港口起重機駕駛操作訓(xùn)練仿真模擬器技術(shù)方案

目錄

6技術(shù)投標(biāo)文件................................................-6-

6.1總體介紹.............................................................-6-

6.2系統(tǒng)設(shè)計方案.........................................................-7-

6.2.1港口起重機駕駛操作訓(xùn)練仿真系統(tǒng)設(shè)計方案........................-7-

6.2.1.1概況...................................................

6.2.1.2模擬系統(tǒng)配置詳細清單........................................-8-

6.2.1.3港口起重機駕駛操作訓(xùn)練仿真模擬器背景及系統(tǒng)概述.........-9-

6.2.1.4港口起重機駕駛操作訓(xùn)練仿真模擬器功能簡介.............-10-

6.2.1.5港口起重機仿真操作模擬系統(tǒng)詳細規(guī)格....................-11-

一、模擬器硬件組成及技術(shù)規(guī)格.................................-11-

二、模擬器軟件技術(shù)功能.......................................-12-

（一）仿真訓(xùn)練軟件的技術(shù)性能..................................-12-

（二）考核軟件的技術(shù)性能......................................-13-

（三）教學(xué)管理軟件的技術(shù)性能..................................-13-

（四）環(huán)繞視景顯示控制軟件的技術(shù)性能.........................-14-

（五）六自由度運動平臺控制軟件的技術(shù)性能......................-14-

（六）操作臺及其監(jiān)控軟件的技術(shù)性能............................-14-

6.2.2港口場內(nèi)流動車輛系列駕駛操作系統(tǒng).............................-14-

6.2.2.1概況...................................................-14-

6.2.2.2配置詳細清單..........................................-15-

6.2,2.3需求背景..............................................-16-

6.2.2.4集裝箱場內(nèi)流動機械操作訓(xùn)練模擬器總體功能..............-16-

6.2.3.5集裝箱場內(nèi)流動機械操作訓(xùn)練模擬系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格.............-17-

一、模擬器硬件詳細規(guī)格.......................................-17-

二、模擬器軟件詳細規(guī)格.......................................-18-

（一）仿真訓(xùn)練軟件技術(shù)規(guī)格....................................-18-

（二）考核軟件的技術(shù)規(guī)格......................................-19-

（三）教學(xué)管理軟件的技術(shù)規(guī)格..................................-19-

（四）環(huán)繞視景顯示控制軟件的技術(shù)規(guī)格.........................-20-

（五）操作臺及其監(jiān)控軟件的技術(shù)規(guī)格...........................-20-

6.2.3港口起重機電氣控制系統(tǒng)維修操作訓(xùn)練系統(tǒng)......................-20-

6.2.3.1概述..................................................-20-

6.2.3.2配置詳細清單.........................................-21-

6.23.3港口起重機電氣控制系統(tǒng)維修操作訓(xùn)練模擬器總體功能............-22-

623.4港口起重機電氣控制系統(tǒng)維修操作訓(xùn)練模擬器技術(shù)規(guī)格............-23-

一、模擬器硬件技術(shù)組成及技術(shù)規(guī)格.............................-23-

二、模擬器軟件技術(shù)功能.......................................-23-

（一）仿真訓(xùn)練軟件具備的技術(shù)性能.............................-23-

（二）考核軟件具備的技術(shù)性能..................................-24-

（三）教學(xué)管理軟件具備的技術(shù)性能.............................-25-

（四）環(huán)繞視景顯示控制軟件具備的技術(shù)性能......................-25-

（五）六自由度運動平臺控制軟件具備的技術(shù)性能.................-25-

（六）操作臺及其監(jiān)控軟件具備的技術(shù)性能........................-25-

6.2.3.5電氣控制系統(tǒng)..........................................-25-

——、系統(tǒng)構(gòu)成................................................-26-

二、系統(tǒng)優(yōu)勢..................................................-26-

三、提供下列的實訓(xùn)項目.......................................-28-

6.2.4電焊操作訓(xùn)練模擬系統(tǒng)..........................................-29-

6.2.4.1概述...................................................-29-

6.2.4.2電焊操作訓(xùn)練模擬器配置清單............................-29-

6.2.4.3電焊操作訓(xùn)練模擬器功能簡介............................-30-

一、適用性廣：................................................-31-

二、技術(shù)創(chuàng)新：................................................-31-

三、節(jié)能環(huán)保：................................................-32-

四、培訓(xùn)效果可評估：..........................................-32-

6.3技術(shù)總體框架及解決方案.............................................-34-

6.3.1港口起重機操作訓(xùn)練集成模擬系統(tǒng)的總體功能設(shè)計...............-34-

6.3.1.1五種類型起重機的功能結(jié)構(gòu)和駕駛操作要求................-34-

6.3.1.2五種類型起重機駕駛操作模擬系統(tǒng)集成的技術(shù)可行性........-36-

6.3.1.3起重機操作訓(xùn)練集成模擬系統(tǒng)的功能定位..................-38-

6.3.2港口起重機操作訓(xùn)練集成模擬系統(tǒng)的總體組成及硬件設(shè)計.........-39-

6.3.2.1港口起重機操作訓(xùn)練集成模擬系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)組成.........-39-

6.3.2.2港口起重機操作訓(xùn)練集成模擬系統(tǒng)的主要硬件.............-40-

6.3.2.3運動平臺型起重機操作訓(xùn)練集成模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成........-42-

6.3.3港口起重機操作訓(xùn)練集成模擬系統(tǒng)的軟件模塊設(shè)計................-43-

6.3.3.1系統(tǒng)控制層軟件........................................-43-

6.3.3.2起重機操作層軟件模塊.................................-45-

6.3.33教學(xué)監(jiān)控與管理軟件............................................-47-

6.3.4港口場內(nèi)流動車輛仿真模擬系統(tǒng)的總體功能設(shè)計..................-48-

6.3.4.1港口場內(nèi)流動車輛仿真模擬系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)組成............-49-

