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起重機(jī)仿真訓(xùn)練器的研制與應(yīng)用
時(shí)間：2022-03-05來源：起重機(jī)廠家瀏覽次數(shù)：127
摘要：通過對國內(nèi)外港口裝卸機(jī)械司機(jī)的培訓(xùn)狀況分析，論述了在我國研制和應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真訓(xùn)練器的現(xiàn)實(shí)意義和效益，提出了計(jì)算機(jī)仿真訓(xùn)練器的初步方案，并對其功能、結(jié)構(gòu)和工作原理作了說明。
關(guān)鍵詞：起重機(jī)；計(jì)算機(jī)；仿真訓(xùn)練器；港口
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)、自動控制技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為核心和操縱控制臺為基礎(chǔ)構(gòu)成的各種仿真訓(xùn)練器已成為當(dāng)今重大生產(chǎn)設(shè)備或過程控制設(shè)備運(yùn)行人員上崗操作、培訓(xùn)的必備手段，受到國內(nèi)外高度重視，并在火力及核能發(fā)電、石油化工、軍事航天航空、航海等許多領(lǐng)域得到廣泛使用。目前，仿真訓(xùn)練器已逐步成為培訓(xùn)飛機(jī)、汽車、船舶等駕駛?cè)藛T的重要設(shè)備之一。起重機(jī)是港口、鐵路貨場及工礦企業(yè)裝卸貨物的主要設(shè)備，隨著港口起重設(shè)備日益朝著高速、大型化及自動化方向的發(fā)展，設(shè)備成本日益增高，對操作人員素質(zhì)要求愈來愈高。同時(shí)，操作人員的技術(shù)熟練程度對港口生產(chǎn)安全、設(shè)備使用效率、使用壽命及港口經(jīng)濟(jì)效益起著決定性的作用。綜合各方面的調(diào)查資料表明，我國目前尚沒有真正意義上的港口起重機(jī)司機(jī)計(jì)算機(jī)仿真訓(xùn)練器，由于價(jià)格昂貴，也未從國外引進(jìn)這種設(shè)備。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和港口生產(chǎn)水平及管理水平的提高，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行對司機(jī)仿真培訓(xùn)已經(jīng)成為培養(yǎng)高素質(zhì)人員的迫切需要。
1 研制和應(yīng)用仿真訓(xùn)練器的現(xiàn)實(shí)意義
研究和開發(fā)仿真訓(xùn)練器具有重大的現(xiàn)實(shí)意義：
1）安全性好。杜絕了培訓(xùn)事故的發(fā)生，減少了培訓(xùn)事故損失。
2）經(jīng)濟(jì)性好。它的能耗低，使用周期長，易于維護(hù)和擴(kuò)充，并可一機(jī)多用。一臺仿真器可進(jìn)行多種機(jī)型的操作模擬，長期使用可大大減少港口企業(yè)在培訓(xùn)工作中的人力物力消耗，降低培訓(xùn)費(fèi)用。
3）功能強(qiáng)。使用計(jì)算機(jī)仿真軟件，通過人機(jī)交互方式，可實(shí)現(xiàn)碼頭裝卸過程中各種工作狀況、天氣狀況的模擬，從而大大縮短學(xué)員的培訓(xùn)周期。學(xué)員可以在較短的時(shí)間內(nèi)完成培訓(xùn)任務(wù)，并提高培訓(xùn)質(zhì)量。
4）適用面廣。可以對不同水平的從業(yè)人員進(jìn)行定期培訓(xùn)，提高職工的綜合素質(zhì)。
2 國內(nèi)外港口裝卸機(jī)械司機(jī)培訓(xùn)概況和發(fā)展趨勢
2.1 國內(nèi)港口大型固定式起重機(jī)械的司機(jī)培訓(xùn)工作概況
