SMD “DriROV”模擬器系統(tǒng)

余征宇，帥天成

海洋石油工程股份有限公司深圳分公司，廣東深圳 518067

0 引言

SMD DriROV?模擬器系統(tǒng)是一種為領航員提供實時培訓和評估的工具，能對任務進行計劃編制和演練。這種模擬器使ROV 領航員只需借助一種模擬ROV 及其作業(yè)環(huán)境的“虛擬”模型而不需要操作“真實”的ROV 就可以獲得實踐經(jīng)驗。

領航員從仿真軟件制作的虛擬攝像頭、聲納等模擬儀器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)中得到反饋。這個模型還對機械手、TMS、系纜和臍帶纜等進行了模擬，并為實習領航員提供了幾乎和真實ROV界面一樣的模擬用戶界面。培訓師在另外一個單獨的培訓師控制臺對仿真進行設定和控制。這個控制臺用來監(jiān)控受訓生的操作并根據(jù)需要修改作業(yè)劇情和環(huán)境參數(shù)。

該系統(tǒng)也能用來制訂作業(yè)計劃，模擬作業(yè)，評估新工具或者評估潛器配置發(fā)生如增加工具托架等變化時的效果。

1 構造

該系統(tǒng)既可以作為一個獨立的系統(tǒng)使用又可以整合進實體ROV（帶潛器和LARS 等）的控制系統(tǒng)中以在實體系統(tǒng)空閑時用作培訓。

1.1 獨立系統(tǒng)

獨立系統(tǒng)安裝在一個固定的或者半固定的地方如基礎培訓室、維修間甚至是船上或者平臺上的一間辦公室。構造和標準ROV 控制間一模一樣。

1.2 整合系統(tǒng)

整合系統(tǒng)則是被裝到實體ROV（包括潛器、TMS、LARS 等）中作為其中的一部分。這種系統(tǒng)使用實體ROV 的控制臺和顯示器作為用戶界面并形成虛擬的ROV 和作業(yè)環(huán)境。也就是說，ROV 控制臺可以在“真實”ROV 操作和“虛擬”ROV 操作之間簡單切換。這種系統(tǒng)使領航員在停工時、陸地上或者待機時都能進行培訓、練習和演練。

2 系統(tǒng)描述

上述的獨立系統(tǒng)包括一個領航員和觀察者控制臺，前面是一排顯示器用于顯示虛擬攝像頭畫面、聲納圖像和潛器控制狀態(tài)。該套設備適合裝在一個培訓室或者控制集裝箱中。

2.1 概述

一般來講上述模擬器主要由四個部分組成：

1） ROV 頂端控制系統(tǒng)；

2）領航員/操作者用戶界面；

3）ROV 仿真系統(tǒng)；

4）培訓師界面。

2.2 ROV 頂端控制系統(tǒng)

模擬器控制部分包括用于Quantum WROV 的SMD DVECS控制系統(tǒng)，這套系統(tǒng)配置有控制電腦、網(wǎng)絡硬件、ROV 控制軟件和圖像分配功能。頂端控制系統(tǒng)用與“真實”系統(tǒng)類似的方法與領航員用戶界面通信。控制臺也和代替并模擬ROV 行為的仿真系統(tǒng)通信。

2.3 領航員用戶界面

1）控制臺

控制系統(tǒng)的顯示屏和屏幕分配與“真實”的QUANTUM系統(tǒng)相同。該套系統(tǒng)可讓受訓領航員加深對已有信息和控制屏布局的了解。虛擬ROV 的狀態(tài)變化方式與真實系統(tǒng)類似。

2）控制面板

控制面板按鈕、操縱桿、觸摸屏電腦面板的控制頁面等的布局與“真實”控制間相同而且能夠用仿真軟件產(chǎn)生相同的ROV 功能。

2.4 ROV 仿真系統(tǒng)

ROV 仿真系統(tǒng)由許多功能強大的聯(lián)網(wǎng)電腦組成，運行包括攝像頭和聲納圖像形成等仿真軟件。虛擬ROV 模型通過ROV 頂端控制系統(tǒng)由領航員用戶界面進行控制并把得到的反饋數(shù)據(jù)和圖像在顯示器上展示給領航員。

其他人造的水下物件如閥、管匯、BOP 組件、海管和基盤等也可以導入該系統(tǒng)中，系統(tǒng)按標準配備了一系列普通的物件。基礎仿真軟件主要用來進行領航員培訓。系統(tǒng)可以很輕易地升級成具有任務編制和預演的功能。

2.4.1 培訓師界面

培訓師界面在筆記本或者臺式機上運行并被用來控制和監(jiān)視整個仿真過程，ROV 和周圍環(huán)境的3D 虛擬畫面使培訓師能很好地觀察ROV 執(zhí)行領航員指令的情況。

培訓師也能制造一些障礙劇情，修改環(huán)境參數(shù)并在領航員對這些變化做出反應的同時調整仿真的劇情。錄像和回放工具也由培訓師界面控制。

2.4.2 DriROV 的特點

1）領航員基本操作到復雜機械手操作的培訓；

2）ROV、TMS、系纜和臍帶纜的完整動態(tài)仿真；

3）任務編制和任務預演雙模式選擇；

4）控制間整合系統(tǒng)和獨立復制系統(tǒng)兩種構造方式；

5）劇情錄像和回放；

6）多種機械手仿真模型可供選擇。

3 設備特征

物理構造：

一個完整的模擬器包括一個運行仿真軟件的個人電腦系統(tǒng)和輔助設備。這些電腦在已有硬件的基礎上通過雙絞線進行以太網(wǎng)通訊。這個系統(tǒng)在電腦故障時有另一個電腦作為備用，備用電腦預先安裝了所有必要的軟件可代替系統(tǒng)中任何一臺仿真電腦以確保將培訓的中斷時間降至最少，而這一轉換只需短短的5 分鐘就可以由最終用戶或者系統(tǒng)維護人員獨立完成。

當連接到ROV 控制臺時，模擬器和控制臺進行數(shù)字和模擬圖像信號的交換，根據(jù)需要還可以實時仿真ROV 的操作。在這種構造中，領航員與系統(tǒng)的互動將通過ROV 控制臺和顯示屏完成，并為培訓師提供了一個獨立的控制臺來進行整個仿真過程的控制和監(jiān)視。

4 任務編制和預演功能

模擬器具有但不限于以下這些使ROV 能完成具體任務的功能：

1）水下營救、檢測、垃圾清理、補給包運送和電纜切割/解開；

2）利用ROV 外接工具包括井口清理刷（各種尺寸），真空泵，墊圈回收和替換工具來進行檢測，清理和VX 墊圈的替換；

3）利用機械手操作鏈鋸、扭矩工具和虛擬熱撬桿進行包括管匯、采油樹和PLETs 等水下設備的安裝和鎖定。

特性：劇情快照——培訓師菜單功能之一。通過開始一個劇情并設置特定的環(huán)境作為另一個劇情的起點來保存劇情。比如讓ROV 處于一種較差的狀態(tài)（系纜裹住）或者讓ROV 重新出現(xiàn)在另一個任務中。

5 結論

以上對SMD 公司的“DriROV”模擬器進行了一個介紹，希望對我國ROV 行業(yè)未來使用模擬器有一定的借鑒意義。

[1]Mike Luo.The ROV Simulator and its future.SMD Corpration，2009.

[2]Jack Chen.Let’s play ROV.Schilling Ltd，2011.