技术领域
[0001] 本
发明涉及数字化训练系统领域，特别涉及一种军械士兵职业技能鉴定虚拟考核与训练系统。
背景技术
[0002] 军械装备保障士兵职业技能鉴定工作现已向全军各部队全面展开，但是由于受到现有条件的限制，部队针对士兵职业技能鉴定开展训练难度较大，特别是专业技能操作训练和考核实施难度更大。主要原因有：部队士兵训练缺乏实装训练的环境和相应的配套学习资料；组织考核的鉴定站实施装备操作技能考试通常依托部队的战备装备进行考核，而部队的作战训练装备一般不允许进行大修，同时，鉴定站实施考核的时机，通常与部队的训练时间相冲突。为提高士兵专业技能，完善鉴定站考核组织方式，迫切需要对现有的训练与考核方式进行改革，提高士兵职业技能鉴定工作的
质量。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种军械士兵职业技能鉴定虚拟考核与训练系统，能够为士兵进行职业技能鉴定的理论、
基础技能操作以及专业技能操作的实际考核打下坚实基础。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种军械士兵职业技能鉴定虚拟考核与训练系统，包括：
[0005] 理论知识训练与考核平台，用于向军械专业各工种士兵提供基础理论知识和专业理论知识的自主训练模式与模拟考试模式；
[0006] 基础技能的虚拟训练、考核平台，用于向军械专业各工种士兵提供基础技能的自主训练与模拟考试，操作员可以在虚拟实验平台中进行基础技能实验的虚拟交互操作以提升自身的基础技能能
力；
[0007] 专业技能的虚拟训练、考核平台，用于向军械专业各工种士兵提供专业技能的自主训练与模拟考试，操作员可以在虚拟装备及部件中进行专业技能的虚拟交互操作以提升自身的专业技能能力；
[0008] 题库管理平台，用于提供各专业工种的理论题库和实训科目的管控，包括题库录入、题目编辑、题目删除、题量统计、按专业导入导出技能鉴定理论题库、生成word格式题库集以及考试评分。
[0009] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下的改进。
[0010] 优选的，所述基础技能的虚拟训练、考核平台包括三种模式：讲解、自主训练和模拟考核，该平台通过构建虚拟化的数字实验台、实验环境和数字仪器仪表及工具，利用
虚拟现实技术以动画的形式完成
人机交互，实现了基础实验操作的训练与考核。
[0011] 优选的，所述专业技能的虚拟训练、考核平台针对操作科目的不同类型采用了不同的设计与实现方法，运用虚拟现实技术实现操作员沉浸式和交互式的专业装备操作训练与考核，采用动态搭建
流程图的方式实现抽象技能训练与考核。
[0012] 优选的，该系统的虚拟操作环境是将操作元素的高质量的3D模型融合一系列预先定义好的动作流程中去，并且经过交互式虚拟引擎的调用，具体构建流程如下：
[0013] 数据准备阶段：模型数据化与初始设置、UI设计与制作、新建模型；
[0014]
框架设计阶段：根据客户需求分析和要求，结合UI的布局设计，搭建程序框架，满足所有的功能设计和程序扩展
接口；
[0015] 系统集成阶段：利用集成开发环境，实现虚拟操作的见解、训练与考核。
[0016] 优选的，该系统的虚拟交互操作采用.NET+VIRTOOL+ACCESS开发实现，具体构建流程如下：
[0017] 利用开发模
块生成模型，在完成模型导入后，利用生成模块的行为引擎和
渲染引擎完成虚拟操作交互过程的定义，并通过发布模块实现交互模型的发布。
[0018] 优选的，在所述理论知识训练与考核平台的自主训练模式下可以实现对所选专业下所有的基础理论、专业基础理论和专业理论知识点的题目遍历，操作员可以选择要练习的装备或课程，并可以在练习过程中查看答案；系统提供对用户错题的统计和分析功能。
[0019] 优选的，理论知识训练与考核平台可以直接读取用户所选中的专业、等级和考核模式，进入
指定的模式，并按一定的抽题规则组成在先考试试题或者
抽取该专业相关等级的试题进行自主训练。
