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開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇軍械工程學院研究生，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：實驗教學；研究生；電氣工程
作者簡介：解璞（1977-），女，河北定州人，軍械工程學院車輛與電氣工程系，副教授；趙錦成（1962-），男，陜西西安人，軍械工程學院車輛與電氣工程系，教授。（河北 石家莊 050003）
基金項目：本文系軍械工程學院教學研究課題（課題編號：Jxlx1382）的研究成果。
中圖分類號：G643 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）25-0155-02
實驗教學對于培養學生實踐能力和創新能力具有不可替代的作用。[1]軍械工程學院電氣工程學科針對裝備供電“安全、可靠、優質”的軍事需求，圍繞裝備電氣系統中電能的發、輸、配、變、控、管、用等技術環節，以提高電氣裝備的性能和維修保障能力為目標，研究裝備電氣工程新理論、新技術和新方法，體現為機械與電氣、強電與弱電、設備與系統相結合，技術內涵有別于民用電網，具有明顯的軍事特色和學科特色。本學科要求研究生除需熟悉電氣工程學科的科學研究方法，具有獨立獲取新知識以及從事科學研究的能力，還應掌握較強的實驗技能和解決實際問題的能力。
研究生的實踐能力和創新能力是衡量研究生培養質量的重要指標。實驗教學是電氣工程學科教學的重要環節之一。然而，相比于課堂教學和學位論文研究，實驗教學一直是研究生培養工作中亟待加強的環節。[2]重理論輕實踐，致使大部分研究生理論水平很高，但動手能力和解決實際問題的能力欠缺。因此如何優化實驗教學內容，豐富實驗教學方法，打造實驗教學平臺，培養出綜合性、創新型人才是實驗教學的關鍵。
一、傳統實驗教學存在的主要問題
目前研究生的實驗教學沒得到足夠重視，導致很多研究生實驗課程變成了一種形式上的教育，成為研究生用來“混學分”的課程。究其原因，目前研究生實驗教學主要存在以下不足之處。
1.實驗內容設置欠合理
目前大多研究生實驗沿用本科方式，依據理論教學的需要而設置，所開設實驗中原理性、驗證性的基本實驗內容較多。由于受經費及現有實驗條件的限制，針對裝備電力系統發、輸、配、變、用等各個環節電能的測量、調節、補償、控制則只能部分地進行演示性實驗，無法反映電力系統的動態環節，不同程度脫離工程實際和裝備實際。另外，與研究生創新能力培養息息相關的綜合性、設計性實驗數量相對較少，實驗內容趨簡避繁，從而導致研究生只能進行低水平的重復實驗，而缺乏對其創新性思維的培養。
2.實驗教學方法不足
傳統實驗教學方法是教師在課堂上講授實驗內容、演示實驗操作，再讓學生在規定時間內按照固定實驗步驟進行實驗。這是一種灌輸式的教學模式，比較局限與死板。研究生大多只是忙于完成實驗內容，而對實驗原理及實驗過程中出現的問題沒能進行獨立而深入的思考。該教學模式嚴重制約了研究生的獨立思考和解決實際問題的能力，無法達到應有的實驗效果。
3.實驗資源利用率低下
目前多數院校簡單地按任務目標和所屬部門劃分實驗室[3]，教學實驗室基本不涉及科研工作，科研實驗室很少顧及教學，人為地將教學與科研割裂開來，不利于實驗室資源的充分利用。實驗室開放不夠，研究生很少有機會進入專業性更強、設備更先進的科研實驗室進行綜合性與研究性的實驗。有些研究生導師會利用自己的課題經費購置或研制一些先進的實驗設備，但出于對設備的保護，利用率低，很少為研究生實驗教學所公用。
二、研究生實驗教學改革中采取的措施
如何解決研究生實驗教學過程存在的上述問題，充分利用實驗教學提高電氣工程研究生的創新能力？本文結合筆者在研究生實驗課程教學中的體會，以及軍械工程學院電氣工程學科在研究生實驗教學過程的實踐經驗，提出幾點改革措施。
1.優化實驗教學內容
實驗內容的安排、選擇及合理分配對實驗教學是非常重要的。為此，我們根據電氣工程學科不同層次、不同研究方向的研究生，由淺入深、由點到面，分層次優化實驗教學內容。目前的實驗內容主要分為：驗證型實驗設計型實驗科研型實驗。
驗證型實驗主要用于對研究生學員的基本實驗技能進行培訓。通過常規實驗操作方法的培訓，提高學員動手能力，為下一步進入論文階段并順利開展打下堅實的基礎，每名研究生必須完成這一階段的訓練。
設計型實驗主要培養研究生觀察問題、分析問題及最終解決問題的能力。讓研究生根據自己的專業研究方向設計具有綜合性、典型性、開拓性和創新性的實驗，由導師和任課教員共同指導學員查閱相關的參考資料，并對實驗設計和實施給以指導和幫助。此類實驗既鍛煉研究生形象思維，又培養其邏輯思維，是促進研究生創新思維、創新意識和創新能力不斷提高的有效途徑，并可充分調動學員的創新意識和科學研究興趣，為培養創新型人才打下良好的基礎。通過綜合實驗的設計、實施、分析到完成實驗任務，能更好地提高研究生的創新科研能力。
科研型實驗是讓研究生主動參與到科研實際。充分發揮學科優勢，利用科研實驗室資源和強大的科研隊伍，與武器裝備和科研課題接軌，將前瞻性、先進性的科研成果融入到實驗教學環節中去，從而使研究生在進入做論文階段之前熟悉各種專業設備并掌握現本學科中具有代表性的重要研究方法，了解和掌握現代最先進的技術思想，達到依托科研實踐培養創新能力的目的，為研究生學員到部隊任職打下堅實的基礎。
實驗教學內容改革要服從服務于人才培養的需要。軍校研究生的培養，是為了適應軍隊建設和信息化條件下作戰的需要，為我國國防現代化建設培養各級各類的自主創新人才。在進行實驗教學內容優化時，必須在遵循本學科發展規律的前提下，針對武器裝備建設和發展中面臨的實際問題及研究生后續的課題，明確軍事應用背景。
以本教研室的電氣工程碩士點為例，該學科針對目前我軍裝備野戰供電保障多采用內燃動力發電機供電而油料保障壓力大、戰場安全性低、制約軍事意圖實現等不足，為適應裝備供電保障發展趨勢，堅持自主創新，構建了風—光—柴混合能源互補供電系統。該微型供電示范系統填補了我軍裝備野戰供電系統保障在混合能源互補供電領域的空白，并將此科研成果應用到研究生的實驗教學中。目前依托該平臺可開展混合能源互補供電組網、監控、分配、變換、防護等實驗，使學員鞏固理論知識，了解前沿動態，掌握實驗方法，一方面為后續研究生學員開展新能源發電技術、實時智能控制器、新型蓄電池及其充/放電控制技術、混合能源互補供電能量管理與監控技術等方面的課題研究提供了基礎和保障，另一方面也使實驗課程的內容更加具體化，促進了課程教學內容改革和創新。
2.豐富實驗教學方法
教學方法是實驗教學的關鍵。研究生的培養目標是成為獨立從事科研工作的個體，因此研究生的實驗教學不能停留在傳統的教條式層面上。
實驗教學方法的改革就是要本著“學員為主，教員為輔”、“學員獨立設計，教員重點輔導”的原則。在實驗教學環節，有必要培養研究生的實驗流程自行規劃能力。比如對于驗證型的實驗，只給出實驗節點要求，研究生則要按照自身的理解，自行設計實驗步驟，并整理實驗結果，甚至自行補充實驗內容，進行創新性實驗學習。在與研究生課題聯系緊密的科研型實驗中導師應盡量放手，讓研究生充分發揮聰明才智，讓實驗教學成為一種探索、求知、求新的過程。