6.3.4.2駕駛操作訓(xùn)練模擬系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計......................-51-

一、模擬駕駛艙...............................................-51-

二、操縱控制系統(tǒng)............................................-51-

三、儀表系統(tǒng).................................................-52-

四、計算機系統(tǒng)...............................................-53-

五、音響系統(tǒng).................................................-53-

六、教員控制臺...............................................-54-

6.3.5港口場內(nèi)流動車輛仿真模擬系統(tǒng)的軟件模塊設(shè)計..................?54-

6.3.5.1系統(tǒng)控制層軟件........................................-55-

6.3.5.2場內(nèi)流動車輛操作訓(xùn)練模擬器的操作層軟件模塊...........-56-

6.3.5.3教學(xué)監(jiān)控與管理模塊....................................-62-

6.3.6起重機操作訓(xùn)練集成模擬系統(tǒng)的總體功能設(shè)計....................-63-

6.3.6.1PCSS系統(tǒng)四大組成....................................-66-

一、司機操作及視景模擬系統(tǒng)...................................-66-

二、教師端控制系統(tǒng)...........................................-67-

三、起重機電氣模擬系統(tǒng).......................................-69-

四、電氣故障檢測及維修系統(tǒng)...................................-70-

6.3.6.2系統(tǒng)工作原理.........................................-71-

6.3.6.3教師端故障設(shè)定內(nèi)容.....................................-73-

一、門座式起重機模擬系統(tǒng)......................................-73-

二、岸橋式起重機模擬系統(tǒng)......................................-75-

三、輪胎場橋式起重機模擬系統(tǒng)..................................-77-

63.6.4PCSS實訓(xùn)室案例相關(guān)圖片........................................-79-

一、小型模擬器及PCSS電氣柜聯(lián)動效果圖.......................-79-

二、中型模擬器及PCSS電氣柜聯(lián)動效果圖.......................-79-

6.4利用仿真模擬器進行作業(yè)培訓(xùn)..........................................-81-

6.4.1起重機操作模擬系統(tǒng)的培訓(xùn)目標(biāo)與內(nèi)容...........................-81-

6.4.1.1培訓(xùn)目標(biāo)......................................................-81-

6.4.1.2培訓(xùn)內(nèi)容......................................................-81-

6.4.1.3培訓(xùn)流程......................................................-83-

6.4.2場內(nèi)流動率卑輛仿真模擬系統(tǒng)的培訓(xùn)目標(biāo)與內(nèi)容..................-84-

6.4.2.1培訓(xùn)目標(biāo)...............................................-84-

6.4.2.2培訓(xùn)內(nèi)容..............................................-84-

6.4.2.3培訓(xùn)流程..............................................-86-

6.4.3模擬系統(tǒng)的培訓(xùn)質(zhì)顯考核評價...................................-87-

6.43.1系統(tǒng)評價原理.................................................-87-

6.43.2操作步驟的評價...............................................-88-

6.433操作過程的評價...............................................-88-

6.434故障處理和教師印象評價.......................................-89-

6.5供貨方案.............................................................-90-

6.5.1硬件配置方案..................................................-90-

6.5.1.1港口起重機駕駛操作訓(xùn)練仿真模擬器硬件配置方案..........-90-

6.5.1.2港口場內(nèi)流動車輛系列駕駛操作模擬器硬件配置方案........-91-

6.5.1.3港口起重機電氣控制系統(tǒng)維修操作訓(xùn)練模擬器硬件配置方案..…-92-

6.5.1.4電焊操作訓(xùn)練模擬器硬件配置方案........................-94-

6.5.2保證項目質(zhì)量的技術(shù)力量及技術(shù)措施.............................-95-

6.5.2.1保證項目質(zhì)量的技術(shù)力量...............................-95-

6.5.2.2保證項目質(zhì)量的技術(shù)措施................................-95-

6.5.3保證項目的組織方案及人力資源安排.............................-96-

6.5.3.1項目完工期、實施進度表.................................-96-

6.5.3.2項目組織實施方案......................................-97-

（一）組織實施內(nèi)容...........................................-97-

（二）組織實施步驟...........................................-97-

（三）工期進度安排說明.......................................-99-

6.5.3.3項目施工管理措施......................................-99-

6.5.3.4項目組織管理及人力安排...............................-100-

6.5.4安裝、調(diào)試及驗收方案.........................................-102-

6.5.4.1安裝、調(diào)試方案.......................................-102-

6.5.4.2驗收方案.............................................-102-

6.6技術(shù)培訓(xùn)及維護方案.................................................-103-

6.6.1技術(shù)服務(wù)方案.................................................-103-

6.6.2技術(shù)培訓(xùn)方案.................................................-104-

6.6.3售后服務(wù)方案.................................................-105-

6.6.3.1售后服務(wù)承諾.........................................-105-

6.6.3.2售后服務(wù)體系介紹.....................................-106-

6.6.3.3售后服務(wù)機構(gòu)主要人員.................................-107-

6.6.3.4產(chǎn)品的服務(wù)時限、故障響應(yīng)處理時限.....................-107-

6技術(shù)投標(biāo)文件

6.1總體介紹

一般來說，凡是需要有一個或一組熟練人員進行操作、控制、管理或決策的

工作，例如汽車、飛機、船舶的駕駛，外科手術(shù)、消防、各類工業(yè)設(shè)備的操作等

都需要進行專門的職業(yè)技能訓(xùn)練。過去的職業(yè)訓(xùn)練基本上都在實際系統(tǒng)中進行，

但隨著設(shè)備復(fù)雜程度提高，或者操作設(shè)備存在著危險性，就需要對培訓(xùn)方式進行

改革和提高。而隨著計算機技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、多媒體技術(shù)、自動控制技術(shù)的

飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，以計算機系統(tǒng)為核心和操縱控制臺為基礎(chǔ)構(gòu)成的各種模擬

仿真訓(xùn)練系統(tǒng)己成為當(dāng)今重大生產(chǎn)設(shè)備或過程控制設(shè)備操作人員上崗工作、培訓(xùn)

的必備手段，受到國內(nèi)外工業(yè)界的高度重視，并在航天航空、火力及核能發(fā)電、

石油化工、軍事、航海等許多領(lǐng)域得到廣泛使用。目前，模擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)已逐

步成為培訓(xùn)飛機、汽車、船舶等駕駛?cè)藛T的重要設(shè)備之一。

起重機、場內(nèi)流動車輛、起重機控制系統(tǒng)維修、電焊是冶金、制造、港口、

水電、建筑、鐵路貨場、倉儲中心、工廠等部門裝卸貨物的主要設(shè)備，也是一種

容易出安全事故的設(shè)備。起重機械的操作涉及到財產(chǎn)與生命安全?，F(xiàn)代起重機日

益朝著高速化、大型化、重載化及自動化方向發(fā)展，組成越來越復(fù)雜、成本越來

越高，對操作人員的素質(zhì)要求愈來愈高。由于起重機應(yīng)用在不同行業(yè)領(lǐng)域，其種

類繁多，操作技術(shù)多樣，在生產(chǎn)過程中不僅要完成駕駛操作，更要與起重工協(xié)調(diào)

一致、安全地完成吊裝等裝卸工作。另外，現(xiàn)代大型起重機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴,

訓(xùn)練時因操作不當(dāng)而引起的破壞程度和危險性都會大大增加。許多情況下起重機

生產(chǎn)繁忙，尤其是沿海港口，根本沒有空閑時間給學(xué)員進行訓(xùn)練，這一切都為起

重機新司機的培養(yǎng)和訓(xùn)練工作帶來極大的挑戰(zhàn)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和

企業(yè)生產(chǎn)管理水平的提高，人們迫切需要一種安全、快速、高效的培訓(xùn)方式，集

虛擬現(xiàn)實技術(shù)、計算機仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、自動化技術(shù)等先進技術(shù)于一體的高

科技產(chǎn)品——大型起重機操作訓(xùn)練集成模擬器的研制就應(yīng)運而生。

起重機、場內(nèi)流動車輛、起重機控制系統(tǒng)維修、電焊操作訓(xùn)練模擬器相對于

目前傳統(tǒng)的操作培訓(xùn)方式，具有很多突出的優(yōu)點：

1、安全性好。使用模擬訓(xùn)練機可以仿真高速、重載以及其它非常危險的環(huán)境,

以實現(xiàn)有安全保障的訓(xùn)練，杜絕事故隱患，減少事故損失。

2、經(jīng)濟性好。模擬訓(xùn)練機的成本遠低于實際起重設(shè)備。在訓(xùn)練過程中，還可

以免除實機操作中的油耗、電耗及零部件的磨損。同時，模擬訓(xùn)練機使用周期長,

維護簡單，經(jīng)濟優(yōu)勢不可忽略，

3、適用面廣。在模擬訓(xùn)練機軟件系統(tǒng)中，可以方便地設(shè)定各種訓(xùn)練條件和參

數(shù)，模擬不同的使用工況和環(huán)境條件；在同一套硬件系統(tǒng)中，配置不同類型的起

重機模擬訓(xùn)練功能模塊，實現(xiàn)一機多用。例如，一臺起重機模擬訓(xùn)練機可以同時

擁有橋門式起重機、港口岸邊集裝箱起重機、集裝箱堆場龍門起重機、港口橋式

抓斗卸船機、門座起重機等多種類型起重機的操作訓(xùn)練功能。

4、培訓(xùn)效果好。通過使用模擬訓(xùn)練機，可以大大縮短學(xué)員的整個培訓(xùn)周期，

使學(xué)員在較短的時間內(nèi)完成培訓(xùn)任務(wù)。另外，模擬訓(xùn)練機可以非常方便地模擬出

實際訓(xùn)練中很少遇到的突發(fā)性意外事件，培養(yǎng)學(xué)員準確的判斷能力、良好的心理

素質(zhì)，以及正確處理緊急情況的能力，從而提高培訓(xùn)質(zhì)量。

5、軟、硬件不斷升級。起重機、場內(nèi)流動車輛、起重機控制系統(tǒng)維修、電焊

操作模擬訓(xùn)練機軟、硬件可以不斷升級，維護方便，與時俱進，適應(yīng)新型起重機

的產(chǎn)生和技術(shù)性能不斷提高的要求。

6、在起重機、場內(nèi)流動車輛、起重機控制系統(tǒng)維修、電焊操作模擬訓(xùn)練機上

對學(xué)員進行培訓(xùn)時，教員可以方便地監(jiān)控學(xué)員的學(xué)習(xí)狀態(tài)、安全意識、技術(shù)掌握

的熟練程度，計算機系統(tǒng)可以客觀地對學(xué)員進行操作評分。

大型起重機、場內(nèi)流動車輛、起重機控制系統(tǒng)維修、電焊操作訓(xùn)練集成模擬

操作系統(tǒng)作為一種新的培訓(xùn)手段，將改變傳統(tǒng)的起重機操作培訓(xùn)方式，促進起重

機行業(yè)，尤其是我國的港口起重機、流動車輛司機崗前培訓(xùn)及繼續(xù)教育工作的發(fā)

