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[摘 要]目前军队院校装备的缺失已经成为影响装备维修训练的重要因素，针对这一现实情况，开发虚拟维修训练系统成为了军队院校装备教学条件建设的一个重要方向。由于NGRAIN软件可以实现高仿真动画演示和装备交互训练，所以在虚拟维修训练系统开发中得到了广泛的应用。本文主要介绍基于NGRAIN的虚拟维修训练系统开发的基本步骤。
[关键词]NGRAIN；虚拟维修训练系统
中图分类号：TJ07 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）01-0208-02
1.开发虚拟维修训练系统的必要性
近年来，为了使教学内容更好的贴近部队、贴近装备，装备维修训练环节成为了军队院校实验室建设中的主要内容。然而，现实中装备的缺失却严重的制约了装备维修训练环节的建设，在这一重大矛盾下，就迫切的需要一种新的培训和训练手段。
虚拟维修训练系统立足于装备维修训练的当前实际，以计算机系统为基础，综合应用计算机建模、仿真和虚拟现实等技术，通过对装备、人员、人机交互过程等的仿真实现，为受训学员提供一个近似于真实的训练环境，大大提高学员的装备维修水平。
NGRAIN软件一种桌面级交互式训练应用软件，它可以实现高仿真动画演示和装备交互训练，制作过程相对比较简单，不需要编程就可以快速制作并发布。该软件提供的浏览器NGRAIN Viewer 可以使发布出来的3ko文件嵌入word、ppt、pdf、html等文档中，这样可以大大提高实验装备教学素材库的建设。NGRAIN软件具有的这种简便的特点，使得其在虚拟维修训练系统开发中得到了广泛的应用。
2.基于NGRAIN的某型直升机起落架虚拟维修训练系统开发的基本步骤
维修训练注重于维修人员实际操作能力，特别是拆装操作，与实际装备和具体维修任务密切相关。按照熟悉、获取、实践、确认的认知模型，可以将维修训练过程分为熟悉和掌握维修知识和技能、实践练习和维修能力确认，即可以用学习一练习一考核来简单描述维修训练过程，进一步可分解为讲解演示一自主学习一引导式训练一自主训练一自测一考核，这也对应了训练系统提供的训练考核模式。下图就是基于NGRAIN的虚拟维修训练系统开发的基本步骤：
2.1创建三维模型
装备的三维模型是整个虚拟维修训练系统开发的基础，创建三维模型是一项极其严苛的工作。某型直升机的起落架包含的零件达上千件，在创建三维模型时必须确保每一个零配件的尺寸、装配关系精确无误。3Dmax和CATIA是三维动画制作和渲染的常用软件，入门快、操作简便等优点使其在建模时得到了广泛的应用。为了便于之后的制作，在建模时要特别注意零件之间的子母关系，另外由于NGRAIN软件的局限性，命名时不能出现汉字。
2.2数据的转换及处理
由于3Dmax或者CATIA软件制作出来的三维模型复杂度高，不无法满足NGRAIN软件制作动画时的实时渲染要求，因此必须进行数据格式的精简和转换。NGRAIN软件提供了两种数据转换软件： TransMagic和PolyTrans，其中TransMagic适用于由CATIA软件制作出来的三维模型的转换，PolyTrans适用于由3Dmax软件制作出来的三维模型的转换，通过这两个转换器可以将原始的三维模型转换成NGRAIN特有的3ko格式。经过对三维模型的处理和转换之后，复杂度大幅度降低，可以满足NGRAIN软件制作动画时的实时渲染要求。
转换后的三维模型，在NGRAIN的主窗口下可以实现对整机及零部件的“特殊”查看操作，比如，可以滑动鼠标滑轮放大或缩小整机模型；可以通过旋转按钮（或鼠标右键旋转）改变整机的方位；可以通过选择菜单里的相应按钮实现整机或选定零部件的突显、透视、剖视等效果。
另外NGRAIN软件具有模型编辑功能，比如可对零部件和组件重新命名、更换它们之间的子母关系、改变它们的颜色和材质等等。在实际制作时，可以根据需要进入 “Go to model editing”模式下对转换后的三维模型进行编辑。
