智能工程機械仿真訓練系統軟件設計
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摘要：本文就該模擬訓練系統的核心——軟件部分作出詳細介紹，并說明了主要技術和實現過程，對軟件中的訓練平臺策劃、角色場景美工、程序開發重點、智能主動式仿真訓練教程開發等重點環節作了重點說明。
1總體介紹
智能工程機械仿真訓練系統的主體及專家庫均采用C#語言開發，基于MONO，兼容微軟.netframework。軟件界面及流程部分基于Unity引擎開發，支持各種主流設備，包括PC、MAC等。系統數據庫支持本地數據庫SqlLite以及網絡數據庫SQLServer；系統主要開發工具為MicrosoftVisualStudio2016，輔以3DSMax和.net網絡庫進行三維模型及場景構建和導出與網絡實時通訊的開發。對于多種不同的工程機械設備，基于面向對象的方法開發統一的代碼基礎類庫，以方便代碼的重用，接口的統一，和功能的一致化升級。通過互聯網絡，抽象各設備的狀態參數以在同一共享場景下進行各設備的協同化工作。本項目采用的技術復雜，跨越多個領域，涉及機械、機電一體化、多服務器網絡環境、多平臺協調，而且具有軟件種類繁多、硬件環境復雜等特點，因此在項目實施時，必須分步實施。智能工程機械仿真訓練系統采用模塊化方法進行研發，模塊組成包括：視景仿真平臺、實時仿真、人機交互、視景特效技術、硬件控制和顯示系統等。整個系統內部以“視景仿真平臺”為核心，連接外部“硬件接口單元”?！耙暰胺抡嫫脚_”通過視景特效技術，可以實現實時仿真（包括運動仿真、碰撞檢測、視角控制、音效仿真等功能）和人機交互（包括人員管理、培訓考核、系統組態配置、成績管理等功能）?！坝布涌趩卧眲t可以將全實物的駕駛室、多屏顯示器、油門、操作桿等操作硬件連接起來，為“視景仿真平臺”提供傳感器輸入及對外執行機構。
2主要技術說明
通過在智能工程機械仿真訓練軟件系統中建立工程機械仿真訓練信息大數據，進而建立工程機械仿真訓練智能專家庫。此外，通過運用大數據的強大數據處理能力，發現各種工程機械仿真訓練相關規律與信息，并將這些規律引入到專家庫，再將智能專家庫用于工程機械仿真訓練中，從而實現主動引導式訓練，帶來高效的訓練效果。（1）通過大數據發現學員學習情緒和效率的變化規律，建立專家庫規則，并構建使學員感興趣的教學情景，以穩定學員學習情緒，提高學員學習效率。（2）發現訓練問題與處理規律，實現智能糾錯?！皻v史總是驚人的相似“，相似學員在訓練過程中出現的錯誤操作等問題，必定有著相似的起因。問題一旦發生，無外乎二個原因：人的原因、物的原因。大數據可以在繁復的故障及障礙相關數據中，總結出相應的問題前期征兆以及后期的處理規律。當有類似征兆出現后，專家庫可以隨著征兆的符合程度依次提高智能糾錯處理，讓學員的錯誤操作盡快終止，以消除問題與障礙，盡快形成優良的操作習慣。（3）發現訓練中的管理規律，提高訓練管理水平，針對性定制訓練計劃。針對眾多學員的訓練管理規律，可讓專家庫系統為每個學員定制訓練計劃，有針對性的查優補缺，提高訓練設備利用率及學員訓練效率。（4）強化學員危機意識，形成良好的操作習慣。運用大數據挖掘并發現工程機械在實際操作過程中因錯誤操作發生的事故經驗規律，并引入到智能專家庫中，讓智能專家庫定制的相應的訓練場景，避免學員因操作失誤導致類似事故發生。智能工程機械仿真訓練系統會將系統中的各操作硬件有機組合起來，并與大數據平臺中的專家庫系統連接，實現安全、極速的浸入式3D全景主動式訓練?；谌S虛擬現實多媒體技術的計算機平臺來實現真實工程機械設備的仿真演示、模擬真實操作的應用系統，實現全新訓練視覺效果。編制的仿真操作軟件畫面真實感強，操作反應迅速、體現物理效果、動態陰影效果、音效等，并能結合工程機械等硬件，開發了由操作臺、控制箱、計算機系統、接口卡、顯示設備等構成的工程機械仿真訓練系統。實現的智能主動式的智能工程機械仿真訓練系統在操作人員培訓中可以完全解決目前同類系統存在的以下弊端：（1）工程機械駕駛員培訓難以實現個別化教學方案，不能適應受訓人員不同的知識、心理、年齡等綜合因素的影響。（2）培訓老師認知結構不同、操作方式、培訓技能不同導致培訓出來的學員質量良莠不齊。（3）工程機械操作人員培訓耗時、耗力、培訓困難。尤其常規直接上機操作的培訓方式還非常危險。
3軟件實現過程
