我國是一個航運大國，每年有大量的輪機專業(yè)學員需進行崗前培訓，還有眾多的在職船員要求進行技能提高培訓。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)情況時的應變訓練。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。因此應用虛擬仿真技術建設的船舶操縱訓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培訓手段。
神州普惠公司在研究虛擬現(xiàn)實技術及應用方面有著豐富的經(jīng)驗，公司自主研發(fā)的模擬器訓練系統(tǒng)AppSTS(App Simulator Training System)，是基于分布式技術、三維圖形圖像模型、視景投影技術、數(shù)學模型和實物模型五大核心技術設計開發(fā)的覆蓋整個培訓過程(教學、學習、練習和考核)的培訓系統(tǒng)。主要用于設備的操作培訓、協(xié)同規(guī)程培訓和邏輯分析能力培訓?？梢詫Υ凹昂叫羞^程進行三維可視化仿真，進而進行可視化研究或培訓，大大提高了試驗或訓練效率。
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：
通用船舶模擬器系統(tǒng)組成
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)學模型。
模擬駕駛艙：它與真實船舶駕駛艙相似，艙內(nèi)設有儀表、指示燈、開關按鈕和操縱手柄。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)驅動，驅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練時，可以人為地設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
神州普惠公司應用AppSTS開發(fā)的船舶模擬器可以進行如下研究和應用:
1) 操作訓練:可進行單船航行操作訓練、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練;
2) 方案論證:可進行船舶結構布局方案論證等;
3) 故障訓練: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、排除和維修訓練;
4) 海事分析;
5) 海上搜救訓練。
三、成功案例
神州普惠科技股份有限公司應用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成熟，可以滿足用戶試驗研究、仿真訓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，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備和顯示設備，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備操作體驗;基于分布式仿真技術神州普惠設計開發(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)術突擊、登陸作戰(zhàn)等作戰(zhàn)任務中的通訊指揮訓練。
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、沖擊和轉彎燈運動感覺。
4、 潛艇領航模擬器
模擬器簡介：潛艇領航是指引導、指揮潛艇按預定航線航行并準時到達指定海域。神州普惠為某單位開發(fā)的潛艇領航模擬器通過對潛艇、水面環(huán)境的三維模擬及航行模擬，用于訓練潛艇駕駛員返航入港的一系列操作。
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