同時實驗教學應貫穿于研究生培養的全過程，導師應及時根據研究生的課題進展情況，了解其實驗中遇到的問題并給予指導或協助解決，讓研究生少走彎路，提高效率，這也是一個教學相長的過程。通過這種研究式的實驗，可以循序漸進地培養研究生獨立分析解決問題的能力。
3.打造實驗平臺
實驗平臺是實驗教學的保障。為彌補實際裝備缺乏所造成的教學條件不足，利用科研資源優勢改善研究生實驗教學環境，解決實驗教學對實際裝備的依賴。我院電氣工程學科依托軍隊“2110”裝備野戰電力支持實驗室的建設，結合裝備野戰供電的發展趨勢及需求，以“瞄準前沿、圍繞目標、結合裝備、強化特色”為發展目標相繼搭建了軍用電站裝備綜合技術保障、野戰電力支持仿真、電能質量監測與控制3個特色鮮明并互為補充的實驗系統。
（1）電力綜合技術保障實驗系統。該系統能培養電氣工程研究生在裝備野戰電力支持方向的理論聯系實際意識和基本實驗技能，為電機學、電力系統分析、電氣檢測技術、供配電技術、電能質量分析與控制等專業課程學習提供了實驗條件和良好的科研背景。
（2）野戰電力支持仿真實驗系統。該系統由1臺高效專業服務器和6臺臺式計算機及顯示設備和專業的電力支持仿真計算軟件組成，該仿真系統可彌補實驗技術的不足，提高研究進度，降低研究費用，具有靈活性、可重復性及安全性高的特點，研究生學員可在裝備野戰供電系統建模和穩態/暫態仿真分析計算，優化裝備野戰供電系統設計，提高系統的電能質量、控制運行系統的運行效率和安全穩定性等方向開展實驗。
（3）電能質量監測與控制實驗系統。該系統為開展負荷結構特性對電能質量的影響研究，實現了負載形式的典型、多樣化，兼顧了實際和科研的需要。一方面配置了小型化的電機拖動、照明、變頻調速電機、逆變裝置等非線性、沖擊性負荷，另一方面配置了電子負載、阻感負載等以便建立極端條件下的綜合負荷模型，同時還具有國際先進水平的交/直流電壓跌落模擬器，可模擬極端的電能質量問題。為研究生電能質量專業課程學習提供了實驗條件，為碩士研究生的培養提供了科研環境手段。
目前該實驗室面向研究生學員全面開放，共享及利用率較高，已能滿足野戰條件電能的產生、組網、分配、變換、監控和保障等方面的科學研究，可在更高的研究層次培養研究生創新能力。近三年來以實驗室為背景，先后培養各類研究生12名，已畢業碩士研究生8名。實驗室在建設中自主開發實現了部分功能，混合能源互補供電系統培養研究生3名，分別實現了混合能源互補供電系統的實時監控和鉛酸蓄電池的虛擬測試；軍用電站性能檢測與測試分系統培養研究生3名，分別開展了軍用電站電氣參數檢測及模塊電源虛擬測試系統的研究；2名研究生則分別開展軍用電站AVR檢測診斷平臺及逆變電源供電負荷適應性研究。把實際科研用的裝置用于實驗教學，使研究生在課程學習中就接觸到課題了，這些設備就是下一步研究生做課題直接要用的設備，這些科研平臺的設計、運行、實現方法都成為課題可借鑒的資料。這使研究生盡早接觸到學科發展的前沿，拓展視野，并加強了研究生實踐能力、創新能力的培養。
三、結語
幾年來的實踐證明，加強對研究生實驗教學的改革，一方面加深了研究生對本學科理論知識的進一步理解和掌握，拓寬了知識面，另一方面也使他們學到了許多實驗室工作的知識和技能，提高了實驗動手能力、語言表達能力、組織教學的能力和理論聯系實踐的能力，培養了嚴謹的科學作風，促進了學業的進步。研究生教育要圍繞學科特色優勢，重視研究生扎實的實驗基礎、綜合運用技能和創新思維的培養，同時還應優化實驗教學內容，豐富實驗教學方法，打造良好的實驗平臺，從而為實驗教學提供良好的條件，進一步提高研究生實驗教學效果，達到全面提升電氣工程研究生綜合素質的目標。
參考文獻：
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關鍵詞：軍隊院校；創新能力；研究生培養；對策
作者簡介：楊素敏（1971-），女，河北藁城人，軍械工程學院計算機工程系，講師；張政保（1965-），男，河北石家莊人，軍械工程學院計算機工程系，教授。（河北?石家莊?050003）
中圖分類號：G643?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）20-0030-02
軍隊院校研究生是未來軍隊和國防建設的中堅力量，然而，從用人部隊和畢業學員反饋的信息發現，多數研究生畢業走上工作崗位后解決問題的能力不強，缺乏創新思維，不能滿足部隊的任職需求。主要原因歸結于研究生學習階段沒有搭建創新能力所需要的知識結構，研究生的基礎知識、專業知識、人文社會科學知識和實踐知識薄弱，知識結構面狹窄而淺薄，創新動力缺乏。研究如何為研究生搭建創新平臺，如何能保證培養層次高、符合國家發展和戰略需要、具有創新意識和創新能力的復合型軍事人才迫在眉睫。
一、研究生創新能力現狀分析
當前造成研究生創新能力不足的原因很多，但筆者認為主要有四個方面的原因。
1.教學內容和教學模式單一
目前軍隊研究生教育無論從課程設置、教材選擇、教授手段和方法都存在一定的問題，課程設置偏重理論基礎課，忽視專業課；教材選擇上遠遠落后于當前國內外新裝備技術的發展，選用的教材有的甚至還是七八十年代的書籍，更別說用英文教材直接上課。教學模式很多還采用“滿堂灌”的方式，教師只顧講授自己的內容，學生不假思索地接受，這些都限制了學生創新思維的形成。
2.導師隊伍的良莠不齊
目前導師的水平差別很大，出現了兩種不利于研究生創新能力培養的情況：一是有的導師學術水平不高，自己都不跟蹤當前本學科的前沿現狀、新技術和新方法，而且本身也沒有高水平的科研課題和研究成果；二是有的導師本身學術水平和科研水平都很高，但無法顧及研究生的培養，疏于對研究生的指導。這兩種情況都造成所帶研究生缺少科研創新的土壤，研究生創新能力何談提高。
3.創新能力平臺缺乏
由于目前軍校還是采用導師負責制，當導師本身科研創新能力不足以及缺少研究經費時，研究生的研究課題必然會缺乏科研實踐平臺，一些研究課題只能紙上談兵。另外，和地方大學生相比，軍校研究生參加國內外學術交流的機會較少，而學術會議、學術培訓、學術論壇和學術講座是學生了解本學科前沿、開拓視野和啟發靈感的捷徑，是和知名專家學者面對面探討問題的有效途徑。
4.考核機制存在問題
考核機制不完善也是影響研究生創新能力提高的一個根本原因，目前軍隊院校雖然規定研究生必須發表幾篇小論文，畢業論文也采用“全盲”的方式評審，這些對研究生質量的提高雖然起到了一定的改善作用，但由于目前國內期刊以及國際會議魚龍混雜，一些研究生發表的論文幾乎沒有任何創新可言。
二、創新能力培養的對策和措施
1.制訂科學合理的培養方案，優化課程體系
培養方案是否合理、課程體系是否優化是保證研究生所學內容扎實與否的基礎。首先應根據研究生學科方向制訂規范性、靈活性和可操作性的培養方案，并確定明確的培養目標；其次是圍繞培養目標設置教學課程，課程總體保證基礎理論與基礎知識的同時，應跟蹤本學科方向的前沿，體現創新性，課程設置上注意專業性與交叉性、穩定性與前瞻性的統一。
如軍械工程學院計算機工程系今年在制訂計算機應用技術學科研究生培養方案時，學科范圍覆蓋計算機控制技術、系統仿真技術、多媒體技術、管理信息系統、基于網絡的計算機應用技術、人工智能等研究領域，主要研究計算機應用于裝備保障、指揮控制、信息管理等軍事應用領域所涉及的原理、方法與技術。根據培養方案細分為4個研究方向，明確了每個方向的培養目標和課程體系，課程中既有本學科研究生必須掌握的基礎知識，如計算機網絡體系結構、計算機系統結構和人工智能原理等，又有當前軍事中所需要的新技術理論，如戰術互聯網及其應用、計算機網絡對抗等，保證了研究生具有扎實的基礎知識和領先的專業知識。
