航空電子系模擬器專題
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第一章
模擬器概述
第二章
模擬器簡史
第三章
模擬器系統架構
第四章
模擬器產業分析與認證
第五章
結論

   
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參考資料

 

第一章 模擬器概述             

1.1   前言     

 1.2   什麼是模擬器                                                                 

 

1.3   模擬器的分類   

                                                 

1.4   名詞解釋

 

 

1.1  前言  <back>

   近年來由於人類對人權與生命的重視,對於相關機器設備操作者本身與周遭人員的安全,及避免相關昂貴儀器設備與社會成本的損失,對操作者皆先以虛擬實境的模擬操作加以訓練,藉由模擬訓練可反覆鍛練操作者之正常操作程序、故障排除、危機處理、緊急應變等技術。例如:為訓練飛機駕駛員對於起飛、戰鬥、空中亂流、降落等之正常程序與緊急處理能力,國外花費數十億美元研發了「飛行模擬器」,並規定了一定的模擬訓練時數;此外,澳洲之汽車駕照之路考部份,亦已完全用「駕駛模擬器」來進行。

      模擬器市場遍及全球,世界各國每年花費數億美元採購新式模擬訓練裝備,模擬器之所以受到重視,有以下幾項因素:

     A .  安全效益

  1. 模擬器為一地面訓練裝備,無失事顧慮,有其絕對之安全性,不似真實系統裝備的操作使用,通常每一環節均不能發生錯誤,也不允許產生錯誤,以免機毀人亡。

  2. 模擬器可提供相當於該裝備之高複雜操作功能,允許學員在安全的環境下,有充分的時間進行思考,來學習嘗試錯誤及改正的機會。

  3. 模擬器具備完整且替代無法於真實裝備實施之各項緊急操作程序或各種惡劣環境的演練,可有效降低事故的發生、提昇存活率。

  4.  基於新一代模擬器其模擬功能的完整性與高逼真度,可完全結合術科訓練,免除操作行為轉換的調適與疑慮,來充分建立學員的信心度。

  5. 可執行實際行動或任務之預演,充分熟悉及預判可能狀況,增加處理特殊情況能力與縮短反應時間,有助於完成任務。

  6.  由於模擬系統具有極佳之軟硬體變動彈性與功能增修能力,能有效追隨實際系統的構型變更而做修改,免除操作學習的差異與誤導。

B.  經濟效益

  1. 執行真實裝備實施訓練投入的支援人力,通常是模擬訓練的人力需求總數的數倍。以飛行訓練為例,術科飛行一架次的人力配合,至少包括機務單位、飛輔室、塔台、航路管制中心、戰術管制中心等人力支援多達十餘人,而模擬器實施兩機對抗時之最大支援人力,則僅為四人。以美軍執行E-3A 模擬飛行訓練的人力支援需求為例,僅為實際飛行任務之人力支援的三分之一。

  2. 實際作戰訓練嚴重受限於天候或訓練場地備便性等各類問題,影響人員訓練時程及裝備使用率偏低,模擬器係一室內裝備,通常並被設計為每週五天、每天最大可使用十六小時之訓練量,以單位裝備換算其訓練時數實為實體裝備訓練之數倍計。

  3. 由於模擬器對訓練有實質的成效,可使人員減少使用實體裝備及進行正確的操作,相對地提昇了實際武器裝備的生命週期與降低其壽期成本。

 

1.2  什麼是模擬器     <back>

     模擬器是以軟硬體相關技術於虛擬環境中模擬人員在操作裝備時,所面臨的視覺、聽覺、觸覺、動覺及裝備操作反應等真實現象。其專業領域涉獵了航空、電子、電機、機械、資訊、材料、物理及系統工程;而模擬器所應用到的各種技術與知識包括:視覺成像、顯像投射、人機介面、即時(Real Time)模擬軟體、數學模式模擬、動感訊息(Motion Cue)與法則、音效圖像、模擬程式設計

      在工程上的解釋模擬器乃是以原始工程設計及測試資料為核心知識,大量應用即時運算電腦軟硬體,並結合了光電、機械及控制等工程技術,重新創造人類在操作此裝備時,所能感知的各種視覺、聽覺、力感及動感等動態變化,並真實的重現該系統完整的操作特性與功能

  圖1-2-1 747模擬器內部                    圖1-2-2 747模擬器外部   

 

