仿真技术培训机械操作
用仿真技术进行起重机操作培训
顾海红
用仿真技术对港口起重机械操作人员进行上岗前培训，就是借助计算机，采用真实的驾驶室和操作台制成港口起重机械仿真操作训练器，使受培训人员在训练器操作台上接受操作训练时，感觉就像在真实的起重机上操作时一样，受培训人员在这种环境中能较快的获得类似实机操作的经验。
1、仿真操作培训原理
港口起重机仿真训练器主要由驾驶室操作系统、教员控制台系统、三位图象视景系统、动力学模型、信号采集和A/D转换、音响系统，教学投影系统和网络通讯系统等模块组成。其工作原理如附图所示。
仿真驾驶时采用真实的驾驶室，包括一套完整的操作台，内含各种操作手柄、按钮、仪表、指示器以及驾驶员座椅等。驾驶室原来的玻璃窗口用系统的屏幕来代替，通过“窗口”可以看到由高性能投影仪投放到屏幕上的视景图像和操作情况。音响系统可以发出港口实际作业中的各种现场声音。
教员控制台系统包括教员控制台主机、视景监视屏、驾驶室操作监视器以及相关的输入、输出设备。该系统具有以下主要功能：系统自检，系统参数设置，操作训练环境条件设定，系统控制及仿真过程监视，故障设置，仿真过程记录和重演，自动评分和操作错误分析等。
动力学数学模型是仿真技术的核心，通过建立模型，对人、机、物、环境及相互关系进行本质的描述，才能在计算机上实现装卸作业的仿真。动力学模型包括各运动部件运动规律的教学描述，还包括碰撞检测。建模时还考虑了不同风速、风向的影响。
信号采集和A/D转换将实时操作手柄、按钮开关的位移量传送给动力学模型。
2、港口起重机斜仿真操作训练器的基本功能
仿真训练器的关键就是仿真的真实性，只有保证仿真的正确性，仿真系统才具有实际应用价值和意义，才真正具有生命力。主要表现在以下两个方面：一是各项数据模型的准确性，就是当驾驶员进行操作时，起重机的各机构进行操作时，起重机的各机构运行速度的变化要非常逼近于实际作业情况，否则受培训人员由此而获得的错误操作技术和经验，不仅与他们日后的实际操作无益，反而具有相当的危害性，即受培训人员在模拟驾驶室所得到的感受应尽量接近实际情况，以便使受培训人员能尽快的实现从模拟操作到实际操作的过渡。
仿真操作训练器的主要功能包括：
(1)具有完整的起重机械驾驶操作系统，可进行起重机械各机构的各种操作，以便将来能安全、高效、高质量的完成装卸作业。
(2)建立起重机械系统动力学模型，是操作人员的操纵动作实时仿真，应用虚拟现实技术，可获得各机构在启动、运行、制动时的各种真实感觉，包括人的感官对视景、声响、振动的真实感觉。
(3)用高级图形建模拟平台，应用先进的多媒体技术和图像处理技术进行真实场景和运动模型的建模，可以跟据需要模拟各种天气情况时的起重机械的作业情况，如晴天、阴天等不同能见度下的作业情况及不同风向、风速时对其装卸作业影响等的仿真。(4)提供不同内容、不同难度的培训操作工况，以对操作人员进行全面的培训。
(5)教员可通过教员控制台实时了解学院的操作情况，并能随时改变其环境设置、调整训练内容和难度，必要时可定格场景进行时实讲评。
(6)通过教员控制台可随时记录学院操作吊具的运动情况，并在需要时进行重演以进行讲评，以提高学院的操作技能。
(7)评估软件系统能够实现操作错误提示，根据学院的操作步骤、质量、故障处理以及教员综合印象对其进行评分和打印成绩报告。
仿真操作训练器相对于实机训练来说，性能价格比极高，而且非常方便，它能很方便的模拟出实际训练中很少遇到的突发性事件。教员可以根据学员的心理特点和训练要求，很容易地模拟出如突遇大风、超负荷、停电等情况，这样可以培训学员具有准确的判断能力、良好的心理素质，具备处理紧急情况的能力。因此，仿真训练具有实机训练不可代替的优点，当然仿真操作训练也不可能完全代替实际操作训练，但学员经过仿真操作训练后，就有了一定的操作经验和技术，再上真起重机上实习就能很快地掌握实际操作技术。
3、港口起重机仿真操作训练的特点
港口起重机仿真操作培训技术具有实际操作培训无法比拟的优点：
(1)安全性好。杜绝了培训事故的发生，减少了培训损失。
(2)效果好。应用计算机仿真软件，通过人机对话方式，可模拟出港口作业过程中各种工作状况和天气情况，并可进行各种特殊工况和事故处理能力的全面培训，从而可大大缩短培训周期，提高培训质量。
(3)经济效益好。仿真训练器能耗低，不影响港口正常生产，可大大降低培训费用。(4)功能强。通过对仿真软件及硬件的维护和扩充，可适应不断发展的港口起重机械的培训要求，并可一机多用，一个仿真训练系统可进行多种机型的操作训练。
可以预见，模拟仿真培训技术将在起重机械操作人员培训领域发挥重要的作用。
扩展阅读：用仿真技术进行起重机操作培训
用仿真技术进行起重机操作培训
