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多设备适应操作训练系统的设计与实现

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设备 适应 操作 训练 系统 设计 实现
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分 类 号 学 号 M200973247 学校代码 10487 密 级 硕士学位论文硕士学位论文 多设备适应操作多设备适应操作训练系统的训练系统的 设计与实现设计与实现 学位申请人 :汪玲玲 学 科 专 业:系统分析与集成 指 导 教 师:李衷怡 副教授 答 辩 日 期:2012 年 2 月 8 号 A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Science Design and Implementation On Multi-device operation training system Candidate : Wang Lingling Major : System Analysis and Integration Supervisor : Associate Prof. Li Zhongyi Huazhong University of Science and Technology Wuhan, Hubei 430074, P. R. China Feb, 2012 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名: 日期: 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保 密,在 半 年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密。 (请在以上方框内打“” ) 学位论文作者签名: 指导教师签名: 日期: 年 月 日 日期: 年 月 日 I 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 摘 要 设备的操作训练仿真主要用于对学员的日常操作培训。利用传统的计算机软件 仿真技术实现的设备训练只能应用于对特定的设备的操作培训,可移植性差。本文 利用面向对象开发的思想,设计开发出了适应多设备操作训练的仿真系统,它能够 适应结构与功能差异很大的设备以及相同设备在不同工况下的操作训练仿真,满足 学员的日常培训需要,具有良好的移植性和扩展性。操作训练过程中,学员选择相 应的设备,然后由操作平台为学员加载相应的设备数据,初始化设备信息,用户操 作时系统能够给予实时响应。 本文在分析当前设备的主要操作培训方式基础上,以设备操作训练过程为研究 切入点,结合模拟仿真技术完成了设备的虚拟操作训练系统的设计。主要设计思想 是将设备数据分为属性数据和逻辑数据,并以数据化的形式存储起来,实现数据与 操作平台的分离,方便操作平台动态加载设备数据;此外,使用图形化的编辑器使 系统具有对设备编辑的功能,教练员可以根据需要对设备信息进行编辑,以满足不 同的训练要求。采用界面操作的方式简单易行,加强了人机交互控制功能。最后在 该系统操作平台下以具体的设备为操作训练模拟对象,实现了设备的操作训练仿 真,取得了令人满意的效果。 关键词:操作训练、多设备、模拟仿真技术、数据化、人机交互 II 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 Abstract The operation and training simulation of the device is mainly used for students daily operation and training. The device training realized by traditional computer software simulation technology can only be applied to certain device for employee training, its portability is bad. This paper designs and develops the simulation system which adapts to the operation training of more devices based on object-oriented, It can adapt to simulation and operation by the big differences of the structure and function among different devices and the same device under different working conditions, meet the daily training needs of the students, with good portability and expansibility. In the raining process, students choose one device, and then the system loads corresponding device data for students, initializes equipment information, and has real-time response according to the user operation. Based on the analysis of