[科普中国]-训练仿真器

训练仿真器也称训练模拟器。利用仿真技术对人员进行训练的自动化设备。训练仿真器分为载体操纵型、故障排除型、过程控制型、武器攻击型、文体活动型、博弈决策型多种类型。训练仿真器经历了机电解算装置、电气解算装置、模拟计算机和数字计算机四个技术发展阶段。训练仿真器采用计算机、自动控制、环境仿真和仪表仿真等技术，围绕“人——机——环境”构成一个仿真系统，取代真实系统的机器来完成对人的某种训练。1

简介凡是需要一个或一组熟练人员进行操纵、控制、管理和决策的真实系统，都需要对人员进行训练。对于复杂的系统，采用训练仿真器训练人员能降低成本和提高安全性。有些训练不能在真实系统中进行（如航天飞行），这就需要利用训练仿真器来进行。2此外，采用训练仿真器训练还可以方便地安排训练计划，提高训练的效率和质量。20世纪40年代，美国为了训练空军飞行员首先研制成功飞机训练器。此后训练仿真器经历了机电解算装置、电气解算装置、模拟计算机和数字计算机四个技术发展阶段。

训练仿真器通常由 3 个部分组成：

(1) 计算机系统它完成模型运算、数据转换、通信以及各种数值计算或符号处理的工作。

(2) 训练台 它为被训练者提供一个与真实系统相类似的环境 , 如飞机座舱、电站控制室等。

(3) 教员台 它使教员能设置训练开始时的初始条件, 给定训练科目 , 并记录训练结果 , 显示学员的训练过程 , 从而可对训练成绩进行评定。

凡是需要一个或一组熟练人员进行操纵、控制、管理和决策的真实系统, 都需要对人员进行训练。对于复杂的系统 , 采用训练仿真器进行训练不仅能降低成本、提高安全性 , 而且能方便地安排训练计划 ,提高训练的效率和质量。有些训练(如危险事故处理)不可能在真实系统上进行而却能在训练仿真器上多次重复地进行 ,因此训练仿真器具有极高的经济效益与社会效益。

20 世纪 40 年代, 美国为训练空军飞行员首先研制成功了飞行训练器 , 当时的模型计算装置是机电型的 , 训练的科目也极为有限。经过 50 多年的发展 ,现代训练仿真器不论在技术水平上 ,还是在训练的内容上都发生了巨大变化。最新的飞机训练仿真器 ,采用并行处理计算机系统 ,视景系统则采用计算机图象技术 , 90%左右的飞行训练科目都可在训练仿真器上完成。

特点训练仿真器技术的特点是：

①数学模型因训练目的的不同而异，必须根据人的主观感觉对模型进行必要的修改。

②评价训练仿真器性能的优劣有两个标准，即客观标准（仿真的运动规律符合实际情况的准确程度）和主观标准(多批次训练中人的主观感觉的统计结果)。

③只能是实时仿真。

④一般包含有环境仿真，主要是视景仿真，此外还有加速度、不平衡运动、失重状态的运动感觉仿真，在操纵设备时的受力仿真和声响仿真等。

⑤被训练者和计算机之间（输入和输出之间）的界面要求与真实系统中的人、机界面一致。

⑥配有自动记录训练过程的设备，以便评价被训练人员的操作、控制和管理水平，有时还要求有重演功能。训练仿真器一般由三部分组成：训练室、计算机室和导演室。其中导演室的作用是设置训练的初始状态、控制整个训练的进程并随时设定情况（如设置故障）和对被训练者的素质进行评价。训练仿真器稍作修改即可用于对系统的研究。

应用训练仿真器已应用于很多领域，从应用的角度可分为几种类型。

载体操纵型宇宙空间、大气层、地面、水上和水下各种载人运输工具的操纵训练仿真器，如飞机训练仿真器、舰船训练仿真器、火车汽车训练仿真器等。它以训练操纵这些运载工具的人员为主要目的。

故障排除型机器、机舱、工程系统的故障分析和排除的训练仿真器。

过程控制型化工企业、发电厂、电力网等例行检查和运行操作的训练仿真器，如电站训练仿真器、化工系统训练仿真器等。它以训练控制这类复杂系统的主控人员为主要目的。

武器攻击型军事部门各类武器如飞机、坦克、舰艇等相互格斗的训练仿真器。

文体活动型提高各类体育和文娱活动技能的训练仿真器。

博弈决策型工厂管理（厂长、经理训练器）、交通管制和军队各种战术模拟的训练仿真器，如飞机格斗训练仿真器、战术战役训练仿真器、调度管理训练仿真器等。它以训练军事指挥员、经理调度员以及其它各类决策人员的决策能力为主要目的。

关键技术训练仿真器的共同关键技术是：① 研究与开发适合于训练要求的数学模型，并建立一套先进的建模环境，以便缩短训练仿真器的研制周期；② 各种环境仿真的技术 , 如视景仿真、加速度、不平衡运动、失重状态、运动感觉的仿真等；③ 多功能、智能化教员台。3

训练仿真器中广泛应用了计算机技术，比如，利用计算机图形与图象技术产生训练环境的景象；利用数据库管理各种模型并建立相应的模型库；利用人工智能技术对训练结果进行评价等等。近年来，虚拟现实技术的发展更加提高了训练仿真器的逼真度，它使被训练者与由计算机产生的“仿真环境”更加紧密地融合在一起，使被训练者有一种完全身临其境的真实感。

本词条内容贡献者为:

王慧维 - 副研究员 - 西南大学