[0020] 优选的，所述一定的抽题规则其具体为：用一个数组A保存索引号，数组A存储的是所选题型的所有试题的索引号，用另一个数组B保存从数组A中随机取出的索引号作为试卷的试题，然后随机生成一个数组A的
位置，把这个位置处的索引号取出来，并把最后一个索引号复制到当前的数组位置，然后使要取随机数的总数减一，直到为零。
[0021] 上述技术方案的有益效果是：采用了有效的
算法，时间效率高且每次生成的试卷不相同。
[0022] 优选的，所述题库管理平台的考试评分功能包括抽象技能考核评分；抽象技能考核是指采用动态流程图训练使用人员的操作维修思维、操作识别和判断结果的科目考试，由于采用流程图
拖放的方式，因此按照步骤进行评分，首先系统自动计算出完成该流程图所需要的最小步骤数m，同时读取出各步骤的权值k，各步骤权值和设为100分，在考试过程中，系统预置使用人员该题成绩为100分，当用户操作错误时，系统从100分成绩中扣除该步骤的权值，直至考核结束或者使用人员的最终成绩为0分。
[0023] 本发明的有益效果是：本发明以计算机仿真和虚拟现实技术为核心，构建各工种的虚拟数字装置用于代替实装，为士兵提供逼真的实装训练环境，便于士兵自主学习，能够为士兵进行职业技能鉴定的理论、基础技能操作以及专业技能操作的实际考核打下坚实基础。
附图说明
[0024] 图1为本发明一种军械士兵职业技能鉴定虚拟考核与训练系统一
实施例的模块
框图；
[0025] 图2为本实施例中系统界面示意图；
[0026] 图3为本实施例中基础技能的虚拟训练、考核平台中自主训练模式界面示意图；
[0027] 图3-1至3-30为三支
灯泡安装测试基础技能实验训练示意图；
[0028] 图4为本实施例中专业技能的虚拟训练、考核平台中自主训练模式下专业装备操作训练一具体实施例界面示意图；
[0029] 图5为本实施例中专业技能的虚拟训练、考核平台中自主训练模式下故障排除训练一具体实施例界面示意图；
[0030] 图5-1至图5-7为采油机工作异常故障排除专业技能实验训练操作示意图；
[0031] 图6为本实施例中实现基础技能操作和专业技能操作虚拟化的
软件系统平台构建流程示意图；
[0032] 图7为本实施例VIRTOOL中虚拟操作交互开发流程示意图。
具体实施方式
[0033] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0034] 针对我军军械装备保障士兵职业技能鉴定缺乏相应的考试培训资料与手段，本发明利用计算机软件技术，研制开发军械装备保障士兵职业技能鉴定模拟考试与训练系统，以计算机仿真和虚拟现实技术为核心，构建各种工种的虚拟数字装备，用于代替实装，按职业技能鉴定要求完成装备的操作使用、检查调整、故障排除等科目的实作训练与考核。该系统适用院校、部队组织开展士兵职业技能鉴定的培训与考核，促进士兵技能的提高。
[0035] 本发明一种军械士兵职业技能鉴定虚拟考核与训练系统，包括：
[0036] 理论知识训练与考核平台，用于向军械专业各工种士兵提供基础理论知识和专业理论知识的自主训练模式与模拟考试模式；
[0037] 基础技能的虚拟训练、考核平台，用于向军械专业各工种士兵提供基础技能的自主训练与模拟考试，操作员可以在虚拟实验平台中进行基础技能实验的虚拟交互操作以提升自身的基础技能能力；
[0038] 专业技能的虚拟训练、考核平台，用于向军械专业各工种士兵提供专业技能的自主训练与模拟考试，操作员可以在虚拟装备及部件中进行专业技能的虚拟交互操作以提升自身的专业技能能力；
[0039] 题库管理平台，用于提供各专业工种的理论题库和实训科目的管控，包括题库录入、题目编辑、题目删除、题量统计、按专业导入导出技能鉴定理论题库、生成word格式题库集以及考试评分。