current main device operation and training methods, this paper uses the device operation training process for research breakthrough point, completes virtual operation training system designation of device combined with the simulation technology. The mainly design thought is to divide the device data into attribute data and logical data, and storage them up in the form of digital, separates the data and operation platform, so that the operation platform will dynamic load the device data conveniently; In addition, using graphical editor enables the system with device editing functions, the coach may edits the devices information according to different needs, in order to meet different requirements of training, the way of interface operation is simple, and strengthens the man-machine interactive control function. Finally in the system platform using specific equipment as operation training simulation object to achieve the operational training simulation and obtain a satisfactory result. Keywords: Operation training, Multi-device, Computer Simulation Technology, Digitization, human-computer interation III 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 目 录 摘 要 ................................................................................................................. I ABSTRACT ..................................................................................................... II 1 绪论 1.1 课题研究的背景..................................................................................... (1) 1.2 国内外研究现状..................................................................................... (2) 1.3 课题研究目的及意义 ............................................................................ (4) 1.4 主要内容及安排..................................................................................... (6) 2 多设备适应操作训练系统的整体设计 2.1 关键技术研究 ......................................................................................... (8) 2.2 整体设计思想 ......................................................................................... (9) 2.3 设备数据信息 ....................................................................................... (13) 2.4 设备的编辑与操作 .............................................................................. (16) 2.5 本章小结 ............................................................................................... (17) 3 设备数据化存储设计 3.1 设备数据的类设计 .............................................................................. (18) 3.2 数据存储方式 ....................................................................................... (26) 4 多设备适应操作训练系统的开发 4.1 编辑器的设计概述 .............................................................................. (29) 4.2 编辑器的开发 ....................................................................................... (30) 4.3 操作平台的设计................................................................................... (33) 5 结果与讨论 5.1 系统演示 ............................................................................................... (35) IV 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 5.2 系统分析与讨论................................................................................... (39) 6 总结与展望 6.1 工作总结 ............................................................................................... (40) 6.2 未来展望 ............................................................................................... (41) 致谢 .............................................................................................................. (42) 参考文献 ...................................................................................................... (43) 1 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 1 绪论 1.1 课题研究的背景 随着计算机软件水平的不断提高,虚拟设备仿真系统日益成为设备建模的主要 手段,利用虚拟设备实现对培训人员的操作训练越来越受到人们的重视。与真实设 备不同,仿真系统中的虚拟设备通常是设备及其配套零部件的结合,模拟真实设备 的操作过程。在经济高速发展的今天,设备操作培训无论在日常公司培训中还是在 教育教学中都是必不可少的。现实生活中,现代设备造价高、品种繁多、生产数量 有限、 体型庞大、自动化程度和部件之间耦合性较高 12,如果采用传统方式对培训 人员结合实装训练34,会存在着各种弊端,可行度不高5。因而,研究如何使用有 效方法进行设备的仿真训练,并且在培训过程中能够保证设备的完好性和使用性将 显得尤为重要。随着模拟仿真技术的迅速发展,对设备的操作训练采用实物、真 人、实地训练的缺陷越来越明显,国内外的一些研究机构,早就着手开始研究新的 方案和策略,目前已成功地将虚拟现实技术和模拟仿真技术应用到设备的操作训练 中,这不仅降低了维修成本和操作人员的安全隐患、提高“费效比” 67,训练效 率与效果也得到显著提高,同时也避免了采用实物进行实装训练时对设备零部件的 损耗,大大地提高了设备的使用周期,现已逐渐被军队广泛接受和采纳89。 计算机模拟仿真技术是一门综合性学科,将它运用于对虚拟设备的操作仿真上, 是以计算机为操作平台,建立设备模型,获得该设备的操作流程,模拟现实操作过 程,实现对用户的操作培训。传统的软件仿真方法只适应于对特定设备的操作仿真, 针对性强,然而存在着明显的缺陷与弊端:代码的移植性和系统的扩展性较差,而 且随着设备更新速度的加快,当设备的结构和性能发生改变,开发设计人员不得不 重新建立设备模型,改变设备的操作仿真方法,以适应现实的需要,这样就大大增 加了开发难度,同时也浪费了人力和物力。例如,2004 年,U.C Burkery 大学曾和 Lam Reaserch Lab 合作,运用自适应逆控制对 CMP 设备的人工神经网络模型进行了 2 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 仿真研究10;Joyce Hyde 等人则于同年使用动态神经控制器(Dynamic Neural Controller,DNC)的方法实现了金属刻蚀设备的仿真控制11。 这些研究只对算法进行了 研究和改进,但是关于如何运用面向对象的思想实现虚拟设备及仿真系统的研究较 少。 本文结合模拟仿真训练技术,采用面向对象的程序设计方法,以设备为研究对 象,对培训人员进行“实装” 、 “实地”和“实时”的操作训练,用于对真实设备进 行虚拟场景的模拟,进行操作训练的“预实践”3。通过相应的软件操作训练平台, 提供必要的人机交互控制手段,结合现实设备的操作原理和操作步骤为培训人员创 造出逼真的训练场景,使操作人员能够在特定的虚拟操作场景下进行仿真训练。它 为设备操作仿真训练提供先进的模拟手段,理论上克服了传统仿真方法的弊端,能 够大大改进培训效果,提高培训质量,增强了系统的可扩展性和重用性。 