目前，我國各大港口都設(shè)立了培訓(xùn)中心或技工學(xué)校對港口起重機(jī)司機(jī)進(jìn)行培訓(xùn)，但這些培訓(xùn)中心的教學(xué)設(shè)備一般只有如輪胎吊、汽車吊等機(jī)械，不可能有如門座起重機(jī)、岸邊集裝箱裝卸橋等大型起重機(jī)械。因此，對這些機(jī)械的操作培訓(xùn)只能在港口裝卸公司實(shí)際的起重機(jī)上進(jìn)行。目前港口起重機(jī)司機(jī)的操作培訓(xùn)大部分是在裝卸公司采用師傅帶徒弟的方式來完成的。一般來說，要使一名新手取得上崗證書，大概需要一年左右的時(shí)間。這是由于門座起重機(jī)、岸邊集裝箱裝卸橋等是比較復(fù)雜而且昂貴的設(shè)備，新手操作易產(chǎn)生安全事故并影響港口的生產(chǎn)效率，同時(shí)培訓(xùn)工作也會受天氣條件的限制。在跟師傅學(xué)習(xí)的一年時(shí)間里，學(xué)員的實(shí)際操作時(shí)數(shù)總共只有一個月左右，這是由于學(xué)員需要一段時(shí)間觀摩師傅的操作，然后才能小心翼翼地動手。在內(nèi)河港口及新建海港，目前大部分仍未設(shè)教育培訓(xùn)中心，往往需要花一定的培訓(xùn)費(fèi)用把學(xué)員派到其他港口培訓(xùn)或交由港務(wù)公司內(nèi)有經(jīng)驗(yàn)的司機(jī)帶。這種培訓(xùn)方式與使用計(jì)算機(jī)仿真訓(xùn)練器相比有下列不足之處：
1）不安全，容易發(fā)生事故；
2）需要花費(fèi)大量的人力和物力；
3）在實(shí)際設(shè)備上進(jìn)行培訓(xùn)影響了企業(yè)的正常生產(chǎn)；
4）培訓(xùn)內(nèi)容欠規(guī)范，有隨意性，亦很難進(jìn)行處理機(jī)械事故能力的訓(xùn)練；
5）培訓(xùn)時(shí)間比較長。
2.2 國外起重機(jī)操作人員培訓(xùn)概況
貨物裝卸是具有危險(xiǎn)性的特種工作，起重機(jī)司機(jī)的操作直接影響到生命財(cái)產(chǎn)的安全。所以，西方發(fā)達(dá)國家對起重機(jī)械司機(jī)的操作培訓(xùn)進(jìn)行了立法，規(guī)定新司機(jī)必須到政府批準(zhǔn)的培訓(xùn)中心參加培訓(xùn)，取得資格證書以后，方可從事此項(xiàng)工作。除了安全性的考慮外，由于操作人員技術(shù)水平的高低直接影響到生產(chǎn)效率及機(jī)器設(shè)備的壽命和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，因此港口機(jī)械操作人員的技術(shù)培訓(xùn)受到各方面關(guān)注。為此，國外經(jīng)常組織關(guān)于港口培訓(xùn)的國際會議，討論港口培訓(xùn)工作和培訓(xùn)設(shè)備等問題。同時(shí)，國外如美國有相應(yīng)的社團(tuán)組織、聯(lián)合生產(chǎn)制造商、使用單位、培訓(xùn)中心等每年組織一次或兩次對起重機(jī)的工作狀況和工作資格進(jìn)行核查，或?qū)Σ僮魅藛T的培訓(xùn)工作、發(fā)證標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行討論。一般來說，對不同的起重機(jī)械有不同的培訓(xùn)內(nèi)容及培訓(xùn)期限，即使同一種類型的起重機(jī)，根據(jù)起重量的的不同也會有所區(qū)別，通過培訓(xùn)再發(fā)給相應(yīng)的資格證書。
該項(xiàng)工作由政府部門監(jiān)督執(zhí)行。如日本石川島播磨株式會社的石川島技術(shù)教習(xí)所，屬于私營性質(zhì)的培訓(xùn)中心，具有日本政府核準(zhǔn)的對起重機(jī)如汽車式、輪胎式等流動起重機(jī)及龍門吊、橋吊、及建筑機(jī)械的駕駛?cè)藛T、電工的培訓(xùn)和發(fā)證資格，為社會提供安全教育和技能培訓(xùn)服務(wù)。從1974年成立至今，已經(jīng)有7萬多人在該所獲得上崗資格證書。該所僅有教師12人，其中兼職教師4人，加上各類管理人員總共21人，但每年卻能完成8000人的培訓(xùn)量。這與該所具有完備的教學(xué)設(shè)施、設(shè)備及規(guī)范的教學(xué)是分不開的。發(fā)達(dá)國家如美國、加拿大、法國、澳大利亞等國的一些港口或起重機(jī)司機(jī)的雇傭組織，都使用計(jì)算機(jī)仿真訓(xùn)練器來對司機(jī)進(jìn)行崗前培訓(xùn)或進(jìn)行技能再培訓(xùn)，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。目前，在東南亞及南美洲地區(qū)的港口，對職工的培訓(xùn)也相當(dāng)重視。新加坡、馬來西亞、印尼等國港口以及牙買加港，近年來也都引進(jìn)了美國的起重機(jī)計(jì)算機(jī)仿真訓(xùn)練器。先進(jìn)的教學(xué)設(shè)備不僅保證了教學(xué)質(zhì)量，也縮短了培訓(xùn)周期。