2.3动画演示部分的制作
动画演示是可以通过动画近似真实的反映实际的装备维修操作过程，在维修操作中，大多是对零部件的拆装和装配。利用NGRAIN软件可以将零部件的拆装、装配过程制作成动画，通过动画演示可以清晰的了解其具体步骤。另外零部件的拆装和装配顺序，要严格按照维护手册进行。
点击主窗口右侧对话框上的“Animation”按钮，进入动画制作模块。动画制作是通过编辑下方的時间控制面板（Animation Timeline）上的关键帧来实现，实际制作过程中，可以按照需要调整整机或零部件的大小、方位、位置和显示效果（突显、透视、剖视等），调整完成之后，在时间控制面板上双击鼠标即可形成一个关键帧，所有的关键帧是由时间轴连接在一起的，制作完成之后，点击播放按钮，主窗口就会按照关键帧的顺序进行播放，从而形成演示动画。另外在关键帧中还可以加入音频、文本等文件以增强演示效果。
动画制作完成之后，如果需要修改或调整，可以将鼠标箭头放在需要修改或调整的关键帧上，单击鼠标右键，通过选择相应的菜单来实现操作。
另外，在NGRAIN中，整机或零部件的运动是没有约束的，可以通过鼠标操作随意运动，然而在实际的装备维修中，有些零部件的运动是有约束的，比如，套筒是套在导杆上的，只能沿导杆做直线运动；螺母是靠螺纹旋转固定在螺栓上的，它只能沿螺栓做旋转直线运动。为了近似真实的演示各个零部件的运动，就必须对一些零部件进行运动约束。通过定义零件装配约束关系来限制零件的运动形式，在NGRAIN中可以实现的运动形式有线性运动、螺旋运动、铰链运动及自定义的混合运动。运动约束是通过在编辑 （Go to model editing）模式下选择相应的约束按钮进行相应的约束操作来实现的。 2.4交互训练部分制作
交互训练是在动画演示的基础上实现学员自行训练装备维修操作过程的手段，学员可以通过鼠标拖放，按照提示的步骤完成零部件的拆装或装配，完成之后，系统会自动给出反馈信息。
制作交互训练内容是在Task控制面板上编辑Task关键帧来实现的，而Task关键帧则包含了Task模型中的所有信息，制作人员可根据零部件的拆装或装配步骤，按照受训人员接受装备知识的认知过程制作Task关键帧，如果在制作Task关键帧的过程中合理而又巧妙地应用操作反馈可使操作训练内容的交互性大大提高。
在制作交互训练内容时，每一个关键帧都可以设置反馈信息。操作正确或者操作错误时，可以以不同的方式进行反馈，比如，文字信息提示“恭喜操作正确！”或“操作错误，请重新操作！”等等。下图为详细的NGRAIN中的Task模型。
3、可采煤层的煤质分析
本次工作主要利用本次施工的钻孔煤芯样测试结果，依据《中国煤炭分类国家标准》（GB5751—86）确定煤类，依据所测试出的精煤挥发分和粘结指数，本区4、7、9-1、9-2号煤层煤类确定为气煤和1/3焦煤。
4号煤层以1/3焦煤为主，其次为气煤，1/3焦煤区内大面积分布，气煤小范围分布。粘结指数（GR.I）一般为50-84，平均72；属中强粘结性-强粘结性煤，主要为中强粘结性煤。
7号煤层在勘探区内为气煤和1/3焦煤。粘结指数（GR.I）一般为52-86，平均76；属中强粘结性-特强粘结性煤，主要为中强粘结性煤。
9-1号煤层在勘探区内为气煤和1/3焦煤。粘结指数（GR.I）一般为 56-88，平均71；属中强粘结性-特强粘结性煤，主要为中强粘结性煤。
9-2号煤层在勘探区内为气煤和1/3焦煤。粘结指数（GR.I）一般为28-86，平均63；属弱粘结性-特强粘结性煤，主要为中强粘结性煤。
4、可开采条件
勘查区位于吕梁山北段的芦芽山脉东麓，宁静地坳南端，地势总体北东高而南西低，属侵蚀堆积的黄土丘陵区，区内地形切割较深，风化剥蚀较为强烈，植被较少，水土流失严重，滑坡、崩塌等不良工程地质现象常见。另外，大地构造为芦芽山与云中山之间的宁武—静乐块坳南端，地形起伏变化大，为中低山区，地势北西高而南东低，最高点为周洪山峰，海拔标高1767m，最低点位于下静游东南的汾河河谷中，海拔标高1120m，相对高差647m。基岩地下水受宁静块坳及其向斜构造的控制，构成一个独立的水文地质单元，在向斜两翼地层接受大气降水补给后，从东西两侧向轴部运动，转而向南排向当地侵蚀基准面—汾河。