2.提供科研平臺，提高研究生的實踐知識
約翰·霍普金斯大學[2]的科學理念是：研究生教育是培養學生進行科學探索和研究的教育階段，研究生教育不但要使研究生掌握高深的專業知識，而且要重視智力發展和所學知識的緊密結合，培養研究生的探索精神和探索能力。著名高等教育和社會學教授伯頓·克拉克認為“研究生必須有科學研究基礎”，可見科學實踐在研究生培養中的重要地位。高水平的科學研究是培養研究生創新能力、創新個性、激發創新意識最有效的途徑，也是最為關鍵的過程要素。研究生教育與高水平科研工作緊密結合，通過課題研究與科研工作的密切結合，以高水平科研工作培養高質量人才，可以大大提高研究生創新能力，可以通過兩個方面搭建科研創新平臺。
（1）研究生課題的選擇：應明確規定研究生的選題必須與本學科和導師的研究方向一致，必須居于本學科的前沿。鼓勵研究生申請承擔各級各類科研項目，使他們在學業階段就能進入本學科的前沿，并進行開創性的、有應用前景的科學研究工作。
（2）研究生科研創新條件的搭建：軍隊院校各學科應緊跟本學科前沿，積極跟蹤國內外高新技術，建立高新技術平臺，研究生借用此平臺研究自己的課題或參與其中的項目，遇到問題時導師僅給予指導或提供思路，具體工作研究生自己承擔，激發學生的創新意識，提高學生的實踐知識和創新技能。
3.參加學術交流，豐富研究生的專業知識深度
學術交流是培養研究生創新思維能力的重要方式。通過學術交流可以豐富學生的專業知識，增強他們從事科研工作的能力。學術交流可以采用四種方式。
（1）研究生學術論壇：是研究生思想爭鳴與探討學術的平臺，是研究生群體的學術活動，為同一院校的不同領域、同一領域的不同院校間的研究生提供了溝通和交流的渠道。論壇對每個參與者都是一次飽嘗學術大餐的機會。研究生參加論壇的過程就是自我學習、自我完善、自我提升的過程。從查閱資料、整理材料和準備大會發言提綱，對問題自然會有非常深刻的認識。通過參與論壇，一方面展示了自己的學術能力，另一方面也鍛煉了自己的溝通表達能力，并在相互交流過程中得以提高。
（2）學術會議：是傳遞和交流科技信息、學術觀點的重要載體，是相同學科重要的學術交流平臺。軍校應鼓勵研究生參加國內或國際學術會議，通過學術會議可以達到如下效果：
1）研究生參加學術會議時，通過參與會議的研討過程可以與本學科內的知名專家學者交流思想。一方面可以領略本學科前沿的學術研究成果，另一方面也可以了解學科的前沿發展趨勢，從中獲取書本和課堂上難以獲得的新思路、新方法。
2）通過學術會議廣泛而深入的交流和學術見解的交融與碰撞可以極大激發研究生潛在的創新能力，領會科學研究中學者及其團隊刻苦鉆研、不斷探索的科學精神，這對營造健康向上的學術氛圍、改善學術風氣、凈化學術環境有著重要意義。
3）研究生通過參加學術會議可以了解自己在本領域內所處的研究狀況，明確自己與前沿的差距，從而取長補短。如果能將得到的啟發與自身的特點相結合并加以改進，研究生必然會受益頗深。
（3）學術講座：通過定期邀請軍隊、駐地不同領域知名專家和學者向學生講授與學科有關的知識或新的研究進展，促使學生了解所在學科或相關學科領域的前沿知識，掌握最新的研究動態。通過這種方式，研究生可能更早地接觸學科前沿，并在學術交流和學術碰撞中拓展視野，產生靈感，培養學生的學術敏感性。
（4）學術培訓：針對某一新興學科、某一項前沿理論和技術開設專門的學術培訓，或者邀請專業公司定期開展新技術、新方法的運用和產品展示等活動，必然開拓研究生的學術和科研視野。
4.導師隊伍的創新性
研究生教育的主體是導師和研究生，一個學校研究生教育的質量在很大程度上由其導師隊伍的水平所決定。由于研究生教育具有教學對象的高層次性、教學內容的前瞻性、教學方式的創造性以及教學過程的復雜性等特點，因此對導師的創新素質要求更高。導師的言傳身教、自身素質和創新能力的高低是直接影響研究生培養質量的關鍵。為了培養出創造能力強的研究生，導師隊伍應具有如下特性：
（1）思想修養高尚：導師擔任著教育育人的重任，只有具有正確的思想觀、良好的道德情操才能引導研究生樹立自強不息、積極向上、獻身國防和軍隊建設的人生追求。導師必須以身作則，身體力行，用自己的實際行動言傳身教，使學員在潛移默化中受到熏陶，加強自身的道德修養。
（2）專業技術的精湛和創新：導師是研究生進行科學研究的引路人，科研能力、學術地位和理論觀點等對研究生產生直接影響，并在一定程度制約著研究生的培養質量。這就要求導師在自己的研究領域必須具有發現問題的能力，具有精湛的專業知識。尤其在當前新軍革到來的時刻，軍事技術的發展日新月異也必然會對軍事各方面的研究領域產生沖擊，作為導師必須始終跟蹤研究領域的前沿，能以獨特的眼光洞察新軍革給自己研究領域帶來的新問題，并及時解決這些問題，進而形成自己的學術流派或取得影響力的學術成果。
（3）學術水平的一流：導師應有自己個性的學術方法，有自己的研究方向，有自己獨特的科學方法論，并用這種方法來指導研究生的研究問題，并指導學生在國內外高水平的學術期刊上發表有一定影響因子的文章。
（4）導師培養、考核和遴選制度的完善：通過從部隊選調師、旅以上領導干部兼職到院校任教以及引進或聘請國內外院校著名專家、教授等充實研究生導師隊伍，解決導師隊伍“近親繁殖”問題。另外，逐漸建立、完善導師工作質量評估體系，建立相應的激勵與管理機制，最大限度地發揮導師的潛能。基于“鼓勵競爭、保證質量以及寧缺毋濫”的原則遴選導師，淘汰學歷偏低、學歷結構不合理的導師，打破導師終身制，實行優勝劣汰的聘任制等。
三、結論
總之，為國家和軍隊現代化建設培養高層次、高素質的創新性人才是軍隊研究生教育工作的核心任務和主要目標。研究生創新培養是一個系統工程，需要院校管理部門、導師、研究生管理部門等多方面共同努力，通過科學合理的培養方案和優化課程，夯實學生的基礎知識和專業知識，組織學術交流，開拓學生的事業，增強學生的學術前沿研究的敏感性，技術精湛、素質高的導師隊伍積極引導研究生參加科研和學術研究，為研究生創新能力提供了良好的創新環境，從而培養能滿足部隊需要的創新性人才。
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關鍵詞：任職培訓；裝備構造；課程；教學；改革
作者簡介：張素寧（1964-），女，河北武邑人，軍械工程學院七系，副教授；劉洪文（1964-），男，黑龍江綏化人，軍械工程學院七系，副教授。（河北 石家莊 050003）
基金項目：本文系軍械工程學院院教學研究項目“任職培訓裝備教學改革研究”（項目編號：201124）的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）32-0158-02
任職教育是軍隊院校教育改革發展的主體，課程改革是教育改革的核心內容。新的全軍院校編制體制調整，對任職培訓教育提出了更高的要求，課程改革尤其是任職培訓課程改革的重要性、緊迫性愈加凸顯。“裝備構造”課程是任職培訓學員正式接觸裝備的首門課程，是學習裝備測試、維修等后續專業課程以及學員順利進入裝備技術保障一線所必須掌握的課程，在任職培訓專業課程體系中起著舉足輕重的作用，直接影響學員的第一任職能力、創新意識以及團隊合作精神的培養。“裝備構造”課程的教學改革，應根據任職培訓裝備教學的特點確定教學目標、轉變教育理念、更新教學內容、創新教學模式，加強課程建設，培養任職崗位所需的“零距離”人才。
