时间：2023-05-31 08:56:59
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇军械工程学院研究生，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：实验教学；研究生；电气工程
作者简介：解璞（1977-），女，河北定州人，军械工程学院车辆与电气工程系，副教授；赵锦成（1962-），男，陕西西安人，军械工程学院车辆与电气工程系，教授。（河北 石家庄 050003）
基金项目：本文系军械工程学院教学研究课题（课题编号：Jxlx1382）的研究成果。
中图分类号：G643 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）25-0155-02
实验教学对于培养学生实践能力和创新能力具有不可替代的作用。[1]军械工程学院电气工程学科针对装备供电“安全、可靠、优质”的军事需求，围绕装备电气系统中电能的发、输、配、变、控、管、用等技术环节，以提高电气装备的性能和维修保障能力为目标，研究装备电气工程新理论、新技术和新方法，体现为机械与电气、强电与弱电、设备与系统相结合，技术内涵有别于民用电网，具有明显的军事特色和学科特色。本学科要求研究生除需熟悉电气工程学科的科学研究方法，具有独立获取新知识以及从事科学研究的能力，还应掌握较强的实验技能和解决实际问题的能力。
研究生的实践能力和创新能力是衡量研究生培养质量的重要指标。实验教学是电气工程学科教学的重要环节之一。然而，相比于课堂教学和学位论文研究，实验教学一直是研究生培养工作中亟待加强的环节。[2]重理论轻实践，致使大部分研究生理论水平很高，但动手能力和解决实际问题的能力欠缺。因此如何优化实验教学内容，丰富实验教学方法，打造实验教学平台，培养出综合性、创新型人才是实验教学的关键。
一、传统实验教学存在的主要问题
目前研究生的实验教学没得到足够重视，导致很多研究生实验课程变成了一种形式上的教育，成为研究生用来“混学分”的课程。究其原因，目前研究生实验教学主要存在以下不足之处。
1.实验内容设置欠合理
目前大多研究生实验沿用本科方式，依据理论教学的需要而设置，所开设实验中原理性、验证性的基本实验内容较多。由于受经费及现有实验条件的限制，针对装备电力系统发、输、配、变、用等各个环节电能的测量、调节、补偿、控制则只能部分地进行演示性实验，无法反映电力系统的动态环节，不同程度脱离工程实际和装备实际。另外，与研究生创新能力培养息息相关的综合性、设计性实验数量相对较少，实验内容趋简避繁，从而导致研究生只能进行低水平的重复实验，而缺乏对其创新性思维的培养。
2.实验教学方法不足
传统实验教学方法是教师在课堂上讲授实验内容、演示实验操作，再让学生在规定时间内按照固定实验步骤进行实验。这是一种灌输式的教学模式，比较局限与死板。研究生大多只是忙于完成实验内容，而对实验原理及实验过程中出现的问题没能进行独立而深入的思考。该教学模式严重制约了研究生的独立思考和解决实际问题的能力，无法达到应有的实验效果。
3.实验资源利用率低下
目前多数院校简单地按任务目标和所属部门划分实验室[3]，教学实验室基本不涉及科研工作，科研实验室很少顾及教学，人为地将教学与科研割裂开来，不利于实验室资源的充分利用。实验室开放不够，研究生很少有机会进入专业性更强、设备更先进的科研实验室进行综合性与研究性的实验。有些研究生导师会利用自己的课题经费购置或研制一些先进的实验设备，但出于对设备的保护，利用率低，很少为研究生实验教学所公用。
二、研究生实验教学改革中采取的措施
如何解决研究生实验教学过程存在的上述问题，充分利用实验教学提高电气工程研究生的创新能力？本文结合笔者在研究生实验课程教学中的体会，以及军械工程学院电气工程学科在研究生实验教学过程的实践经验，提出几点改革措施。
1.优化实验教学内容
实验内容的安排、选择及合理分配对实验教学是非常重要的。为此，我们根据电气工程学科不同层次、不同研究方向的研究生，由浅入深、由点到面，分层次优化实验教学内容。目前的实验内容主要分为：验证型实验设计型实验科研型实验。
验证型实验主要用于对研究生学员的基本实验技能进行培训。通过常规实验操作方法的培训，提高学员动手能力，为下一步进入论文阶段并顺利开展打下坚实的基础，每名研究生必须完成这一阶段的训练。
设计型实验主要培养研究生观察问题、分析问题及最终解决问题的能力。让研究生根据自己的专业研究方向设计具有综合性、典型性、开拓性和创新性的实验，由导师和任课教员共同指导学员查阅相关的参考资料，并对实验设计和实施给以指导和帮助。此类实验既锻炼研究生形象思维，又培养其逻辑思维，是促进研究生创新思维、创新意识和创新能力不断提高的有效途径，并可充分调动学员的创新意识和科学研究兴趣，为培养创新型人才打下良好的基础。通过综合实验的设计、实施、分析到完成实验任务，能更好地提高研究生的创新科研能力。
科研型实验是让研究生主动参与到科研实际。充分发挥学科优势，利用科研实验室资源和强大的科研队伍，与武器装备和科研课题接轨，将前瞻性、先进性的科研成果融入到实验教学环节中去，从而使研究生在进入做论文阶段之前熟悉各种专业设备并掌握现本学科中具有代表性的重要研究方法，了解和掌握现代最先进的技术思想，达到依托科研实践培养创新能力的目的，为研究生学员到部队任职打下坚实的基础。
实验教学内容改革要服从服务于人才培养的需要。军校研究生的培养，是为了适应军队建设和信息化条件下作战的需要，为我国国防现代化建设培养各级各类的自主创新人才。在进行实验教学内容优化时，必须在遵循本学科发展规律的前提下，针对武器装备建设和发展中面临的实际问题及研究生后续的课题，明确军事应用背景。
以本教研室的电气工程硕士点为例，该学科针对目前我军装备野战供电保障多采用内燃动力发电机供电而油料保障压力大、战场安全性低、制约军事意图实现等不足，为适应装备供电保障发展趋势，坚持自主创新，构建了风—光—柴混合能源互补供电系统。该微型供电示范系统填补了我军装备野战供电系统保障在混合能源互补供电领域的空白，并将此科研成果应用到研究生的实验教学中。目前依托该平台可开展混合能源互补供电组网、监控、分配、变换、防护等实验，使学员巩固理论知识，了解前沿动态，掌握实验方法，一方面为后续研究生学员开展新能源发电技术、实时智能控制器、新型蓄电池及其充/放电控制技术、混合能源互补供电能量管理与监控技术等方面的课题研究提供了基础和保障，另一方面也使实验课程的内容更加具体化，促进了课程教学内容改革和创新。
2.丰富实验教学方法
教学方法是实验教学的关键。研究生的培养目标是成为独立从事科研工作的个体，因此研究生的实验教学不能停留在传统的教条式层面上。
