仿真技術培訓機械操作
用仿真技術進行起重機操作培訓
顧海紅
用仿真技術對港口起重機械操作人員進行上崗前培訓，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練器，使受培訓人員在訓練器操作臺上接受操作訓練時，感覺就像在真實的起重機上操作時一樣，受培訓人員在這種環(huán)境中能較快的獲得類似實機操作的經(jīng)驗。
1、仿真操作培訓原理
港口起重機仿真訓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)、動力學模型、信號采集和A/D轉換、音響系統(tǒng)，教學投影系統(tǒng)和網(wǎng)絡通訊系統(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)視器以及相關的輸入、輸出設備。該系統(tǒng)具有以下主要功能：系統(tǒng)自檢，系統(tǒng)參數(shù)設置，操作訓練環(huán)境條件設定，系統(tǒng)控制及仿真過程監(jiān)視，故障設置，仿真過程記錄和重演，自動評分和操作錯誤分析等。
動力學數(shù)學模型是仿真技術的核心，通過建立模型，對人、機、物、環(huán)境及相互關系進行本質(zhì)的描述，才能在計算機上實現(xiàn)裝卸作業(yè)的仿真。動力學模型包括各運動部件運動規(guī)律的教學描述，還包括碰撞檢測。建模時還考慮了不同風速、風向的影響。
信號采集和A/D轉換將實時操作手柄、按鈕開關的位移量傳送給動力學模型。
2、港口起重機斜仿真操作訓練器的基本功能
仿真訓練器的關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，就是當駕駛員進行操作時，起重機的各機構進行操作時，起重機的各機構運行速度的變化要非常逼近于實際作業(yè)情況，否則受培訓人員由此而獲得的錯誤操作技術和經(jīng)驗，不僅與他們?nèi)蘸蟮膶嶋H操作無益，反而具有相當?shù)奈：π�，即受培訓人員在模擬駕駛室所得到的感受應盡量接近實際情況，以便使受培訓人員能盡快的實現(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)動力學模型，是操作人員的操縱動作實時仿真，應用虛擬現(xiàn)實技術，可獲得各機構在啟動、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，應用先進的多媒體技術和圖像處理技術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)情況及不同風向、風速時對其裝卸作業(yè)影響等的仿真。(4)提供不同內(nèi)容、不同難度的培訓操作工況，以對操作人員進行全面的培訓。
(5)教員可通過教員控制臺實時了解學院的操作情況，并能隨時改變其環(huán)境設置、調(diào)整訓練內(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，以提高學院的操作技能。
(7)評估軟件系統(tǒng)能夠實現(xiàn)操作錯誤提示，根據(jù)學院的操作步驟、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。
仿真操作訓練器相對于實機訓練來說，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練中很少遇到的突發(fā)性事件。教員可以根據(jù)學員的心理特點和訓練要求，很容易地模擬出如突遇大風、超負荷、停電等情況，這樣可以培訓學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，仿真訓練具有實機訓練不可代替的優(yōu)點，當然仿真操作訓練也不可能完全代替實際操作訓練，但學員經(jīng)過仿真操作訓練后，就有了一定的操作經(jīng)驗和技術，再上真起重機上實習就能很快地掌握實際操作技術。
3、港口起重機仿真操作訓練的特點
港口起重機仿真操作培訓技術具有實際操作培訓無法比擬的優(yōu)點：
(1)安全性好。杜絕了培訓事故的發(fā)生，減少了培訓損失。
(2)效果好。應用計算機仿真軟件，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，從而可大大縮短培訓周期，提高培訓質(zhì)量。
(3)經(jīng)濟效益好。仿真訓練器能耗低，不影響港口正常生產(chǎn)，可大大降低培訓費用。(4)功能強。通過對仿真軟件及硬件的維護和擴充，可適應不斷發(fā)展的港口起重機械的培訓要求，并可一機多用，一個仿真訓練系統(tǒng)可進行多種機型的操作訓練。
可以預見，模擬仿真培訓技術將在起重機械操作人員培訓領域發(fā)揮重要的作用。
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用仿真技術進行起重機操作培訓
