仿真技術(shù)培訓(xùn)機械操作

用仿真技術(shù)進行起重機操作培訓(xùn)

顧海紅

用仿真技術(shù)對港口起重機械操作人員進行上崗前培訓(xùn)，就是借助計算機，采用真實的駕駛室和操作臺制成港口起重機械仿真操作訓(xùn)練器，使受培訓(xùn)人員在訓(xùn)練器操作臺上接受操作訓(xùn)練時，感覺就像在真實的起重機上操作時一樣，受培訓(xùn)人員在這種環(huán)境中能較快的獲得類似實機操作的經(jīng)驗。

1、仿真操作培訓(xùn)原理

港口起重機仿真訓(xùn)練器主要由駕駛室操作系統(tǒng)、教員控制臺系統(tǒng)、三位圖象視景系統(tǒng)、動力學(xué)模型、信號采集和A/D轉(zhuǎn)換、音響系統(tǒng)，教學(xué)投影系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)等模塊組成。其工作原理如附圖所示。

仿真駕駛時采用真實的駕駛室，包括一套完整的操作臺，內(nèi)含各種操作手柄、按鈕、儀表、指示器以及駕駛員座椅等。駕駛室原來的玻璃窗口用系統(tǒng)的屏幕來代替，通過“窗口”可以看到由高性能投影儀投放到屏幕上的視景圖像和操作情況。音響系統(tǒng)可以發(fā)出港口實際作業(yè)中的各種現(xiàn)場聲音。

教員控制臺系統(tǒng)包括教員控制臺主機、視景監(jiān)視屏、駕駛室操作監(jiān)視器以及相關(guān)的輸入、輸出設(shè)備。該系統(tǒng)具有以下主要功能：系統(tǒng)自檢，系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，操作訓(xùn)練環(huán)境條件設(shè)定，系統(tǒng)控制及仿真過程監(jiān)視，故障設(shè)置，仿真過程記錄和重演，自動評分和操作錯誤分析等。

動力學(xué)數(shù)學(xué)模型是仿真技術(shù)的核心，通過建立模型，對人、機、物、環(huán)境及相互關(guān)系進行本質(zhì)的描述，才能在計算機上實現(xiàn)裝卸作業(yè)的仿真。動力學(xué)模型包括各運動部件運動規(guī)律的教學(xué)描述，還包括碰撞檢測。建模時還考慮了不同風(fēng)速、風(fēng)向的影響。

信號采集和A/D轉(zhuǎn)換將實時操作手柄、按鈕開關(guān)的位移量傳送給動力學(xué)模型。

2、港口起重機斜仿真操作訓(xùn)練器的基本功能

仿真訓(xùn)練器的關(guān)鍵就是仿真的真實性，只有保證仿真的正確性，仿真系統(tǒng)才具有實際應(yīng)用價值和意義，才真正具有生命力。主要表現(xiàn)在以下兩個方面：一是各項數(shù)據(jù)模型的準確性，就是當(dāng)駕駛員進行操作時，起重機的各機構(gòu)進行操作時，起重機的各機構(gòu)運行速度的變化要非常逼近于實際作業(yè)情況，否則受培訓(xùn)人員由此而獲得的錯誤操作技術(shù)和經(jīng)驗，不僅與他們?nèi)蘸蟮膶嶋H操作無益，反而具有相當(dāng)?shù)奈：π�，即受培�?xùn)人員在模擬駕駛室所得到的感受應(yīng)盡量接近實際情況，以便使受培訓(xùn)人員能盡快的實現(xiàn)從模擬操作到實際操作的過渡。

仿真操作訓(xùn)練器的主要功能包括：

(1)具有完整的起重機械駕駛操作系統(tǒng)，可進行起重機械各機構(gòu)的各種操作，以便將來能安全、高效、高質(zhì)量的完成裝卸作業(yè)。

(2)建立起重機械系統(tǒng)動力學(xué)模型，是操作人員的操縱動作實時仿真，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可獲得各機構(gòu)在啟動、運行、制動時的各種真實感覺，包括人的感官對視景、聲響、振動的真實感覺。

(3)用高級圖形建模擬平臺，應(yīng)用先進的多媒體技術(shù)和圖像處理技術(shù)進行真實場景和運動模型的建模，可以跟據(jù)需要模擬各種天氣情況時的起重機械的作業(yè)情況，如晴天、陰天等不同能見度下的作業(yè)情況及不同風(fēng)向、風(fēng)速時對其裝卸作業(yè)影響等的仿真。(4)提供不同內(nèi)容、不同難度的培訓(xùn)操作工況，以對操作人員進行全面的培訓(xùn)。

(5)教員可通過教員控制臺實時了解學(xué)院的操作情況，并能隨時改變其環(huán)境設(shè)置、調(diào)整訓(xùn)練內(nèi)容和難度，必要時可定格場景進行時實講評。