為了系統軟件各項功能的實現，首先，項目參與的技術人員分三個小組：策劃、程度、美工，三者有著緊密的合作關系，每一個分工部分都會有各自不同的工作內容，如果把所有的工作成果整合在一起并在一個平臺中實現，就組成了一個完整的訓練平臺產品。軟件功能實現過程中，核心工作有：
（1）訓練平臺策劃
訓練平臺策劃類似于一個游戲開發的策劃。項目負責人以創建者和維護者的身份參與到訓練系統平臺的世界中，將想法和設計傳遞給程序設計和美工設計；在策劃過程中，項目負責人需要把握系統的整體概念并對開發工作進行管理和協調，并對訓練平臺的系統進行整體策劃，例如選擇機型、工作狀況、錯誤狀況、排行榜、實際得分等系統，需要提供界面及界面操作、邏輯判斷流程圖、各種提示信息等。訓練平臺數值策劃又稱平衡性策劃。平衡性策劃需要把握平衡性方面的規則和系統的設計，包括AI、關卡等，以及除了操作過程以外，都需要數值策劃負責。游戲數值策劃的日常工作和數據打的交道比較多，如在訓練平臺中所見的操作失誤損失值、HP值，甚至包括得分的公式等等都由數值策劃所設計。需要進行訓練關卡策劃，例如負責訓練場景的設計以及任務流程、關卡難度的設計，其工作包羅萬象，包括場景中的操作失誤分布、AI設計以及訓練平臺中的碰撞設計等等都會涉及。需要對訓練平臺的腳本進行策劃，例如場景中水紋運動的腳本編程，工程機械聯動的腳本編程，工程機械所用的反向動力學的腳本編程等。
（2）訓練平臺角色場景美工
以軟件美工為例，美工是指電子訓練畫面中的美術組成部分。通俗的說，凡是訓練中所能看到的一切畫面都屬于訓練美工的工作范疇，包括地形、建筑、植物、人物、動物、動畫、特效、界面等的制作。訓練美工可以簡單的分為2D和3D兩類，2D即使用位圖等二維圖形制作訓練場景；3D則是通過大型的3D游戲引擎制作訓練世界和各種物件的3D模型，并由計算機處理后得到真實感較強的3D圖像。同理，在智能工程機械仿真訓練軟件開發過程中，同樣需要對UI進行設計，簡單說就是訓練平臺操作界面，登陸界面，訓練平臺道具，得分標志，訓練平臺中小物件的設計等等。包括場景中的環境、機械、道具等的設計，以盡可能制作出精細逼真的場景元素。對角色進行設計，對工程機械模擬訓練平臺中的特效進行設計，例如訓練平臺中機械的動動產生的灰塵、碰撞產生的火花、場景中水流的質感等等。對訓練平臺中的角色動畫的制作，原畫、場景，角色、道具、動畫、特效的全部制作工作和整合。需要制作的技術、規范，了解制作流程，通過完成模擬游戲項目鞏固和提高之前的知識，掌握游戲美術設計的綜合技能。
（3）訓練平臺程序開發
在工程機械模擬訓練平臺開發過程中，是通過C#對腳本程序進行編程的，而在腳本程序實現的過程中，則需要通過模塊化的方式，逐步實現軟件各個功能。所謂模塊化是指解決一個復雜問題時自頂向下逐層把系統劃分成若干模塊的過程，有多種屬性，分別反映其內部特性模塊化是一種處理復雜系統分解為更好的可管理模塊的方式。模塊化可用來分割，組織和打包軟件。模塊化是一種處理復雜系統分解成為更好的可管理模塊的方式，（兩句話重復？）它可以通過在不同組件內設定不同的功能，把一個問題分解成多個小的獨立、互相作用的組件，以此來處理復雜、大型的軟件。在訓練平臺的開發中，利用程序模塊化分工，進行腳本編程，可以到達工作簡化的目的。
（4）基于大數據的智能主動式仿真訓練教程開發
基于多年采集的仿真訓練數據，研發基于大數據的智能主動式仿真訓練模塊，可以實現對工程機械駕駛員培訓的因材施教、個性化主動培訓，避免平臺被動地受到受訓人員的知識、心理、年齡等綜合因素的影響。同時，也避免了平臺因局限于培訓老師對結構不同、操作方式、培訓技能認知不同而導致培訓出來的學員質量良莠不齊的情況。
4結語
基于本文介紹的軟件設計方法，近年來，筆者所在的公司研發、實現并已開始批量銷售的智能工程機械仿真訓練系統有煤礦機械、汽車起重機、橋門式起重機、塔式起重機、挖掘機、叉車、裝載機等十余種。依靠操作簡單、界面友好、仿真度高、操作感受真實等優勢，公司開發的一系列仿真訓練系統受到了用戶的一致好評，取得了優秀的銷售業績。
參考文獻
[1]李浩冬.淺談工程機械智能化與信息化發展[J].城市建設理論研究(電子版),2018(07):63.
[2]孫謙.工程機械專業建設的機遇與挑戰[J].黑龍江科學,2018,9(16):110-111.
[3]錢永產,肖勇,李健.工程機械模擬訓練技術[J].科技資訊,2016,14(31):180+182.
作者：卜凡 肖玉美 李敏 趙玉鈞 單位：徐州前誠網絡科技有限公司