展，具有廣闊的應(yīng)用前景和推廣價值。

現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實技術(shù)是起重機操作訓(xùn)練集成模擬操作系統(tǒng)研制的核心技術(shù)。它

的發(fā)展有力地推動了職業(yè)培訓(xùn)模式的變革。

6.2系統(tǒng)設(shè)計方案

6.2.1港口起重機駕駛操作訓(xùn)練仿真系統(tǒng)設(shè)計方案

6.2.1.1概況

港口起重機駕駛操作訓(xùn)練仿真模擬器含岸邊集裝箱橋式起重機（簡稱岸橋，下

同）、輪胎式集裝箱門式起重機（簡稱場橋，下同）、門座式起重機（簡稱門機，下同）、

橋式抓斗卸船機（簡稱橋抓，下同）、通用橋式起重機（簡稱橋式,下同）五種機型，包括

駕駛室系統(tǒng)、視景發(fā)生與投射系統(tǒng)、教員臺系統(tǒng)、模擬器仿真模擬軟件、教員臺

軟件、外間教室觀摩系統(tǒng)等。具備六自由度運動平臺模擬真實機械運動。

6.2.1.2模擬系統(tǒng)配置詳細清單

表6.1港口起重機駕駛操作訓(xùn)練仿真模擬器配置清單

編號設(shè)備名稱性能及技術(shù)要求數(shù)量單位

操作臺訓(xùn)練系統(tǒng)

包括主令控制器、開關(guān)、指示燈等，關(guān)鍵組件全

操作聯(lián)動臺1個

部采用施耐德品牌。

司機室儀表數(shù)碼顯示箱、電笛等。

司機室附屬設(shè)備1批

通過系統(tǒng)模擬，采用軟件模擬方式實現(xiàn)。

主控計算機（不

CPU：i7,內(nèi)存：4G顯卡：1G,硬盤：1T1臺

含顯示器）

數(shù)據(jù)采集與控制控制數(shù)據(jù)采集、指示燈控制。

1套

軟件可連續(xù)無故障運行48小時。

1

六自由度運動控制平臺，模擬起重機作業(yè)中的晃

運動控制系統(tǒng)1臺

動、振動特性。靜態(tài)荷載為1000kg,

攝像監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控學(xué)員操作訓(xùn)練1套

5.1聲道，模擬港口各類作業(yè)環(huán)境音效。Sony

音響系統(tǒng)1套

品牌

用戶通過指紋識別儀登陸系統(tǒng)，建立學(xué)員管理系

統(tǒng),圖像采集高達30萬像素，分辨率達500DPL

指紋識別儀2臺

拒真率：＜1%,認假率：0.0001%,錄入時間：

＜1s,驗證比對時間：＜1So

環(huán)繞視景系統(tǒng)

分辨率為1280x1024,亮度為4500Lum：模擬

投影儀4臺

司機室內(nèi)前方、下方、左右方四個方向的視景

可實現(xiàn)立體成像（下方單屏），畫面層次感、高

屏幕系統(tǒng)度感和真實感受相符，投影面積100英寸。成4個

像物體與實際操作中視覺尺寸一致。

2立體控制系統(tǒng)將3D畫面成像為立體畫面1套

外間教室演示系

52寸電視，高清1080P1臺

統(tǒng)

將立體視景系統(tǒng)與操作臺訓(xùn)練系統(tǒng)集成為一個

系統(tǒng)集成整體，外觀一體、空間占用小，美觀大方，便于1套

拆裝組合。

立體眼鏡用于觀看立體畫面。3副

教員臺系統(tǒng)

教員臺計算機

雙核CPU,2G內(nèi)存，500G硬盤，19寸顯示器2臺

3（含顯示器）

教員控制臺軟件系統(tǒng)管理；集卡管理；氣象管理；場景設(shè)置布局

1套

模塊管理；機械參數(shù)設(shè)置管理；訓(xùn)練難度設(shè)置；時間

管理；故障管理；監(jiān)控吊具作業(yè)軌跡；統(tǒng)計作業(yè)

效率：統(tǒng)計操作失誤等?？刂婆_軟件可同時管理

32臺操作訓(xùn)練終端。

網(wǎng)絡(luò)交換機16口100M1個

模擬器軟件

能模擬岸橋的作業(yè)流程，設(shè)置各種機械、氣候參

數(shù)。訓(xùn)練模擬過程真實。岸橋模型、船模型、吊

具、集裝箱、集卡模型清晰真實。

岸邊集裝箱橋式

訓(xùn)練過程中，動力學(xué)模型（吊具的晃動）形象真

起重機模擬訓(xùn)練1套

實，空載和負荷時的動力學(xué)特性符合實際作業(yè)特

系統(tǒng)

點。能夠進行集裝箱裝、卸作業(yè)訓(xùn)練、船艙蓋板

卸載作業(yè)等。能夠進行20尺、40尺、雙20尺

各種集裝箱的裝卸訓(xùn)練作業(yè)。

能模擬場橋的作業(yè)流程，設(shè)置各種機械、氣候參

數(shù)。訓(xùn)練模擬過程真實。場橋模型、吊具、集裝

4輪胎式集裝箱門

箱、集卡模型清晰真實。訓(xùn)練過程中，動力學(xué)模

式起重機模擬訓(xùn)1套

型（吊具的晃動）形象真實，空載和負荷時的動

練系統(tǒng)