实验教学方法的改革就是要本着“学员为主，教员为辅”、“学员独立设计，教员重点辅导”的原则。在实验教学环节，有必要培养研究生的实验流程自行规划能力。比如对于验证型的实验，只给出实验节点要求，研究生则要按照自身的理解，自行设计实验步骤，并整理实验结果，甚至自行补充实验内容，进行创新性实验学习。在与研究生课题联系紧密的科研型实验中导师应尽量放手，让研究生充分发挥聪明才智，让实验教学成为一种探索、求知、求新的过程。
同时实验教学应贯穿于研究生培养的全过程，导师应及时根据研究生的课题进展情况，了解其实验中遇到的问题并给予指导或协助解决，让研究生少走弯路，提高效率，这也是一个教学相长的过程。通过这种研究式的实验，可以循序渐进地培养研究生独立分析解决问题的能力。
3.打造实验平台
实验平台是实验教学的保障。为弥补实际装备缺乏所造成的教学条件不足，利用科研资源优势改善研究生实验教学环境，解决实验教学对实际装备的依赖。我院电气工程学科依托军队“2110”装备野战电力支持实验室的建设，结合装备野战供电的发展趋势及需求，以“瞄准前沿、围绕目标、结合装备、强化特色”为发展目标相继搭建了军用电站装备综合技术保障、野战电力支持仿真、电能质量监测与控制3个特色鲜明并互为补充的实验系统。
（1）电力综合技术保障实验系统。该系统能培养电气工程研究生在装备野战电力支持方向的理论联系实际意识和基本实验技能，为电机学、电力系统分析、电气检测技术、供配电技术、电能质量分析与控制等专业课程学习提供了实验条件和良好的科研背景。
（2）野战电力支持仿真实验系统。该系统由1台高效专业服务器和6台台式计算机及显示设备和专业的电力支持仿真计算软件组成，该仿真系统可弥补实验技术的不足，提高研究进度，降低研究费用，具有灵活性、可重复性及安全性高的特点，研究生学员可在装备野战供电系统建模和稳态/暂态仿真分析计算，优化装备野战供电系统设计，提高系统的电能质量、控制运行系统的运行效率和安全稳定性等方向开展实验。
（3）电能质量监测与控制实验系统。该系统为开展负荷结构特性对电能质量的影响研究，实现了负载形式的典型、多样化，兼顾了实际和科研的需要。一方面配置了小型化的电机拖动、照明、变频调速电机、逆变装置等非线性、冲击性负荷，另一方面配置了电子负载、阻感负载等以便建立极端条件下的综合负荷模型，同时还具有国际先进水平的交/直流电压跌落模拟器，可模拟极端的电能质量问题。为研究生电能质量专业课程学习提供了实验条件，为硕士研究生的培养提供了科研环境手段。
目前该实验室面向研究生学员全面开放，共享及利用率较高，已能满足野战条件电能的产生、组网、分配、变换、监控和保障等方面的科学研究，可在更高的研究层次培养研究生创新能力。近三年来以实验室为背景，先后培养各类研究生12名，已毕业硕士研究生8名。实验室在建设中自主开发实现了部分功能，混合能源互补供电系统培养研究生3名，分别实现了混合能源互补供电系统的实时监控和铅酸蓄电池的虚拟测试；军用电站性能检测与测试分系统培养研究生3名，分别开展了军用电站电气参数检测及模块电源虚拟测试系统的研究；2名研究生则分别开展军用电站AVR检测诊断平台及逆变电源供电负荷适应性研究。把实际科研用的装置用于实验教学，使研究生在课程学习中就接触到课题了，这些设备就是下一步研究生做课题直接要用的设备，这些科研平台的设计、运行、实现方法都成为课题可借鉴的资料。这使研究生尽早接触到学科发展的前沿，拓展视野，并加强了研究生实践能力、创新能力的培养。
三、结语
几年来的实践证明，加强对研究生实验教学的改革，一方面加深了研究生对本学科理论知识的进一步理解和掌握，拓宽了知识面，另一方面也使他们学到了许多实验室工作的知识和技能，提高了实验动手能力、语言表达能力、组织教学的能力和理论联系实践的能力，培养了严谨的科学作风，促进了学业的进步。研究生教育要围绕学科特色优势，重视研究生扎实的实验基础、综合运用技能和创新思维的培养，同时还应优化实验教学内容，丰富实验教学方法，打造良好的实验平台，从而为实验教学提供良好的条件，进一步提高研究生实验教学效果，达到全面提升电气工程研究生综合素质的目标。
参考文献：
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关键词：军队院校；创新能力；研究生培养；对策
作者简介：杨素敏（1971-），女，河北藁城人，军械工程学院计算机工程系，讲师；张政保（1965-），男，河北石家庄人，军械工程学院计算机工程系，教授。（河北?石家庄?050003）
中图分类号：G643?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）20-0030-02
军队院校研究生是未来军队和国防建设的中坚力量，然而，从用人部队和毕业学员反馈的信息发现，多数研究生毕业走上工作岗位后解决问题的能力不强，缺乏创新思维，不能满足部队的任职需求。主要原因归结于研究生学习阶段没有搭建创新能力所需要的知识结构，研究生的基础知识、专业知识、人文社会科学知识和实践知识薄弱，知识结构面狭窄而浅薄，创新动力缺乏。研究如何为研究生搭建创新平台，如何能保证培养层次高、符合国家发展和战略需要、具有创新意识和创新能力的复合型军事人才迫在眉睫。
一、研究生创新能力现状分析
当前造成研究生创新能力不足的原因很多，但笔者认为主要有四个方面的原因。
1.教学内容和教学模式单一
目前军队研究生教育无论从课程设置、教材选择、教授手段和方法都存在一定的问题，课程设置偏重理论基础课，忽视专业课；教材选择上远远落后于当前国内外新装备技术的发展，选用的教材有的甚至还是七八十年代的书籍，更别说用英文教材直接上课。教学模式很多还采用“满堂灌”的方式，教师只顾讲授自己的内容，学生不假思索地接受，这些都限制了学生创新思维的形成。
2.导师队伍的良莠不齐
目前导师的水平差别很大，出现了两种不利于研究生创新能力培养的情况：一是有的导师学术水平不高，自己都不跟踪当前本学科的前沿现状、新技术和新方法，而且本身也没有高水平的科研课题和研究成果；二是有的导师本身学术水平和科研水平都很高，但无法顾及研究生的培养，疏于对研究生的指导。这两种情况都造成所带研究生缺少科研创新的土壤，研究生创新能力何谈提高。
3.创新能力平台缺乏
由于目前军校还是采用导师负责制，当导师本身科研创新能力不足以及缺少研究经费时，研究生的研究课题必然会缺乏科研实践平台，一些研究课题只能纸上谈兵。另外，和地方大学生相比，军校研究生参加国内外学术交流的机会较少，而学术会议、学术培训、学术论坛和学术讲座是学生了解本学科前沿、开拓视野和启发灵感的捷径，是和知名专家学者面对面探讨问题的有效途径。
4.考核机制存在问题