[0040] 图1为本发明一种军械士兵职业技能鉴定虚拟考核与训练系统一实施例的模块框图，图2为本实施例中系统界面示意图，如图1、2所示，本实施例中，理论知识训练与考核平台提供两种模式：自主训练模式和模拟考试模式，在自主训练模式下可以实现对所选专业下所有的基础理论、专业基础理论和专业理论知识点的题目遍历，操作员可以选择要练习的装备或课程，并可以在练习过程中查看答案，适合用户对知识的全面复习和有针对性的重点复习；系统提供对用户错题的统计和分析功能，这样可以帮助用户更好地查找自己的薄弱环节。而模拟考试模式则与全军军械装备保障士兵职业技能鉴定理论无纸化考试的模式完全一致，使考生在真实的环境下进行模拟训练，从而更加贴近实际理论考试环境。理论知识训练与考核平台可以直接读取用户所选中的专业、等级和考核模式，进入指定的模式，并按一定的抽题规则组成在先考试试题或者抽取该专业相关等级的试题进行自主训练。考生通过本系统可以进行本工种所涵盖的基础理论知识和专业理论知识的题库全部内容不重不漏的训练学习。
[0041] 为了考试的
保密性和公平性，很多考试采用了
电子考试系统，其基本思路是按照预设的知识点在考试时随机从题库中抽取试题，组成一套试卷。为保证每次生成的试卷不相同，必须要求每次产生的试题是随机从题库中抽取，如何做到试题选择的随机性，这涉及到对随机函数的使用。在计算机中不能产生完全随机的数字，计算机所产生的随机数字是通过一定的算法对事先
选定的随机
种子做复杂的运算，用产生的结果来近似的模拟完全随机数，这种随机数被称为伪随机数。本系统为能做到每次生成的试卷不相同，采用了一定的抽题规则，本实施例中所采用的抽题规则其具体为：用一个数组A保存索引号，数组A存储的是所选题型的所有试题的索引号，用另一个数组B保存从数组A中随机取出的索引号作为试卷的试题，然后随机生成一个数组A的位置，把这个位置处的索引号取出来，并把最后一个索引号复制到当前的数组位置，然后使要取随机数的总数减一，直到为零。这种方法由于不需要和数组中的随机数进行逐次比较，且不存在重复生成题号而需要生成新的随机数的问题，因此时间效率高。需要注意的是在C#语言中生成随机数时，注意不要反复的通过生成随机对象的方法来保证一个随机数系列内数值的随机性，因为每构造生成一个对象，将消耗计算机的时间和空间资源，从而导致代码的性能下降。可通过创建一个Random对象，使其随着时间的推移生成随机数，以提高性能。本系统在设计时注意了上述问题，并采用了有效的算法，因此能做到每次生成的试卷不相同。
[0042] 此外，为了提高训练效果，便于使用，在理论知识训练与考核平台内设置了历史记忆功能。自主训练部分历史记忆：由于某专业职业技能鉴定需考试的课程多，每
门课程的题量大，在训练过程需要系统具备历史记忆功能，方便用户下一次继续训练和巩固学习；本系统记录了每门课程每套试题每题的练习次数，最后一次答题结果，系统采用
数据库的方式存储用户的答题情况，重新开机后可以再次复现上次答题情况和总答题次数，考核部分的历史记忆功能体现在系统记录了考核次数，考核得分及每题答题结果信息，这些信息便于用户掌握自己应试成绩提升的情况。
[0043] 在本实施例中，基础技能的虚拟训练、考核平台包括三种模式：讲解、自主训练和模拟考核，该平台通过构建虚拟化的数字实验台、实验环境和数字仪器仪表及工具，利用虚拟现实技术以动画的形式完成人机交互，实现了基础实验操作的训练与考核，使得用户在虚拟仿真方式下的训练与在真实实验环境下的训练能达到相当的训练效果。图3为本实施例中基础技能的虚拟训练、考核平台中自主训练模式界面示意图，图3-1至3-30为三支灯泡安装测试基础技能实验训练示意图，该训练主要以三维模型及图形拖拽并包含交互的两种模式,三维模型表现形式的操作步骤如下：
[0044] 1)根据右上
角文本提示，移动
鼠标至灯泡处；
[0045] 2)鼠标靠近灯泡后，灯泡底部高亮显示，此时单击左键；
[0046] 3)继续移动鼠标至面板安装处，面板高亮显示时，单击左键；
[0047] 4)如果操作正确，将自动播放灯泡安装的动画；
[0048] 5)待灯泡安装动画播放完成，使用工具起子固定灯泡；鼠标点击起子，再次单击已在面板上的灯泡的固定螺钉；
[0049] 6)如果操作正确，将自动播放灯泡固定的动画；
[0050] 7)待灯泡固定动画播放完成，将自动播放剩余2只灯泡安装的动画；重复的过程已省略，不需要交互，系统自动运行；
