堆场集装箱起重机虚拟仿真训练设备

起重机仿真操作系统是一项高技术产品，融合了起重机动力学、起重机运动学、数字图像处理、计算机图形学、传感与控制技术、信息技术、现代起重机操作技术、安全操作规范等多项学科的技术内容，代表了现代职业教育的发展方向，是一种绿色环保、无碳排放、低成本的现代化起重机操作训练及考核的先进技术。

WM-VS/YC型堆场集装箱起重机仿真操作系统由驾驶室、教员台控制系统、三维成像视景系统、动力学数学模型、PLC逻辑控制系统、音响系统、教学投影系统，网络通讯系统等模块组成。其工作原理如图2-1所示。

其中，教员台控制系统为整个仿真系统的控制者，各个部分的运作可由它通过发送命令数据来控制，同时它也是数据传输的中转站。教员台系统接受来自PLC的数据，包括来自操纵台的数据，并实时发送给视景系统以通过动力学模型来驱动视景。同时它接受视景系统的反馈信息，并实时反馈信息和直接控制PLC以达到控制操作台及运动平台的目的。视景系统、音响系统用来产生图像和声音，座椅振动控制系统模拟实际振动。驾驶室内有操作台、投影屏等用于训练操作。PLC直接与操纵台，在控制的同时，接受它们的信息反馈。

