起重機(jī)仿真訓(xùn)練器的研制與應(yīng)用

 

    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(dòng)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(tái)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(dòng)化方向的發(fā)展，設(shè)備成本日益增高，對(duì)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(duì)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(duì)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(tái)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?？梢詫?duì)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(shì)

 

    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(duì)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(duì)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(huì)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(gè)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(dòng)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(duì)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(huì)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(duì)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(duì)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(huì)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(huì)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(duì)起重機(jī)如汽車式、輪胎式等流動(dòng)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(huì)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(duì)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(huì)效益。目前，在東南亞及南美洲地區(qū)的港口，對(duì)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(gè)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(dòng)、運(yùn)行、制動(dòng)時(shí)司機(jī)各種真實(shí)的感覺，其中包括人的感官對(duì)視景、聲響、振動(dòng)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(píng)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(tái)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(píng)軟件系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)操作錯(cuò)誤提示、實(shí)時(shí)評(píng)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(tái)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(gè)具有三自由度的活動(dòng)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(gè)司機(jī)室再支承于活動(dòng)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(dòng)機(jī)工作，機(jī)構(gòu)起、制動(dòng)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(tái)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(tái)，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(tái)進(jìn)行操作時(shí)，其信號(hào)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(dòng)底座的動(dòng)作，如起吊重物，當(dāng)重物離地時(shí)通過平臺(tái)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(tái)的活動(dòng)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(tái)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(tái)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(gè)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(duì)仿真器軟件及硬件的升級(jí)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(tái)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(duì)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。