[0051] 8)同样的方法安装接线槽。待安装动画完成后单击工具起子，再次单击接线糟固定螺钉；如果操作正确，将自动播放动画；
[0052] 9)单击工具起子，再次单机接线糟右上角第一个接线螺钉；如果操作正确，将自动播放接线螺钉松开的动画；
[0053] 10)点击右上方的第一个灯泡的接线头，再次单机接线糟绿色圆圈处的螺钉，如果操作正确，将自动播放接线的动画；
[0054] 11)如此，完成三只灯泡的接线连接；点击短
导线把中性线连接在一起；
[0055] 12)点击导线左端插头，再次单击安装处的插座；(此处注意
颜色对应，U相电源线只能插入U相插座)，如此完成电源线连接；
[0056] 13)待电源线连接完成，文字提示固定接线螺钉；点击起子，再点击右上角第一个固定螺钉；
[0057] 14)如果操作正确，将自动播放接线的动画；
[0058] 15)报告教员，接线无误后方可执行此步骤；单击打开总电源
开关；
[0059] 16)单击启动按钮；
[0061] 18)单击万用表测量线缆插头端，播放安装动画；
[0062] 19)单击万用表，再单机安装面板，万用表移动至面板合适位置；
[0063] 20)单击万用表档位调整旋钮上半部分，调整至
电压测量档位；
[0064] 21)进入测量电压环节，右边显示6个电压值按钮，单击后可以播放测量动画和显示测量结果；动画播放时，按钮呈灰色显示，表示暂时不可用。当按钮恢复可用后再次单击其它按钮；可重复点击观察测量直至【电压测量完成按钮】恢复可用；箭头当前指示的电压值可以使用
键盘上下方向键调整，测量值以测量结果为准；
[0065] 22)测量完成后如图3-22所示；
[0066] 23)单击万用表档位调整旋钮下半部分，关闭万用表；
[0067] 24)单击万用表测量线缆插头端，取下测量线缆；
[0068] 25)单击钳形
电流表移动至面板合适位置；
[0069] 26)单击钳形电流表档位调整旋钮右半部分，调整至2A测量档位；
[0070] 27)如图3-27所示，进入电流测量环节；操作方法和电压测量相同；
[0071] 28)测量完成后如图3-28所示；
[0072] 29)单击钳形电流表档位调整旋钮右半部分，关闭钳形电流表并放回实验台；
[0073] 30)操作完成。填写测量数据于实验报告上。
[0074] 在本实施例中，专业技能的虚拟训练、考核平台也包括三种模式：讲解、自主训练和模拟考核。专业技能的虚拟训练、考核平台针对操作科目的不同类型采用了不同的设计与实现方法，对于适合通过3D建模和构建
虚拟环境实现操作的科目，则运用虚拟现实技术实现操作员沉浸式和交互式的装备操作训练与考核，实现了虚拟环境生成、人机交互控制、虚拟工具行为和状态控制等功能，即运用虚拟现实技术实现操作员沉浸式和交互式的专业装备操作训练与考核,图4为本实施例中专业技能的虚拟训练、考核平台中自主训练模式下专业装备操作训练一具体实施例界面示意图，如图4所示，其主体界面分为四部分，最上方为菜单栏，包含系统控制(返回、最小化和退出)和辅助控制(资料、帮助、设置)，左上部分为用户信息显示，左中部分题目选择显示区，左下部分为关于试题按钮。右边部分为试题作答区域。
[0075] 而其它不便通过3D模型和构建虚拟环境完成展示的训练科目例如抽象技能训练，具体如电类故障科目，系统则采用了动态搭建流程图的方法来实现，操作者可以通过该平台训练故障排除的思路和方法，在训练过程中，通过拖拽流程图块的方式，动态展示了操作过程，系统通过设置最佳完成步骤数和路径，达到训练与考核的目的，此外，该平台在流程图展示的各个环节中，系统提供了每一步骤在实装环境下拍摄的相应视频或图片，是用户在训练的同时，可以随时调用查看，使其训练过程能够模拟实装训练过程，极大提高训练针对性和效率，从而为实装训练考核打下坚实基础。图5为本实施例中专业技能的虚拟训练、考核平台中自主训练模式下故障排除训练一具体实施例界面示意图，图5-1至图5-7为采油机工作异常故障排除专业技能实验训练操作示意图，对图5-1至5-7的说明如下，图形拖拽表现形式的操作步骤：
