我國是一個航運大國，每年有大量的輪機專業(yè)學(xué)員需進行崗前培訓(xùn)，還有眾多的在職船員要求進行技能提高培訓(xùn)。由于船員進行實船操作的機會并不多，更不可能進行實船操縱突發(fā)情況時的應(yīng)變訓(xùn)練。并且隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代船舶電氣化，自動化程度越來越高。因此應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)建設(shè)的船舶操縱訓(xùn)練模擬器通過模擬各種船型的操縱環(huán)境，使船員通過虛擬的三維海洋視景、六自由度的仿真運動和船舶聲音信號等獲得類似于實船操縱的經(jīng)歷，且不受時間空間條件限制，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)實技術(shù)及應(yīng)用方面有著豐富的經(jīng)驗，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)模型和實物模型五大核心技術(shù)設(shè)計開發(fā)的覆蓋整個培訓(xùn)過程(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)。可以對船舶及航行過程進行三維可視化仿真，進而進行可視化研究或培訓(xùn)，大大提高了試驗或訓(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算機、船舶模擬駕駛艙、運動仿真平臺、視景仿真系統(tǒng)、操縱負載系統(tǒng)、噪聲模擬系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)組成如下：

 

　　仿真計算機： 它是船舶模擬器的主要組成部分。通過編寫程序的方法來描述船舶各系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。

　　模擬駕駛艙：它與真實船舶駕駛艙相似，艙內(nèi)設(shè)有儀表、指示燈、開關(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)需要開發(fā)成虛擬儀表。

　　運動仿真系統(tǒng)：它給駕駛員以運動感覺。運動仿真系統(tǒng)一般通過六自由度運動平臺提供 “航行”過程中模擬器垂直、水平、橫向、俯仰、滾轉(zhuǎn)和偏航六個角運動的感覺。運動基座由大功率伺服系統(tǒng)驅(qū)動，驅(qū)動信號由計算機計算形成。

　　視景仿真系統(tǒng)：它給駕駛員提供機艙外視覺景象。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)一般由視景生成計算機和視景顯示系統(tǒng)組成。虛擬視景通過視景建模、視景特效開發(fā)、交互開發(fā)完成虛擬場景的交互顯示。視景顯示系統(tǒng)一般通過投影顯示系統(tǒng)實現(xiàn)。

　　操縱負載系統(tǒng)：駕駛員在操縱舵輪、車鐘手柄等操縱機構(gòu)時，操縱負載系統(tǒng)給駕駛員以操縱負載力的感覺。這些負載力隨操縱機構(gòu)的行程大小、航行速度等參數(shù)的變化而改變。操縱負載系統(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)主要用來模擬船舶模擬器航行、發(fā)動機和外部環(huán)境的音響效果以及乘員與控制臺間的語音通訊。

　　駕駛員在航海模擬器上進行進出港和航海訓(xùn)練時，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開發(fā)的船舶模擬器可以進行如下研究和應(yīng)用:

　　1) 操作訓(xùn)練:可進行單船航行操作訓(xùn)練、團組配合與船舶安全航行、港口、狹水道、內(nèi)河與開闊海域的船舶引航訓(xùn)練;

　　2) 方案論證:可進行船舶結(jié)構(gòu)布局方案論證等;

　　3) 故障訓(xùn)練:通過對航行過程中常見故障以及較少出現(xiàn)的各種故障的模擬，對船員進行故障的診斷、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開發(fā)了多個船舶模擬器，積累了豐富的項目開發(fā)經(jīng)驗，目前船舶模擬器技術(shù)成熟，可以滿足用戶試驗研究、仿真訓(xùn)練及娛樂體驗等多方面需求。

1、 某型艦船模擬器

　　模擬器簡介：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程。以多通道柱形投影幕和多臺三洋PLC-XP5100C作為硬件基礎(chǔ)，配以神州普惠定制開發(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感受;模擬器的各種操縱設(shè)備和顯示設(shè)備，嚴格依照“所見即所得”原則，保持與真實某艦內(nèi)的實物設(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能獲得如駕駛真實艦艇完全一致的設(shè)備操作體驗;基于分布式仿真技術(shù)神州普惠設(shè)計開發(fā)了專用的運動解算模塊、操作臺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某艦船高度一致的駕駛感覺。
 

2、 某艦艇編隊通訊指揮模擬器

　　模擬器簡介：海上艦艇編隊作戰(zhàn)是現(xiàn)代海戰(zhàn)的基本作戰(zhàn)樣式。艦艇編隊作戰(zhàn)是一個實時的、動態(tài)的決策過程，不但要重視戰(zhàn)前的決策、制定合理完整的作戰(zhàn)計劃，更要注意戰(zhàn)斗過程中的實時指揮控制，及時捕獲戰(zhàn)機。神州普惠開發(fā)的某艦艇編隊指揮模擬器可以模擬艦艇編隊反潛、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模擬和操作模擬功能，可以完美模擬氣墊船的駕駛過程。同時為了增強用戶體驗，設(shè)計加入了六自由度運動平臺來模擬氣墊船在行進過程中的顛簸、沖擊和轉(zhuǎn)彎燈運動感覺。
 

4、 潛艇領(lǐng)航模擬器

　　模擬器簡介：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)時到達指定海域。神州普惠為某單位開發(fā)的潛艇領(lǐng)航模擬器通過對潛艇、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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