3 起重機(jī)仿真訓(xùn)練器的功能
根據(jù)我國港口培訓(xùn)工作的需求，在我們提出的一套港口起重機(jī)司機(jī)計(jì)算機(jī)仿真訓(xùn)練器的方案中，使用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、多媒體及自控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)如門座起重機(jī)或岸邊集裝箱裝卸橋等的起重機(jī)械的仿真培訓(xùn)功能，從而利用計(jì)算機(jī)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)部分或絕大部分地代替實(shí)機(jī)的操作培訓(xùn)，主要功能包括：
1）提供一套完整的司機(jī)室內(nèi)的操作系統(tǒng)，具有如門座起重機(jī)的起升、回轉(zhuǎn)、變幅、行走四個機(jī)構(gòu)仿真操作的功能；
2）實(shí)現(xiàn)從船上裝卸貨物實(shí)時(shí)操作的仿真功能，能實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)起動、運(yùn)行、制動時(shí)司機(jī)各種真實(shí)的感覺，其中包括人的感官對視景、聲響、振動等的真實(shí)的感覺；
3）帶有一整套規(guī)范的司機(jī)操作教程和安全教育課程；
4）根據(jù)起重機(jī)司機(jī)的考評要求，可以實(shí)現(xiàn)如抓斗、吊鉤等不同工屬具的操作培訓(xùn)；
5）利用多媒體技術(shù)和先進(jìn)的圖象處理技術(shù)，可以根據(jù)需要模擬各種天氣情況，如：晴天、多云、陰天等以及白天、夜晚的作業(yè)情況及不同風(fēng)速、風(fēng)向?qū)ω浳镅b卸的影響等；
6）教員在教練臺能實(shí)時(shí)了解學(xué)員的操作情況和控制調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，如改變天氣狀況、起重量等等；
7）考評軟件系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)操作錯誤提示、實(shí)時(shí)評分功能及考核成績報(bào)告等。
4 仿真訓(xùn)練器的工作原理及結(jié)構(gòu)組成
起重機(jī)司機(jī)仿真訓(xùn)練器由教員室及司機(jī)操作室兩大部分組成，如圖1所示。
圖1 教員室及司機(jī)操作室
4.1 司機(jī)操作室
設(shè)門座起重機(jī)（或集裝箱裝卸橋）操作臺一套，包括各種按鈕、儀表、指示器、操作手柄、腳踏板以及司機(jī)座椅等。它們可以安置在一個具有三自由度的活動底座上，如圖1中直接置于室內(nèi)，也可以放在司機(jī)室里，整個司機(jī)室再支承于活動底座上。操作人員通過“窗口”看到從高性能投影儀投放于屏幕中的港口實(shí)際景象。操作室內(nèi)的音箱可以發(fā)出實(shí)際場景中的如電動機(jī)工作，機(jī)構(gòu)起、制動的各種工作聲音以及看鉤手通過無線電話傳來的聲音及港口生產(chǎn)現(xiàn)場的各種聲響。
4.2 教員室
教員室中的控制臺上配有仿真主計(jì)算機(jī)，包括工控機(jī)在內(nèi)的智能接口控制系統(tǒng)，圖象處理計(jì)算機(jī)以及彩色顯視器2臺，打印機(jī)和穩(wěn)壓電源等。圖2是仿真訓(xùn)練器的結(jié)構(gòu)簡圖。當(dāng)學(xué)員在操作臺進(jìn)行操作時(shí)，其信號送入智能接口系統(tǒng)中，經(jīng)過信息轉(zhuǎn)換把信息送入仿真主機(jī)及液壓伺服系統(tǒng)，主控計(jì)算機(jī)根據(jù)接受到的數(shù)據(jù)，運(yùn)行相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，把計(jì)算結(jié)果輸入圖形仿真軟件及聲響數(shù)據(jù)庫，控制圖形及聲音輸出，以便實(shí)時(shí)反映出仿真圖象、聲音效果。液壓伺服系統(tǒng)根據(jù)接受的信息控制活動底座的動作，如起吊重物，當(dāng)重物離地時(shí)通過平臺使司機(jī)產(chǎn)生一種下沉感等。