潜艇训练模拟系统训练效果评估方法论文

潜艇训练模拟系统训练效果评估方法研究摘要：给出了对模拟训练系统训练效果评估方法的设想，重点阐述了柔性指标评估的考核方法和计算的基本原理，指出了进行训练效果评估的意义及实现的技术难点。

关键词：训练模拟专家系统效果评估柔性评估

1、引言

作为综合模拟实验平台的重要组成部分，潜艇训练模拟系统在潜艇艇员培训中起着举足轻重的作用。实施模拟训练是提高艇员操作水平、增加突发事故应急处理经验，增强艇员协同配合意识的重要途径。因此，如何衡量艇员在该系统的训练效果，将对科学评价部队的训练水平、缩短训练周期、提高训练效果具有重要意义，对提高模拟系统的稳定性和新型综合训练模拟系统的研制也会起到推进作用。

2、模拟系统训练效果评估方法设想

潜艇操纵模拟系统可提供潜水均衡、潜艇水下机动、水下应急情况处置等训练科目。教练员可通过仿真监控台对潜艇的主要运动参数的实时变化曲线等进行监控。经对诸多监控量进行分析和梳理发现，其中真正影响潜艇训练和操控品质的主要包括两种指标，即刚性指标和柔性指标。

2.1 刚性指标的评估

刚性指标的评估易于操作，只要对照标准逐项打分即可；在潜艇操纵模拟系统中主要包括操作流程和报警量两个方面：

2.1.1 操作流程

实践经验表明，已经明确列入条令，严格执行此类规章制度可最大限度地避免各种事故的发生。从操纵流程入手进行考核评估，可以充分考量艇员对训练课目的熟悉程度及定性判断的能力。绝大多数操纵流程已经明确列入训练考核大纲，并且有具体的考评和扣分标准。

2.1.2 报警量

一般的报警量主要有：损管报警、故障报警、状态参数越界报警等。

损管报警和故障报警，可考察操纵人员发现故障的反应时间、对故障的定性判断与能否正确采取应急处置措施、排除故障的时间长度等。

在操作特定课目时，经常会遇到状态参数报警的情况，有时多个越界参数会同时报警。所以，在建立评估标准时，是否出现参数越界报警及其出现次数等也是评估重点。

2.2 柔性指标的评估

柔性指标的评估受主观因素的影响较大，评估者对指标系统的理解程度、对评估对象的熟悉程度、评估过程中的独立性、评估全过程的记忆和把握等，都会对评估结果形成一定影响，甚至是决定性影响，所以对柔性指标的评估是整个训练效果的难点。

通过作者多年工作的经验发现，教练员在教控台观察潜艇状态最直接的方式就是潜艇的时间-深度曲线。艇员的每一次操纵效果

都可通过这种过程曲线反映出来，在评估考核中，可将艇员的操纵曲线与预制好的标准曲线进行比较，并根据超出容差的范围予以扣分而进行辅助评估。

2.2.1 考核原理

过程曲线考核的依据是过程量的设计曲线，其原理是按照模型的运行而实时检查仿真模型中的过程参量操作数值与过程设计曲线的偏差和偏差程度，并通过累计偏差而计算学员操作的扣分，如图1所示。

在图1中，横轴代表时间，纵轴表示深度；粗实线表示设计曲线；两条虚线之间的区域表示有效范围，超出该范围则需扣分；细实线表示仿真培训实际操作曲线。为了说明考核原理，该图对操作曲线进行了夸大。

在图1中，如果由横坐标轴和曲线的幅度可以构成的图形之面积用s表示（可通过曲线的特征参数求得），由两条虚线表示的偏差允许范围面积用se表示（可通过累加的方法近似求得），则可由s和se求得偏差允许范围之外的面积a=s-se。学员的操作曲线在该面积中，表示操作偏差超出允许范围，需作扣分记录。比如，图1中的操作曲线超出偏差允许范围的面积为s1、s2和s3，它们分别是偏差允许线和实际操作曲线所围成的封闭面积，也是进行扣分的面积，称为偏差面积或扣分面积。这样，扣分面积所占面积a的比例即是所扣分的比例，按百分制计算，所扣分k为：（1）

通过上述的分析，可以计算出曲线考核的扣分，其原理基于偏差面积。由于曲线的横轴是时间、纵轴是深度、偏差面积是时间和深度偏差量的乘积，所以超出偏差范围的时间越长偏差面积越大；过程数值偏离允许偏差越大偏差面积也越大。可见，该方法既考虑到偏离的程度，也考虑到偏离的时间，相对是比较合理的。

2.2.2 偏差面积的计算原理

根据上述的扣分原理，在进行过程曲线考核中，需要实时检查学员的操作曲线与设计曲线的偏差，并计算偏差面积。在仿真过程中所采用的是对偏差积分方法求得偏差面积，如式（2）所示：（2）

式中t为总的考核时间，y1为第i时刻设计曲线所表示的过程参量数值，y2为第i时刻该过程参量的实际数值，为第i时刻所允许的偏差，为计算时间间隔。

当然，上式是在实际操作曲线超出允许偏差范围[即 ]时才进行偏差面积计算，否则是在允许偏差范围之内。

基于这种计算方法，在考核进行中，必须已知以下参量：

第一，描述过程设计曲线的属性参量，包括设计曲线所表示的时间段和设计曲线的高限、低限数值。根据这些参量计算t时刻设计曲线所表示的数值公式为：

（3）

式中，为第t时刻过程参量的设计数值，为第t时刻设计曲线的y坐标值，为设计曲线表示的高限值，为设计曲线表示的低

限值。可见实际上是设计曲线的幅度。通过上式可以计算出在任意时刻设计曲线上的点所表示的数值。

第二，过程参量的实际数值。通过表示该过程参量的变量名从仿真模型中实时取得模型运行的实际数值。在曲线考核过程中，考核程序随着模型的运行，实时从模型数据库中取得过程参量的实际数值，同时从设计曲线上进行取点并计算过程参量的设计数值，进行比较而最后计算出曲线考核的偏差面积。

3、潜艇训练模拟系统训练效果评估的的意义以及实现的技术难点

3.1 训练效果评估的意义

（1）建立了一套完整、科学、符合模拟系统自身特点的训练效果评估模型。在实际考核中，可更为客观地反映艇员操纵熟练程度等过程信息。

（2）规范了考核步骤，统一了考核标准。从而使参训人员能够在一个公平、公正、公开的环境下进行考核，充分调动了参训艇员的积极性。

（3）解决了合格教练员较少的矛盾。合格教练员的培养周期长，难度大。一般来说，一个系统的教练员需要掌握整个系统构造、理论原理、实际操纵以及设备的调试、维护、保养等方方面面的知识。以潜艇操纵系统为例，要想成为一个合格的教练员，就需要深入而熟练地掌握舵手、舱段军士长、艇长、机电长和值更官等岗位有着深入的了解和掌握，不然就无法对艇员的训练做出适当的指导和恰