摘要：受现实中各种因素的影响，直接对海员进行船舶轮机指导存在难度。为了更好地提高轮机操作人员的实际技能，轮机模拟器这一技术的不断改善及进一步的应用成为越来越多人关注的问题，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。
关键词：现代船舶 轮机模拟器 应用与发展
引言
现代船舶轮机模拟器是为了更好地培养轮机操作人员所研究出来的一种新型技术。随着技术的发展，融合不同的技术原理，轮机模拟器也分为物理与纯虚拟两种。它们各有特点，在现实应用中也渐渐取得了许多实践应用成果。但是，随着技术的进一步发展以及相关培养要求的不断提高，对现代船舶轮机模拟器的实践应用也有了更多思考。
1.船舶综合模拟器的结构原理
船舶综合模拟器的总体结构如图1所示。它由导演台和多个模拟船组成。导演台是模拟器的中央控制单元，由网络管理台、训练管理台、网络集线器组成，主要供教练员设置训练科目、控制训练过程、监督学员训练情况、回放训练过程和讲评等。模拟船一般由船舶操纵模拟器、航海仪器模拟器和轮机模拟器组成，也可以集船舶操纵台、航海仪器台于一体的综合模拟台组成。根据需要，可以进行单船的各专业训练，也可以组成船队，进行综合航行训练。整个系统通过网络连成一体。
综合模拟器的硬件部分如车、舵装置，罗经、声号、仪表等装置均采用实物仿真；控制系统定时检测车的状态、舵、罗经转过的角度，仪表状态等信息，并将检测的结果传送给计算机，通过模拟软件来变换操船的场景，同时，将当前的舵转过的角度、主机转速、起动气压等传送给控制系统，以改变仪表盘的指示。整个系统硬件部分设计采用了CPLD技术，用软件MAX+plusll进行地址编译、分配和仿真。
2.轮机模拟器的发展
2.1轮机模拟器的分类及功能
经过多年的发展，轮机模拟器技术取得不断突破。现有符合综合性能要求的轮机模拟器有传统型轮机模拟器与新型轮机模拟器两种。传统的轮机模拟器主要是以计算机为核心的机电教学系统，主要由驾控室、集控室、模拟机舱以及软操训练室。新型的轮机模拟器则是借助虚拟现实技术生成较为逼真的船舶机舱模拟环境。使用者通过虚拟现实设备沉浸在机舱模拟环境中，较传统的模拟轮机模拟器具有更为真实的体验。无论是在问题模拟上还是操作反馈上，新型的轮机模拟器都能够得到更良好的体验。轮机模拟器主要是通过模拟主机操作系统、船舶电站和相关的检测报警系统的操作和步骤的训练学习，来对轮机操作人员进行实践训练的。
2.2轮机模拟器的优劣
2.2.1优点
它为轮机教育提供了一种新型的综合性实践教学方法。优点具体包括：轮机模拟器通过模拟自动化船舶的轮机系统，为轮机学员提供先进的轮机系统的操作方法和练习平台；灵活安排各种各样的训练项目和试验项目；无副作用地反复练习现实中不方便进行或不允许随便实验的相关训练内容；能够快速掌握现实中需要很久才能够掌握的实践技术经验；能够有效避免操作不当带来的额外训练损失，并能够更为直观地表达训练中的不足；能够进行特定故障和现象的专门性训练，较好地配合教学内容；较好地控制训练成本；较为方便的开展远程教学，降低教学限制；能够自动形成相关训练的考核评价。
2.2.2缺点
虽然轮机模拟器具有诸多优点，但某些方面也有着很大的局限性，无论是传统的物理轮机模拟器还是纯虚拟的虚拟轮机模拟器。这主要表现在：与现实的轮机操作有着无法消除的差异，不能彻底代替轮机操作训练；物理轮机模拟器虽然模拟出各种主机的模型及与之相关的各种辅助设备，但与实际的轮机存在巨大差异；虚拟轮机模拟器只能在思维层次提供训练，没有实际的动手操作，更多的是对学员想象控制思维的练习；与实际的轮机模拟器存在操作感差异以及明显的逻辑关系和运行规律的不完善。
2.3船舶操纵模拟器的硬件设计
船舶操纵模拟器用于操纵本船和显示环境信息。主要由操纵台控制机、操纵面板、中央控制电路模块、采集模块和显示设备组成。硬件结构设计如图2所示，操纵台面板的操舵装置（随动舵、应急舵）、车钟、罗经、声号（鸣笛、应答）、靠离码头部署、舵角指示器、视景控制等部件采用实物仿真，航速、航向、主机转速、故障指示采用计算机模拟。将计算机、数据采集模块和CPLD模块称为信息处理模块。
3.轮机模拟器的关键技术
3.1 以太网技术
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。
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。
3.2 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。
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。
4.结束语
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.
论文作者:宋瑞峰,邱钟伟
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年9期
论文发表时间:2019/8/23
标签：轮机论文; 模拟器论文; 船舶论文; 技术论文; 操作论文; 以太网论文; 虚拟现实论文; 《建筑学研究前沿》2019年9期论文;