小口径舰炮构造原理一体化实践教学平台方案设计初探

刘慧敏 韩峻 谭波

摘要：针对结合装备的实践教学存在的缺点，提出构建小口径舰炮构造原理一体化实践教学平台。在详细分析当前任职培训需求的前提下，给出了一体化实践教学平台的硬件设计和软件设计的总体思路，并分析了该平台设计过程中的难点，最后指出平台是完善创新教育与工程能力培养的新途径。

关键词：小口径舰炮;构造原理;实践教学;教学平台

中图分类号：G642.41     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）43-0172-02

一、引言

“小口径舰炮构造原理”作为一门应用型的课程，在有限的学时内教会学生掌握一个融合机械、控制、电气等多个学科的舰炮的原理、操作及维修，本身就很具挑战性，如果仅采用纯粹的理论授课方式会导致学生难以接受，从而使得授课效果打折。在军队院校由学历教育向岗位任职教育转型的深入发展过程中，实践教学在培养学员岗位任职能力上显得尤为重要，但是和装备相结合的实践课程在开展故障排查类实验项目上存在的主要问题是故障设置不易且易扩大，增加故障时需要付出很大的硬件成本，导致训练成本高。另外，由于小口径舰炮实装系统庞大复杂，学生在操作过程中存在无法看到全局的困难。

为避免损坏装备，目前大多采用课堂上理论分析的方法完成故障排查方面的教学，但分析故障和实际排除故障有较大的差距：前者重视理论，后者强调实践。任职培训的课程对学生的动手能力要求较高，这就决定了这门课必须辅以较多的实践课，帮助学生理解工作原理并且具备排除故障的能力。为了避免在实际装备上开展实践课存在的诸多不便，有必要设计小口径舰炮构造原理一体化实践教学平台（以下简称一体化实践教学平台）。

二、一体化实践教学平台需求分析

任职教育在内容构建上必须突出培养学生的任职能力：学生不仅要掌握工程理论知识，更重要的是能够学以致用，用工程理论知识解决工程实际问题。为了把新理论、新技术融入教学，必须要有与之相适应的教学体系和实践场地。实践性教学的目标指向也决定着军事人才培养内容体系的针对性和适用性。

为了贴近部队实际，满足任职培训要求，一体化实践教学平台必须贴近实际装备：首先要保证操作流程和工作原理的高度一致。这样学生在一体化实践教学平台上进行训练就相当于在实际装备上进行训练，从而更贴近任职培训需求。其次，由于学生具有层次性，授课具有阶段性，一体化实践教学平台还需要能够满足不同层次、不同阶段的教学需求。第三，一体化实践教学平台必须实现故障任意设计且可再现，有利于全方面锻炼操作者的能力。

为了满足上述要求，必须在设计过程中做到：（1）一体化实践教学平台上的人机接口与实装的一致性，以确保学生在一体化实践教学平台上的操作体验和实装一致;（2）平台内部信息流的测量点和实装信息测量值的一致性，以满足教学层次的需求;（3）平台中分立元件的设计要便于拆装或进行故障设置，以保证故障可任意设置且重现。

三、一体化实践教学平台方案设计

要全方位提升学生的实践能力，虚拟的维修训练是无法满足要求的，但是在实装上进行训练又有诸多限制，在这种情况下，只能采用半实物的模拟维修训练系统。采用半实物仿真的一体化实践平台不仅贴近实战，更贴合任职岗位需求。基于此考虑，一体化实践教学平台采用半实物仿真模式。

在对某型小口径舰炮进行全方位、深入解读的基础上，对其工作原理、流程等进行全面分析，确定对应的一体化实践教学平台组成框图（如图1所示）。

根据图1，首先确定各分系统的技术指标和具体的技术实施方案，其次明确各分系统之间的接口关系，最后进行全系统的调试。

为了做到系统主体电路与实装保持一致，系统运行时系统中各电路节点状态量与实装完全一致，确保学生在一体化实践教学平台上进行维修操作和在实装上完全一致，系统必须按照实装的布局进行设置。考虑到教学过程中不同类型的实验需求，在平台上应该能实现从最简单的零部件分离及信号测量到全系统的故障排查等各种层次的实验，这样才能全面锻炼学生的实践能力，还可结合部队发展和任务需求开设演练课程、想定课程和模拟训练课程。随着任职教育的进一步细化，订单式的培养也要求学生在实践过程中不断提高针对性。不同班次、不同层次的学生对实验的要求也存在差异，在平台设计过程中还需要充分考虑后期的扩展性。