考核机制不完善也是影响研究生创新能力提高的一个根本原因，目前军队院校虽然规定研究生必须发表几篇小论文，毕业论文也采用“全盲”的方式评审，这些对研究生质量的提高虽然起到了一定的改善作用，但由于目前国内期刊以及国际会议鱼龙混杂，一些研究生发表的论文几乎没有任何创新可言。
二、创新能力培养的对策和措施
1.制订科学合理的培养方案，优化课程体系
培养方案是否合理、课程体系是否优化是保证研究生所学内容扎实与否的基础。首先应根据研究生学科方向制订规范性、灵活性和可操作性的培养方案，并确定明确的培养目标；其次是围绕培养目标设置教学课程，课程总体保证基础理论与基础知识的同时，应跟踪本学科方向的前沿，体现创新性，课程设置上注意专业性与交叉性、稳定性与前瞻性的统一。
如军械工程学院计算机工程系今年在制订计算机应用技术学科研究生培养方案时，学科范围覆盖计算机控制技术、系统仿真技术、多媒体技术、管理信息系统、基于网络的计算机应用技术、人工智能等研究领域，主要研究计算机应用于装备保障、指挥控制、信息管理等军事应用领域所涉及的原理、方法与技术。根据培养方案细分为4个研究方向，明确了每个方向的培养目标和课程体系，课程中既有本学科研究生必须掌握的基础知识，如计算机网络体系结构、计算机系统结构和人工智能原理等，又有当前军事中所需要的新技术理论，如战术互联网及其应用、计算机网络对抗等，保证了研究生具有扎实的基础知识和领先的专业知识。
2.提供科研平台，提高研究生的实践知识
约翰·霍普金斯大学[2]的科学理念是：研究生教育是培养学生进行科学探索和研究的教育阶段，研究生教育不但要使研究生掌握高深的专业知识，而且要重视智力发展和所学知识的紧密结合，培养研究生的探索精神和探索能力。著名高等教育和社会学教授伯顿·克拉克认为“研究生必须有科学研究基础”，可见科学实践在研究生培养中的重要地位。高水平的科学研究是培养研究生创新能力、创新个性、激发创新意识最有效的途径，也是最为关键的过程要素。研究生教育与高水平科研工作紧密结合，通过课题研究与科研工作的密切结合，以高水平科研工作培养高质量人才，可以大大提高研究生创新能力，可以通过两个方面搭建科研创新平台。
（1）研究生课题的选择：应明确规定研究生的选题必须与本学科和导师的研究方向一致，必须居于本学科的前沿。鼓励研究生申请承担各级各类科研项目，使他们在学业阶段就能进入本学科的前沿，并进行开创性的、有应用前景的科学研究工作。
（2）研究生科研创新条件的搭建：军队院校各学科应紧跟本学科前沿，积极跟踪国内外高新技术，建立高新技术平台，研究生借用此平台研究自己的课题或参与其中的项目，遇到问题时导师仅给予指导或提供思路，具体工作研究生自己承担，激发学生的创新意识，提高学生的实践知识和创新技能。
3.参加学术交流，丰富研究生的专业知识深度
学术交流是培养研究生创新思维能力的重要方式。通过学术交流可以丰富学生的专业知识，增强他们从事科研工作的能力。学术交流可以采用四种方式。
（1）研究生学术论坛：是研究生思想争鸣与探讨学术的平台，是研究生群体的学术活动，为同一院校的不同领域、同一领域的不同院校间的研究生提供了沟通和交流的渠道。论坛对每个参与者都是一次饱尝学术大餐的机会。研究生参加论坛的过程就是自我学习、自我完善、自我提升的过程。从查阅资料、整理材料和准备大会发言提纲，对问题自然会有非常深刻的认识。通过参与论坛，一方面展示了自己的学术能力，另一方面也锻炼了自己的沟通表达能力，并在相互交流过程中得以提高。
（2）学术会议：是传递和交流科技信息、学术观点的重要载体，是相同学科重要的学术交流平台。军校应鼓励研究生参加国内或国际学术会议，通过学术会议可以达到如下效果：
1）研究生参加学术会议时，通过参与会议的研讨过程可以与本学科内的知名专家学者交流思想。一方面可以领略本学科前沿的学术研究成果，另一方面也可以了解学科的前沿发展趋势，从中获取书本和课堂上难以获得的新思路、新方法。
2）通过学术会议广泛而深入的交流和学术见解的交融与碰撞可以极大激发研究生潜在的创新能力，领会科学研究中学者及其团队刻苦钻研、不断探索的科学精神，这对营造健康向上的学术氛围、改善学术风气、净化学术环境有着重要意义。
3）研究生通过参加学术会议可以了解自己在本领域内所处的研究状况，明确自己与前沿的差距，从而取长补短。如果能将得到的启发与自身的特点相结合并加以改进，研究生必然会受益颇深。
（3）学术讲座：通过定期邀请军队、驻地不同领域知名专家和学者向学生讲授与学科有关的知识或新的研究进展，促使学生了解所在学科或相关学科领域的前沿知识，掌握最新的研究动态。通过这种方式，研究生可能更早地接触学科前沿，并在学术交流和学术碰撞中拓展视野，产生灵感，培养学生的学术敏感性。
（4）学术培训：针对某一新兴学科、某一项前沿理论和技术开设专门的学术培训，或者邀请专业公司定期开展新技术、新方法的运用和产品展示等活动，必然开拓研究生的学术和科研视野。
4.导师队伍的创新性
研究生教育的主体是导师和研究生，一个学校研究生教育的质量在很大程度上由其导师队伍的水平所决定。由于研究生教育具有教学对象的高层次性、教学内容的前瞻性、教学方式的创造性以及教学过程的复杂性等特点，因此对导师的创新素质要求更高。导师的言传身教、自身素质和创新能力的高低是直接影响研究生培养质量的关键。为了培养出创造能力强的研究生，导师队伍应具有如下特性：
（1）思想修养高尚：导师担任着教育育人的重任，只有具有正确的思想观、良好的道德情操才能引导研究生树立自强不息、积极向上、献身国防和军队建设的人生追求。导师必须以身作则，身体力行，用自己的实际行动言传身教，使学员在潜移默化中受到熏陶，加强自身的道德修养。
（2）专业技术的精湛和创新：导师是研究生进行科学研究的引路人，科研能力、学术地位和理论观点等对研究生产生直接影响，并在一定程度制约着研究生的培养质量。这就要求导师在自己的研究领域必须具有发现问题的能力，具有精湛的专业知识。尤其在当前新军革到来的时刻，军事技术的发展日新月异也必然会对军事各方面的研究领域产生冲击，作为导师必须始终跟踪研究领域的前沿，能以独特的眼光洞察新军革给自己研究领域带来的新问题，并及时解决这些问题，进而形成自己的学术流派或取得影响力的学术成果。
（3）学术水平的一流：导师应有自己个性的学术方法，有自己的研究方向，有自己独特的科学方法论，并用这种方法来指导研究生的研究问题，并指导学生在国内外高水平的学术期刊上发表有一定影响因子的文章。
（4）导师培养、考核和遴选制度的完善：通过从部队选调师、旅以上领导干部兼职到院校任教以及引进或聘请国内外院校著名专家、教授等充实研究生导师队伍，解决导师队伍“近亲繁殖”问题。另外，逐渐建立、完善导师工作质量评估体系，建立相应的激励与管理机制，最大限度地发挥导师的潜能。基于“鼓励竞争、保证质量以及宁缺毋滥”的原则遴选导师，淘汰学历偏低、学历结构不合理的导师，打破导师终身制，实行优胜劣汰的聘任制等。