1.2 国内外研究现状 近年来,虚拟设备操作训练仿真系统的研究受到人们的普遍重视,尤其对设备 模型的建立,国内外的研究者们进行了不断的探索。随着面向对象仿真方法的日益 成熟,面向对象的特性,被逐渐被应用到设备模型的建立中。使用面向对象的方法 建立虚拟设备仿真模型简洁高效,能满足不同的仿真环境的需要1214。 在技术发展领域内,军事需要促进了新技术的发展,而且军用设备相比较普通 设备来说,结构更复杂、系统更庞大等特点,虚拟设备操作训练仿真技术就是在军 事应用需要的基础上发展的。从80年代起,一些军事发达国家都开始高度重视虚拟 设备操作系统的建设1518;90 年代初起,美国率先结合虚拟现实技术与模拟仿真技 术应用于军用领域,比如建立虚拟战场模型,包括作战背景、操作人员、各种武器 装备的虚拟操作场景等19。 国外较有代表性的系统有2023:Sophie Brown & Burton 用电子仿真线路的方法 通过自然语言指导学生检查电路故障及原因。INTER,WATSON,SOPHIE 用于训练 SH-3 直升机的操作维修。INATE、SOPHI 等美国空军用于排除复杂电子电路故障的 智能操作维修训练系统。还有西班牙大学电子系开发了电子仪器虚拟平台等等。其 3 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 中最典型的应用,就是美国哈勃望远镜的虚拟维修训练5。1990 年 4 月,哈勃望远 镜顺利进入轨道,但是天文学家的研究发现它的光学系统存在缺陷,为此,NASA 利用了虚拟维修训练技术为宇航员建立了虚拟的太空环境,经过在该虚拟环境下的 操作维修仿真训练后,1993年12月宇航员出色地完成了各项维修任务,取得了圆满 的结果。该项任务完成后,NASA 对参加该项操作维修训练的人员进行了问卷调查, 调查结果表明利用虚拟操作维修技术对任务的完成效果非常明显。从此拉开了人类 对虚拟操作维修技术研究的历史帷幕。Demis Corvaglia采用第二代Web3D技术语言 VRML/X3D并结合互联网网络技术在Web浏览器中实现了对火箭发动机的生产过程 的虚拟维修操作训练,可以满足多人同时使用的需求24。1996 年,Mclin 和 Chung 利用虚拟维修技术,采用 PC 机为操作平台,构建了美军坦克、导弹、军用车辆维 修保养训练系统,从而充分证明了将模拟仿真技术应用于武器装备虚拟维修上的可 行性 25。 我国在模拟仿真技术和虚拟操作训练技术研究上起步晚,进展慢,在数据处理、 系统易用实用等方面,与国外相比还有一定的差距2630,但也一直在努力创新,不 甘落后,现已成功地将虚拟训练技术应用于设备虚拟操作训练、坦克虚拟仿真器、 导弹虚拟仿真器等多个方面,并取得了一定的成果。例如北京航空航天大学31、解 放军军械工程学院3233、海军工程大学等都有关于虚拟操作维修的论文发表,其中 军械工程学院对虚拟维修的关键技术、人体模型和人体维修活动进行了研究,北京 航空航天大学对虚拟维修过程模型、维修知识描述方法和面向 Agent 设计方法进行 了研究3,北京航空航天大学的杨宇航博士34以虚拟样机技术为基础,提出了装备 虚拟维修训练系统建设总体方案。它们的研究不论从理论上还是从方法上都做出了 创新,但远没有达到应用实施阶段,而且许多研究是依托国外技术为支撑的,缺乏 真正的核心技术3536。虚拟操作维修设计开发实现的成果很多, 如舰船动力装置 虚拟维修操作37、导弹虚拟维修操作38等。在航天领域内,对无人机的训练采用了 虚拟操作维修技术,并取得了较为满意的结果39。在教育教学领域内,虚拟实验室 的建立是计算机仿真技术的一大创新,它允许人们以一定的方式访问目前状况下没 有的设备资源,可以使用户超前体验最新的设备仪器。例如上海交通大学、暨南大 4 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 学等一些名牌高校已经开发出了新的虚拟设备系统用于教学和科研。分析得知:如 果采用传统的方式对培训人员进行训练,存在一定的危险性和不可恢复性40,人身 安全得不到保障。将模拟仿真技术应用到无人机的操作维修训练中是技术上的一个 重大突破,有效地解决了上述问题,为后期的发展提供了理论源泉4142,这种对虚 拟设备操作训练的方式既安全、经济、可控又无风险、又不受气候条件和场地空间 限制的特点,为操作训练的发展开辟了一条新的途径43。 1.3 课题研究目的及意义 1.3.1 课题研究目的 结合国内外研究现状,总结出目前用于设备的操作训练方式主要有:实装训练、 模拟仿真器和软件仿真技术,下面将一一介绍这些方法以及它们的优缺点,通过对 比分析,总结出最适合的方法,归纳出课题研究的主要目的。 1)实装训练 在现实生活中,常见的对培训人员进行的设备操作训练方式,都是培训人员在 掌握了一定的设备操作理论基础后,结合实装进行训练。例如:在对新的学员和员 工进行操作培训时,都是利用现有的操作手册,对设备直接进行操作训练。 这种训练方式作为目前最常见的操作方式,存在着一定的优缺点,主要优点有: 真实性强、培训训练效果明显。但同时也存在着很多的弊端,费用高139、占用空 间场地大、设备易受损、危险系数高、设备使用周期缩短;由于受设备数量和空间 场地的限制,限制了培训人员实现广泛培训的可能,可行性不高、训练效率低下44 等。 2)模拟仿真器 随着软硬件的发展,利用现成硬件和软件进行的设备仿真操作也在逐步兴起, 最主要的便是模拟仿真器的应用。模拟操作器是利用软硬件结合的方式来实现设备 的模拟训练仿真,利用现有的硬件资源,并借助于一定的软件模拟仿真技术,实现 对操作人员的操作训练。 