吕黄辉 鲁君
江苏绿科船舶科技有限公司，江苏，南通 226002
摘要：轮机模拟器是现代技术革命的产物,它利用计算机技术模拟船舶动力装置及其控制系统的特性,能够在各种工况和环境下进行操作训练,具有完善的教育和培训功能。
关键词：船舶轮机，轮机模拟器，技术发展，分析研究
1概述
轮机模拟器仿真技术涉及到众多高新技术领域的知识,如计算机、多媒体、信息处理、软件工程、图形图像和自动控制等技术,系统功能非常复杂同时,受硬件、系统运行环境和培训教学要求等方面的限制。现今的轮机模拟器普遍存在以下主要问题真实性差、工作稳定性差、故障率高、可扩展功能差、可维护性差、二次开发困难等,训练人员数量和培训地点等受到限制,对模拟器各设备的参数和运行状况的监视功能及学员训练评估系统还不够完善。这些问题一定程度上制约了轮模拟器功能和利用,影响教学和培训效果。
2船舶轮机模拟器技术的现状和国内外发展趋势
上个世纪60年代末，国外针对船舶领域的计算机仿真就已经开始进行研究，到90年代虚拟现实技术在船舶领域的仿真已经很成熟了。其中挪威、美国、英国等国家对该技术也都展开了深入研究，并且该产业规模已经形成，尤其是挪威，NOR Control公司制造了80%的市场份额在世界上运行的轮机仿真训练器。世界上众多的发达国家、航海院校以及培训中心都已经或正在研制并且使用了各类航海模拟器和轮机模拟器。
但是，对于轮机模拟器的研究我们国家起步比较晚，跟发达国家比起来，还是比较落后的。在七十年代末，于NOR Control公司大连海事大学首先引进了轮机模拟器，随后，青岛远洋船院也引入了该公司的轮机模拟器。1994年，第一台国产轮机模拟器WMS-1在武汉理工大学被成功研制出来，增加了先进和复杂的仿真对象，以及复杂的仿真内容，采用最先进的计算机实时仿真技术以及更多的其他技术，与九十年代国际同类设备相比，此轮机模拟器的总体技术、系统性能以及制造质量，均已经达到了先进水平。1999年5月，SMSC-2000型轮机模拟器在上海海运学院被成功验收，DCS网络被应用在了此轮机模拟器的整个仿真系统中，DCS网络被分为数据采集站、仿真工作站、主控站三级，CONGLOG公司的PLC担任了该系统的数据采集系统，相比之下，具有更确定的优势。
在计算机仿真技术的日益发展下，轮机模拟器的自动化水平也将日益提高，轮机模拟器的功能也会日益强大，以此来达到轮机工程教学和培训的目的。
3轮机模拟器应用中存在的问题
经过二十多年研究和应用,船舶轮机模拟器己初步定型,也基本上能满足培训的要求,但随着科学技术的进一步发展和航海教育要求的不断提高,现行的轮机模拟器的一些缺陷也逐步体现出来,笔者通过对有关院校轮机模拟器的应用调查和研究,发现存在以下几个重要问题。
3.1轮机模拟器系统稳定性差,故障率高,维修较困难。通过分析认为:仿真系统的故障主要出现在网络结构上,以前普遍采用的总线结构和环形结构,只要有一个地方电缆线断开,所有工作站都不能通信,整个网络就会发生瘫痪。当入网计算机较多时,多个计算机发送数据时易发生数据碰撞,产生大量无用数据,造成系统性下降。
3.2各种载运工具(船舶、飞机、汽车等)的操纵仿真器,都是对载运工具和视景之间的相对运动进行仿真。
其仿真效果不仅取决于对运动体的建模与仿真,也与视景的生成质量紧密相关,计算机图像技术的发展使各种操纵模拟器更加形象逼真。然而长期以来由于轮机机舱设备繁多,视景杂乱,图像制作困难,使轮机模拟器至今与机舱视景无缘,只是推进装置运转工况参数的仪表指示仿真和报警显示。除仪表控制台(物理模型)之外,训练中不见机舱真面目,不知机舱为何物,只是用操作手柄或按钮实现相应的运转工况参数和声音,实现操纵程序的训练,进而设置各种故障通过运转工况参数的变化以训练判断故障的能力。在视景方面轮机模拟器明显落后于其它载运工具操纵模拟器。