（一）系统功能分析

舰炮模型用来模拟舰炮甲板以上的炮塔部分，炮塔在实际使用过程中可以在允许的范围内的任意位置可靠停止，而且可以在该位置进行射击，所以舰炮模型必须实现方向旋回、高低俯仰和射击动作，并能反馈相关的信号给随动控制系统和射击控制系统。

舰炮控制系统的主要功能是接受舰炮指挥仪提供的射击诸元，通过动力装置驱动舰炮完成目标跟踪、射击等运动。传统的舰炮控制系统射击侧重于随动系统，关注于舰炮运动的控制。在这里，我们将其分为随动控制系统和射击控制系统两部分。

随动控制系统用来控制炮管的水平和俯仰动作，实现对来袭目标的打击。由于目标的位置和出现时机具有不确定性，所以随动控制系统必须能够准确、快速、可靠地跟踪目标。射击控制系统可以控制舰炮模型实现射击动作，同时还要满足“禁射不禁瞄”的要求。

此外，当各分系统出现故障时，相关的系统会有不同的故障反应，这点必须和实装高度一致。不仅如此，由于舰炮是一个复杂的装备，在操作过程中必须严格按照程序进行操作，在一体化实践平台中这点也必须体现。

（二）一体化实践教学平台硬件设计

1.由于包含舰炮模型、随动控制系统和射击控制系统，设备众多且结构复杂，在硬件设计中需要考虑诸多方面，在设计之初需要首先确定舰炮模型与其他部分之间的相对位置及相互運动关系。

2.在元器件、线路连接及构造原理等方面和实装一致，确保操作逻辑、各电气信号指示与实装一致，可完全按照实装的工作原理进行逻辑推理，保证操作步骤、方法及评判标准与实装上完全一致。

3.考虑实际运行的安全性，如漏电保护、快速保险管及舰炮模型360°旋转无限制等，可以模拟各种故障，并且可以重复操作且不必担心装备的损坏，为学生提供维修过程中实装上所应用的各种信息环境，通过线路原理逐步排查出故障可有效提高学生的实际维修技能，真正做到遇到实装问题时敢上手排查故障。

4.环境适应性设计。

（三）一体化实践教学平台软件设计

为保证一体化实践教学平台具有易操作性，且便于学生进行自主学习，在软件设计过程中需要做到以下几个方面。

1.系统人机交互界面应与实装高度一致，基本功能完全一致。

2.具备训练考核的管理功能。

3.具備小口径舰炮知识学习功能的交互式维修技术教学系统。

4.软件环境与PC兼容，支持Windows系统。

5.软件设计分成两部分：下位机采用嵌入式计算机系统，实现对舰炮模型的实时控制，上位机选用通用的PC计算机，实现舰炮人机交互的显示界面和操控信息，通过相应的通信协议，实现对下位机的控制。

6.构建小口径舰炮构造原理交互式多媒体教学系统，提供小口径舰炮机械、电气原理教学平台，给出舰炮操作、维护保养指导，并提供相关的图纸资料。

（四）一体化实践教学平台设计难点分析

一体化实践教学平台面临的最大问题是接口众多、系统复杂，必须结合实装把系统原理进行逐点研究，然后绘制接线图，对平台的操作实验进行反复试验，确定其信号流程，而且必须确保设备具有高的可靠性和安全性。

此外，在系统设计层面要满足诸多要求。

1.尽可能地贴近实装。

2.减少与实装排查故障时的差异性。

3.状态响应和实装一致。

4.逻辑关系和实装一致。

5.设计布局和实装一致。

6.故障现象和实装一致。

7.故障可任意设置，涵盖装备所有故障。

四、一体化实践教学平台的优势

一体化实践教学平台不仅同时考虑了小口径舰炮机械部分和电气部分之间的关系，而且给了学生一个舰炮整体的概念，克服了利用实装开展实践教学中的不足，突出任职岗位需求。该平台可使学生充分认识到实践教学的效果，使学生体会到创造性学习的乐趣，激发了学生学习的自主性与自觉性，为培养学生的综合创新意识、创新能力与实践能力奠定了基础。另外，理论教学+实验教学+实践教学的模式可以摆脱传统理论教学模式单一、授课效果差的缺点，通过一体化实践教学平台，学员可以在实践中打开一个面向全局的窗口，拓展其发展视野，该平台是完善创新教育与工程能力培养的新途径。

参考文献：

[1]戴革林.构建一体化创新实践教学平台的探索与实践[M].大学教育，2012，（11）.

[2]蒋一斌.任职教育的内容构建[M].西安政治学院学报，2008，（2）.