5 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 采用这种模拟训练方式,与实际操作相比,明显降低了费用和成本,操作简单 易行;但同时也带来了一些弊端,用户真实感明显降低了;由于仍然结合相应的设 备进行模拟操作,占用空间场地的问题也没有得到很好地解决。 3)软件仿真 随着软件的进一步发展,利用计算机模拟仿真技术对培训人员进行基本的操作 训练、故障排除训练以及维修训练已经逐步被应用,成为设备操作仿真领域中的主 流趋势,也是未来研究领域中的主要发展方向。利用软件技术在计算机上建立仿真 设备模型,模拟实际设备的操作过程,完成对学员的操作训练。 基于该模拟训练方式,能够降低培训成本,操作简便,容易维护,人机交互性 强,培训周期缩短,高效率,低损耗,受自然环境条件的限制少。作为一门新兴的 仿真技术,它也存在着一定的弊端,用户真实感降低,对于特定设备的仿真,系统 都是定制开发的,系统移植性、灵活性差,随着科技的发展,设备更新换代速度加 快,使用周期缩短,新的设备将取代旧的设备,设备结构和性能会发生较大的变化, 旧系统就无法适应新的设备操作要求,需要重新进行定制。 通过上述对比分析,综合各方法的优缺点,软件仿真技术以其操作简便的优点 得到了广泛应用,对人员的培训取得了不错的效果,也是未来设备操作培训的主要 发展趋势。本课题在此基础上,采用面向对象的仿真方法,主要研究了一套适应于 不同设备的操作训练仿真系统。本文主要研究目的在于研究运用面向对象的方法建 立虚拟设备仿真模型,模拟真实设备的操作方法。它能够有效地克服结合实际设备 进行操作训练带来的弊端和不足,同时满足系统的多设备适应要求,能够提供通用 性的操作平台,从而提高了系统的移植性和可重复性,对于改进培训效果、提高学 员的操作水平以及延长设备的使用周期具有重要作用。 1.3.2 课题研究意义 在对培训人员进行设备操作培训时,如果采用实装训练或者模拟仿真器训练时, 用户都会接触实际设备,而设备在使用过程中,随着使用年限的增加,必然会引起 相应的设备磨损、零部件损耗等问题发生,从而造成多方面不必要的经济损失和资 6 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 源损耗。所以对操作人员采用何种方式进行操作训练将显得尤其重要。本课题的主 要研究意义在于: 降低了训练成本,延长了设备的使用年限,提高了设备的利用率; 可操作性强,系统具有良好的人机交互界面,极大地方便了操作人员进行日 常设备的训练,能够短时间内迅速提高训练人员的科技素质和专业技能; 可靠性高,具有较高的训练质量和训练“效费比”4549; 应用范围广、发展潜力大、经济又实用。 1.4 主要内容及安排 1.4.1 主要内容 本论文主要是将软件模拟仿真技术与面向对象思想结合起来建立虚拟设备模 型,该模型具有很好的独立性和扩展性,简洁高效,能满足不同的设备操作仿真的 需要,提高了编程效率。本文从系统的需求出发,首先建立设备模型,并对设备的 属性和方法进行设计,然后基于现实设备的操作过程,实现了对培训人员的虚拟设 备操作训练,有效地克服了传统训练方式下带来的种种弊端,实现了数据与平台的 分离。提供虚拟操作仿真平台,具有良好的人机交互操作平台,突破了传统操作训 练在场地、时间、数量、范围上的限制,极大地方便了用户的操作。 1.4.2 主要安排 本论文主要内容分为六章,主要内容安排如下: 本文第一章 绪论:主要介绍了课题研究背景、国内外研究现状、课题研究的目 的及意义。 本文第二章 系统总体设计与开发:主要介绍了系统实现的主要设计思想,对系 统要实现的功能进行了阐述。 本文第三章 设备数据化存储:运用面向对象思想定义设备模型的属性和操作, 完成了设备类的设计与开发,并将设备信息分为属性数据和逻辑数据分别进行数据 7 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 化存储,既提高了系统的灵活性与扩展性,又方便了用户操作。 本文第四章 系统开发与实现:在设备模型数据建立的基础上,完成设备编辑器 和操作平台的设计与开发。 本文第五章 结果与讨论:根据设计的系统,用面向对象的编程语言在特定的软 件开发环境下实现了对现实设备的操作仿真,并以具体的设备为例实现了对学员的 操作培训,最后对系统的仿真结果进行了分析。 本文第六章 全文总结与展望:对已完成的研究工作进行了总结以及提出了需要 改进和完善的地方,最后对未来研究方向进行了展望。 8 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 2 多设备适应操作训练系统的整体设计 在上一章中我们结合国内外研究现状并对比分析了目前用于对培训人员进行设 备操作培训的常规方法,最后总结出结合软件模拟仿真技术和面向对象思想的优越 性,并将其应用到本系统的设计上,所以首先有必要介绍系统的总体设计思想和设 计方法。 2.1 关键技术研究 本文将模拟仿真技术和面向对象的方法相结合,完成了系统的设计与开发,因 此下面将介绍这两项关键技术。 2.1.1 模拟仿真技术 计算机模拟仿真技术是在计算机上建立仿真模型, 利用虚拟模型来模拟现实事物 的运动过程或者操作方式等,它能够有效地解决许多工程和科学技术问题。例如, 在进行设备操作或者维修训练过程中,都可以通过该技术来验证操作方案或维修方 案是否能达到预期的训练目标,如果达不到目标,可以及时发现操作过程中的问题, 修改操作或维修方案,既省时省力又保证了操作人员的安全。 自 80 年代以来,模拟仿真技术得到了快速的发展,通过仿真技术使人们对世界 的认知在不断扩大,对一些人工不可能完成的任务,都可以使用计算机进行仿真。 最初人们对仿真的定义是:“模拟仿真就是程序的运行, 该程序表示一个抽象的模型, 用以研究真实系统中的一些特征”50。可见,模拟仿真技术就是为了研究现实事物 的特征而发展的一门技术。 