拖輪模擬器的發展及其在船員培訓中的作用

張雪峰

摘 要：本文分析了拖輪模擬器的發展現狀，研究了模擬器在拖輪船員培訓中的作用，指出現有拖輪模擬器在運動數學模型、復雜海況模擬以及實操評估等方面的不足。

關鍵詞：拖輪 培訓 模擬器

1.引言

隨著船舶大型化的發展，以及港內船舶數量的增多，船舶的港內操縱已離不開拖輪的協助，因而對拖輪船員業務能力的要求不斷提高。目前，拖輪船員的上崗培訓絕大多數是在港口拖輪協助船舶靠離泊的作業中進行的，培訓費用較高、培訓資源有限、具有一定的危險性。拖輪船員的實操考核也因考核時間緊、實際作業計劃限制，無法對多種場景、復雜水文氣象、多種作業船型進行實際操作；而且，拖輪人員的培訓、考核沒有量化指標。因此，拖輪船員的水平提高相對較慢，無法在關鍵或危機時刻充分發揮拖輪的性能。

隨著計算機技術的發展，各類模擬器不斷涌現，并且應用到各自領域的培訓教學當中。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行演練，在訓練中可以充分理解拖輪的操縱性能以及各種應急情況時拖輪設備的操作要領和注意事項。

2.拖輪模擬器的發現現狀

截止目前，極少數發達國家已經研制出全任務交互式拖輪模擬器，而且多是以商業化產品生產為主，有較少的學術文獻對此進行報道。丹麥Force Technology公司研制了交互式拖輪模擬器，基本能夠實現本船與拖輪之間的交互式仿真，體現出拖輪與被拖船之間的相互作用，以及船間干擾效果和時間延遲等。Kongsberg 公司為加拿大英屬哥倫比亞理工學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拖輪和駁船船員的功能。MITAGS 和PMI 在它的全任務船舶操縱模擬器中已經擴展了拖輪拖帶操縱模擬系統。MARIN 公司也在鹿特丹的模擬器平臺中設計并安裝了新的SMIT 拖輪模擬器。國內僅有大連海事大學的航海模擬器中拓展了拖輪拖帶模擬器子系統。

3. 拖輪模擬器在船員培訓中的應用

對于拖輪船員應用模擬器進行培訓，可以有效提高船員的作業能力和綜合素質。具體作用體現在以下幾個方面：

（1）熟悉相關水域，豐富操作技能。在拖輪模擬器中通過搭建相關水域的三維視景，包括碼頭、橋梁、建筑物、助航設施、燈塔等，讓船員對不熟悉的水域進行反復訓練，可能豐富船員的操作能力與技巧，補充船員特別是新船員操作知識的不足和航海經驗的欠缺。

（2）模擬復雜海況，提升作業水平。拖輪模擬器中具備風、雪、雷、霧等天氣的模擬以及浪、流等海況的模擬，通過設定大風浪、能見度不良等條件下的作業訓練科目，利用拖輪模擬器對船員進行訓練，可以豐富船員的作業能力與技巧，同時總結惡劣天氣環境下根據船舶的大小、類型、執行作業任務的性質和要求的不同，應當采取的作業技術和措施。

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

（4）訓練自動評估，不斷完善優化。拖輪模擬器具備自動評估功能。當系統運行時，它會自動采用船員的操作及系統的相關參數，根據評價指標和評估模型，對船員的操作進行評估，并指出其操作的不足，進而促成船員進行有針對性的訓練。通過不斷的數據積累，形成該船員完整的培訓、實操評估記錄，為船員轉正、職務晉升等提供參考。

4.現在模擬器的不足

在STCW 公約馬尼拉修正案第A-I/12節中，對用于培訓的模擬器的一般性能標準有以下規定：“2.能夠模擬船上有關設備的操作性能，達到合乎培訓目標的物理真實水平，并包括這種設備的性能、局限性和可能產生的誤差；3.具有足夠的行為真實性，使受培訓者能夠獲得合乎培訓目標的技能；4.提供一個可控制的操作環境，并能生成各種情況，其中可包括與培訓目標有關的緊急、危險或異常的情況。”

目前的拖輪模擬器存在以下幾點不足：

（1）拖輪模擬器多數是在原有大型航海模擬器基礎上拓展的，模擬器采用多本船系統，基于局域網系統；模擬器均屬于半實物仿真，要搭建模擬駕駛艙，學員的活動空間受限。

（2）模擬器的研究僅局限于拖輪及作業操作的三自由度或四自由度運動數學模型研究上，而六自由度拖輪及作業系統的運動數學模型的研究仍是制約拖輪拖帶模擬器發展的難題，尤其是在大風浪中船舶受到波浪力實時計算問題。

（3）拖輪和被拖船的系統綜合體，不僅涉及拖輪和被拖船自身航行的運動數學模型，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，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操作，對于復雜海況及緊急情況下的操作模擬較少。

（5）拖輪模擬器的實操評估核沒有量化指標，基本靠考核人員判斷；考核以問答為主，實操考核沒有系統的、科學的評價體系；更沒有根據評估結果給出改進性意見。

近期，大連海事大學已經研制出新型的三維虛擬拖輪綜合訓練模擬器，該系統將整個拖輪訓練分成多個模塊，包括船舶駕駛臺、救生、消防等，同時，系統在三維建模、場景仿真、應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展開拓了新的局面。

5.結語

本文首先分析了拖輪模擬器的現狀，指正拖輪模擬器在船員培訓中的作用，列出了現有拖輪模擬器的幾點不足。目前拖輪模擬器已基本成熟，可用于船員的培訓，提高培訓質量。

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