟环境系统要求下在虚拟物被抓取时，有真正的力量反馈，即力量反馈操纵杆。（4）头盔显示器。在头盔上装上位置跟踪器，可实时测出头部的位置与方向，并输入计算机，计算机根据这些数据会形成图像反馈到头盔显示器上。
1.2模块组成
根据以上系统具有的硬件结构分析，该系统可分为虚拟维修场景模块、维修过程仿真模块、人机交互模块、故障模拟模块和训练任务管理模块：
（1）虚拟维修场景模块，为受训者提供气源设备的虚拟维修仿真环境。它包括虚拟维修样机、虚拟维修工具和虚拟维修环境。主要是建立如图1所示具有装备几何、外观以及拆卸等动作的虚拟维修样机模型和具有拆卸动作的维修工具。
（2）维修过程仿真模块。主要包括维修过程描述、维修过程仿真方法及基本维修作业仿真。维修过程描述是以文字、图等表达方式对整个故障排除过程的描述，以指导维修过程仿真实现。对整个维修过程进行分解，可得基本维修作业序列。按时序运行基本维修作业模型则可完成整个维修过程仿真。基本维修作业按照其种类划分可分为拆卸、装配、检测、更换/修复、功能动作5种类型；
（3）人机交互模块。桌面式虚拟维修训练系统人机交互主要通过鼠标、键盘等标准外设，利用USB总线技术，经仿真应用程序接口采集交互设备输出的数据，最后在仿真应用程序中进行数据处理；
（4）故障模拟模块。它是根据受训者所要面对的故障难题所设置的模拟模块，结合故障规则知识库给出相应的故障部件以及故障原因，通过3D图像的方式来反应问题，模拟出设备所有的故障现象。
（5）任务管理模块。基层一级，官兵有着不同的文化层次和不同的业务熟练程度，系统为解决不重复训练的问题，设立任务管理模块，根据用户层次差别，训练不同难度的维修问题。
2系统逻辑构成
根据系统实现的功能和组成，系统的逻辑结构将设计成。系统需要3个方面的支持，主要为维修模型库（零件库，模型库，型号库），维修数据库（故障库，维修方案，专家评估）和虚拟维修仿真系统。其中最主要的模块为虚拟维修人员成绩评估系统模块，其由定性分析与评价、拆卸时间估算、操作修改建议提出、分析评价报告生成组成，主要功能有：获取仿真检侧得到的故障数据，进行故障分析及故障的等级评价；提出操作修改建议并保存分析评价结果；根据障碍的分析评价结果进行拆卸时间的估算以及维修性评估，从维修动作、维修作业及维修任务二个层次进行评估，保存评估结果并生成分析评价报告。其评价报告内容包括:任务名称、操作人员、审核人员、操作日期、任务注释；步骤编号、步骤名称、工具、故障原因；作业名称、操作时间、操作评价、评价等级等项。
（1）任务名称，一般固定为气源设备维修：操作人员为系统认可事先存入电脑的基层部队操作人员，一旦有非法用户尝试登陆将自动关机，起到保密作用；审核人员为机关或有一定评审资格的专家教授；操作日期自动形成：为当日操作时间；任务注释即提醒人员此为基层级操作，有操作范围；
（2）步骤编号：为实现操作的精细化，将所有步骤进行编号同时对应相应的步骤名称；工具显示为操作人员根据情况所选的专用工具，错误则不显示且扣相应时间，故障原因为导弹检测仪检测出的问题；
（3）作业名称是具体到某一小步骤并以记录时间；操作评价即针对在虚拟维修操作时出现的错误进行点明，等级分为a、b、c、d三级：a级（85-100）为优秀，可进行实操练习，b级（75-85）为良好，基本理论已掌握，c级（60-75）为合格，但建议重新学习，d级（60以下）为差，必须重新学习，并且存档，下次必须达到b级以上才可通过。其中训练成绩评定是以标准参考数据库为基础，标准参考数据库中存储了导弹检测的主要内容及它们所占的分数值。在模拟训练过程中，每当用户完成一个训练内容，系统自动在总分上增加该内容所占的分数值，否则不计分。用户每完成一个步骤的操作，计算机自动采集并计算，将每一个步骤操作对应的成绩加到总分里面，总分满分为100分，同时每项任务有对应时间，超过时间会按百分比折算成分数扣除。当训练结束，系统将会把总分反馈给用户，用以检查用户训练过程是否有遗漏或错误的操作，从而实现训练成绩的评定。
3结束语
根据气源设备虚拟维修训练需求及相关军标规定，进行了桌面式虚拟维修训练系统的设计研究，首先分析了系统的主要功能，然后根据系统功能分别介绍了系统的组成、系统的逻辑结构，提出维修四要素（维修要素：维修人员；维修工具、设备与设施；维修作业过程信息），对维修过程评估信息进行分析，采用知识库模式集成，实现虚拟维修。
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作者：周弘扬 戴革林 王为奎 单位：空军勤务学院