1.3   模擬器的分類  <back>

模擬器係透過軟硬體相關技術,於虛擬環境中模擬人員在操作武器裝備時,所面臨的視覺、聽覺、運動感覺、操縱負荷,以及武器裝備操作反應等真實現象。依功能可分為:

  1.    陸上裝備訓練模擬器(Land-based Equipment)

   此類模擬器裝備包括防空武器模擬器、反裝甲武器裝備模擬器、直接火砲射擊模擬器、間接火砲射擊模擬器、駕駛訓練模擬器、小型武器射擊模擬器及陸上裝備維修技勤訓練器。

  1.     海上裝備訓練模擬器(Ship and Sea Equipment)

   此類模擬器裝備包括艦艇操縱訓練模擬器、艦艇操作戰術模擬器、艦艇推進動力及機械訓練模擬器、艦艇RF&EW模擬起器、艦艇武器裝備模擬器、潛艇模擬器、水下武器裝備模擬器及海上裝備維修技勤訓練器。

  1.     航空裝備訓練模擬器 (Aviation Equipment)

   此類模擬器裝備包括飛行模擬器、電戰模擬訓練器、航管模擬器、航空生理訓練器、機員訓練模擬器及航空裝備維修技勤訓練器。

  1.     多重任務模擬器及訓練器 (Multirole Simulator and Training Device)

   此類模擬器裝備包括電腦兵棋及指揮模擬器、CBT訓模器、娛樂用模擬器、無線電操作訓模器。

 

1.4  名詞解釋   <back>

 

   模式(MODEL

  用物理的、數學的、或其他邏輯上方式來陳述或表示一個系統、實體、現象或過程。亦即在真實世界上的程序、觀念、或系統,以一個選定的結構、行、動作、或其他特性將之近似化、代表化或理想化的手法;另模式亦可作為其他模式之元件。

 

   刺激(STIMULATE)

  對一個系統提供一個特別設計的輸入,使該系統產生有意義的輸出反應,以便於評估觀察或描述該系統之特性的作法。

 

  訓練  (TRAINING)

    是一種透過教具、練習、量測及回饋,來系統化提升行為能力的過程。

 

  訓練器  (TRAINER)

     提供訓練用途所使用的裝置或器具均稱為訓練器。

 

  仿效(EMULATION)

  使用一個模式來針對給定的系統,能夠做到接收相同的輸入,並產生相似的輸出現象,這種作法就叫仿效。而發展出的實體成果,就是一個模組(MODULE),亦即可為一個軟體模組或為一個實體模組。

 

  仿效器(EMULATOR)

 以硬體裝置或電腦軟體來仿效給定的系統,做到能夠接收相同的輸入,並能產生相似的輸出現象,但不要求即時性。亦即可調整其輸出的快慢速率,以便於偵測、觀察,而其模式內部之參數或結構的變化則不是觀察的重點。

 

   即時(REAL TIME)

在模式模擬領域中,模擬時間代表系統被模組化後執行所需之給定的實際時間週期,而這個模擬時間的耗時(TIME DELAY)如與真實系統的耗時是相近的,就是即時模擬。就訓練操作的經驗來看,如兩者耗時之差值在一百四十毫秒以內,即可滿足即時模擬的需求。

 

   模擬(SIMULATION)

  對真實世界存在的系統或為一概念系統,可利用模式或模式巨集再產生的作法,就是模擬。而發展出的實體成果,則為模組,亦即可為一個軟體模組、實體模組或模組群。另外,當提供一些控制輸入時,一個模式它必須表現或操作得像給定的系統,這也稱為模式模擬(MODELING & SIMULATION)。

 

   模擬器(SIMULATOR)國防部通資局電子戰專輯的解釋

  為仿造一件裝備、或一個特定系統而製造的。當模仿的是整個系統時,這個仿造裝置就叫模擬器,當模仿的是一個零組件時,這個裝置就叫一單件模擬器具。且兩者均為電腦裝置所構成。

 

   模擬器(SIMULATOR)工程解釋

 模擬器乃是以數學模式(軟體),利用電腦系統執行即時運算,並透過相關硬體裝備的組成運作,代替實際裝置之物理過程,來模仿展現出真實裝備的實際功能與特性。

 

   電動玩具(GAME)

  以硬體裝置或電腦軟體來仿效給定的、或虛擬的系統,能與人之間做到操作互動,其輸出現象可產生聲、光、意境的效果,達到提供娛樂的使用目的。就工程水準言,它不講究精確性、即時性及仿真性,僅稱得上是模仿局部性範圍的仿效器。

 

 

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