三、结论
总之，为国家和军队现代化建设培养高层次、高素质的创新性人才是军队研究生教育工作的核心任务和主要目标。研究生创新培养是一个系统工程，需要院校管理部门、导师、研究生管理部门等多方面共同努力，通过科学合理的培养方案和优化课程，夯实学生的基础知识和专业知识，组织学术交流，开拓学生的事业，增强学生的学术前沿研究的敏感性，技术精湛、素质高的导师队伍积极引导研究生参加科研和学术研究，为研究生创新能力提供了良好的创新环境，从而培养能满足部队需要的创新性人才。
参考文献：
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关键词：任职培训；装备构造；课程；教学；改革
作者简介：张素宁（1964-），女，河北武邑人，军械工程学院七系，副教授；刘洪文（1964-），男，黑龙江绥化人，军械工程学院七系，副教授。（河北 石家庄 050003）
基金项目：本文系军械工程学院院教学研究项目“任职培训装备教学改革研究”（项目编号：201124）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）32-0158-02
任职教育是军队院校教育改革发展的主体，课程改革是教育改革的核心内容。新的全军院校编制体制调整，对任职培训教育提出了更高的要求，课程改革尤其是任职培训课程改革的重要性、紧迫性愈加凸显。“装备构造”课程是任职培训学员正式接触装备的首门课程，是学习装备测试、维修等后续专业课程以及学员顺利进入装备技术保障一线所必须掌握的课程，在任职培训专业课程体系中起着举足轻重的作用，直接影响学员的第一任职能力、创新意识以及团队合作精神的培养。“装备构造”课程的教学改革，应根据任职培训装备教学的特点确定教学目标、转变教育理念、更新教学内容、创新教学模式，加强课程建设，培养任职岗位所需的“零距离”人才。
一、课程教学改革的理论探索
1.任职培训装备教学特点分析
任职教育培养的人才比学历教育具有更强的装备技术背景，更高的装备教学要求。培训的专业大都针对某种任职岗位，但参加培训的学员其知识、年龄和职务结构却千差万别，层次多，起点不同。从学历层次看，有高中、大专、本科，还有研究生。从年龄结构看，年龄最大的40多岁，最小的只有20岁左右。[1]从职务高低来看，有战士、士官、排长、连长，也有团职以上干部。从知识结构看，有的与所学专业一致，有的则不一致或不完全一致。培训专业与所学专业一致的，具有较为扎实的专业知识基础，甚至有些还具有一定的实践工作经验，需要加强对任职工作的相关新理论、新知识、新技术、新装备等的学习。与所学专业不一致或不完全一致的，则既要补充必需的专业基础，又要使其掌握任职培训的教学内容。
2.教学目标的确定
任职教育以满足任职岗位所需的知识、能力和素质为目的。作为任职培训的主要专业课程——“装备构造”课程教学应以培养学员第一任职能力，提高学员综合素质为目标。以贴近部队、贴近任职、贴近岗位，注重能力、注重更新、注重发展为原则，以新的教学理念、教学模式、教学方法和手段实施教学，使学员通过课程的学习能够熟悉典型装备和新装备的性能及技术特点，掌握装备的结构组成及各机构、各系统的结构特点和工作原理，熟悉装备分解结合的方法和一般规律，养成科学严谨的技术作风，具有独立运用所学知识分析解决装备实际问题的综合能力。激发学员的学习激情和探索精神，提高学员的综合素质，以满足部队任职岗位对装备技术人才的需要。
3.实施“问题导向、需求牵引、以人为本、全面发展”的教学新理念
任职培训专业课程的显著特点是岗位针对性强，“装备构造”课程教学的指导思想应从学历教育的学科建设转向问题导向、需求牵引。根据任职岗位对人才培养的要求，从装备使用和保障建设中需要解决的实际问题出发，根据培训对象的特点，注重培养任职能力和创新能力，缺什么学习什么，需要什么学习什么，使所培养的人才具有适应岗位的能力和素质，并具有职业发展潜力。为此，我们在任职培训教学中提出“问题导向、需求牵引、以人为本、全面发展”的教学新理念，即从满足学员的根本学习需要出发，根据学员的知识基础和个性、能力特点，通过尊重、信任、交流、沟通等极具人性化的方式，充分调动学员的学习激情，使每个人的能力得到最大限度的发挥和再提高。
二、课程教学改革的实施
1.优化课程设计，实现“三个转变”
一是教学目标从“学科专业”到“实用技能”转变。任职培训学员大多已经受过学科专业教育。任职培训“装备构造”课程教学内容应以体现职业目标为核心，以职业技能为主干，理论教学服务于技能培养。
二是课程内容从“相对滞后”到“实时更新”转变。[2]任职培训课程的出发点是满足任职需求，任职培训课程内容必须适应装备发展的速度，根据任职岗位对人才知识和能力的需求，做出最快反应，适时调整课程内容，坚持教学内容体系的开放性，保持教学内容的先进性和适应性，突出新理论、新技术、新装备、新方法的教学。教学过程的每一个环节，包括课程标准的制定、新教材的编写、课程教学设计、课件制作等都有新信息、新内容、新发展，注重把握教学内容在不同层次培训对象中的起点、重点和难点，将新理论、新技术与新装备内容有效地融合到教学过程中。提高学员的岗位任职能力和主动适应装备发展的能力。
三是加强实践教学，实现从知识到能力素质转变。在教学过程中按照“学中用，用中学”的思路，加大实践教学比重，以装备专修室为主要平台，以专业教学实习基地为基本依托，让学员随时触摸部队主训装备，随时到课堂回炉淬火，不断提高实装操作、维修技能，实现从知识到能力素质的转变，切实提高第一任职能力。
2.改革课程教学，提出教学新模式、新方法
针对装备零部件结构及原理枯燥抽象、学员感性认识少的特点，提出“教员引导、实物（模型）认识、多媒体呈现、归纳总结、实践应用、网络补充”的教学模式。教学在装备专修室进行，提供装备整机、零部件和教学模型，以及相关的教学软件、多媒体播放环境和校园网接口。首先学员在教员的引导下，通过动态的解剖实物模拟演示直接观察装备整机及其主要机构、零部件的结构和工作过程，接下来运用多媒体教学环境介绍装备的结构原理，并归纳总结所学知识，引导学员更深入地认识问题、分析问题，提高分析能力，掌握知识的精华，然后通过整机、主要机构和零部件的分解结合，巩固并应用所学知识，最后通过网络资源克服难点、拓宽知识面。在这里知识由枯燥抽象变为生动具体，学员看得见，摸得着，学得快，吃得透。既能让学员掌握扎实的理论知识，又能锻炼动手能力，还可以开发学员的智力和创新能力。