力學(xué)特性符合實際作業(yè)特點。能夠進行2。尺、

40尺、雙20尺各種集裝箱的裝卸訓(xùn)練作業(yè)。

橋式抓斗卸船起

能模擬各類內(nèi)河港、海港的橋式抓斗卸船機，可

重機模擬訓(xùn)練系1套

進行各類散貨的裝卸訓(xùn)練。

統(tǒng)

門座式起重機模具備門機的訓(xùn)練、考核功能，能夠真實的模擬出

1套

擬訓(xùn)練系統(tǒng)門座式起重機變幅、旋轉(zhuǎn)、起升等操作。

通用橋式起重機主要功能模塊可以模擬起升機構(gòu)、起重小車運行

1套

模擬訓(xùn)練系統(tǒng)機構(gòu)、大車運行機構(gòu)的操作訓(xùn)練。

6.2.1.3港口起重機駕駛操作訓(xùn)練仿真模擬器背景及系統(tǒng)概述

港口起重機駕駛操作訓(xùn)練仿真系統(tǒng)港口起重機仿真操作模擬器由駕駛室、教

員臺控制系統(tǒng)、三維成像視景系統(tǒng)、動力學(xué)數(shù)學(xué)模型、六自由度運動平臺和PLC

邏輯控制系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、教學(xué)投影系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)等模塊組成。其工作原

理如圖6-1所示。

-o4密44動力學(xué)欖

學(xué)貝作系統(tǒng)一plr型

教學(xué)投膨儀教員

圖6-1仿真系統(tǒng)工作原理圖

其中，教員臺控制系統(tǒng)為整個仿真系統(tǒng)的控制者，各個部分的運作可由它通

過發(fā)送命令數(shù)據(jù)來控制，同時它也是數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹修D(zhuǎn)站。教員臺系統(tǒng)接受來自PLC

的數(shù)據(jù)，包括來自操縱臺的數(shù)據(jù)，并實時發(fā)送給視景系統(tǒng)以通過動力學(xué)模型來驅(qū)

動視景。同時它接受視景系統(tǒng)的反饋信息，并實時反饋信息和直接控制PLC以達

到控制操作臺及運動平臺的目的。視景系統(tǒng)、音響系統(tǒng)用來產(chǎn)生圖像和聲音，座

椅振動控制系統(tǒng)模擬實際振動，駕駛室內(nèi)有操作臺、投影屏等用于訓(xùn)練操作°PLC

直接與操縱臺、運動平臺相聯(lián)，在控制兩者的同時，接受它們的信息反饋。

6.2.1.4港口起重機駕駛操作訓(xùn)練仿真模擬器功能簡介

一、港口起重機仿真操作模擬器的主要功能包括：

（1）模擬器能一機多用，已經(jīng)具有下面五種起重機的訓(xùn)練功能，并可再擴展

其他機型的訓(xùn)練功能：1）岸邊集裝箱橋式起重機；2）輪胎式集裝箱門式起重機;

3）橋式抓斗卸船機；4）門座式起重機；5）通用橋式起重機。

（2）起重機駕駛操作環(huán)境取自于大型港口和大型工業(yè)企業(yè)典型車間，環(huán)境高

度逼真，沉浸感非常好，座椅及手動操作臺與實際起重機司機駕駛室的一樣，與

實際駕駛環(huán)境一致。

（3）可生成不同氣候條件的訓(xùn)練工況；

（4）模擬器的司機駕駛臺可完成六自由度空間仿真運動，其動態(tài)特性與模擬

對應(yīng)的實際起重機一致；

（5）模擬器已經(jīng)具備良好的兼容性和可擴充性，以后可以增加其他類型起重

機的訓(xùn)練軟件，而不需要增加或改變主要的硬件配置；

（6）模擬器具有起重機司機考試功能，考核程序和內(nèi)容符合國家或行業(yè)標(biāo)準,

并可根據(jù)考核程序的變化而調(diào)整；

（7）模擬器的視景具有普通三維和立體兩種顯示功能，普通三維培訓(xùn)司機基

本操作技能，立體視景培訓(xùn)司機的空間定位感覺，以供用戶選擇使用；

（8）模擬器設(shè)計思想新穎、設(shè)計目標(biāo)明確，僅針對起重機司機的培訓(xùn)和考

核，系統(tǒng)硬件組成簡單、管理維護比較簡便、可靠性高、穩(wěn)定性好、使用方便。

模擬器實物圖如下:

