拖輪模擬器的發(fā)展及其在船員培訓(xùn)中的作用

張雪峰

摘 要：本文分析了拖輪模擬器的發(fā)展現(xiàn)狀，研究了模擬器在拖輪船員培訓(xùn)中的作用，指出現(xiàn)有拖輪模擬器在運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型、復(fù)雜海況模擬以及實(shí)操評估等方面的不足。

關(guān)鍵詞：拖輪 培訓(xùn) 模擬器

1.引言

隨著船舶大型化的發(fā)展，以及港內(nèi)船舶數(shù)量的增多，船舶的港內(nèi)操縱已離不開拖輪的協(xié)助，因而對拖輪船員業(yè)務(wù)能力的要求不斷提高。目前，拖輪船員的上崗培訓(xùn)絕大多數(shù)是在港口拖輪協(xié)助船舶靠離泊的作業(yè)中進(jìn)行的，培訓(xùn)費(fèi)用較高、培訓(xùn)資源有限、具有一定的危險(xiǎn)性。拖輪船員的實(shí)操考核也因考核時(shí)間緊、實(shí)際作業(yè)計(jì)劃限制，無法對多種場景、復(fù)雜水文氣象、多種作業(yè)船型進(jìn)行實(shí)際操作；而且，拖輪人員的培訓(xùn)、考核沒有量化指標(biāo)。因此，拖輪船員的水平提高相對較慢，無法在關(guān)鍵或危機(jī)時(shí)刻充分發(fā)揮拖輪的性能。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各類模擬器不斷涌現(xiàn)，并且應(yīng)用到各自領(lǐng)域的培訓(xùn)教學(xué)當(dāng)中。利用拖輪模擬器可以解決以上問題，即船員利用模擬器可對特定科目進(jìn)行演練，在訓(xùn)練中可以充分理解拖輪的操縱性能以及各種應(yīng)急情況時(shí)拖輪設(shè)備的操作要領(lǐng)和注意事項(xiàng)。

2.拖輪模擬器的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)狀

截止目前，極少數(shù)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)研制出全任務(wù)交互式拖輪模擬器，而且多是以商業(yè)化產(chǎn)品生產(chǎn)為主，有較少的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)對此進(jìn)行報(bào)道。丹麥Force Technology公司研制了交互式拖輪模擬器，基本能夠?qū)崿F(xiàn)本船與拖輪之間的交互式仿真，體現(xiàn)出拖輪與被拖船之間的相互作用，以及船間干擾效果和時(shí)間延遲等。Kongsberg 公司為加拿大英屬哥倫比亞理工學(xué)院研制的模擬器升級到360°拖輪模擬器。英國Transas 公司研制的航海模擬器具有培訓(xùn)拖輪和駁船船員的功能。MITAGS 和PMI 在它的全任務(wù)船舶操縱模擬器中已經(jīng)擴(kuò)展了拖輪拖帶操縱模擬系統(tǒng)。MARIN 公司也在鹿特丹的模擬器平臺(tái)中設(shè)計(jì)并安裝了新的SMIT 拖輪模擬器。國內(nèi)僅有大連海事大學(xué)的航海模擬器中拓展了拖輪拖帶模擬器子系統(tǒng)。

3. 拖輪模擬器在船員培訓(xùn)中的應(yīng)用

對于拖輪船員應(yīng)用模擬器進(jìn)行培訓(xùn)，可以有效提高船員的作業(yè)能力和綜合素質(zhì)。具體作用體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）熟悉相關(guān)水域，豐富操作技能。在拖輪模擬器中通過搭建相關(guān)水域的三維視景，包括碼頭、橋梁、建筑物、助航設(shè)施、燈塔等，讓船員對不熟悉的水域進(jìn)行反復(fù)訓(xùn)練，可能豐富船員的操作能力與技巧，補(bǔ)充船員特別是新船員操作知識(shí)的不足和航海經(jīng)驗(yàn)的欠缺。

（2）模擬復(fù)雜海況，提升作業(yè)水平。拖輪模擬器中具備風(fēng)、雪、雷、霧等天氣的模擬以及浪、流等海況的模擬，通過設(shè)定大風(fēng)浪、能見度不良等條件下的作業(yè)訓(xùn)練科目，利用拖輪模擬器對船員進(jìn)行訓(xùn)練，可以豐富船員的作業(yè)能力與技巧，同時(shí)總結(jié)惡劣天氣環(huán)境下根據(jù)船舶的大小、類型、執(zhí)行作業(yè)任務(wù)的性質(zhì)和要求的不同，應(yīng)當(dāng)采取的作業(yè)技術(shù)和措施。

