我國(guó)是一個(gè)航運(yùn)大國(guó)，每年有大量的輪機(jī)專業(yè)學(xué)員需進(jìn)行崗前培訓(xùn)，還有眾多的在職船員要求進(jìn)行技能提高培訓(xùn)。由于船員進(jìn)行實(shí)船操作的機(jī)會(huì)并不多，更不可能進(jìn)行實(shí)船操縱突發(fā)情況時(shí)的應(yīng)變訓(xùn)練。并且隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代船舶電氣化，自動(dòng)化程度越來(lái)越高。因此應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)建設(shè)的船舶操縱訓(xùn)練模擬器通過(guò)模擬各種船型的操縱環(huán)境，使船員通過(guò)虛擬的三維海洋視景、六自由度的仿真運(yùn)動(dòng)和船舶聲音信號(hào)等獲得類似于實(shí)船操縱的經(jīng)歷，且不受時(shí)間空間條件限制，是一種非常有效的教學(xué)培訓(xùn)手段。
神州普惠公司在研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及應(yīng)用方面有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，公司自主研發(fā)的模擬器訓(xùn)練系統(tǒng)AppSTS(App Simulator Training System)，是基于分布式技術(shù)、三維圖形圖像模型、視景投影技術(shù)、數(shù)學(xué)模型和實(shí)物模型五大核心技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的覆蓋整個(gè)培訓(xùn)過(guò)程(教學(xué)、學(xué)習(xí)、練習(xí)和考核)的培訓(xùn)系統(tǒng)。主要用于設(shè)備的操作培訓(xùn)、協(xié)同規(guī)程培訓(xùn)和邏輯分析能力培訓(xùn)?？梢詫?duì)船舶及航行過(guò)程進(jìn)行三維可視化仿真，進(jìn)而進(jìn)行可視化研究或培訓(xùn)，大大提高了試驗(yàn)或訓(xùn)練效率。
一、通用船舶模擬器組成
通用船舶模擬器一般由仿真計(jì)算機(jī)、船舶模擬駕駛艙、運(yùn)動(dòng)仿真平臺(tái)、視景仿真系統(tǒng)、操縱負(fù)載系統(tǒng)、噪聲模擬系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)組成如下：
通用船舶模擬器系統(tǒng)組成
仿真計(jì)算機(jī)： 它是船舶模擬器的主要組成部分。通過(guò)編寫(xiě)程序的方法來(lái)描述船舶各系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。
模擬駕駛艙：它與真實(shí)船舶駕駛艙相似，艙內(nèi)設(shè)有儀表、指示燈、開(kāi)關(guān)按鈕和操縱手柄。駕駛員根據(jù)儀表指示和外景顯示操縱模擬器。艙內(nèi)儀表也可根據(jù)需要開(kāi)發(fā)成虛擬儀表。
運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)：它給駕駛員以運(yùn)動(dòng)感覺(jué)。運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)一般通過(guò)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)提供 “航行”過(guò)程中模擬器垂直、水平、橫向、俯仰、滾轉(zhuǎn)和偏航六個(gè)角運(yùn)動(dòng)的感覺(jué)。運(yùn)動(dòng)基座由大功率伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)由計(jì)算機(jī)計(jì)算形成。
視景仿真系統(tǒng)：它給駕駛員提供機(jī)艙外視覺(jué)景象。隨著模擬器的“航行”位置和“航行”狀況的變化，在模擬艙前顯現(xiàn)相應(yīng)的船外景象，包括港口、海浪、天空、船只航行尾跡等。視景仿真系統(tǒng)一般由視景生成計(jì)算機(jī)和視景顯示系統(tǒng)組成。虛擬視景通過(guò)視景建模、視景特效開(kāi)發(fā)、交互開(kāi)發(fā)完成虛擬場(chǎng)景的交互顯示。視景顯示系統(tǒng)一般通過(guò)投影顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
操縱負(fù)載系統(tǒng)：駕駛員在操縱舵輪、車鐘手柄等操縱機(jī)構(gòu)時(shí)，操縱負(fù)載系統(tǒng)給駕駛員以操縱負(fù)載力的感覺(jué)。這些負(fù)載力隨操縱機(jī)構(gòu)的行程大小、航行速度等參數(shù)的變化而改變。操縱負(fù)載系統(tǒng)通常采用力伺服系統(tǒng)。