圖6-2六自由度運動平臺港口起重機仿真操作模擬器實物圖

6.2.1.5港口起重機仿真操作模擬系統(tǒng)詳細規(guī)格

一、模擬器硬件組成及技術(shù)規(guī)格

模擬器主要硬件有：司機駕駛操作臺、六自由度支撐運動機構(gòu)、軟件運行服

務(wù)器、投影系統(tǒng)、教員監(jiān)控臺。

（1）司機操作臺就是根據(jù)實際起重機駕駛操作臺改造而成，大小尺寸與實際

一致；操作臺上的儀表、開關(guān)、指示燈等可根據(jù)仿真訓(xùn)練起重機的不同類型快速

更換。

（2）司機室支撐運動機構(gòu)為電動缸式六自由度運動控制平臺。

（3）軟件運行服務(wù)器配置：CPUi7,內(nèi)存4G,顯卡1G,硬盤：1T。

（4）投影系統(tǒng)為環(huán)繞式。環(huán)繞圖像顯示面積為4X100英寸；投影幕布位于

司機操作臺的正前方、正下方、左側(cè)和右側(cè)；其中，正下方的投影硬件支持立體

圖像顯示。

投影儀：工程投影機，配置超短焦距鏡頭，分辨率為1280X1024,亮度為

4500Lum,視景效果連續(xù)，拼接完整，在操作座椅上觀察與現(xiàn)實中的視覺效果一

致。投影幕布為背投成像方式，

（5）模擬器組合形式為拆裝式。

（6）模擬器整體布置占地面積為45平方米，動態(tài)最大高度為3.5米。

（7）教員監(jiān)控臺主要用于實時監(jiān)控學(xué)員的學(xué)習(xí)狀況、設(shè)定訓(xùn)練參數(shù)，包括：

訓(xùn)練記錄、設(shè)定訓(xùn)練內(nèi)容及難度，控制整個模擬器運行的開關(guān)等。

二、模擬器軟件技術(shù)功能

港口起重機駕駛操作訓(xùn)練仿真系統(tǒng)主要由仿真訓(xùn)練軟件、考核軟件、教學(xué)管

理軟件、環(huán)繞視景顯示控制軟件、六自由度運動控制軟件、操作臺及其監(jiān)控軟件

等組成。

（-）仿真訓(xùn)練軟件的技術(shù)性能

（1）已經(jīng)具備港口岸邊集裝箱橋式起重機、輪胎式集裝箱門式起重機、橋式

抓斗卸船起重機、門座式起重機、通用橋式起重機五類起重機的訓(xùn)練功能；

（2）可在一定范圍內(nèi)設(shè)置或改變起重機的速度參數(shù)；

1）岸邊集裝箱橋式起重機

起升速度：40-180m/min；起重小車行駛速度：30-350m/min；大車行走速度:

10-50m/min；岸邊集裝箱起重機前伸臂俯仰時間：小于6分鐘；

2）輪胎式集裝箱門式起重機

起升速度:20-180m/min；小車行駛速度:30-350m/min；大車行走速度:

10-120m/min；可在指定區(qū)域進行輪胎90度角旋轉(zhuǎn)，然后行走。

3）橋式抓斗卸船起重機

起升速度：30-200m/min；起重小車行駛速度：40-350m/min；大車行走速度：

5-40m/min；

4）門座式起重機

旋轉(zhuǎn)速度：0-2r/min；變幅速度：5-25m/min；起升速度：30-180m/min；大

車行走速度：10-40m/min；

5）通用橋式起重機

起升速度：20-180m/min；小車行駛速度：30-350m/min；大車行走速度:

20-150m/min；

（3）天氣條件設(shè)置的無級化功能

晴天一一多云一一陰天一一小雨一一中雨一一大雨，雷電，無級可調(diào)；

風(fēng)力：無風(fēng)一一6級，無級可調(diào)，風(fēng)向可變；

霧：無霧---小霧----大霧，無級可調(diào)；

白天---夜晚，無級可調(diào)，

（4）裝卸船舶的船型有三種供可選擇，遠洋海運船舶（5?15萬噸級）、近海

運輸船舶（2-5萬噸級）和內(nèi)河船舶（0.1-2萬噸級）；

（5）集裝箱起重機能進行20尺、40尺、雙20尺集裝箱的裝卸訓(xùn)練；

（6）訓(xùn)練強度和難度能根據(jù)在規(guī)定的時間內(nèi)要求學(xué)員完成的裝卸貨物量、

學(xué)員做關(guān)鍵操作動作時的難易程度等條件進行分級設(shè)定。

（7）起重機操作大型模擬器吊具的動態(tài)模型是根據(jù)理論和實際現(xiàn)場綜合研

究的成果所建立，其動態(tài)特性與實際工況對應(yīng)一致。

（8）模擬器可根據(jù)用戶需求定制各種作業(yè)場景。

（9）大型起重機仿真操作模擬器司機室的動態(tài)模型是根據(jù)理論和實際現(xiàn)場綜

合研究的成果所建立，控制六自由度平臺運動，使司機室動態(tài)特性與實際工況相

符。

（二）考核軟件的技術(shù)性能

（1）逋用橋式起重機司機的考核程序和內(nèi)容符合國家質(zhì)檢總局頒布的起重

機司機考核大綱要求；

（2）岸邊集裝箱起重機、輪胎式集裝箱龍門起重機、橋式抓斗起重機、港

口門座起重機司機的考核程序和內(nèi)容符合港口行業(yè)標(biāo)準的要求；

（3）模擬器能夠自動給學(xué)員判分。

（三）教學(xué)管理軟件的技術(shù)性能

（1）學(xué)員可以根據(jù)食指指紋或?qū)W號登記上機，每位學(xué)生都有單獨的訓(xùn)練記錄

條目；

（2）能記錄和查詢學(xué)員在訓(xùn)練或考核中的失誤次數(shù)或不規(guī)范操作的次數(shù)，

包括吊具或貨物碰到其它物體的次數(shù)及強度，碰撞強度等級分為4-5級。

（3）能記錄和查詢學(xué)員在訓(xùn)練或考核中的平均作業(yè)效率；

（4）能記錄和查詢學(xué)員的總體訓(xùn)練時間和每次上機的課時訓(xùn)練時間；

（5）能記錄和查詢學(xué)員操作的起重機吊具運行軌跡；

（6）能記錄和查詢學(xué)員在歷次考核中的分數(shù)；

（7）能打印學(xué)員的成績報告單；

（8）能進行訓(xùn)練條件或參數(shù)的設(shè)定。

（四）環(huán)繞視景顯示控制軟件的技術(shù)性能

能選擇訓(xùn)練環(huán)境的圖像顯示方式：3D立體模式或普通三維模式；

（五）六自由度運動平臺控制軟件的技術(shù)性能

（1）靜態(tài)荷載能力為1000kg：

（2）能根據(jù)不同類型起重機控制六自由度運動平臺的動態(tài)特性，使其振幅、

頻率、方向等動態(tài)特性與對應(yīng)的實際起重機一致；

（3）與仿真訓(xùn)練應(yīng)用軟件配合協(xié)調(diào)，可根據(jù)司機駕駛操作節(jié)奏的快慢，控

制司機座的運動以及三維動畫顯示之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，產(chǎn)生符合生產(chǎn)實際的運動感