使司機(jī)從圖象、聲響及平臺的活動感受到與在實(shí)際機(jī)型操作時(shí)相似的感覺，教員可通過仿真主機(jī)給學(xué)員下達(dá)不同的訓(xùn)練內(nèi)容。打印機(jī)可根據(jù)需要打印學(xué)員訓(xùn)練考核的結(jié)果。由于計(jì)算機(jī)仿真訓(xùn)練器的核心是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，因此用一臺仿真器硬件可通過裝有不同的起重機(jī)機(jī)型的訓(xùn)練內(nèi)容及人機(jī)交互的效果圖象的仿真軟件模塊，為學(xué)員提供多種機(jī)型的操作培訓(xùn)。
圖2 仿真訓(xùn)練器結(jié)構(gòu)簡圖
5 起重機(jī)仿真訓(xùn)練器效益分析
使用仿真訓(xùn)練器代替實(shí)機(jī)進(jìn)行培訓(xùn)工作的優(yōu)點(diǎn)如下：
1)減少了事故的發(fā)生率，安全性好。
2)提供了規(guī)范化的培訓(xùn)內(nèi)容，并可對不同水平的學(xué)員進(jìn)行全面的技能培訓(xùn)，保證了培訓(xùn)質(zhì)量。
3)減少了操作培訓(xùn)中的物耗，如實(shí)機(jī)操作中的油耗電耗以及對機(jī)器中如離合器、剎車盤等零部件的磨損。
4)學(xué)員在上崗前利用仿真訓(xùn)練器進(jìn)行培訓(xùn)，可以不受天氣及時(shí)間的影響，并減少了到港口上機(jī)操作時(shí)間，使培訓(xùn)對生產(chǎn)影響降低到最低程度。降低了培訓(xùn)費(fèi)用，縮短了培訓(xùn)周期。根據(jù)美國的Digitran仿真器制造公司對世界各地港口仿真訓(xùn)練器用戶的調(diào)查資料表明，使用仿真訓(xùn)練器可使學(xué)員到港口上機(jī)時(shí)間減至原來的25％～50％，從而使培訓(xùn)費(fèi)用大大下降。
5)一機(jī)多用的仿真訓(xùn)練器可以減少培訓(xùn)中心的設(shè)備數(shù)量及維護(hù)費(fèi)用。一臺起重機(jī)仿真訓(xùn)練器可以帶有如橋吊、船上桅桿吊、輪胎龍門吊、輪胎吊、船上龍門吊、軌道式龍門吊、汽車吊等多個軟件模塊。目前，國外新型的起重機(jī)仿真訓(xùn)練器可具有模擬9種不同機(jī)型的培訓(xùn)功能。
6)通過對仿真器軟件及硬件的升級和維護(hù)，可以適應(yīng)港口培訓(xùn)不斷發(fā)展的要求。
7)引入高科技的仿真器進(jìn)行培訓(xùn)，縮短了與發(fā)達(dá)國家港口教育手段的差距，改善了港口企業(yè)的形象。
8)一臺仿真訓(xùn)練器的電耗只有4kW左右，而40.5t岸邊集裝箱裝卸橋的裝機(jī)容量為960kW，50.8t裝卸橋?yàn)?400kW，10t門機(jī)的裝機(jī)容量為320kW，使用仿真器進(jìn)行培訓(xùn)，其節(jié)電效果是十分明顯的。
6 結(jié)束語
貨物裝卸屬于一種危險(xiǎn)作業(yè)，從國內(nèi)外資料看到，由于操作不當(dāng)因素引起的事故仍時(shí)有發(fā)生。為促進(jìn)生產(chǎn)的發(fā)展，提高經(jīng)濟(jì)效益，港口需要高素質(zhì)的操作及維護(hù)人員。起重機(jī)計(jì)算機(jī)仿真訓(xùn)練器作為一種新的培訓(xùn)手段有著很好的發(fā)展前景。為使這種新的培訓(xùn)手段在我國得到應(yīng)用，我們應(yīng)從完善崗前培訓(xùn)的法規(guī)，加強(qiáng)對發(fā)證單位的管理，規(guī)范培訓(xùn)中心的教學(xué)入手，促進(jìn)我國港口職工崗前培訓(xùn)及繼續(xù)教育工作的發(fā)展。
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2022-03
起重機(jī)仿真訓(xùn)練器的研制與應(yīng)用
摘要：通過對國內(nèi)外港口裝卸機(jī)械司機(jī)的培訓(xùn)狀況分析，論述了在我國研制和應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真訓(xùn)練器的現(xiàn)實(shí)意義和效益，提出了計(jì)算機(jī)仿真訓(xùn)練器的初步方案，并對其功能、結(jié)構(gòu)和工作...詳細(xì)