一、課程教學改革的理論探索
1.任職培訓裝備教學特點分析
任職教育培養的人才比學歷教育具有更強的裝備技術背景，更高的裝備教學要求。培訓的專業大都針對某種任職崗位，但參加培訓的學員其知識、年齡和職務結構卻千差萬別，層次多，起點不同。從學歷層次看，有高中、大專、本科，還有研究生。從年齡結構看，年齡最大的40多歲，最小的只有20歲左右。[1]從職務高低來看，有戰士、士官、排長、連長，也有團職以上干部。從知識結構看，有的與所學專業一致，有的則不一致或不完全一致。培訓專業與所學專業一致的，具有較為扎實的專業知識基礎，甚至有些還具有一定的實踐工作經驗，需要加強對任職工作的相關新理論、新知識、新技術、新裝備等的學習。與所學專業不一致或不完全一致的，則既要補充必需的專業基礎，又要使其掌握任職培訓的教學內容。
2.教學目標的確定
任職教育以滿足任職崗位所需的知識、能力和素質為目的。作為任職培訓的主要專業課程——“裝備構造”課程教學應以培養學員第一任職能力，提高學員綜合素質為目標。以貼近部隊、貼近任職、貼近崗位，注重能力、注重更新、注重發展為原則，以新的教學理念、教學模式、教學方法和手段實施教學，使學員通過課程的學習能夠熟悉典型裝備和新裝備的性能及技術特點，掌握裝備的結構組成及各機構、各系統的結構特點和工作原理，熟悉裝備分解結合的方法和一般規律，養成科學嚴謹的技術作風，具有獨立運用所學知識分析解決裝備實際問題的綜合能力。激發學員的學習激情和探索精神，提高學員的綜合素質，以滿足部隊任職崗位對裝備技術人才的需要。
3.實施“問題導向、需求牽引、以人為本、全面發展”的教學新理念
任職培訓專業課程的顯著特點是崗位針對性強，“裝備構造”課程教學的指導思想應從學歷教育的學科建設轉向問題導向、需求牽引。根據任職崗位對人才培養的要求，從裝備使用和保障建設中需要解決的實際問題出發，根據培訓對象的特點，注重培養任職能力和創新能力，缺什么學習什么，需要什么學習什么，使所培養的人才具有適應崗位的能力和素質，并具有職業發展潛力。為此，我們在任職培訓教學中提出“問題導向、需求牽引、以人為本、全面發展”的教學新理念，即從滿足學員的根本學習需要出發，根據學員的知識基礎和個性、能力特點，通過尊重、信任、交流、溝通等極具人性化的方式，充分調動學員的學習激情，使每個人的能力得到最大限度的發揮和再提高。
二、課程教學改革的實施
1.優化課程設計，實現“三個轉變”
一是教學目標從“學科專業”到“實用技能”轉變。任職培訓學員大多已經受過學科專業教育。任職培訓“裝備構造”課程教學內容應以體現職業目標為核心，以職業技能為主干，理論教學服務于技能培養。
二是課程內容從“相對滯后”到“實時更新”轉變。[2]任職培訓課程的出發點是滿足任職需求，任職培訓課程內容必須適應裝備發展的速度，根據任職崗位對人才知識和能力的需求，做出最快反應，適時調整課程內容，堅持教學內容體系的開放性，保持教學內容的先進性和適應性，突出新理論、新技術、新裝備、新方法的教學。教學過程的每一個環節，包括課程標準的制定、新教材的編寫、課程教學設計、課件制作等都有新信息、新內容、新發展，注重把握教學內容在不同層次培訓對象中的起點、重點和難點，將新理論、新技術與新裝備內容有效地融合到教學過程中。提高學員的崗位任職能力和主動適應裝備發展的能力。
三是加強實踐教學，實現從知識到能力素質轉變。在教學過程中按照“學中用，用中學”的思路，加大實踐教學比重，以裝備專修室為主要平臺，以專業教學實習基地為基本依托，讓學員隨時觸摸部隊主訓裝備，隨時到課堂回爐淬火，不斷提高實裝操作、維修技能，實現從知識到能力素質的轉變，切實提高第一任職能力。
2.改革課程教學，提出教學新模式、新方法
針對裝備零部件結構及原理枯燥抽象、學員感性認識少的特點，提出“教員引導、實物（模型）認識、多媒體呈現、歸納總結、實踐應用、網絡補充”的教學模式。教學在裝備專修室進行，提供裝備整機、零部件和教學模型，以及相關的教學軟件、多媒體播放環境和校園網接口。首先學員在教員的引導下，通過動態的解剖實物模擬演示直接觀察裝備整機及其主要機構、零部件的結構和工作過程，接下來運用多媒體教學環境介紹裝備的結構原理，并歸納總結所學知識，引導學員更深入地認識問題、分析問題，提高分析能力，掌握知識的精華，然后通過整機、主要機構和零部件的分解結合，鞏固并應用所學知識，最后通過網絡資源克服難點、拓寬知識面。在這里知識由枯燥抽象變為生動具體，學員看得見，摸得著，學得快，吃得透。既能讓學員掌握扎實的理論知識，又能鍛煉動手能力，還可以開發學員的智力和創新能力。
“教學有法，而無定法”，任職培訓教學應根據畢業學員反饋、部隊調研等得到的裝備保障問題，靈活實施教學。教學過程中以新的教學理念為指導，強調教員為主導，學員為主體，以裝備保障急需解決的問題為導向，靈活開展“啟發式”、“學導式”、“問題式”、[3]“研究式”教學。講授中避免一味強調精講、細講，注意深入淺出，啟發引導，收放有度，與學員進行充分的交流、溝通和互動，并根據學員的反應適時作出調整，使學員逐步養成自覺、主動、積極思考的好習慣，提高學員的任職能力。
3.加強課程建設，構建新手段、新平臺、新環節、新機制
構建虛實結合的復合訓練手段。通過專修室中多媒體與實踐教學并存的硬件條件建設，以及新裝備虛擬訓練系統的開發，形成軟硬兼備的教學環境，實現虛實結合的復合教學手段。充分發揮各種教學實體和媒體的自身優勢，互相融合，揚長避短，形成傳遞教學信息的總體優勢，促進學員的自主學習。
根據不同層次學員的特點，構建個性化教學平臺。對來自不同院校、不同專業、不同知識背景、不同分配去向的任職培訓學員，采用不同的教學方式與方法，以適應復雜多樣的教學情況。結合培訓崗位對任職技能的發展需求組織施教，在共性化培養人才的基礎上，充分挖掘和利用任職培訓學員的隱性知識，融入個性化教育，因材施教，促進學員的個性發展和自我完善。
構建基于開放式實踐教學的技能培養環節。一是加強實踐教學條件建設。充分發揮不同院校及院校內各大單位的裝備優勢，構建以自主保障為主、聯合保障為輔的裝備保障模式。購置供實習用的分機、拆裝臺和專用工具，并做到配套定位；購置典型裝備的教學模型，配備教學所需的裝備零部件和教具，以方便實踐教學。二是充分發揮部隊、地方實習基地的作用。加強與部隊、工廠的聯系，及時了解和掌握新、老裝備在實際使用、保障和維護過程中存在的問題，廣泛利用社會和部隊資源，[4]到部隊、工廠去，與部隊官兵、工廠技術人員一起檢查維護裝備、排除故障、解決問題，請部隊和工廠的技術人員來院講學等。通過與生產和研究單位的合作，為企業提供科技支持；學校還可獲得部分新型裝備、部件和儀器，緩解教學訓練裝備數量不足、新裝備不能及時到位給實踐教學造成的困難，促進實踐教學的開展。三是安排好實踐時間。裝備課程的學時安排應連續、集中，最好有可以利用的自習時間，使復雜裝備的實踐性教學環節能夠順利展開，并保證階段性的實踐效果。四是開放實踐教學。根據學員素質與能力培養的規律，按照從零部件到組合，從組合到整機，最后參與科研活動的序列進行實踐組合。開放裝備專修室，保證在空間上能滿足不同層次、不同類型的學員對選擇不同機型、不同檔次實踐項目的需求；在時間上突破正課時間的限制，能適應學員不同培養階段的實踐要求；在管理上適應教學、科研需要，打破學科和隸屬關系的限制，發揮科研工作與實踐教學一體化功能。鼓勵有興趣的學員參與教員的科研項目，提高其專業技術素養。課外實習訓練采用學員自主管理的模式，培養學員的組織管理能力和領導能力。重視實裝作業。通過開放式的實踐教學，將學員置身于各種實踐活動中，通過參觀、調查、實踐等方式，使學員在理論教學中獲得的知識與實際裝備直接掛鉤，從而在直接感知的基礎上鞏固所學的理論知識，培養和鍛煉綜合運用各種知識、技能的能力。
