摘要：本文介绍了轮机模拟器的概况，重点探讨了其涉及的关键技术，主要包括以太网技术、虚拟现实及仿真技术等，在先进技术支持下，其研究成效将更加显著。
关键词：轮机模拟器；关键技术；以太网；虚拟现实；仿真
引言：在船舶航行过程中，轮机管理人员扮演着重要的角色，其综合素质直接关系着航行的安全性与准确性，在先进技术与设备支持下，特别是计算机模拟技术，经仿真培训，丰富了管理员的经验，提高了其管理水平。轮船模拟器利用仿真技术，构建了与实船基本一致的模拟操作平台，通过模拟操作，减少了船舶、航行、环境等因素的影响，降低了训练成本，保证了训练效果。自1970年起，轮机模拟器开始应用后，其不断更新，如：单机仿真、多机仿真、任务仿真、网络化仿真等，为了适应新时期培训需求，对其提出了更高的要求，本文对轮机模拟器的研究内容及关键技术进行了分析，旨在为推动其进一步发展。
1 轮机模拟器的概况
1.1 模型
根据相关研究资料可知，轮机模拟器研究核心为模型，其呈现了设备运行中的各类关系，如：逻辑模型展现的为模型逻辑关系，利用简单模型，描述了输入与输出间的关系；数学模型中涉及的关系为输入、输出间定量关系，它为系统分析、设计及优化等提供了可靠的依据，同时其精准度对仿真结果有着直接的影响。对于任何仿真系统而言，其均是由上述两种模型构成的，数学建模时应融入主要因素与可测量变量，并借助数学物理方法，对输入与输出关系进行描述。在对模型性能进行评价时应考虑精确性与时效性指标，实际研究中探寻二者平衡点即可。
1.2 通信
轮机模拟器的通信方式有两种，一种为模拟通信，另一种为数字通信，其为仿真数据传输提供了可靠的保障，使其在各设备中均具有了准确性、可靠性与实时性，前者传送形式包括电压、电流、气压与液压等，优点为直观、简便，但通信时极易受干扰，从而降低了信号的精确度，严重情况下，甚至会出现失真问题，同时其信道结构过于复杂，制约着多系统联合仿真，其常见于单独设备仿真；后者推动了轮机模拟器发展，在数字通信技术支持下，信道内的控制命令、仿真数据等实现了不同方式传输，如：串行、并行及总线通信等，其优点为便捷、快速，大幅度提升了通信质量与效率。
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1.3 系统
轮机模拟器的系统结构有两种，分别为集中式与分布式，最初发展时利用集中式，有效规避了传输延迟问题，保证了数据传输的同步性，但当时的计算机性能难以满足其发展需求，因此，此结构主要用于逻辑操作与趋势仿真；经过不断的发展，随之出现了分布式仿真，其充分运用了多台计算机，实现了对机舱内各设备与系统模拟，同时也减轻了单一计算机的运行压力，但其缺点不容忽视，如：数据传输速度缓慢，并且不具备同步性，为了弥补其不足，通过研究与实践，提出了并行分布式仿真，但因其成本偏高，使其应用较少[1]。
近几年，计算机技术快速发展，处理速度明显提高，国内外学者对集中式系统展开了深入研究，如：MC-90IV，DMS-2010，均是利用单台仿真服务器实现的，其进一步提高了数据计算与处理效果，同时满足了多人同步交互训练需求。
2 轮机模拟器的关键技术
2.1 以太网技术
此技术分为两种，一种为工业以太网，另一种为商用以太网，二者标准兼容，但前者在通信介质、产品强度、适用性等方面均优于后者，适应了工业发展需要，同时它支持的编程语言、拥有的软硬件资源等均具有丰富性与多样性，从而增强了通信质量。对于在线实时仿真系统而言，其对通信有着较高的要求，利用工业以太网技术，提高了信号传输速度，使其具备了实时性与确定性，即便是面对变量数据，也可对其进行准确、及时地刷新。同时，以太网通信速率较大，在10G左右，其不仅减轻了网络压力，还减少了网络延时。再者，在此技术支持下，提高了通信的可靠性和稳定性，即使是极端工作环境，也可有效传输数据[2]。
对于全任务轮机模拟器来说，其系统包括数据传输与功能控制，它利用传输数据与指令，实现了对计算、操作等功能的执行，同时通过对多个节点的协调，促进了仿真任务的完成。上述内容应用于高层协议与规范上时，需要满足开放系统及互操作要求，以太网协议利用以太网、TCP/IP技术及低速现场总线应用层协议，组成了工业以太网协议，其优势显著，日后将广泛应用于网络控制。
2.2 虚拟现实技术
通过先进的技术，为终端用户、开发者等提供了便利，丰富了表现手段，增强了系统功能。虚拟现实技术主要是利用计算机图形学、传感技术、人机交互技术及人工智能等，经计算机为训练者提供了逼真的操作环境，其中融合了视觉、听觉与触觉，从而充分发挥了其体验、交互等作用。在3D技术发展而来的虚拟现实技术，其营造的虚拟环境中有精确的物体状态模型，同时训练者可感受可视化与一体化的环境，将其应用于轮机模拟器，凸显了其多感知性、交互性与构想性等特点[3]。
在虚拟环境下，利用交互仿真技术，为训练者提供系统与设备虚拟操作，借助此平台，节省了培训成本，避免了时间及空间等因素的影响、规避了实际操作风险，因此，此平台应用日渐广泛。
2.3 仿真技术
嵌入式系统主要是利用嵌入式技术与可裁剪的软硬件，以此提高应用系统的功能性、经济性及可靠性，将其用于轮机模拟其，实现了对有效控制与监视。以AC C20为例，其遥控单元、操作控制单元、延伸报警单元等[4]。
总结：综上所述，轮机模拟器的模型、通信及系统等方面借助的技术主要有以太网、虚拟现实及仿真技术等，在先进技术作用下，轮机模拟器的应用效果更加显著，同时也为轮机发展提供了可靠的保障。
参考文献：
[1]贾宝柱,曹辉,张均东,等.轮机模拟器及其关键技术[J].中国航海,2012,01:35-40.
[2]孔会敏.轮机模拟器中的综合仿真平台技术研究[D].上海海运学院,2011.
[3]彭水生.轮机模拟器6S60MC柴油主机仿真系统与故障模拟[D].大连海事大学,2012.
[4]程彬.轮机模拟器的设计与制作[D].青岛大学,2010.
论文作者:邢宏民
论文发表刊物:《科技中国》2016年6期
论文发表时间:2016/10/17
标签：轮机论文; 模拟器论文; 以太网论文; 技术论文; 系统论文; 通信论文; 虚拟现实论文; 《科技中国》2016年6期论文;