201*-07-201*:59?用仿真技术对港口起重机械操作人员进行上岗前培训，就是借助计算机，采用真实的驾驶室和操作台制成港口起重机械仿真操作训练器，使受培训人员在训练器操作台上接受操作训练时，感觉就像在真实的起重机上操作时一样，受培
用仿真技术对港口起重机械操作人员进行上岗前培训，就是借助计算机，采用真实的驾驶室和操作台制成港口起重机械仿真操作训练器，使受培训人员在训练器操作台上接受操作训练时，感觉就像在真实的起重机上操作时一样，受培训人员在这种环境中能较快的获得类似实机操作的经验。
1、仿真操作培训原理
港口起重机仿真训练器主要由驾驶室操作系统、教员控制台系统、三位图象视景系统、动力学模型、信号采集和A/D转换、音响系统，教学投影系统和网络通讯系统等模块组成。其工作原理如附图所示。
仿真驾驶时采用真实的驾驶室，包括一套完整的操作台，内含各种操作手柄、按钮、仪表、指示器以及驾驶员座椅等。驾驶室原来的玻璃窗口用系统的屏幕来代替，通过“窗口”可以看到由高性能投影仪投放到屏幕上的视景图像和操作情况。音响系统可以发出港口实际作业中的各种现场声音。
教员控制台系统包括教员控制台主机、视景监视屏、驾驶室操作监视器以及相关的输入、输出设备。该系统具有以下主要功能：系统自检，系统参数设置，操作训练环境条件设定，系统控制及仿真过程监视，故障设置，仿真过程记录和重演，自动评分和操作错误分析等。
动力学数学模型是仿真技术的核心，通过建立模型，对人、机、物、环境及相互关系进行本质的描述，才能在计算机上实现装卸作业的仿真。动力学模型包括各运动部件运动规律的教学描述，还包括碰撞检测。建模时还考虑了不同风速、风向的影响。
信号采集和A/D转换将实时操作手柄、按钮开关的位移量传送给动力学模型。
2、港口起重机斜仿真操作训练器的基本功能
仿真训练器的关键就是仿真的真实性，只有保证仿真的正确性，仿真系统才具有实际应用价值和意义，才真正具有生命力。主要表现在以下两个方面：一是各项数据模型的准确性，就是当驾驶员进行操作时，起重机的各机构进行操作时，起重机的各机构运行速度的变化要非常逼近于实际作业情况，否则受培训人员由此而获得的错误操作技术和经验，不仅与他们日后的实际操作无益，反而具有相当的危害性，即受培训人员在模拟驾驶室所得到的感受应尽量接近实际情况，以便使受培训人员能尽快的实现从模拟操作到实际操作的过渡。
仿真操作训练器的主要功能包括：(1)具有完整的起重机械驾驶操作系统，可进行起重机械各机构的各种操作，以便将来能安全、高效、高质量的完成装卸作业。(2)建立起重机械系统动力学模型，是操作人员的操纵动作实时仿真，应用虚拟现实技术，可获得各机构在启动、运行、制动时的各种真实感觉，包括人的感官对视景、声响、振动的真实感觉。
(3)用高级图形建模拟平台，应用先进的多媒体技术和图像处理技术进行真实场景和运动模型的建模，可以跟据需要模拟各种天气情况时的起重机械的作业情况，如晴天、阴天等不同能见度下的作业情况及不同风向、风速时对其装卸作业影响等的仿真。
(4)提供不同内容、不同难度的培训操作工况，以对操作人员进行全面的培训。(5)教员可通过教员控制台实时了解学院的操作情况，并能随时改变其环境设置、调整训练内容和难度，必要时可定格场景进行时实讲评。
(6)通过教员控制台可随时记录学院操作吊具的运动情况，并在需要时进行重演以进行讲评，以提高学院的操作技能。
(7)评估软件系统能够实现操作错误提示，根据学院的操作步骤、质量、故障处理以及教员综合印象对其进行评分和打印成绩报告。
仿真操作训练器相对于实机训练来说，性能价格比极高，而且非常方便，它能很方便的模拟出实际训练中很少遇到的突发性事件。教员可以根据学员的心理特点和训练要求，很容易地模拟出如突遇大风、超负荷、停电等情况，这样可以培训学员具有准确的判断能力、良好的心理素质，具备处理紧急情况的能力。因此，仿真训练具有实机训练不可代替的优点，当然仿真操作训练也不可能完全代替实际操作训练，但学员经过仿真操作训练后，就有了一定的操作经验和技术，再上真起重机上实习就能很快地掌握实际操作技术。
3、港口起重机仿真操作训练的特点
港口起重机仿真操作培训技术具有实际操作培训无法比拟的优点：
(1)安全性好。杜绝了培训事故的发生，减少了培训损失。
(2)效果好。应用计算机仿真软件，通过人机对话方式，可模拟出港口作业过程中各种工作状况和天气情况，并可进行各种特殊工况和事故处理能力的全面培训，从而可大大缩短培训周期，提高培训质量。
(3)经济效益好。仿真训练器能耗低，不影响港口正常生产，可大大降低培训费用。(4)功能强。通过对仿真软件及硬件的维护和扩充，可适应不断发展的港口起重机械的培训要求，并可一机多用，一个仿真训练系统可进行多种机型的操作训练。
可以预见，模拟仿真培训技术将在起重机械操作人员培训领域发挥重要的作用。
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