覺；

（六）操作臺及其監(jiān)控軟件的技術(shù)性能

軟件能支持教師完成學(xué)員學(xué)習(xí)及考核的全程監(jiān)控，可進行訓(xùn)練或考核內(nèi)容、

難度的設(shè)定。

6.2.2港口場內(nèi)流動車輛系列駕駛操作系統(tǒng)

6.2.2.1概況

港口場內(nèi)流動車輛系列駕駛操作模擬器含集裝箱空箱堆高機、集裝箱正面吊

運機、叉車三種機型，包括駕駛室系統(tǒng)、視景發(fā)生與投射系統(tǒng)、教員臺系統(tǒng)、模

擬系統(tǒng)仿真模擬軟件、教員臺軟件等。

6.2.2.2配置詳細清單

表6.2港口場內(nèi)流動車輛系列駕駛操作模擬器配置清單

數(shù)單

編號設(shè)備名稱性能或規(guī)格

量位

學(xué)員操作訓(xùn)練硬件系統(tǒng)

包括：司機座椅、方向盤、操縱桿、腳板、開關(guān)、指示燈

司機操作系統(tǒng)1套

等。

司機室儀表數(shù)碼顯示屏等。通過系統(tǒng)模擬，采用軟件模擬

司機室附屬設(shè)備1個

方式實現(xiàn)。

主控計算機（不含承載訓(xùn)練軟件模塊與硬件控制系統(tǒng)。工控機，CPU：i7；

1臺

1顯示器）內(nèi)存：4G；顯卡：1G；硬盤：1T

數(shù)據(jù)采集與控制控制數(shù)據(jù)采集、指示燈控制?？杀ＷC連續(xù)無故障運行48

1套

軟件小時

攝像監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控學(xué)員操作訓(xùn)練1套

音響系統(tǒng)5.1聲道，模擬各類作業(yè)環(huán)境音效1套

指紋識別儀用戶通過指紋識別儀登陸系統(tǒng)，建立學(xué)員管理系統(tǒng)2臺

環(huán)繞視景系統(tǒng)

分辨率不小于1280x1024,亮度為4500Lum,模擬司機

室內(nèi)前方、后方、左方、右方、上方、前下方六個方向的

投影儀6

視景，視景效果連續(xù)，拼接完整，在操作座椅上觀察與現(xiàn)

實中的視覺效果一致。

2畫面層次感、高度感和真實感受相符，投影面積為100英

屏幕系統(tǒng)6個

寸。成像物體與實際操作中視覺尺寸一致。

外間教室演示系

52寸電視，高清1080P1臺

統(tǒng)

將環(huán)繞視景系統(tǒng)與操作臺訓(xùn)練系統(tǒng)集成為一個整體，外觀

系統(tǒng)集成1套

一體、空間占用小，美觀大方，便于拆裝組合。

教員臺系統(tǒng)

教員臺計算機（含

雙核CPU,2G內(nèi)存，320G硬盤，19寸顯示器2臺

顯示器）

3

教員控制臺軟件

符合模擬系統(tǒng)軟件技術(shù)要求1套

模塊

網(wǎng)絡(luò)交換機24口100M1個

模擬系統(tǒng)軟件

集裝箱空箱堆高

符合模擬系統(tǒng)軟件技術(shù)要求1套

機模擬訓(xùn)練系統(tǒng)

4

集裝箱正面吊運

符合模擬系統(tǒng)軟件技術(shù)要求1套

機模擬訓(xùn)練系統(tǒng)

叉車模擬訓(xùn)練系

符合模擬系統(tǒng)軟件技術(shù)要求1套

統(tǒng)

6.2.2.3需求背景

集裝箱物流是全球物流的主要運輸形式，它的裝卸搬運主要靠集裝箱場內(nèi)流

動機械完成。集裝箱場內(nèi)流動機械主要包括集裝箱空箱堆高機、集裝箱正面吊運

機和叉車。這些機械是港口、鐵路貨場、倉儲中心等部門裝卸集裝箱的必要設(shè)備,

也是一種容易出安全事故的設(shè)備?，F(xiàn)代集裝箱場內(nèi)流動機械自動化水平高、結(jié)構(gòu)

組成復(fù)雜，操作不當(dāng)而引起的破壞程度和危險性都會大大增加。許多情況下設(shè)備

生產(chǎn)繁忙，根本沒有空閑時間給學(xué)員進行訓(xùn)練，這一切都為集裝箱場內(nèi)流動機械

司機的培養(yǎng)和訓(xùn)練工作帶來極大的挑戰(zhàn)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和企業(yè)生

產(chǎn)管理水平的提高，特種設(shè)備操作培訓(xùn)部門迫切需要一種安全、快速、高效的培

訓(xùn)方式。

隨著計算機技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、多媒體技術(shù)、自動控制技術(shù)的飛速發(fā)展和

廣泛應(yīng)用，以計算機系統(tǒng)為核心和操縱控制臺為基礎(chǔ)構(gòu)成的各種仿真訓(xùn)練器己成

為當(dāng)今重大生產(chǎn)設(shè)備或過程控制設(shè)備操作人員上崗工作、培訓(xùn)的必備手段，受到

國內(nèi)外工業(yè)界的高度重視，并在航天航空、火力及核能發(fā)電、石油化工、軍事、

航海等許多領(lǐng)域得到廣泛使用。而在特種設(shè)備領(lǐng)域，基于現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實技術(shù)的集