3.3轮机模拟器中示教板主要用来显示管路和设备之间的关系和运行状态,它能使学员直观地了解船舶机舱各个系统的工作原理、故障及如何排除等。但目前所开发的示教板都是建成后不易更改,不能方便地更换动态流程图。设备工作状态仅靠指示灯来表示,不能用三维动画来显示。
3.4轮机模拟器机舱监测报警装置结构越来越合理,功能越来越多,但到目前为止,其功能完全模仿实船的,即仅限于在故障出现后才`报警、提示和记录。船舶机舱自动化发展的最新方向是能对故障的智能诊断,这样,在故障出现前,系统能提前发出预报警,操作人员可提前进行事故排除和处理,从而大大降低故障的发生率。
综上,轮机模拟器系统网络结构不合理、视景和示教板落后等问题影响了轮机模拟器的教学与训练的效果,这是在轮机模拟器技术研究中鱼需解决的问题。笔者经过一段时间对上述问题的综合性研究,探索性地提出了采用交换机为中心星形网络结构改进仿真系统稳定性,应用虚拟现实技术和计算机图形技术等来改进轮机模拟器视景及示教效果,以使船舶轮机模拟器更适用于海员培训与教学,更加符合STwC789/5公约的要求。而探讨开发智能型轮机模拟器监测报警系统,可为实船应用积累经验,这也许能更好地发挥轮机模拟器应用价值。
4轮机模拟训练装置的发展趋势
从提高轮机模拟训练的效果方面来说,实船轮机训练系统无疑是最优的,因此基于实船环境的实船轮机训练系统是轮机模拟训练装置的发展方向。但实船轮机训练系统必须以高水平的机舱自动化系统为依托,且必须在船舶建造时就同步开发,这使得实船轮机训练系统的应用受到一定的限制。可以预见,在将来相当长的一段时间内,陆上轮机模拟器、轮机虚拟训练系统以及实船轮机训练系统3类轮机模拟训练装置都将长期并存,互为补充。在受训人员较多的大中型批量生产船舶的轮机训练方面,陆上轮机模拟器将继续起到中流砥柱的作用;在小批量生产的中小型船舶轮机模拟训练方面,轮机虚拟训练系统将得到广泛的重视;在对轮机人员专业技能要求很高的高自动化现代船舶和军用舰船上,实船轮机训练系统将得到越来越广泛的应用。从技术发展的角度而言,3类轮机模拟训练装置的发展重点既有相同之处,又各有特点。例如,3类轮机模拟训练装置都将更加重视虚拟现实、人工智能等现代技术的应用,以提高模拟训练的逼真性和实效性,并使得模拟训练装置在轮机设备的故障仿真训练、应急处理操作训练以及模拟训练效果评估等方面更加全面、客观和有效,从而进一步提高施训效果。除此之外,陆上轮机模拟器将更加注重装置模拟的物理相似性、与其他船舶设备模拟平台之间的交互性、训练行为的真实性和培训、评估实施的方便性;轮机虚拟训练系统将进一步丰富软件功能、优化网络结构,重点提高虚拟操纵训练的逼真性;而实船轮机训练系统作为整个船舶IPMS的一个重要组成部分,为有效和充分综合利用各种有用信息,最大限度地实现全船综合优化管理控制,将在进一步改进完善自身功能的同时,朝着多元化、集成化的方向发展,以最终实现全船系统的联动训练和编队级的联合训练功能。
5结语
总之，采用轮机模拟器对学员进行技术培训,具有效率高、费用少、安全性好等优点。它不仅得到了国际航海界的普遍认可,而且受到了国际海事组织高度重视。目前世界上发达国家主要的航海院校和培训中心均已配备了各类航海模拟器和轮机模拟器。
参考文献
[1]贾玉康.内河船舶轮机模拟器特点及实操评估模式[J].中国水运,2013(12):34-35.
[2]王雅涛.关于现代船舶轮机模拟器的技术应用思考[J].现代制造技术与装备,2017(04):57-58.