噪聲模擬系統(tǒng)：噪聲模擬系統(tǒng)主要用來(lái)模擬船舶模擬器航行、發(fā)動(dòng)機(jī)和外部環(huán)境的音響效果以及乘員與控制臺(tái)間的語(yǔ)音通訊。
駕駛員在航海模擬器上進(jìn)行進(jìn)出港和航海訓(xùn)練時(shí)，可以人為地設(shè)置各種故障和特殊情況，以培養(yǎng)駕駛員處置故障和特殊情況的能力。
二、通用船舶模擬器作用
神州普惠公司應(yīng)用AppSTS開(kāi)發(fā)的船舶模擬器可以進(jìn)行如下研究和應(yīng)用:
1) 操作訓(xùn)練:可進(jìn)行單船航行操作訓(xùn)練、團(tuán)組配合與船舶安全航行、港口、狹水道、內(nèi)河與開(kāi)闊海域的船舶引航訓(xùn)練;
2) 方案論證:可進(jìn)行船舶結(jié)構(gòu)布局方案論證等;
3) 故障訓(xùn)練:通過(guò)對(duì)航行過(guò)程中常見(jiàn)故障以及較少出現(xiàn)的各種故障的模擬，對(duì)船員進(jìn)行故障的診斷、排除和維修訓(xùn)練;
4) 海事分析;
5) 海上搜救訓(xùn)練。
三、成功案例
神州普惠科技股份有限公司應(yīng)用AppSTS開(kāi)發(fā)了多個(gè)船舶模擬器，積累了豐富的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，目前船舶模擬器技術(shù)成熟，可以滿足用戶試驗(yàn)研究、仿真訓(xùn)練及娛樂(lè)體驗(yàn)等多方面需求。
1、 某型艦船模擬器
模擬器簡(jiǎn)介：該模擬器是神州普惠公司為某單位以某型艦船為原型構(gòu)建的艦船駕駛模擬器，該模擬器完美模擬某艦船的駕駛過(guò)程。以多通道柱形投影幕和多臺(tái)三洋PLC-XP5100C作為硬件基礎(chǔ)，配以神州普惠定制開(kāi)發(fā)的各種三維模型模塊(船舶三維模塊、港口三維模塊、海洋三維模塊和天氣三維模塊等)為用戶提供逼真的視覺(jué)感受;模擬器的各種操縱設(shè)備和顯示設(shè)備，嚴(yán)格依照“所見(jiàn)即所得”原則，保持與真實(shí)某艦內(nèi)的實(shí)物設(shè)備布局、操縱邏輯和顯示數(shù)據(jù)高度一致，由此保證用戶在使用模擬器時(shí)能獲得如駕駛真實(shí)艦艇完全一致的設(shè)備操作體驗(yàn);基于分布式仿真技術(shù)神州普惠設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了專用的運(yùn)動(dòng)解算模塊、操作臺(tái)控制信息模塊和系統(tǒng)同步模塊，為用戶提供了與駕駛真實(shí)某艦船高度一致的駕駛感覺(jué)。
2、 某艦艇編隊(duì)通訊指揮模擬器
模擬器簡(jiǎn)介：海上艦艇編隊(duì)作戰(zhàn)是現(xiàn)代海戰(zhàn)的基本作戰(zhàn)樣式。艦艇編隊(duì)作戰(zhàn)是一個(gè)實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的決策過(guò)程，不但要重視戰(zhàn)前的決策、制定合理完整的作戰(zhàn)計(jì)劃，更要注意戰(zhàn)斗過(guò)程中的實(shí)時(shí)指揮控制，及時(shí)捕獲戰(zhàn)機(jī)。神州普惠開(kāi)發(fā)的某艦艇編隊(duì)指揮模擬器可以模擬艦艇編隊(duì)反潛、防空、電子防御、戰(zhàn)術(shù)突擊、登陸作戰(zhàn)等作戰(zhàn)任務(wù)中的通訊指揮訓(xùn)練。
3、 氣墊船模擬器
模擬器簡(jiǎn)介：該模擬器是神州普惠公司為某所以某氣墊船為原型構(gòu)建的氣墊船模擬器，該模擬器具有逼真的視覺(jué)模擬和操作模擬功能，可以完美模擬氣墊船的駕駛過(guò)程。同時(shí)為了增強(qiáng)用戶體驗(yàn)，設(shè)計(jì)加入了六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)來(lái)模擬氣墊船在行進(jìn)過(guò)程中的顛簸、沖擊和轉(zhuǎn)彎燈運(yùn)動(dòng)感覺(jué)。
4、 潛艇領(lǐng)航模擬器
模擬器簡(jiǎn)介：潛艇領(lǐng)航是指引導(dǎo)、指揮潛艇按預(yù)定航線航行并準(zhǔn)時(shí)到達(dá)指定海域。神州普惠為某單位開(kāi)發(fā)的潛艇領(lǐng)航模擬器通過(guò)對(duì)潛艇、水面環(huán)境的三維模擬及航行模擬，用于訓(xùn)練潛艇駕駛員返航入港的一系列操作。
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