裝箱場內(nèi)流動機械操作訓(xùn)練模擬器具有安全性好、經(jīng)濟性佳、適用面廣、培訓(xùn)效

果好等優(yōu)點成為特種設(shè)備駕駛培訓(xùn)部門首要選擇的培訓(xùn)設(shè)備。

6.2.2.4集裝箱場內(nèi)流動機械操作訓(xùn)練模擬器總體功能

1、場內(nèi)流動機械操作訓(xùn)練模擬器一機多用，已具有以下三種訓(xùn)練功能：

（1）集裝箱空箱堆高機；

（2）集裝箱正面吊運機；

（3）叉車；

2、司機操作訓(xùn)練環(huán)境具有高度的沉浸感和逼真感。視覺仿真達到了六塊屏幕,

另外，還有第7塊屏幕供其他學(xué)習(xí)者觀摩。座椅和駕駛操作部分與實際機械設(shè)備

的司機駕駛室一致，視野環(huán)境與實際環(huán)境一致；

3、通過教師端的設(shè)定設(shè)置，操作訓(xùn)練模擬器可生成不同氣候條件的訓(xùn)練工況;

如，雨、雪、雷、電、霧、晴、多云等天氣氣象。

4、操作訓(xùn)練模擬器具備良好的兼容性和可擴充性，可以增加其他類型設(shè)備的

訓(xùn)練功能；通過網(wǎng)絡(luò)同步功能，可以兼容其他設(shè)備的模擬，通過統(tǒng)一的通訊協(xié)議,

其他設(shè)備的硬件接口可以統(tǒng)一定義包括操作輸入、輸出等部分。

5、叉車操作訓(xùn)練模擬器具有新司機考試功能，其考核程序和內(nèi)容符合國家之

間總局頒布的最新考試大綱。堆高機和正面吊考核標(biāo)準符合港口行業(yè)標(biāo)準；

6、操作訓(xùn)練模擬器用于司機的培訓(xùn)和考核，完仝模塊化設(shè)計和制造，安裝簡

單，維護方便。通過教師機的管理，學(xué)生機可以實現(xiàn)學(xué)生自主上機學(xué)習(xí)，系統(tǒng)可

以連續(xù)穩(wěn)定運行72小時。

模擬器實物圖如下:

圖6?3港口場內(nèi)流動機械操作訓(xùn)練模擬器實物圖

6.2.3.5集裝箱場內(nèi)流動機械操作訓(xùn)練模擬系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格

一、模擬器硬件詳細規(guī)格

模擬器主要硬件包括：司機駕駛操作臺、軟件運行服務(wù)器、投影系統(tǒng)、教員

監(jiān)控臺。

1、司機操作臺將3種流動車輛的駕駛操作臺進行綜合整理，最大化共性起相

同部分，不同部分通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行便利的更換。駕駛操作室里的方向盤、

操縱桿、儀表、開關(guān)、指示燈等可根據(jù)仿真訓(xùn)練的車輛種類不同賦予不同的功能。

2、軟件運行服務(wù)器配置：CPUi7,內(nèi)存4G,顯卡1G,硬盤：1T。

3、投影系統(tǒng)為環(huán)繞式。環(huán)繞式圖象顯示面積為120英寸；投影幕布位于司機

操作臺的正前方、正后方、左測和右側(cè)，上方，前下方（六個方向）；

4、投影儀要求：分辨率為1280X1024,亮度為4500Lum,視景效果連續(xù)完

整，在操作座椅上觀察與現(xiàn)實中的視覺效果一致。投影幕布為背投成像方式。

5、模擬器組合形式為模塊化結(jié)構(gòu)；

6、模擬器整體布置要求，占地面積為25平方米，整體高度為3.8米。

7、教員監(jiān)控臺可實時監(jiān)控學(xué)員的學(xué)習(xí)狀況，包括訓(xùn)練記錄、設(shè)定訓(xùn)練內(nèi)容及

難度，控制整個模擬器運行的開關(guān)。

二、模擬器軟件詳細規(guī)格

港口場內(nèi)流動車輛系列駕駛操作系統(tǒng)軟件主要由仿真訓(xùn)練軟件、考核軟件、

教學(xué)管理軟件、環(huán)繞視景顯示控制軟件、操作臺及其監(jiān)控軟件等部分組成。

（-）仿真訓(xùn)練軟件技術(shù)規(guī)格

（1）已經(jīng)具備集裝箱空箱堆高機、集裝箱正面吊運機、叉車三種設(shè)備的訓(xùn)練

功能；

（2）集裝箱場內(nèi)流動機械操作訓(xùn)練仿真模型的速度及尺寸參數(shù)與常用的實際

設(shè)備一樣；

（3）空箱堆高機：

起重能力/堆高：9t/8層標(biāo)準集裝箱：最大起升高度（吊具旋鎖）：19000mm；

最大起升速度（空載/負載）：600/500mm/s；最大下降速度（空載/負載）：

550/600mm/s,

最大行駛速度（空載/負載）：30/22km/h；載荷中心距：1220mm；

吊具側(cè)移：±500mm；可堆碼集裝箱類型：20英尺/40英尺/45英尺；

門架傾角（前/后）：3/60度；最小轉(zhuǎn)彎半徑：6000mm；

（4）集裝箱正面吊運機：

起重能力（噸）/幅度（mm）：第1排1-4層45t/2000,第1排第5層35t/2000,

第2排1-4層31t/3850,第3排1-3層15t/6400；

旋鎖下起升高度：14900mm；起升速度（空載/滿載）：380/300mm/s；

下降速度（空載/滿載）：420/260mm/s；行駛速度（空載/滿載）：25/23km/h；