[0076] 1)初始状态如图5-1所示：左侧是流程
选项卡，右侧是步骤与处理选项卡。在流程选项卡中：鼠标左键在空白区域按下，移动鼠标一定距离后松开左键，可以实现流程选项下的元素平移。所有元素都可以左键点击，步骤与处理元素会在弹出的窗口观看操作视频，带问号的箭头会在弹出的窗口显示当前的故障状态图；
[0077] 2)左键单击圆圈处的箭头；
[0078] 3)会显示该故障的现象以及文字描述；关闭对话框；
[0079] 4)会显示拖拽框。首先应该在步骤选项卡中选择，鼠标左键在按钮上按下后移动鼠标，拖拽至虚线框内松开按键；
[0080] 5)如果正确，拖拽成功。否则重复此步骤；
[0081] 6)全部完成后如图5-6所示；
[0082] 7)如有遇图5-7所示的情况，点击流程选项卡右侧的复位对其按钮。
[0083] 在本发明一种军械士兵职业技能鉴定虚拟考核与训练系统中，实现基础技能操作和专业技能操作虚拟化是核心内容之一，能否提供与现实环境的操作相当的具有良好交互性能的虚拟环境，是本系统需要解决的关键问题，在本实施例中将操作元素的高质量的3D模型融合一系列预先定义好的动作流程中去，并且经过交互式虚拟引擎的调用，图6为本实施例中实现基础技能操作和专业技能操作虚拟化的软件系统平台构建流程示意图，如图6所示，具体构建流程如下：
[0084] 数据准备阶段：模型数据化与初始设置、UI设计与制作、新建模型；
[0085] 框架设计阶段：根据客户需求分析和要求，结合UI的布局设计，搭建程序框架，满足所有的功能设计和程序扩展接口；
[0086] 系统集成阶段：利用集成开发环境，实现虚拟操作的见解、训练与考核。
[0087] 在本发明所述一种军械士兵职业技能鉴定虚拟考核与训练系统中，虚拟操作与模拟考核的交互性操作是整个仿真模块的核心，也是该系统的关键所在。本具体实施例所述虚拟交互操作采用.NET+VIRTOOL+ACCESS开发实现，图7为本实施例VIRTOOL中虚拟操作交互开发流程示意图，如图7所示，具体构建流程如下：
[0088] 利用开发模块生成模型，在完成模型导入后，利用生成模块的行为引擎和渲染引擎完成虚拟操作交互过程的定义，并通过发布模块实现交互模型的发布。
[0089] 考试评分算法是也是本系统设计的一个重点和难点，本系统考试评分有两种，分别是理论考核评分、技能考核评分。针对理论考核评分，由于其题型均为选择题，因此及评分设计比较简单，系统自动判断答对的题数m，然后乘以每题分数n，就可以得到最终得分m×n。而技能考核评分是考试评分算法的难点，尤其是抽象技能考核评分；抽象技能考核是指采用动态流程图训练使用人员的操作维修思维、操作识别和判断结果的科目考试，由于采用流程图拖放的方式，因此按照步骤进行评分，首先系统自动计算出完成该流程图所需要的最小步骤数m，同时读取出各步骤的权值k，各步骤权值和设为100分，在考试过程中，系统预置使用人员该题成绩为100分，当用户操作错误时，系统从100分成绩中扣除该步骤的权值，直至考核结束或者使用人员的最终成绩为0分。
[0090] 本系统还可提供流媒体形式的讲解功能，即对该专业设置的所有科目实现了全过程的图、文、音并茂的讲解，使得用户能够对训练科目的要求和具体步骤有直观、全面的了解，为用户自主学习及训练提供支持。本系统还具有可扩展性，用户可根据需要增加所需专业的专业基础科目和专业技能科目资源，使用系统提供的接口即可集成到软件平台中去。
[0091] 本发明针对部队士兵职业技能鉴定训练保障难的问题，开发了集“基础理论、基础技能和专业技能”三位一体的模拟考试与训练系统，实现了各考核科目的理论讲解、自主训练与模拟考核，为军械装备保障士兵职业技能鉴定训练与考核工作提供了新的方法手段，对加强部队装备保障人才队伍建设具有重要意义。
[0092] 以上所述实施步骤和方法仅仅表达了本发明的一种实施方式，描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明
专利范围的限制。在不脱离本发明专利构思的前提下，所作的
变形和改进应当都属于本发明专利的保护范围。