構建基于學員能力素質的綜合評價機制。根據“裝備構造”課實踐性強的特點，在考試方案上增加實踐考核和過程性考核的比例，實踐考核和過程性考核占60%，課終考核占40%。建立“裝備構造”試題庫，試卷由考試中心隨機抽取，授課教員不參與，確保考試的公平性，調動學員學習的積極性。實踐性考核采用現場抽簽、現場出題的方式，對每個學員單獨進行操作考試。過程考核涵蓋小組互評、學員自評、教員評價、理論測試、學生出勤、學習態度、課外實習組織管理情況等，按照一定的比例加權形成過程總成績。鼓勵學員自我完善和相互促進、共同提高，實現教學考核從“單一模式”到“綜合模式”轉變。
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緊貼彈藥裝備發展，“改革教學內容、方法、手段”教育規劃綱要總體戰略工作
1.緊跟彈藥裝備的信息化趨勢更新教學內容。隨著電子技術、控制技術的發展，彈藥裝備最明顯的發展趨勢是信息化。彈藥改變以往以鋼鐵和化學藥劑為主要組成的結構形式，引入了大量的電子和微電子電路、小型機械控制零部件等。如果原來彈藥裝備是以機械為基礎的話，那信息化彈藥裝備就是以機械、電子、光學、控制等多學科交叉融合知識為基礎的。從教學角度，這幾乎發生了翻天覆地的變化。因此，必須緊跟彈藥裝備的信息化趨勢，不僅專業課內容需要根據裝備類型進行更新，學員所學的基礎課和專業基礎課也應從機械類轉向光電及控制類。2.樹立學員“主體”地位，融合多種教學方法。教學目前倡導學員應處于“主體”地位，教員應處于“主導”地位。國內根據外部形態，分為講解式、討論式、演示式、參觀式、練習式、實驗式、實踐式、啟發式、導引式等等。根據筆者的體會，彈藥裝備教學方法的選擇有以下幾方面可參考：（1）各種教學方法都要用到，要融合運用，或者說都可嘗試，但所有的教學方法都要以學員為目標，必須有學員的積極參與，這種參與可能是語言上、行動上的，也可能是心理上的參與。（2）講解式方法仍不能放棄，盡管這是一種知識注入型的方法，但對于短時間、大量內容的學習，仍為一種有效的方法，但應注意講解不是滿堂灌，而是如涓涓山泉般，速度有緩急、流量有大小、聲音有叮咚，通過問題導引，如山泉在大大小小的曲折中流向遠方。（3）教學方法應區分不同的教學對象，有的學員是從校門到校門，而有的學員則有了一定的實際工作經驗，甚至直接使用過具體的彈藥裝備，這些學員甚至是教員的老師。（4）改變嚴肅的課堂教學氣氛，舉個也許不恰當的例子，如果大學課堂能像幼兒園課堂一樣輕松，打破師生界線，采用“圓桌式”方法，教學效果可能會更好。（5）應鼓勵學員多提問，不要過于含蓄，這一點中國的學生應向外國的學生學習，同一堂課，就筆者授課體會，外國學生的提問是中國學生的兩倍還要多。3.充分利用信息技術優勢完善教學手段。現代信息技術的發展為教學手段的完善和提升提供了強有力的支撐，為提高教學效果提供了有利條件。就彈藥裝備教學手段而言，近十幾年的教學手段與原有手段相比，變革可稱為是革命性的，產生了徹底的變化，主要體現在以下幾點：（1）改變原紙質、膠片式教學素材，取而代之以電子式，質量更清晰、傳輸更方便、幅面可調性大大增強。（2）大量采用仿真動畫的形式展現彈藥裝備結構及作用過程，視覺沖擊性更強。（3）虛擬現實技術的應用為學員參與實驗（實踐）提供了一種新的手段，這種手段可重復性強、安全性和經濟性也更好。（4）網絡手段及網絡課程的建立為學員課下學習、完成作業、互動提供了一個平臺。
“堅持能力為重”，培養滿足部隊崗位需求的彈藥人才
1.打牢理論基礎，為長遠發展提供源動力。此處的理論基礎既包括機械基礎、電子基礎、光學基礎、文化基礎，又包含與彈藥裝備構造原理理論基礎。首先，因彈藥裝備在不斷更新換代，有了牢固的基礎，方能“以不變應萬變”，才能更迅速地掌握新裝備知識。其次，有了理論基礎，更利于后續碩士、博士研究生的考取和深造。再次，隨著工作崗位的變遷，需要管理的裝備類型會越來越多，更需要多學科、多專業的理論基礎。2.突出實踐技能，滿足第一崗位任職需求。“萬事開頭難”，對XX裝備專業畢業學員來說，能否勝任第一任職崗位，能否順利“踢開前幾腳”，關鍵在院校期間的培養和學習。因此，在專業學習期間，必須緊貼崗位需求，突出實踐技能培養。然而，短短幾個月時間，并且受教學場地限制，不可能對每一種彈藥裝備、每一個崗位、每一個環節都進行培訓。筆者認為應側重以下幾點：一是選取典型裝備進行實踐，達到以點帶面；二是區分對象，不同對象重點學習部分崗位，對其他崗位只做相應了解；三是對不同對象，互相觀摩，對沒操作過的崗位，也有一定的直觀印象。
作者：仲偉君 齊杏林 王衛民 賈東濤 單位：軍械工程學院 65121部隊
關鍵詞：非接觸測量;面陣CCD;實時處理;運動目標檢測;多線程
中圖分類號：TP212文獻標識碼：A文章編號：1004373X(2008)2018603
Study on the Location of Motional Object Based on Matrix CCD
WANG Yuhong,FENG Weizhong,WANG Fang
(Department of Electronic Engineering,Nanjing Forestry University,Nanjing,210037,China)
Abstract：This paper introduces the principle and a method for real-time non-contact measurement of motional object with matrix CCD imagine sensor and computer technology to apply it to the constellation relative motion′s tracking.Its software is controlled by computer in order to realize the data capturing and processing,the image data is real-time displayed by Visual C++,and then outputs the results by COM interface to single chip computerto control the stepping motor to track the object.In this system,by using multi-thread treatment and non-blocking communication technology innovative to improve the efficiency,the experiment indicates this tracking method is validity.