利用计算机模拟仿真技术实现对虚拟设备的操作训练,主要有以下几个步骤: 确定系统的需求,明确仿真目的和仿真所要解决的问题; 建立相应的设备模型,对模型数据进行相关的定义和存储; 设计人机交互界面,方便用户操作; 9 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 编制相应的程序进行调试; 对系统仿真结果进行分析,确定是否可行。 2.1.2 面向对象的仿真方法 面向对象方法基本思想是将现实世界中的事物当作一个个对象来处理, 以对象为 分析问题的基本单位,并运用继承、封装、聚合、抽象等特性进行系统的设计与开 发。它的主要特点有: 从现实问题出发,用对象来描述系统中的事物; 分析事物特征,用属性来表示它的静态数据,用方法来描述它的动态数据; 将对象的属性和方法作为一个独立的实体进行封装; 将事物进行分类,类就是对象的抽象描述,用类来实例化对象; 明确各个类之间是否具有继承、聚合等关系。其中,子类可以继承超类的属 性和方法,在子类中可以重载,大大简化了开发难度; 对象之间通过消息进行通信,实现其动态关联关系。 面向对象的仿真方法根据实际模型来构建仿真模型,将实际实体表示为模型对 象,依据现实事物的操作行为或者运行状态来模拟仿真,有效地缩小了现实对象与 虚拟模型的差距,具有直观性,用户更容易理解。它的主要优点是:面向对象的仿 真具有可扩展性和可重用性,便于系统后期的维护,这为大规模复杂设备的训练仿 真提供了手段。 2.2 整体设计思想 该系统采用模拟仿真技术和面向对象开发的设计思想, 利用这种程序设计思想更 符合日常人们的思维模式,开发的软件具有直观易懂、形象生动的用户交互界面, 而且方便系统的后期维护和扩展。系统将现实设备模型划分成几个结构层次,每一 部分都可以当作具体对象,分别进行设计开发,然后将对象数据进行有效存储,便 于操作平台加载。 10 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 2.2.1 总体框架设计 整个设备操作训练的仿真过程就是培训人员在指定的操作平台上,从系统指定 的设备文件中加载相应的设备数据完成操作训练场景的初始化,用户就可以根据生 成的训练场景进行操作训练,在训练过程中,操作平台能够对用户的操作进行条件 判断,并给予正确的操作响应,改变设备的状态或显示。本文研究的是多设备适应 操作维修训练仿真系统,对于不同的设备数据或者相同设备在不同的环境下我们都 可以使用该系统来进行操作仿真,这就需要在进行系统设计时,应能够保证设备数 据与操作平台的无关性,同时设计的操作平台应具有良好的通用性和一定的人机交 互能力以及相应的人机交互界面完成对设备操作的控制。从系统要实现的功能出发, 系统主要实现的操作功能有两大方面:对于教练,系统能够提供相应的编辑功能; 对于培训人员, 系统应该能够提供相应的对设备操作的功能。 如下图 2-1 显示了系统 的总体设计框架图。 设备数据文件 设备基本属 性数据 设备操作逻 辑数据 设备数据编辑器设备操作模拟器 教练员用户学员用户 图 2-1 系统的总体设计框架图 从上图我们可以看出,不同的用户实现了不同的操作,满足了现实生活中设备 操作培训的需要。设备数据与用户操作完全分离,它的实现原理是:把设备数据划 分为属性数据和逻辑数据,并进行了数字化处理,根据数据类型的不同,将设备数 11 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 据存储到指定的文件格式中,对于设备的基本属性信息,以二进制形式存储在以 dvc 为后缀名的文件格式中,而设备的逻辑数据,以动态链接库 dll 的形式保存,这样操 作平台在加载数据时,一方面,加载设备的属性数据,另一方面,加载设备的逻辑 数据,学员在进行培训时,对设备产生的操作,系统都可以给予正确的操作逻辑响 应。 对于教练员,应该具有对设备信息进行编辑的权限,灵活改变培训人员的操作 环境,所以系统在设计时应考虑到设备编辑器的设计,使系统具有良好的编辑操作 功能,教练员可以随时对设备信息进行相应的编辑,包括添加、删除、修改、保存 操作,进行相同设备下的不同的训练仿真环境下的仿真,增大受训范围,使培训人 员可以在各种环境下进行设备的仿真训练,培训人员就可以根据教研员编辑设定好 的设备信息,进行相应的场景环境下的操作,并能得到系统的实时响应。 2.2.2 功能设计 系统的整体设计思想是基于面向对象的仿真,面向对象方法是一种运用对象、 类、继承、聚合、封装等相关特性来构造系统的软件开发方法,它的基本思想是从 现实世界客观存在的事物中抽象出对象的概念,一切以对象为中心进行分析,从一 般到特殊,从特殊到一般,更符合人们的思维方式。根据现实设备的组成部分及其 相互关联关系完成设备模型的建立,在模型分析设计的基础上,对虚拟设备进行操 作仿真。面向对象的仿真方法对于系统的扩展和后期的维护具有重大意义,有利于 提供良好的人机交互方式及交互界面,为虚拟设备操作训练仿真系统的实现提供了 重要手段。 为了便于开发人员对系统的开发和后期维护,在设计虚拟设备操作训练仿真系 统时需要遵循以下原则: 首先,要合理地对设备对象进行划分,实现对设备对象的建模:根据现实设备 的结构特点,将虚拟设备划分为若干部分分别进行分析。 其次,设备对象数据应该有良好的封装,良好的封装对于系统的修改和扩展更 加容易。 最后,设备对象之间的关联关系应与现实一致,而且在对虚拟设备操作仿真过 12 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 程中,为了保持仿真世界与现实世界的一致性,培训人员不能进行与现实物理相违 背的操作,
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