（3）協(xié)同綜合演練，提升應(yīng)急能力。拖輪模擬器中可對應(yīng)急情況進(jìn)行模擬訓(xùn)練，如消防、棄船、擱淺、碰撞等；對突發(fā)狀況進(jìn)行模擬演練，如斷纜、單車停機(jī)、單車掉擺、單車無法摘擺等；對特定作業(yè)動(dòng)作進(jìn)行模擬演練，如快速換邊靠泊、單車靠泊、綁拖駁船、大船等。通過上述突發(fā)情況的處理，可以較大地提升船員的應(yīng)急能力。

（4）訓(xùn)練自動(dòng)評估，不斷完善優(yōu)化。拖輪模擬器具備自動(dòng)評估功能。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，它會(huì)自動(dòng)采用船員的操作及系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，根據(jù)評價(jià)指標(biāo)和評估模型，對船員的操作進(jìn)行評估，并指出其操作的不足，進(jìn)而促成船員進(jìn)行有針對性的訓(xùn)練。通過不斷的數(shù)據(jù)積累，形成該船員完整的培訓(xùn)、實(shí)操評估記錄，為船員轉(zhuǎn)正、職務(wù)晉升等提供參考。

4.現(xiàn)在模擬器的不足

在STCW 公約馬尼拉修正案第A-I/12節(jié)中，對用于培訓(xùn)的模擬器的一般性能標(biāo)準(zhǔn)有以下規(guī)定：“2.能夠模擬船上有關(guān)設(shè)備的操作性能，達(dá)到合乎培訓(xùn)目標(biāo)的物理真實(shí)水平，并包括這種設(shè)備的性能、局限性和可能產(chǎn)生的誤差；3.具有足夠的行為真實(shí)性，使受培訓(xùn)者能夠獲得合乎培訓(xùn)目標(biāo)的技能；4.提供一個(gè)可控制的操作環(huán)境，并能生成各種情況，其中可包括與培訓(xùn)目標(biāo)有關(guān)的緊急、危險(xiǎn)或異常的情況。”

目前的拖輪模擬器存在以下幾點(diǎn)不足：

（1）拖輪模擬器多數(shù)是在原有大型航海模擬器基礎(chǔ)上拓展的，模擬器采用多本船系統(tǒng)，基于局域網(wǎng)系統(tǒng)；模擬器均屬于半實(shí)物仿真，要搭建模擬駕駛艙，學(xué)員的活動(dòng)空間受限。

（2）模擬器的研究僅局限于拖輪及作業(yè)操作的三自由度或四自由度運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型研究上，而六自由度拖輪及作業(yè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的研究仍是制約拖輪拖帶模擬器發(fā)展的難題，尤其是在大風(fēng)浪中船舶受到波浪力實(shí)時(shí)計(jì)算問題。

（3）拖輪和被拖船的系統(tǒng)綜合體，不僅涉及拖輪和被拖船自身航行的運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，還涉及到拖輪與被拖船之間的相互作用，拖輪與被拖船之間的作用包括碰撞、拖纜拖拽以及船間效應(yīng)，這些問題尚未得到圓滿地解決。

（4）拖輪模擬器的功能多為基礎(chǔ)操作，對于復(fù)雜海況及緊急情況下的操作模擬較少。

（5）拖輪模擬器的實(shí)操評估核沒有量化指標(biāo)，基本靠考核人員判斷；考核以問答為主，實(shí)操考核沒有系統(tǒng)的、科學(xué)的評價(jià)體系；更沒有根據(jù)評估結(jié)果給出改進(jìn)性意見。

近期，大連海事大學(xué)已經(jīng)研制出新型的三維虛擬拖輪綜合訓(xùn)練模擬器，該系統(tǒng)將整個(gè)拖輪訓(xùn)練分成多個(gè)模塊，包括船舶駕駛臺(tái)、救生、消防等，同時(shí)，系統(tǒng)在三維建模、場景仿真、應(yīng)急模擬及交互等方面已較為成熟，其智能評模型也比較完善。這為拖輪模擬器的下一步發(fā)展開拓了新的局面。

5.結(jié)語

本文首先分析了拖輪模擬器的現(xiàn)狀，指正拖輪模擬器在船員培訓(xùn)中的作用，列出了現(xiàn)有拖輪模擬器的幾點(diǎn)不足。目前拖輪模擬器已基本成熟，可用于船員的培訓(xùn)，提高培訓(xùn)質(zhì)量。

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