Keywords：non-contact measurement;matrix CCD;real-time processing;motional object detecting;multi-thread
1 引 言
CCD(Charge Coupled Devices,電荷耦合器件)是20世紀70年代初發展起來的新型半導體集成光電器件［1］。由于CCD器件具有諸多優點，使得近30年來，CCD器件及其應用技術的研究取得了驚人的進展。目前國內利用CCD進行工業實時在線檢測的系統大多用線陣CCD，精度不高、結構復雜、重量重、體積大、建造成本高、整體結構松散、數據量增大處理運算麻煩等，而面陣CCD光敏呈二維排列，可以將二維平面圖像直接轉換為一維光電信號輸出，為提高采樣精度和簡化結構提供了條件。隨著計算機技術的飛速發展以及動態圖像處理理論的深入研究，采用面陣CCD圖像傳感器對運動目標進行監測成為測量領域的一種新的趨勢［2］，尤其在航天通信系統中，跟蹤與數據的獲取是為星座相對運動之間提供數據信息、連續跟蹤與軌道精確測控服務的。
通過星座仿真可以得出，星座的相對運動的特點，應用面陣CCD來完成星座的相對運動的跟蹤是一種新的跟蹤方法，它使硬件變得簡單，大部分數據處理都由軟件來實現，使得跟蹤達到速度與精度的完美結合。本文旨在用2個氣浮臺來模擬星座的相對運動。以目標氣浮臺上的光學反射球作為跟蹤目標，位于追蹤氣浮臺上的面陣CCD用來實時測得包含運動目標的圖像信息傳送到計算機；再由計算機進行處理得到運動目標位置信息、相對距離和方位；把測得的數據由串口輸出給控制單元，進行精確的測量從而實現檢測跟蹤的目的,模擬跟蹤如圖1所示。
圖1 模擬跟蹤圖
2 系統工作原理
(1) 系統組成框圖
本系統中主要由采集部分、處理部分、顯示部分和控制部分組成，系統組成的框圖如圖2所示。
(2) 面陣CCD傳感器工作原理
面陣CCD由成像區(光敏區)、暫存區和水平讀出寄存器3部分構成。當工作時，圖像經物鏡成像到光敏區，光敏區上電極加有適當的偏壓時，光生電荷被收集到勢阱里，這樣就將光學圖像變成了電信號。當光積分周期結束時，所有收集到的信號電荷迅速轉移到暫存區中，然后經由水平讀出寄存器，經輸出級逐行輸出1幀信息。在第一幀讀出的同時，第二幀信息通過光積分又收集到勢阱中，這樣可以一幀一幀連續讀出［3］。
本文采用北京微視公司MVC1000M系列具有130萬像素的面陣CCD傳感器［4］，如圖3所示的實物圖。
圖2 系統組成框圖
圖3 MVC1000M攝像機實物圖
3 圖像處理單元
(1) 圖像的預處理
為提高圖像處理速度采用一種快速中值濾波的算法［5］，設n×n個像素方形濾波窗口為：
X11X12…X1n
X21X22…X2n
…………
Xn1Xn2…Xnn
該方法可表示為：
Gk=Med{Xk1,Xk2,…,Xkn},
Gk=Med{G1,G2,…,Gn}
其中k＝1,2,…，n。
n×n 方形窗口進行1次中值濾波需要進行12n2?(n2－1)次排隊比較運算；同樣窗口進行1次快速快速中值濾波只需進行12n(n2－1)次運算，運算次數減少為原來的1n。快速中值濾波雖然是將二維陣列分解為一維運算，但由于它是首先求取水平各行的中值，再取出這些水平各行中值的中值，濾波結果中既包含窗口中的行信息，又包含列信息。因此，這種用多次一維中值濾波代替二維中值濾波的處理技術是合理的。
（2） 特征提取及位置的確定
為了進一步對圖像做分析和識別，就必須通過對圖像中的物體(目標)做定性或定量分析來得出正確的結論。在本系統中，由于目標是處于運動中，所采集到的目標圖像會有不同程度的改變，另外，在目標跟蹤系統中，通常只需辨明目標的類型，并不需要了解有關運動目標圖像中更多的細節。
因為要給出目標點的位置，所以每張圖像上的物體最終只能用1個點來表示，這個點就是物體的中心點，在圖形學上稱為圖形的幾何中心。確定物體的幾何中心，只需掃描整張圖像，尋找顏色是白色點，記錄它們的橫坐標和縱坐標，并做累加，同時累加白色點的個數，最后把累加得到的橫坐標的值除以白色點個數后，得到的值就是物體中心點的橫坐標數值，縱坐標也是如此［6］。其算法表示如下:
Sx=∑Xmaxx=0∑Ymaxy=0x?f(x,y)，
Sy=∑Xmaxx=0∑Ymaxy=0y?f(x,y)
S=∑Xmaxx=0∑Ymaxy=0f(x,y)，
x=SxS，y=SyS
一般，這樣得到物體的幾何中心還是比較準確的，除非物體在運動過程中發生了非常大的形變。得到的質心是運動物體在圖像中的像素坐標，轉換成實際坐標從而達到對運動目標的實時監測。
4 軟件設計
CCD采集獲得的圖像為8位位圖格式，本文采用可視化編程軟件VC++實現圖像預覽以及處理［7］。處理后的數據經串口輸出給控制部分。計算機的程序流程圖如圖4所示。
面陣CCD采集到的圖像經處理提取后，得如圖5所示其實時圖像，并提取跟蹤目標的坐標，圖像每過100 ms數據處理1次，并與下位機進行通信進行控制。
在串口通信模塊軟件實現中使用API函數結合非阻塞通信、多線程等手段；在主線程中處理圖像數據，在輔助線程中監視串口，有數據到達時依靠事件驅動，讀入數據并向主線程報告，并且WaitCommEvent()，ReadFile()，WriteFile()都使用了非阻塞通信技術，依靠重疊（overlapped）讀寫操作，讓串口讀寫操作在后臺運行。這樣做大大節省了時間，提高了系統的運行效率［8］。
5 硬件設計
計算機通過RS 232的方式與單片機進行通信，將測得的位置信息傳送給單片機，單片機收到數據后控制步進電機進行跟蹤［8］。其主要包括下位機與上位機的通信，以及步進電機的驅動電路的設計，硬件控制的框圖如圖6所示。
圖4 計算機程序流程圖
圖5 調試時的運行界面
6 結 語
本文通過面陣CCD對圖像采集,結合計算機數字圖像處理技術以及單片機，實現了對數據圖像的掃描處理,從而獲得了跟蹤點的目標位置及對掃描的圖像進行實時動態的顯示以及跟蹤。在軟件設計中使用了快速中值濾波和多線程技術使得在實際使用中能夠達到實時準確的目標，為提高非接觸位置測量方面的理論研究、測量技術及工程設計的水平將有很大的幫助。隨著CCD傳感器制作技術的提高，圖像處理軟件的進一步發展，CCD傳感器與集成電路進一步集成，面陣CCD傳感器的應用前景將更加廣闊， 其應用的領域將深入到每一個相關的專業領域，將給人們帶來新的概念［9］。
圖6 硬件控制部分