“教学有法，而无定法”，任职培训教学应根据毕业学员反馈、部队调研等得到的装备保障问题，灵活实施教学。教学过程中以新的教学理念为指导，强调教员为主导，学员为主体，以装备保障急需解决的问题为导向，灵活开展“启发式”、“学导式”、“问题式”、[3]“研究式”教学。讲授中避免一味强调精讲、细讲，注意深入浅出，启发引导，收放有度，与学员进行充分的交流、沟通和互动，并根据学员的反应适时作出调整，使学员逐步养成自觉、主动、积极思考的好习惯，提高学员的任职能力。
3.加强课程建设，构建新手段、新平台、新环节、新机制
构建虚实结合的复合训练手段。通过专修室中多媒体与实践教学并存的硬件条件建设，以及新装备虚拟训练系统的开发，形成软硬兼备的教学环境，实现虚实结合的复合教学手段。充分发挥各种教学实体和媒体的自身优势，互相融合，扬长避短，形成传递教学信息的总体优势，促进学员的自主学习。
根据不同层次学员的特点，构建个性化教学平台。对来自不同院校、不同专业、不同知识背景、不同分配去向的任职培训学员，采用不同的教学方式与方法，以适应复杂多样的教学情况。结合培训岗位对任职技能的发展需求组织施教，在共性化培养人才的基础上，充分挖掘和利用任职培训学员的隐性知识，融入个性化教育，因材施教，促进学员的个性发展和自我完善。
构建基于开放式实践教学的技能培养环节。一是加强实践教学条件建设。充分发挥不同院校及院校内各大单位的装备优势，构建以自主保障为主、联合保障为辅的装备保障模式。购置供实习用的分机、拆装台和专用工具，并做到配套定位；购置典型装备的教学模型，配备教学所需的装备零部件和教具，以方便实践教学。二是充分发挥部队、地方实习基地的作用。加强与部队、工厂的联系，及时了解和掌握新、老装备在实际使用、保障和维护过程中存在的问题，广泛利用社会和部队资源，[4]到部队、工厂去，与部队官兵、工厂技术人员一起检查维护装备、排除故障、解决问题，请部队和工厂的技术人员来院讲学等。通过与生产和研究单位的合作，为企业提供科技支持；学校还可获得部分新型装备、部件和仪器，缓解教学训练装备数量不足、新装备不能及时到位给实践教学造成的困难，促进实践教学的开展。三是安排好实践时间。装备课程的学时安排应连续、集中，最好有可以利用的自习时间，使复杂装备的实践性教学环节能够顺利展开，并保证阶段性的实践效果。四是开放实践教学。根据学员素质与能力培养的规律，按照从零部件到组合，从组合到整机，最后参与科研活动的序列进行实践组合。开放装备专修室，保证在空间上能满足不同层次、不同类型的学员对选择不同机型、不同档次实践项目的需求；在时间上突破正课时间的限制，能适应学员不同培养阶段的实践要求；在管理上适应教学、科研需要，打破学科和隶属关系的限制，发挥科研工作与实践教学一体化功能。鼓励有兴趣的学员参与教员的科研项目，提高其专业技术素养。课外实习训练采用学员自主管理的模式，培养学员的组织管理能力和领导能力。重视实装作业。通过开放式的实践教学，将学员置身于各种实践活动中，通过参观、调查、实践等方式，使学员在理论教学中获得的知识与实际装备直接挂钩，从而在直接感知的基础上巩固所学的理论知识，培养和锻炼综合运用各种知识、技能的能力。
构建基于学员能力素质的综合评价机制。根据“装备构造”课实践性强的特点，在考试方案上增加实践考核和过程性考核的比例，实践考核和过程性考核占60%，课终考核占40%。建立“装备构造”试题库，试卷由考试中心随机抽取，授课教员不参与，确保考试的公平性，调动学员学习的积极性。实践性考核采用现场抽签、现场出题的方式，对每个学员单独进行操作考试。过程考核涵盖小组互评、学员自评、教员评价、理论测试、学生出勤、学习态度、课外实习组织管理情况等，按照一定的比例加权形成过程总成绩。鼓励学员自我完善和相互促进、共同提高，实现教学考核从“单一模式”到“综合模式”转变。
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紧贴弹药装备发展，“改革教学内容、方法、手段”教育规划纲要总体战略工作
1.紧跟弹药装备的信息化趋势更新教学内容。随着电子技术、控制技术的发展，弹药装备最明显的发展趋势是信息化。弹药改变以往以钢铁和化学药剂为主要组成的结构形式，引入了大量的电子和微电子电路、小型机械控制零部件等。如果原来弹药装备是以机械为基础的话，那信息化弹药装备就是以机械、电子、光学、控制等多学科交叉融合知识为基础的。从教学角度，这几乎发生了翻天覆地的变化。因此，必须紧跟弹药装备的信息化趋势，不仅专业课内容需要根据装备类型进行更新，学员所学的基础课和专业基础课也应从机械类转向光电及控制类。2.树立学员“主体”地位，融合多种教学方法。教学目前倡导学员应处于“主体”地位，教员应处于“主导”地位。国内根据外部形态，分为讲解式、讨论式、演示式、参观式、练习式、实验式、实践式、启发式、导引式等等。根据笔者的体会，弹药装备教学方法的选择有以下几方面可参考：（1）各种教学方法都要用到，要融合运用，或者说都可尝试，但所有的教学方法都要以学员为目标，必须有学员的积极参与，这种参与可能是语言上、行动上的，也可能是心理上的参与。（2）讲解式方法仍不能放弃，尽管这是一种知识注入型的方法，但对于短时间、大量内容的学习，仍为一种有效的方法，但应注意讲解不是满堂灌，而是如涓涓山泉般，速度有缓急、流量有大小、声音有叮咚，通过问题导引，如山泉在大大小小的曲折中流向远方。（3）教学方法应区分不同的教学对象，有的学员是从校门到校门，而有的学员则有了一定的实际工作经验，甚至直接使用过具体的弹药装备，这些学员甚至是教员的老师。（4）改变严肃的课堂教学气氛，举个也许不恰当的例子，如果大学课堂能像幼儿园课堂一样轻松，打破师生界线，采用“圆桌式”方法，教学效果可能会更好。（5）应鼓励学员多提问，不要过于含蓄，这一点中国的学生应向外国的学生学习，同一堂课，就笔者授课体会，外国学生的提问是中国学生的两倍还要多。3.充分利用信息技术优势完善教学手段。现代信息技术的发展为教学手段的完善和提升提供了强有力的支撑，为提高教学效果提供了有利条件。就弹药装备教学手段而言，近十几年的教学手段与原有手段相比，变革可称为是革命性的，产生了彻底的变化，主要体现在以下几点：（1）改变原纸质、胶片式教学素材，取而代之以电子式，质量更清晰、传输更方便、幅面可调性大大增强。（2）大量采用仿真动画的形式展现弹药装备结构及作用过程，视觉冲击性更强。（3）虚拟现实技术的应用为学员参与实验（实践）提供了一种新的手段，这种手段可重复性强、安全性和经济性也更好。（4）网络手段及网络课程的建立为学员课下学习、完成作业、互动提供了一个平台。
“坚持能力为重”，培养满足部队岗位需求的弹药人才