区域含水岩组划分为碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组、碎屑岩夹碳酸盐岩类裂隙含水岩组、碎屑岩类裂隙含水岩组以及松散岩类孔隙含水岩组四种基本类型。1.奥陶系碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层，该组含水层主要为奥陶系石灰岩地层，该地层是煤系地层的基底，是煤层间接充水含水层。该含水层在矿区内属埋藏型，从矿井南西向北东埋藏深度逐渐加大，主要岩性为白云质灰岩、泥质灰岩、豹皮灰岩等。
岩溶发育程度在垂直和水平方向上都有明显差异，在水平方向上，排泄区富水性最强，其次为迳流区。补给区富水性一般较弱，补给区由于含水层以上无隔水层存在。矿区内属岩溶水迳流区，矿区东南部13km处的龙泉井田8号钻孔资料，岩溶水水位标高为1124.133m，单位涌水量34.26L/s·m，属强富水含水层，水质良好。
区内岩溶水水位標高1131.88m，钻孔单位涌水量0.000912L/s·m。该孔由于未揭露岩溶水的主要含水层，所取参数对岩溶水的富水性代表性不强，所以不能代表岩溶水的富水性。奥陶系岩溶水应属强富水含水层。区内为典型的黄土梁峁地形，基岩无出露，松散岩层多为二元结构，上部为松散的黄土、红土，下部为砾石层，其砾石成份以石灰岩和石英岩为主，局部第三系底砾岩被钙质胶结。现代河床冲积层以岩屑和砾石为主，最厚达20m左右，多为无分选的洪积物。
5、总结
综上所述，岚县樊家沟勘查区煤炭厚度较大，开采技术条件较好的一大型煤炭资源地，潜在的经济效益和社会效益良好。
参考文献
[1]常琪.山西岚县北村铁矿矿床地质及地球物理特征分析[J].中国化工贸易， 2013（6）：115-115.
[2]王闯.我国煤炭资源与地质勘查市场的发展趋势与前景[J].山东工业技术， 2015（3）：121-122.
[关键词]NGRAIN；虚拟维修训练系统
中图分类号：TJ07 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）01-0208-02
1.开发虚拟维修训练系统的必要性
近年来，为了使教学内容更好的贴近部队、贴近装备，装备维修训练环节成为了军队院校实验室建设中的主要内容。然而，现实中装备的缺失却严重的制约了装备维修训练环节的建设，在这一重大矛盾下，就迫切的需要一种新的培训和训练手段。
虚拟维修训练系统立足于装备维修训练的当前实际，以计算机系统为基础，综合应用计算机建模、仿真和虚拟现实等技术，通过对装备、人员、人机交互过程等的仿真实现，为受训学员提供一个近似于真实的训练环境，大大提高学员的装备维修水平。
NGRAIN软件一种桌面级交互式训练应用软件，它可以实现高仿真动画演示和装备交互训练，制作过程相对比较简单，不需要编程就可以快速制作并发布。该软件提供的浏览器NGRAIN Viewer 可以使发布出来的3ko文件嵌入word、ppt、pdf、html等文档中，这样可以大大提高实验装备教学素材库的建设。NGRAIN软件具有的这种简便的特点，使得其在虚拟维修训练系统开发中得到了广泛的应用。
2.基于NGRAIN的某型直升机起落架虚拟维修训练系统开发的基本步骤
维修训练注重于维修人员实际操作能力，特别是拆装操作，与实际装备和具体维修任务密切相关。按照熟悉、获取、实践、确认的认知模型，可以将维修训练过程分为熟悉和掌握维修知识和技能、实践练习和维修能力确认，即可以用学习一练习一考核来简单描述维修训练过程，进一步可分解为讲解演示一自主学习一引导式训练一自主训练一自测一考核，这也对应了训练系统提供的训练考核模式。下图就是基于NGRAIN的虚拟维修训练系统开发的基本步骤：