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作者簡介 王玉紅 女,1979年出生,碩士研究生。研究方向為測控技術。
封維忠 男,1950年出生,副教授,碩士生導師。研究方向為電子測試測量技術。
（軍械工程學院火炮工程系，石家莊 050003）
摘要： 在裝備操作仿真訓練的機理模型建模過程中，由于訓練內容較多、裝備工作狀態復雜，難以建立表達明確的面向操作訓練的機理模型。針對這種情況，基于混雜自動機理論提出適合裝備操作系統的自動機模型，并對其建模實現方法進行研究，提出了一種利用Simulink/Stateflow建立離散系統模型，并且按照不同的訓練內容和裝備工作狀態建立多個連續系統模型的機理建模解決方案，在實際應用中，提高了建模及工作效率。
關鍵詞 ： 仿真訓練；混雜自動機；Stateflow；機理模型
中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）03-0048-04
作者簡介：馬子龍（1989-），男，河北石家莊人，碩士研究生，主要從事武器系統仿真與虛擬樣機的研究；房立清（1969-），男，河北石家莊人，教授，博士研究生導師，主要從事武器系統仿真與虛擬樣機方向的研究。
0 引言
目前隨著多種新裝備陸續裝備部隊，新裝備的教學和訓練還停留在人工和多媒體教學、武器實裝訓練的狀態，這種情況下存在人員接觸裝備少、裝備了解不深入的缺點，制約了戰斗力快速生成。針對新型裝備的訓練，不同型號武器裝備模擬器的涌現，改變了以往的武器系統教學及訓練模式，促進了人員對裝備結構、工作原理的理解和操作技能的掌握。
機理模型作為抽象的系統工作原理，具體到武器裝備的操作訓練模擬系統中就是系統工作情況的控制模型。在工程實際過程中，建模人員往往按照裝備工作流程在外觀模型上直接進行編程，且建模過程缺乏理論指導。在武器系統的模擬器開發過程中，尤其是含有復雜機械結構的裝備機理建模的過程中，一方面需要根據各個機械零件的傳動關系建立準確的運動模型，又要根據其運動過程中可能引發的狀態轉換建立狀態模型。在對一個復雜系統的建模研究中，常常會包含由連續時間物理過程描述的動態系統和受離散事件驅動的離散子系統，這就需要一種二者結合相互作用的系統——混雜系統來描述[1]。以機械結構為主的武器系統機理建模非常符合混雜系統的既包含由連續變量所描述的物理層的動態演化過程，又有以符號操作和離散監控決策為特征的高層協調優化過程的特征[2]。
本文在討論了適合裝備仿真操作訓練系統的混雜自動機模型的基礎上，針對以機械結構為主的武器裝備，利用Simulink中的Stateflow工具和Virtools虛擬現實軟件對武器裝備工作過程進行建模仿真，同時對連續系統的連續變量進行離散化處理，使建模更加方便，同時對異構系統之間的數據交互進行研究，提出了一種較為實用的武器訓練系統的機理建模方法。
1 裝備仿真訓練模型結構
目前武器訓練模擬器的操作訓練仿真模型構建的主要依據為相似性原理[3]。根據裝備仿真模型的相似性，可以將其分為對裝備幾何結構直接映射的外觀模型和對其工作原理進行抽象化表示的機理模型[4]。裝備仿真模型建模過程中，一種是將交互動作采集、數據處理解釋和虛擬裝備的響應、顯示的過程整合在一個模型里，建立緊耦合式的仿真模型的方法，但是對于一種模型的修改也要相應的修改另外一種模型，很不方便。另外則是如圖1b中所示的松耦合式仿真模型，這種分開建模的方法便于模型的維護、擴展和重用。
外觀模型可由三維建模軟件建立，機理模型則包含了眾多數學模型和操作邏輯等，因此在建模過程中較為復雜。如何對裝備操作機理模型進行準確地建模，成為了武器系統仿真模型的建模關鍵。
2 裝備操作訓練系統的混雜自動機模型
裝備仿真模型運行過程中，除了自身運行狀態會導致離散狀態的躍變，受訓人員通過人機交互接口也會對系統運行狀態和運行參數進行控制。混雜系統的結構組成表現為如圖2所示的“三位一體”[5]，因此在式1表示的混雜自動機模型的基礎上，添加接口映射，得到的混雜自動機模型為：
H=（Q，∑，X，U，F，E，T，γ，α） （1）
式3中的表征的混雜系統可以分為三個部分：事件驅動的離散決策系統（DEDS）、連續變量動態系統（CVDS）和轉換接口部分。與其他系統略微不同的就是增加了人機交互作為系統的外部輸入，相應地通過人機接口，操作者可以直接對DEDS系統進行控制，改變系統運行狀態，也可以通過控制CVDS系統的動態變量，使混雜系統針對外界輸入做出響應。因而，混雜自動機中的離散事件集合∑又包含兩個子集合∑u和∑c，∑u包含的事件發生的條件由連續狀態演化結果決定的，為不可控的；∑c為控制事件集合，其中的事件由外部輸入和離散決策機構決定，因而為能控事件集合。圖2所示的混雜系統結構中，U?哿Rm為m維的控制空間，uq（t）∈U和u（t）∈U分別為連續系統對應的內部和外部控制向量，則狀態映射函數也可以表示為：
（2）
接口部分是混雜系統中的信號表達和處理方面的關鍵部分，主要由執行器和發生器組成。執行器可由離散狀態集合Q和離散輸出事件集合∑c到控制輸入空間U映射γ表示，即：
γ：Q∪∑cU （3）
發生器由連續狀態空間X到離散事件集合∑u的映射α表示：
α：X∑u （4）
在裝備操作機理建模過程中，利用上面提出的混雜自動機模型可以建立完整的機理模型，但是隨著裝備工作狀態和操作行為復雜度的增加，單一層次的模型會使狀態空間的狀態呈爆炸式增長，另外模型缺乏對并行機制的支持，不能描述裝備的并行操作。針對上述不足，將Harel建立的層級有限自動機[6]中層級（Hierarchy）、并發（Concurrency）的概念對混雜自動機模型進行擴展，通過引入狀態層次函數ρ和狀態類型函數φ分別描述狀態之間的層次和并發關系。因此，整個混雜系統的混雜自動機模型可以由下面的11元組表述：
H=（Q，∑，X，U，F，E，T，γ，α，ρ，φ） （5）
3 基于混雜自動機模型的裝備操作機理建模
3.1 裝備操作訓練仿真系統 在進行基于虛擬現實技術的裝備仿真訓練系統構建時，武器系統中包含的機械結構復雜，從建模的效率出發，采用Solidworks對規則的機械零件進行建模和3dsmax對不規則曲面模型建模，最后經3dmax導出插件導出為.nmo格式，應用到Virtools虛擬現實編輯環境中。
裝備操作訓練仿真系統為半實物設計，分設多名操作者席位，在協同操作訓練過程中，多個下位機與控制引擎之間的交互是基于UDP協議的網絡通信。裝備操作仿真系統硬件組成如圖3所示。