1.打牢理论基础，为长远发展提供源动力。此处的理论基础既包括机械基础、电子基础、光学基础、文化基础，又包含与弹药装备构造原理理论基础。首先，因弹药装备在不断更新换代，有了牢固的基础，方能“以不变应万变”，才能更迅速地掌握新装备知识。其次，有了理论基础，更利于后续硕士、博士研究生的考取和深造。再次，随着工作岗位的变迁，需要管理的装备类型会越来越多，更需要多学科、多专业的理论基础。2.突出实践技能，满足第一岗位任职需求。“万事开头难”，对XX装备专业毕业学员来说，能否胜任第一任职岗位，能否顺利“踢开前几脚”，关键在院校期间的培养和学习。因此，在专业学习期间，必须紧贴岗位需求，突出实践技能培养。然而，短短几个月时间，并且受教学场地限制，不可能对每一种弹药装备、每一个岗位、每一个环节都进行培训。笔者认为应侧重以下几点：一是选取典型装备进行实践，达到以点带面；二是区分对象，不同对象重点学习部分岗位，对其他岗位只做相应了解；三是对不同对象，互相观摩，对没操作过的岗位，也有一定的直观印象。
作者：仲伟君 齐杏林 王卫民 贾东涛 单位：军械工程学院 65121部队
关键词：非接触测量;面阵CCD;实时处理;运动目标检测;多线程
中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：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,电荷耦合器件)是20世纪70年代初发展起来的新型半导体集成光电器件［1］。由于CCD器件具有诸多优点，使得近30年来，CCD器件及其应用技术的研究取得了惊人的进展。目前国内利用CCD进行工业实时在线检测的系统大多用线阵CCD，精度不高、结构复杂、重量重、体积大、建造成本高、整体结构松散、数据量增大处理运算麻烦等，而面阵CCD光敏呈二维排列，可以将二维平面图像直接转换为一维光电信号输出，为提高采样精度和简化结构提供了条件。随着计算机技术的飞速发展以及动态图像处理理论的深入研究，采用面阵CCD图像传感器对运动目标进行监测成为测量领域的一种新的趋势［2］，尤其在航天通信系统中，跟踪与数据的获取是为星座相对运动之间提供数据信息、连续跟踪与轨道精确测控服务的。
通过星座仿真可以得出，星座的相对运动的特点，应用面阵CCD来完成星座的相对运动的跟踪是一种新的跟踪方法，它使硬件变得简单，大部分数据处理都由软件来实现，使得跟踪达到速度与精度的完美结合。本文旨在用2个气浮台来模拟星座的相对运动。以目标气浮台上的光学反射球作为跟踪目标，位于追踪气浮台上的面阵CCD用来实时测得包含运动目标的图像信息传送到计算机；再由计算机进行处理得到运动目标位置信息、相对距离和方位；把测得的数据由串口输出给控制单元，进行精确的测量从而实现检测跟踪的目的,模拟跟踪如图1所示。
图1 模拟跟踪图
2 系统工作原理
(1) 系统组成框图
本系统中主要由采集部分、处理部分、显示部分和控制部分组成，系统组成的框图如图2所示。
(2) 面阵CCD传感器工作原理
面阵CCD由成像区(光敏区)、暂存区和水平读出寄存器3部分构成。当工作时，图像经物镜成像到光敏区，光敏区上电极加有适当的偏压时，光生电荷被收集到势阱里，这样就将光学图像变成了电信号。当光积分周期结束时，所有收集到的信号电荷迅速转移到暂存区中，然后经由水平读出寄存器，经输出级逐行输出1帧信息。在第一帧读出的同时，第二帧信息通过光积分又收集到势阱中，这样可以一帧一帧连续读出［3］。
本文采用北京微视公司MVC1000M系列具有130万像素的面阵CCD传感器［4］，如图3所示的实物图。
图2 系统组成框图
图3 MVC1000M摄像机实物图
3 图像处理单元
(1) 图像的预处理
为提高图像处理速度采用一种快速中值滤波的算法［5］，设n×n个像素方形滤波窗口为：
X11X12…X1n
X21X22…X2n
…………
Xn1Xn2…Xnn
该方法可表示为：
Gk=Med{Xk1,Xk2,…,Xkn},
Gk=Med{G1,G2,…,Gn}
其中k＝1,2,…，n。
n×n 方形窗口进行1次中值滤波需要进行12n2・(n2－1)次排队比较运算；同样窗口进行1次快速快速中值滤波只需进行12n(n2－1)次运算，运算次数减少为原来的1n。快速中值滤波虽然是将二维阵列分解为一维运算，但由于它是首先求取水平各行的中值，再取出这些水平各行中值的中值，滤波结果中既包含窗口中的行信息，又包含列信息。因此，这种用多次一维中值滤波代替二维中值滤波的处理技术是合理的。
（2） 特征提取及位置的确定
为了进一步对图像做分析和识别，就必须通过对图像中的物体(目标)做定性或定量分析来得出正确的结论。在本系统中，由于目标是处于运动中，所采集到的目标图像会有不同程度的改变，另外，在目标跟踪系统中，通常只需辨明目标的类型，并不需要了解有关运动目标图像中更多的细节。
因为要给出目标点的位置，所以每张图像上的物体最终只能用1个点来表示，这个点就是物体的中心点，在图形学上称为图形的几何中心。确定物体的几何中心，只需扫描整张图像，寻找颜色是白色点，记录它们的横坐标和纵坐标，并做累加，同时累加白色点的个数，最后把累加得到的横坐标的值除以白色点个数后，得到的值就是物体中心点的横坐标数值，纵坐标也是如此［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，这样得到物体的几何中心还是比较准确的，除非物体在运动过程中发生了非常大的形变。得到的质心是运动物体在图像中的像素坐标，转换成实际坐标从而达到对运动目标的实时监测。
4 软件设计
CCD采集获得的图像为8位位图格式，本文采用可视化编程软件VC++实现图像预览以及处理［7］。处理后的数据经串口输出给控制部分。计算机的程序流程图如图4所示。
面阵CCD采集到的图像经处理提取后，得如图5所示其实时图像，并提取跟踪目标的坐标，图像每过100 ms数据处理1次，并与下位机进行通信进行控制。
在串口通信模块软件实现中使用API函数结合非阻塞通信、多线程等手段；在主线程中处理图像数据，在辅助线程中监视串口，有数据到达时依靠事件驱动，读入数据并向主线程报告，并且WaitCommEvent()，ReadFile()，WriteFile()都使用了非阻塞通信技术，依靠重叠（overlapped）读写操作，让串口读写操作在后台运行。这样做大大节省了时间，提高了系统的运行效率［8］。
5 硬件设计
计算机通过RS 232的方式与单片机进行通信，将测得的位置信息传送给单片机，单片机收到数据后控制步进电机进行跟踪［8］。其主要包括下位机与上位机的通信，以及步进电机的驱动电路的设计，硬件控制的框图如图6所示。
图4 计算机程序流程图
图5 调试时的运行界面
6 结 语