2.1创建三维模型
装备的三维模型是整个虚拟维修训练系统开发的基础，创建三维模型是一项极其严苛的工作。某型直升机的起落架包含的零件达上千件，在创建三维模型时必须确保每一个零配件的尺寸、装配关系精确无误。3Dmax和CATIA是三维动画制作和渲染的常用软件，入门快、操作简便等优点使其在建模时得到了广泛的应用。为了便于之后的制作，在建模时要特别注意零件之间的子母关系，另外由于NGRAIN软件的局限性，命名时不能出现汉字。
2.2数据的转换及处理
由于3Dmax或者CATIA软件制作出来的三维模型复杂度高，不无法满足NGRAIN软件制作动画时的实时渲染要求，因此必须进行数据格式的精简和转换。NGRAIN软件提供了两种数据转换软件： TransMagic和PolyTrans，其中TransMagic适用于由CATIA软件制作出来的三维模型的转换，PolyTrans适用于由3Dmax软件制作出来的三维模型的转换，通过这两个转换器可以将原始的三维模型转换成NGRAIN特有的3ko格式。经过对三维模型的处理和转换之后，复杂度大幅度降低，可以满足NGRAIN软件制作动画时的实时渲染要求。
转换后的三维模型，在NGRAIN的主窗口下可以实现对整机及零部件的“特殊”查看操作，比如，可以滑动鼠标滑轮放大或缩小整机模型；可以通过旋转按钮（或鼠标右键旋转）改变整机的方位；可以通过选择菜单里的相应按钮实现整机或选定零部件的突显、透视、剖视等效果。
另外NGRAIN软件具有模型编辑功能，比如可对零部件和组件重新命名、更换它们之间的子母关系、改变它们的颜色和材质等等。在实际制作时，可以根据需要进入 “Go to model editing”模式下对转换后的三维模型进行编辑。
2.3动画演示部分的制作
动画演示是可以通过动画近似真实的反映实际的装备维修操作过程，在维修操作中，大多是对零部件的拆装和装配。利用NGRAIN软件可以将零部件的拆装、装配过程制作成动画，通过动画演示可以清晰的了解其具体步骤。另外零部件的拆装和装配顺序，要严格按照维护手册进行。
点击主窗口右侧对话框上的“Animation”按钮，进入动画制作模块。动画制作是通过编辑下方的時间控制面板（Animation Timeline）上的关键帧来实现，实际制作过程中，可以按照需要调整整机或零部件的大小、方位、位置和显示效果（突显、透视、剖视等），调整完成之后，在时间控制面板上双击鼠标即可形成一个关键帧，所有的关键帧是由时间轴连接在一起的，制作完成之后，点击播放按钮，主窗口就会按照关键帧的顺序进行播放，从而形成演示动画。另外在关键帧中还可以加入音频、文本等文件以增强演示效果。
动画制作完成之后，如果需要修改或调整，可以将鼠标箭头放在需要修改或调整的关键帧上，单击鼠标右键，通过选择相应的菜单来实现操作。
另外，在NGRAIN中，整机或零部件的运动是没有约束的，可以通过鼠标操作随意运动，然而在实际的装备维修中，有些零部件的运动是有约束的，比如，套筒是套在导杆上的，只能沿导杆做直线运动；螺母是靠螺纹旋转固定在螺栓上的，它只能沿螺栓做旋转直线运动。为了近似真实的演示各个零部件的运动，就必须对一些零部件进行运动约束。通过定义零件装配约束关系来限制零件的运动形式，在NGRAIN中可以实现的运动形式有线性运动、螺旋运动、铰链运动及自定义的混合运动。运动约束是通过在编辑 （Go to model editing）模式下选择相应的约束按钮进行相应的约束操作来实现的。 2.4交互训练部分制作
交互训练是在动画演示的基础上实现学员自行训练装备维修操作过程的手段，学员可以通过鼠标拖放，按照提示的步骤完成零部件的拆装或装配，完成之后，系统会自动给出反馈信息。
制作交互训练内容是在Task控制面板上编辑Task关键帧来实现的，而Task关键帧则包含了Task模型中的所有信息，制作人员可根据零部件的拆装或装配步骤，按照受训人员接受装备知识的认知过程制作Task关键帧，如果在制作Task关键帧的过程中合理而又巧妙地应用操作反馈可使操作训练内容的交互性大大提高。