201*-07-201*:59?用仿真技術對港口起重機械操作人員進行上崗前培訓，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練器，使受培訓人員在訓練器操作臺上接受操作訓練時，感覺就像在真實的起重機上操作時一樣，受培
用仿真技術對港口起重機械操作人員進行上崗前培訓，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練器，使受培訓人員在訓練器操作臺上接受操作訓練時，感覺就像在真實的起重機上操作時一樣，受培訓人員在這種環(huán)境中能較快的獲得類似實機操作的經(jīng)驗。
1、仿真操作培訓原理
港口起重機仿真訓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)、動力學模型、信號采集和A/D轉換、音響系統(tǒng)，教學投影系統(tǒng)和網(wǎng)絡通訊系統(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)視器以及相關的輸入、輸出設備。該系統(tǒng)具有以下主要功能：系統(tǒng)自檢，系統(tǒng)參數(shù)設置，操作訓練環(huán)境條件設定，系統(tǒng)控制及仿真過程監(jiān)視，故障設置，仿真過程記錄和重演，自動評分和操作錯誤分析等。
動力學數(shù)學模型是仿真技術的核心，通過建立模型，對人、機、物、環(huán)境及相互關系進行本質(zhì)的描述，才能在計算機上實現(xiàn)裝卸作業(yè)的仿真。動力學模型包括各運動部件運動規(guī)律的教學描述，還包括碰撞檢測。建模時還考慮了不同風速、風向的影響。
信號采集和A/D轉換將實時操作手柄、按鈕開關的位移量傳送給動力學模型。
2、港口起重機斜仿真操作訓練器的基本功能
仿真訓練器的關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，就是當駕駛員進行操作時，起重機的各機構進行操作時，起重機的各機構運行速度的變化要非常逼近于實際作業(yè)情況，否則受培訓人員由此而獲得的錯誤操作技術和經(jīng)驗，不僅與他們?nèi)蘸蟮膶嶋H操作無益，反而具有相當?shù)奈：π�，即受培訓人員在模擬駕駛室所得到的感受應盡量接近實際情況，以便使受培訓人員能盡快的實現(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)動力學模型，是操作人員的操縱動作實時仿真，應用虛擬現(xiàn)實技術，可獲得各機構在啟動、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，應用先進的多媒體技術和圖像處理技術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)情況及不同風向、風速時對其裝卸作業(yè)影響等的仿真。
(4)提供不同內(nèi)容、不同難度的培訓操作工況，以對操作人員進行全面的培訓。(5)教員可通過教員控制臺實時了解學院的操作情況，并能隨時改變其環(huán)境設置、調(diào)整訓練內(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，以提高學院的操作技能。
(7)評估軟件系統(tǒng)能夠實現(xiàn)操作錯誤提示，根據(jù)學院的操作步驟、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。
仿真操作訓練器相對于實機訓練來說，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練中很少遇到的突發(fā)性事件。教員可以根據(jù)學員的心理特點和訓練要求，很容易地模擬出如突遇大風、超負荷、停電等情況，這樣可以培訓學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，仿真訓練具有實機訓練不可代替的優(yōu)點，當然仿真操作訓練也不可能完全代替實際操作訓練，但學員經(jīng)過仿真操作訓練后，就有了一定的操作經(jīng)驗和技術，再上真起重機上實習就能很快地掌握實際操作技術。
3、港口起重機仿真操作訓練的特點
港口起重機仿真操作培訓技術具有實際操作培訓無法比擬的優(yōu)點：
(1)安全性好。杜絕了培訓事故的發(fā)生，減少了培訓損失。
(2)效果好。應用計算機仿真軟件，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，從而可大大縮短培訓周期，提高培訓質(zhì)量。
(3)經(jīng)濟效益好。仿真訓練器能耗低，不影響港口正常生產(chǎn)，可大大降低培訓費用。(4)功能強。通過對仿真軟件及硬件的維護和擴充，可適應不斷發(fā)展的港口起重機械的培訓要求，并可一機多用，一個仿真訓練系統(tǒng)可進行多種機型的操作訓練。
可以預見，模擬仿真培訓技術將在起重機械操作人員培訓領域發(fā)揮重要的作用。
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