由圖3中可知，利用Matlab/Stateflow工具建立的是基于有限狀態機理論的離散系統模型，即上層控制系統，在虛擬現實編輯環境中，建立仿真操作連續子系統模型，其中包括裝備外觀模型和部分機理模型。接口部分的映射則包括在Matlab/Simulink模型中的S函數和Virtools中的事件觸發部分。由于操作訓練的內容不同，對應的裝備工作狀態也不一樣，各個機構之間的運行狀況也不同，因此，對CVDS模型進行劃分，便于建模和系統控制。系統模型結構如圖4 所示。
3.2 基于有限狀態機理論的DEDS建模 本文主要基于某型火炮的機理建模過程，首先應分析其工作流程，并按照一定的操作階段和武器系統的狀態劃分工作階段。在由行軍狀態向戰斗狀態轉換過程中，需要進行升炮操作，如圖5所示，分別有三個控制手柄分別控制1、2、3號炮腳的液壓系統的工作狀態，另外有啟動和停止按鈕操縱炮腳液壓系統的工作啟停。操作流程主要為首先通過3個控制手柄設定炮腳液壓系統的起落狀態，然后通過控制按鈕控制液壓系統的啟停。
例如當系統進行到升炮訓練進程時，如圖6所示，炮手扳動控制手柄1控制炮腳落下，Virtools中的控制手柄的模塊在接收人機交互模塊發出的消息后，在進行手柄扳動的動作演示同時，利用UDP通信模塊將操作事件發送給Simulink，Simulink針對操作事件信息進行數據解析后利用S函數編寫的模塊在線修改常量模塊的參數值，觸發HANDLE_1_DOWN事件，手柄1的工作狀態由Handle_1_UC進入Handle_1_DOWN，隨著Handle_1_DOWN的狀態被激活，Simulink會將狀態觸發利用S函數編寫的模塊進行相應的編碼，隨后經BytePack和UDPSend模塊廣播至其他操作者席位。同樣地，在對其它兩個控制手柄設置狀態時，由于Handle_State的類型為AND，三個控制手柄的的操作為并行關系，相互之間沒有影響，每個控制手柄狀態類型為OR，其中包括3個互斥子狀態，分別為對應一個控制手柄的3種狀態，每個子狀態會對一個作用范圍為Local的變量進行賦值，例如當Handle_1_DOWN被激活時，Handle_1_Flag被賦值為2。當按下“啟動”按鈕時，Simulink接收VT發送過來的啟動事件編碼，經解析后，觸發START事件。3個炮腳的液壓系統會根據對應的控制手柄中狀態標志，進行相應的動作，當PJ_State處于工作狀態時，3個并行的炮腳工作狀態同時處于激活狀態，各個狀態根據Handle_1(2,3)_Flag條件轉移至相應的炮腳具體工作狀態，Simulink會以廣播方式告知虛擬環境進入相應的裝備動作。
在Virtools建模過程中，針對裝備的不同部組件進行相應的建模，因此不同的部組件仿真模型可以看作多個連續變量系統。當炮腳進行工作時，當炮腳下降到最大位置或炮腳收回至初始位置均會使液壓系統停止工作，反映到裝備仿真模型中，即Virtools在DEDS系統處于PJ_State狀態時，監控炮腳液壓系統的工作模型中的炮腳伸長量，當達到上確界或下確界時，觸發PJ_1(2,3)_LENGTH事件，Stateflow機理模型針對輸入事件進行狀態轉移，從而控制系統的工作狀態。
3.3 改進的復雜機械結構運行機理模型 以機械裝備模型為主的裝備仿真機理模型建模過程中，為了提升虛擬環境的沉浸感和機械結構的運動系統的準確度，在連續子系統的行為建模中，將連續子系統對應的難以求解的離散狀態的連續演化規律用運動學分析軟件導出的離散參數代替，能較為方便地建立機械結構運動仿真模型。例如在對往復機構建模過程中，內部零件模型可在Solidworks中進行三維建模并利用Solidworks Motion插件，自動求解機構運動仿真參數，并添加到Virtools中，實現模型的準確控制。
由于利用Solidworks Motion求解的零件運動參數的測量是在其局部坐標系下，因此將運動參數輸出到Virtools環境中須進行調整。一是作三維坐標變換，采用齊次坐標技術來對空間坐標進行變換，變換矩陣為4×4矩陣。
二是利用指定作參考位置的物體的方法，即指定Referential（參考）實現參數的直接利用，顯然第二種方法更加簡單實用。利用Solidworks Motion解得的閥門桿在x、y、z三個坐標軸上的位移，在凸輪旋轉一周內的變化的運動學參數如表1所示。
將得到的零件運動參數按照不同的機構保存在Virtools的表（Array）中，一般存儲長度為具有最大運動周期的零件的一個周期，系統運行時根據運行的步長進行查詢和進行線性插值即可。該方法一方面節約了硬件資源，另一方面，使以機械結構為主的裝備模型的機理建模更加方便快捷。
3.4 數據交互實現 在機理模型建模過程中，除了利用Stateflow進行離散控制系統的建模和與裝備外觀模型耦合的連續系統建模，二者的通信接口部分的實現對于異構系統之間的協作至關重要。以Matlab/Simulink為控制引擎，實現對Virtools行為模型進行分布式交互控制，則需要針對其進行特殊的設計。
首先，仿真操作系統和Simulink環境之間的數據交互利用基于UDP協議的網絡通信實現。利用Sockets套接字編程編寫UDPSend和UDPReceive BB通信模塊。通過UDPSend BB對人員的操作事件、CVDS的系統變量引發的事件信息和變量進行發送，利用UDPReceive BB接收Simulink模型發送的離散狀態、事件和變量信息。
可以通過Simulink中編寫的S函數實現對UDP接收的數據進行解碼操作，并利用set_param語句對常數（Constant）模塊修改參數實現Stateflow中的事件觸發和變量修改操作，并且對系統發出的狀態、事件和數據進行編碼，實現不同軟件系統之間的數據交互。
Simulink控制模型和Virtools仿真模型之間的數據交互流程如圖8所示。
4 結論
本文在對裝備仿真模型分析的基礎上，對混雜自動機模型研究，提出了一種適合裝備操作訓練的自動機模型，并對模型實現方法進行研究，提出了利用Matlab/Stateflow對DEDS進行建模，將復雜連續系統的連續變量描述改為離散參數的查表。解決了裝備操作機理模型建模過程中的建模困難、可讀性差、維護困難等缺點，對于裝備操作訓練仿真機理模型的建模及實現提供一條有效思路。
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