在制作交互训练内容时，每一个关键帧都可以设置反馈信息。操作正确或者操作错误时，可以以不同的方式进行反馈，比如，文字信息提示“恭喜操作正确！”或“操作错误，请重新操作！”等等。下图为详细的NGRAIN中的Task模型。
3、可采煤层的煤质分析
本次工作主要利用本次施工的钻孔煤芯样测试结果，依据《中国煤炭分类国家标准》（GB5751—86）确定煤类，依据所测试出的精煤挥发分和粘结指数，本区4、7、9-1、9-2号煤层煤类确定为气煤和1/3焦煤。
4号煤层以1/3焦煤为主，其次为气煤，1/3焦煤区内大面积分布，气煤小范围分布。粘结指数（GR.I）一般为50-84，平均72；属中强粘结性-强粘结性煤，主要为中强粘结性煤。
7号煤层在勘探区内为气煤和1/3焦煤。粘结指数（GR.I）一般为52-86，平均76；属中强粘结性-特强粘结性煤，主要为中强粘结性煤。
9-1号煤层在勘探区内为气煤和1/3焦煤。粘结指数（GR.I）一般为 56-88，平均71；属中强粘结性-特强粘结性煤，主要为中强粘结性煤。
9-2号煤层在勘探区内为气煤和1/3焦煤。粘结指数（GR.I）一般为28-86，平均63；属弱粘结性-特强粘结性煤，主要为中强粘结性煤。
4、可开采条件
勘查区位于吕梁山北段的芦芽山脉东麓，宁静地坳南端，地势总体北东高而南西低，属侵蚀堆积的黄土丘陵区，区内地形切割较深，风化剥蚀较为强烈，植被较少，水土流失严重，滑坡、崩塌等不良工程地质现象常见。另外，大地构造为芦芽山与云中山之间的宁武—静乐块坳南端，地形起伏变化大，为中低山区，地势北西高而南东低，最高点为周洪山峰，海拔标高1767m，最低点位于下静游东南的汾河河谷中，海拔标高1120m，相对高差647m。基岩地下水受宁静块坳及其向斜构造的控制，构成一个独立的水文地质单元，在向斜两翼地层接受大气降水补给后，从东西两侧向轴部运动，转而向南排向当地侵蚀基准面—汾河。
区域含水岩组划分为碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组、碎屑岩夹碳酸盐岩类裂隙含水岩组、碎屑岩类裂隙含水岩组以及松散岩类孔隙含水岩组四种基本类型。1.奥陶系碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层，该组含水层主要为奥陶系石灰岩地层，该地层是煤系地层的基底，是煤层间接充水含水层。该含水层在矿区内属埋藏型，从矿井南西向北东埋藏深度逐渐加大，主要岩性为白云质灰岩、泥质灰岩、豹皮灰岩等。
岩溶发育程度在垂直和水平方向上都有明显差异，在水平方向上，排泄区富水性最强，其次为迳流区。补给区富水性一般较弱，补给区由于含水层以上无隔水层存在。矿区内属岩溶水迳流区，矿区东南部13km处的龙泉井田8号钻孔资料，岩溶水水位标高为1124.133m，单位涌水量34.26L/s·m，属强富水含水层，水质良好。
区内岩溶水水位標高1131.88m，钻孔单位涌水量0.000912L/s·m。该孔由于未揭露岩溶水的主要含水层，所取参数对岩溶水的富水性代表性不强，所以不能代表岩溶水的富水性。奥陶系岩溶水应属强富水含水层。区内为典型的黄土梁峁地形，基岩无出露，松散岩层多为二元结构，上部为松散的黄土、红土，下部为砾石层，其砾石成份以石灰岩和石英岩为主，局部第三系底砾岩被钙质胶结。现代河床冲积层以岩屑和砾石为主，最厚达20m左右，多为无分选的洪积物。
5、总结
综上所述，岚县樊家沟勘查区煤炭厚度较大，开采技术条件较好的一大型煤炭资源地，潜在的经济效益和社会效益良好。
参考文献
[1]常琪.山西岚县北村铁矿矿床地质及地球物理特征分析[J].中国化工贸易， 2013（6）：115-115.
[2]王闯.我国煤炭资源与地质勘查市场的发展趋势与前景[J].山东工业技术， 2015（3）：121-122.