本文通过面阵CCD对图像采集,结合计算机数字图像处理技术以及单片机，实现了对数据图像的扫描处理,从而获得了跟踪点的目标位置及对扫描的图像进行实时动态的显示以及跟踪。在软件设计中使用了快速中值滤波和多线程技术使得在实际使用中能够达到实时准确的目标，为提高非接触位置测量方面的理论研究、测量技术及工程设计的水平将有很大的帮助。随着CCD传感器制作技术的提高，图像处理软件的进一步发展，CCD传感器与集成电路进一步集成，面阵CCD传感器的应用前景将更加广阔， 其应用的领域将深入到每一个相关的专业领域，将给人们带来新的概念［9］。
图6 硬件控制部分
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作者简介 王玉红 女,1979年出生,硕士研究生。研究方向为测控技术。
封维忠 男,1950年出生,副教授,硕士生导师。研究方向为电子测试测量技术。
（军械工程学院火炮工程系，石家庄 050003）
摘要： 在装备操作仿真训练的机理模型建模过程中，由于训练内容较多、装备工作状态复杂，难以建立表达明确的面向操作训练的机理模型。针对这种情况，基于混杂自动机理论提出适合装备操作系统的自动机模型，并对其建模实现方法进行研究，提出了一种利用Simulink/Stateflow建立离散系统模型，并且按照不同的训练内容和装备工作状态建立多个连续系统模型的机理建模解决方案，在实际应用中，提高了建模及工作效率。
关键词 ： 仿真训练；混杂自动机；Stateflow；机理模型
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）03-0048-04
作者简介：马子龙（1989-），男，河北石家庄人，硕士研究生，主要从事武器系统仿真与虚拟样机的研究；房立清（1969-），男，河北石家庄人，教授，博士研究生导师，主要从事武器系统仿真与虚拟样机方向的研究。
0 引言
目前随着多种新装备陆续装备部队，新装备的教学和训练还停留在人工和多媒体教学、武器实装训练的状态，这种情况下存在人员接触装备少、装备了解不深入的缺点，制约了战斗力快速生成。针对新型装备的训练，不同型号武器装备模拟器的涌现，改变了以往的武器系统教学及训练模式，促进了人员对装备结构、工作原理的理解和操作技能的掌握。
机理模型作为抽象的系统工作原理，具体到武器装备的操作训练模拟系统中就是系统工作情况的控制模型。在工程实际过程中，建模人员往往按照装备工作流程在外观模型上直接进行编程，且建模过程缺乏理论指导。在武器系统的模拟器开发过程中，尤其是含有复杂机械结构的装备机理建模的过程中，一方面需要根据各个机械零件的传动关系建立准确的运动模型，又要根据其运动过程中可能引发的状态转换建立状态模型。在对一个复杂系统的建模研究中，常常会包含由连续时间物理过程描述的动态系统和受离散事件驱动的离散子系统，这就需要一种二者结合相互作用的系统——混杂系统来描述[1]。以机械结构为主的武器系统机理建模非常符合混杂系统的既包含由连续变量所描述的物理层的动态演化过程，又有以符号操作和离散监控决策为特征的高层协调优化过程的特征[2]。
本文在讨论了适合装备仿真操作训练系统的混杂自动机模型的基础上，针对以机械结构为主的武器装备，利用Simulink中的Stateflow工具和Virtools虚拟现实软件对武器装备工作过程进行建模仿真，同时对连续系统的连续变量进行离散化处理，使建模更加方便，同时对异构系统之间的数据交互进行研究，提出了一种较为实用的武器训练系统的机理建模方法。
1 装备仿真训练模型结构
目前武器训练模拟器的操作训练仿真模型构建的主要依据为相似性原理[3]。根据装备仿真模型的相似性，可以将其分为对装备几何结构直接映射的外观模型和对其工作原理进行抽象化表示的机理模型[4]。装备仿真模型建模过程中，一种是将交互动作采集、数据处理解释和虚拟装备的响应、显示的过程整合在一个模型里，建立紧耦合式的仿真模型的方法，但是对于一种模型的修改也要相应的修改另外一种模型，很不方便。另外则是如图1b中所示的松耦合式仿真模型，这种分开建模的方法便于模型的维护、扩展和重用。
外观模型可由三维建模软件建立，机理模型则包含了众多数学模型和操作逻辑等，因此在建模过程中较为复杂。如何对装备操作机理模型进行准确地建模，成为了武器系统仿真模型的建模关键。
2 装备操作训练系统的混杂自动机模型
装备仿真模型运行过程中，除了自身运行状态会导致离散状态的跃变，受训人员通过人机交互接口也会对系统运行状态和运行参数进行控制。混杂系统的结构组成表现为如图2所示的“三位一体”[5]，因此在式1表示的混杂自动机模型的基础上，添加接口映射，得到的混杂自动机模型为：
H=（Q，∑，X，U，F，E，T，γ，α） （1）
式3中的表征的混杂系统可以分为三个部分：事件驱动的离散决策系统（DEDS）、连续变量动态系统（CVDS）和转换接口部分。与其他系统略微不同的就是增加了人机交互作为系统的外部输入，相应地通过人机接口，操作者可以直接对DEDS系统进行控制，改变系统运行状态，也可以通过控制CVDS系统的动态变量，使混杂系统针对外界输入做出响应。因而，混杂自动机中的离散事件集合∑又包含两个子集合∑u和∑c，∑u包含的事件发生的条件由连续状态演化结果决定的，为不可控的；∑c为控制事件集合，其中的事件由外部输入和离散决策机构决定，因而为能控事件集合。图2所示的混杂系统结构中，U?哿Rm为m维的控制空间，uq（t）∈U和u（t）∈U分别为连续系统对应的内部和外部控制向量，则状态映射函数也可以表示为：
（2）
接口部分是混杂系统中的信号表达和处理方面的关键部分，主要由执行器和发生器组成。执行器可由离散状态集合Q和离散输出事件集合∑c到控制输入空间U映射γ表示，即：
γ：Q∪∑cU （3）
发生器由连续状态空间X到离散事件集合∑u的映射α表示：
α：X∑u （4）
在装备操作机理建模过程中，利用上面提出的混杂自动机模型可以建立完整的机理模型，但是随着装备工作状态和操作行为复杂度的增加，单一层次的模型会使状态空间的状态呈爆炸式增长，另外模型缺乏对并行机制的支持，不能描述装备的并行操作。针对上述不足，将Harel建立的层级有限自动机[6]中层级（Hierarchy）、并发（Concurrency）的概念对混杂自动机模型进行扩展，通过引入状态层次函数ρ和状态类型函数φ分别描述状态之间的层次和并发关系。因此，整个混杂系统的混杂自动机模型可以由下面的11元组表述：
H=（Q，∑，X，U，F，E，T，γ，α，ρ，φ） （5）
3 基于混杂自动机模型的装备操作机理建模
3.1 装备操作训练仿真系统 在进行基于虚拟现实技术的装备仿真训练系统构建时，武器系统中包含的机械结构复杂，从建模的效率出发，采用Solidworks对规则的机械零件进行建模和3dsmax对不规则曲面模型建模，最后经3dmax导出插件导出为.nmo格式，应用到Virtools虚拟现实编辑环境中。