(6)通過教員控制臺可隨時記錄學(xué)院操作吊具的運動情況，并在需要時進行重演以進行講評，以提高學(xué)院的操作技能。

(7)評估軟件系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)操作錯誤提示，根據(jù)學(xué)院的操作步驟、質(zhì)量、故障處理以及教員綜合印象對其進行評分和打印成績報告。

仿真操作訓(xùn)練器相對于實機訓(xùn)練來說，性能價格比極高，而且非常方便，它能很方便的模擬出實際訓(xùn)練中很少遇到的突發(fā)性事件。教員可以根據(jù)學(xué)員的心理特點和訓(xùn)練要求，很容易地模擬出如突遇大風(fēng)、超負荷、停電等情況，這樣可以培訓(xùn)學(xué)員具有準確的判斷能力、良好的心理素質(zhì)，具備處理緊急情況的能力。因此，仿真訓(xùn)練具有實機訓(xùn)練不可代替的優(yōu)點，當(dāng)然仿真操作訓(xùn)練也不可能完全代替實際操作訓(xùn)練，但學(xué)員經(jīng)過仿真操作訓(xùn)練后，就有了一定的操作經(jīng)驗和技術(shù)，再上真起重機上實習(xí)就能很快地掌握實際操作技術(shù)。

3、港口起重機仿真操作訓(xùn)練的特點

港口起重機仿真操作培訓(xùn)技術(shù)具有實際操作培訓(xùn)無法比擬的優(yōu)點：

(1)安全性好。杜絕了培訓(xùn)事故的發(fā)生，減少了培訓(xùn)損失。

(2)效果好。應(yīng)用計算機仿真軟件，通過人機對話方式，可模擬出港口作業(yè)過程中各種工作狀況和天氣情況，并可進行各種特殊工況和事故處理能力的全面培訓(xùn)，從而可大大縮短培訓(xùn)周期，提高培訓(xùn)質(zhì)量。

(3)經(jīng)濟效益好。仿真訓(xùn)練器能耗低，不影響港口正常生產(chǎn)，可大大降低培訓(xùn)費用。(4)功能強。通過對仿真軟件及硬件的維護和擴充，可適應(yīng)不斷發(fā)展的港口起重機械的培訓(xùn)要求，并可一機多用，一個仿真訓(xùn)練系統(tǒng)可進行多種機型的操作訓(xùn)練。

可以預(yù)見，模擬仿真培訓(xùn)技術(shù)將在起重機械操作人員培訓(xùn)領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。

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用仿真技術(shù)進行起重機操作培訓(xùn)

201*-07-201*:59?用仿真技術(shù)對港口起重機械操作人員進行上崗前培訓(xùn)，就是借助計算機，采用真實的駕駛室和操作臺制成港口起重機械仿真操作訓(xùn)練器，使受培訓(xùn)人員在訓(xùn)練器操作臺上接受操作訓(xùn)練時，感覺就像在真實的起重機上操作時一樣，受培

用仿真技術(shù)對港口起重機械操作人員進行上崗前培訓(xùn)，就是借助計算機，采用真實的駕駛室和操作臺制成港口起重機械仿真操作訓(xùn)練器，使受培訓(xùn)人員在訓(xùn)練器操作臺上接受操作訓(xùn)練時，感覺就像在真實的起重機上操作時一樣，受培訓(xùn)人員在這種環(huán)境中能較快的獲得類似實機操作的經(jīng)驗。

1、仿真操作培訓(xùn)原理

港口起重機仿真訓(xùn)練器主要由駕駛室操作系統(tǒng)、教員控制臺系統(tǒng)、三位圖象視景系統(tǒng)、動力學(xué)模型、信號采集和A/D轉(zhuǎn)換、音響系統(tǒng)，教學(xué)投影系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)等模塊組成。其工作原理如附圖所示。

仿真駕駛時采用真實的駕駛室，包括一套完整的操作臺，內(nèi)含各種操作手柄、按鈕、儀表、指示器以及駕駛員座椅等。駕駛室原來的玻璃窗口用系統(tǒng)的屏幕來代替，通過“窗口”可以看到由高性能投影儀投放到屏幕上的視景圖像和操作情況。音響系統(tǒng)可以發(fā)出港口實際作業(yè)中的各種現(xiàn)場聲音。

教員控制臺系統(tǒng)包括教員控制臺主機、視景監(jiān)視屏、駕駛室操作監(jiān)視器以及相關(guān)的輸入、輸出設(shè)備。該系統(tǒng)具有以下主要功能：系統(tǒng)自檢，系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，操作訓(xùn)練環(huán)境條件設(shè)定，系統(tǒng)控制及仿真過程監(jiān)視，故障設(shè)置，仿真過程記錄和重演，自動評分和操作錯誤分析等。

動力學(xué)數(shù)學(xué)模型是仿真技術(shù)的核心，通過建立模型，對人、機、物、環(huán)境及相互關(guān)系進行本質(zhì)的描述，才能在計算機上實現(xiàn)裝卸作業(yè)的仿真。動力學(xué)模型包括各運動部件運動規(guī)律的教學(xué)描述，還包括碰撞檢測。建模時還考慮了不同風(fēng)速、風(fēng)向的影響。