（2）系统硬件技术

WM-VS/YC型起重机仿真操作系统主要硬件包括：司机驾驶操作台、软件运行服务器、投影系统、教员监控台。

硬件系统中关键部件采用日本、德国进口设备，包括传感器、精确定位步进机，高精度导轨，PLC编程控制器等。

（3）系统软件技术

系统系统软件系统包括有以下几个模块：

系统控制层：

1、模拟仿真服务器；

2、视景仿真系统；

3、音效仿真系统；

起重机操作层：

1、驾驶舱仿真系统；

2、模拟控制台；

教学监控与管理：

1、训练管理服务器；

2、学员管理服务器；

3、学员管理客户端；

4、学员训练数据库；

系统软件主要由仿真训练软件、考核软件、教学管理软件、环绕视景显示控制软件、操作台及其监控软件等部分组成。

（二）WM-VS/YC型起重机仿真操作系统总体功能

（1）系统能一机多用，已经具有堆场集装箱起重机的训练功能，并可再扩展其他机型的训练功能。

（2）起重机驾驶操作环境取自于大型港口和大型工业企业典型车间，环境高度逼真，沉浸感非常好，座椅及手动操作台与实际起重机司机驾驶室的一样，与实际驾驶环境一致。

（3）港口起重机模拟教学设备要具有一体化教学通迅接口。

（4）该系统可生成不同气候条件的训练工况；

（5）系统已经具备良好的兼容性和可扩充性，以后可以增加其他类型起重机的训练软件，而不需要增加或改变主要的硬件配置；

（6）系统具有起重机司机考试功能，考核程序和内容符合国家或行业标准，并可根据考核程序的变化而调整；

（7）系统的视景具有普通三维和立体两种显示功能，普通三维培训司机基本操作技能，立体视景培训司机的空间定位感觉，以供用户选择使用；

（8）系统设计思想新颖、设计目标明确，仅针对起重机司机的培训和考核，系统硬件组成简单、管理维护比较简便、可靠性高、稳定性好、使用方便。

（三）WM-VS/YC型起重机仿真操作系统技术规格参数

1、系统硬件技术组成及技术规格

系统硬件有：司机驾驶操作台、软件运行服务器、投影系统、教员监控台。

1.1司机操作台就是根据实际起重机驾驶操作台改造而成，大小尺寸与实际一致；操作台上的仪表、开关、指示灯等可根据仿真训练起重机的不同类型快速更换。

1.2软件运行服务器配置：CPUi5，内存4G，显卡1G，硬盘：320G。

1.3投影系统为环绕式。环绕图象显示面积为4×100英寸；投影幕布位于司机操作台的正前方、正下方、左侧和右侧；其中，正下方的投影硬件支持立体图象显示。

投影仪：配置超短焦距镜头，分辨率为1280×1024，亮度为3000Lum，视景效果连续，拼接完整，在操作座椅上观察与现实中的视觉效果一致。

投影幕布为背投成像方式。

1.4系统组合形式为拆装式；

1.5系统整体布置占地面积为20~25平方米，动态高度为3米。

1.6教员监控台主要用于实时监控学员的学习状况、设定训练参数，包括：训练记录、设定训练内容及难度，控制整个系统运行的开关等。

2、系统软件技术功能

WM-VS/YC型起重机仿真操作系统软件主要由仿真训练软件、考核软件、教学管理软件、环绕视景显示控制软件、操作台及其监控软件等组成

2.1仿真训练软件具备的技术性能

2.1.1已具备港口堆场集装箱起重机的训练功能：

堆场集装箱桥式起重机训练模块中包含岸桥、集装箱、集卡、船舶、泊位场景等元素。在此训练模块中，司机需要驾驶岸桥，进行多机构的协同操作以完成集装箱的卸船和装船作业。操作流程如前节所述。岸桥训练模块中又包含多个子模块，如开关机训练、装船训练、卸船训练、大车行走、吊具控制、前伸臂俯仰等，还可以进行意外事件的处置训练，训练内容总体符合港口行业常规。2.1.2可在一定范围内设置或改变起重机的速度参数

堆场集装箱起重机

起升速度：40-180m/min；起重小车行驶速度：30-350m/min；大车行走速度：10-50m/min；堆场集装箱起重机前伸臂俯仰时间：小于6分钟；

2.1.3天气条件设置的无级化功能

晴天——多云——阴天——小雨——中雨——大雨，雷电,无级可调；

风力：无风——6级，无级可调，风向可变；

雾：无雾——小雾——大雾，无级可调；

白天——夜晚，无级可调。

2.1.4能模拟场桥的作业流程，设置各种机械、气候参数。训练模拟过程真实。场桥模型、吊具、集装箱、集卡模型清晰真实；

2.1.5集装箱起重机能进行20尺、40尺、双20尺集装箱的装卸训练；

2.1.6训练强度和难度能根据在规定的时间内要求学员完成的装卸货物量、学员做关键操作动作时的难易程度等条件进行分级设定。

2.1.7 WM-VS/YC型起重机系统吊具的动态模型是根据理论和实际现场综合研究的成果所建立，其动态特性与实际工况对应一致。

2.1.8系统还可根据用户需求定制各种作业场景。

2.1.9 WM-VS/YC型起重机系统司机室的动态模型是根据理论和实际现场综合研究的成果所建立，可扩展运动功能，使司机室动态特性与实际工况相符。

2.2考核软件具备的技术性能

2.2.1堆场集装箱起重机的考核程序和内容符合港口行业标准的要求；

2.2.2系统能够自动给学员判分。

2.3教学管理软件具备的技术性能

2.3.1学员可以根据学号登记上机，每位学生都有单独的训练记录条目；

2.3.2能记录和查询学员在训练或考核中的失误次数或不规范操作的次数，包括吊具或货物碰到其它物体的次数及强度，碰撞强度等级分为4-5级。

2.3.3能记录和查询学员在训练或考核中的平均作业效率；

2.3.4能记录和查询学员的总体训练时间和每次上机的课时训练时间；

2.3.5能记录和查询学员操作的起重机吊具运行轨迹；

2.3.6能记录和查询学员在历次考核中的分数；

2.3.7能打印学员的成绩报告单；

2.3.8能进行训练条件或参数的设定。

2.3.9集卡管、气象管理、场景设置布局管理、机械参数设置管理、训练难度设置、时间管理、故障管理、监控吊具作业轨迹、统计作业效率、统计操作失误等、控制台软件可同时管理32台操作训练终端。

2.3.10教师或管理人员可以远程维护系统，设置各类参数和考试科目，设置故障考核点，实时跟踪训练轨迹，记录训练全过程及结果考核，并能回放训练过程，可发现需改进动作训练及方法等。

2.4环绕视景显示控制软件具备的技术性能

2.4.1能选择训练环境的图象显示方式：3D立体模式或普通三维模式；

2.4.2投影光亮度不低于3000流明；

2.6操作台及其监控软件具备的技术性能

软件能支持教师完成学员学习及考核的全程监控，可进行训练或考核内容、难度的设定。