装备操作训练仿真系统为半实物设计，分设多名操作者席位，在协同操作训练过程中，多个下位机与控制引擎之间的交互是基于UDP协议的网络通信。装备操作仿真系统硬件组成如图3所示。
由图3中可知，利用Matlab/Stateflow工具建立的是基于有限状态机理论的离散系统模型，即上层控制系统，在虚拟现实编辑环境中，建立仿真操作连续子系统模型，其中包括装备外观模型和部分机理模型。接口部分的映射则包括在Matlab/Simulink模型中的S函数和Virtools中的事件触发部分。由于操作训练的内容不同，对应的装备工作状态也不一样，各个机构之间的运行状况也不同，因此，对CVDS模型进行划分，便于建模和系统控制。系统模型结构如图4 所示。
3.2 基于有限状态机理论的DEDS建模 本文主要基于某型火炮的机理建模过程，首先应分析其工作流程，并按照一定的操作阶段和武器系统的状态划分工作阶段。在由行军状态向战斗状态转换过程中，需要进行升炮操作，如图5所示，分别有三个控制手柄分别控制1、2、3号炮脚的液压系统的工作状态，另外有启动和停止按钮操纵炮脚液压系统的工作启停。操作流程主要为首先通过3个控制手柄设定炮脚液压系统的起落状态，然后通过控制按钮控制液压系统的启停。
例如当系统进行到升炮训练进程时，如图6所示，炮手扳动控制手柄1控制炮脚落下，Virtools中的控制手柄的模块在接收人机交互模块发出的消息后，在进行手柄扳动的动作演示同时，利用UDP通信模块将操作事件发送给Simulink，Simulink针对操作事件信息进行数据解析后利用S函数编写的模块在线修改常量模块的参数值，触发HANDLE_1_DOWN事件，手柄1的工作状态由Handle_1_UC进入Handle_1_DOWN，随着Handle_1_DOWN的状态被激活，Simulink会将状态触发利用S函数编写的模块进行相应的编码，随后经BytePack和UDPSend模块广播至其他操作者席位。同样地，在对其它两个控制手柄设置状态时，由于Handle_State的类型为AND，三个控制手柄的的操作为并行关系，相互之间没有影响，每个控制手柄状态类型为OR，其中包括3个互斥子状态，分别为对应一个控制手柄的3种状态，每个子状态会对一个作用范围为Local的变量进行赋值，例如当Handle_1_DOWN被激活时，Handle_1_Flag被赋值为2。当按下“启动”按钮时，Simulink接收VT发送过来的启动事件编码，经解析后，触发START事件。3个炮脚的液压系统会根据对应的控制手柄中状态标志，进行相应的动作，当PJ_State处于工作状态时，3个并行的炮脚工作状态同时处于激活状态，各个状态根据Handle_1(2,3)_Flag条件转移至相应的炮脚具体工作状态，Simulink会以广播方式告知虚拟环境进入相应的装备动作。
在Virtools建模过程中，针对装备的不同部组件进行相应的建模，因此不同的部组件仿真模型可以看作多个连续变量系统。当炮脚进行工作时，当炮脚下降到最大位置或炮脚收回至初始位置均会使液压系统停止工作，反映到装备仿真模型中，即Virtools在DEDS系统处于PJ_State状态时，监控炮脚液压系统的工作模型中的炮脚伸长量，当达到上确界或下确界时，触发PJ_1(2,3)_LENGTH事件，Stateflow机理模型针对输入事件进行状态转移，从而控制系统的工作状态。
3.3 改进的复杂机械结构运行机理模型 以机械装备模型为主的装备仿真机理模型建模过程中，为了提升虚拟环境的沉浸感和机械结构的运动系统的准确度，在连续子系统的行为建模中，将连续子系统对应的难以求解的离散状态的连续演化规律用运动学分析软件导出的离散参数代替，能较为方便地建立机械结构运动仿真模型。例如在对往复机构建模过程中，内部零件模型可在Solidworks中进行三维建模并利用Solidworks Motion插件，自动求解机构运动仿真参数，并添加到Virtools中，实现模型的准确控制。
由于利用Solidworks Motion求解的零件运动参数的测量是在其局部坐标系下，因此将运动参数输出到Virtools环境中须进行调整。一是作三维坐标变换，采用齐次坐标技术来对空间坐标进行变换，变换矩阵为4×4矩阵。
二是利用指定作参考位置的物体的方法，即指定Referential（参考）实现参数的直接利用，显然第二种方法更加简单实用。利用Solidworks Motion解得的阀门杆在x、y、z三个坐标轴上的位移，在凸轮旋转一周内的变化的运动学参数如表1所示。
将得到的零件运动参数按照不同的机构保存在Virtools的表（Array）中，一般存储长度为具有最大运动周期的零件的一个周期，系统运行时根据运行的步长进行查询和进行线性插值即可。该方法一方面节约了硬件资源，另一方面，使以机械结构为主的装备模型的机理建模更加方便快捷。
3.4 数据交互实现 在机理模型建模过程中，除了利用Stateflow进行离散控制系统的建模和与装备外观模型耦合的连续系统建模，二者的通信接口部分的实现对于异构系统之间的协作至关重要。以Matlab/Simulink为控制引擎，实现对Virtools行为模型进行分布式交互控制，则需要针对其进行特殊的设计。
首先，仿真操作系统和Simulink环境之间的数据交互利用基于UDP协议的网络通信实现。利用Sockets套接字编程编写UDPSend和UDPReceive BB通信模块。通过UDPSend BB对人员的操作事件、CVDS的系统变量引发的事件信息和变量进行发送，利用UDPReceive BB接收Simulink模型发送的离散状态、事件和变量信息。
可以通过Simulink中编写的S函数实现对UDP接收的数据进行解码操作，并利用set_param语句对常数（Constant）模块修改参数实现Stateflow中的事件触发和变量修改操作，并且对系统发出的状态、事件和数据进行编码，实现不同软件系统之间的数据交互。
Simulink控制模型和Virtools仿真模型之间的数据交互流程如图8所示。
4 结论
本文在对装备仿真模型分析的基础上，对混杂自动机模型研究，提出了一种适合装备操作训练的自动机模型，并对模型实现方法进行研究，提出了利用Matlab/Stateflow对DEDS进行建模，将复杂连续系统的连续变量描述改为离散参数的查表。解决了装备操作机理模型建模过程中的建模困难、可读性差、维护困难等缺点，对于装备操作训练仿真机理模型的建模及实现提供一条有效思路。
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