信號采集和A/D轉(zhuǎn)換將實時操作手柄、按鈕開關(guān)的位移量傳送給動力學(xué)模型。

2、港口起重機斜仿真操作訓(xùn)練器的基本功能

仿真訓(xùn)練器的關(guān)鍵就是仿真的真實性，只有保證仿真的正確性，仿真系統(tǒng)才具有實際應(yīng)用價值和意義，才真正具有生命力。主要表現(xiàn)在以下兩個方面：一是各項數(shù)據(jù)模型的準確性，就是當(dāng)駕駛員進行操作時，起重機的各機構(gòu)進行操作時，起重機的各機構(gòu)運行速度的變化要非常逼近于實際作業(yè)情況，否則受培訓(xùn)人員由此而獲得的錯誤操作技術(shù)和經(jīng)驗，不僅與他們?nèi)蘸蟮膶嶋H操作無益，反而具有相當(dāng)?shù)奈：π裕�即受培�?xùn)人員在模擬駕駛室所得到的感受應(yīng)盡量接近實際情況，以便使受培訓(xùn)人員能盡快的實現(xiàn)從模擬操作到實際操作的過渡。

仿真操作訓(xùn)練器的主要功能包括：(1)具有完整的起重機械駕駛操作系統(tǒng)，可進行起重機械各機構(gòu)的各種操作，以便將來能安全、高效、高質(zhì)量的完成裝卸作業(yè)。(2)建立起重機械系統(tǒng)動力學(xué)模型，是操作人員的操縱動作實時仿真，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可獲得各機構(gòu)在啟動、運行、制動時的各種真實感覺，包括人的感官對視景、聲響、振動的真實感覺。

(3)用高級圖形建模擬平臺，應(yīng)用先進的多媒體技術(shù)和圖像處理技術(shù)進行真實場景和運動模型的建模，可以跟據(jù)需要模擬各種天氣情況時的起重機械的作業(yè)情況，如晴天、陰天等不同能見度下的作業(yè)情況及不同風(fēng)向、風(fēng)速時對其裝卸作業(yè)影響等的仿真。

(4)提供不同內(nèi)容、不同難度的培訓(xùn)操作工況，以對操作人員進行全面的培訓(xùn)。(5)教員可通過教員控制臺實時了解學(xué)院的操作情況，并能隨時改變其環(huán)境設(shè)置、調(diào)整訓(xùn)練內(nèi)容和難度，必要時可定格場景進行時實講評。

(6)通過教員控制臺可隨時記錄學(xué)院操作吊具的運動情況，并在需要時進行重演以進行講評，以提高學(xué)院的操作技能。

(7)評估軟件系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)操作錯誤提示，根據(jù)學(xué)院的操作步驟、質(zhì)量、故障處理以及教員綜合印象對其進行評分和打印成績報告。

仿真操作訓(xùn)練器相對于實機訓(xùn)練來說，性能價格比極高，而且非常方便，它能很方便的模擬出實際訓(xùn)練中很少遇到的突發(fā)性事件。教員可以根據(jù)學(xué)員的心理特點和訓(xùn)練要求，很容易地模擬出如突遇大風(fēng)、超負荷、停電等情況，這樣可以培訓(xùn)學(xué)員具有準確的判斷能力、良好的心理素質(zhì)，具備處理緊急情況的能力。因此，仿真訓(xùn)練具有實機訓(xùn)練不可代替的優(yōu)點，當(dāng)然仿真操作訓(xùn)練也不可能完全代替實際操作訓(xùn)練，但學(xué)員經(jīng)過仿真操作訓(xùn)練后，就有了一定的操作經(jīng)驗和技術(shù)，再上真起重機上實習(xí)就能很快地掌握實際操作技術(shù)。

3、港口起重機仿真操作訓(xùn)練的特點

港口起重機仿真操作培訓(xùn)技術(shù)具有實際操作培訓(xùn)無法比擬的優(yōu)點：

(1)安全性好。杜絕了培訓(xùn)事故的發(fā)生，減少了培訓(xùn)損失。

(2)效果好。應(yīng)用計算機仿真軟件，通過人機對話方式，可模擬出港口作業(yè)過程中各種工作狀況和天氣情況，并可進行各種特殊工況和事故處理能力的全面培訓(xùn)，從而可大大縮短培訓(xùn)周期，提高培訓(xùn)質(zhì)量。

(3)經(jīng)濟效益好。仿真訓(xùn)練器能耗低，不影響港口正常生產(chǎn)，可大大降低培訓(xùn)費用。(4)功能強。通過對仿真軟件及硬件的維護和擴充，可適應(yīng)不斷發(fā)展的港口起重機械的培訓(xùn)要求，并可一機多用，一個仿真訓(xùn)練系統(tǒng)可進行多種機型的操作訓(xùn)練。

可以預(yù)見，模擬仿真培訓(xùn)技術(shù)將在起重機械操作人員培訓(xùn)領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。

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