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摘要：轮机模拟器与虚拟现实、网络控制与通信、系统优化与仿真、数学建模等多个学科的内容相关，并和网络技术、总线技术及工业控制等关系密切，将其应用到船舶轮机管理人员的培训活动中，可节约大量的设备与场地成本，可降低维修成本，还可避免操作失误带来的不良影响。本文阐述了轮机模拟器的基本概念，分析了轮机模拟器的关键技术。
关键词：轮机模拟器；关键技术
当前，船舶安全航行依赖的主要是轮机管理工作者的能力与经验，而借助计算机模拟技术营造仿真环境对轮机管理工作者进行训练，是丰富轮机管理工作者经验、提高轮机管理工作者能力的有效途径。轮机模拟器通过仿真的半实物模式搭建出与实船高度相似的响应系统，可完成现实中不允许或无法完成的操作训练，可有效解决实船训练过程中受到环境、航行区及船舶状况等因素影响的问题，能大幅节约培训成本，还可优化培训效率与质量。
一、轮机模拟器
1、模型
模型是研究轮机模擬器中的重要课堂与核心内容，主要是对设备及系统中的逻辑与数学关系进行描述。逻辑模型相对较为简单，重视系统输出与输入的关系。描述系统也可成为数学模型，其是对系统运行机理的反映，主要用在系统的控制、优化、设计与分析中，对方阵精准性产生重大影响，健全的仿真系统涵盖数学与逻辑两种模型。在构建数学模型的过程中，应将不可测量及次要因素都忽略掉，用物理数学方法对系统的输出与输入关系进行描述。对数学模型进行评价的主要指标是时效性与精确性，通常来讲要想优化数学模型的准确性势必会降低计算速度，这是难以避免的情况。对轮机进行仿真实时研究的过程中，应在时效性与精准性之间找到一个恰当的平衡点，在确保计算机处理数据能力优化的基础上逐渐提高计算精度。
2、通信方式
轮机模拟器的研究经历了数字通信与模拟通信两个时期。模拟通信中相关信号以液体压力、气压或电流、电压等方式传递，变化具有连续性。模拟信号极易实现且十分直观，不足之处是抗干扰性能很差，在传输中会导致信号失真或精度降低。并且，模拟信号形式多样、结构复杂，难以实现多个系统之间的联合仿真，一般应用在冷却水系统、分油机、船舶辅锅炉等设备的仿真中。数字通信让仿真数据与控制命令可依据各种通信途径在信道中传输，根据数据传输的方式可划分成总线通信、并行通信、串行通信等类型。数字通信是模拟通信的升级版，具有快速、方便的特点，显著优化了通信质量。
3、系统结构
轮机模拟器研究共有三个阶段：集中仿真一分布仿真—集中仿真。早期的仿真系统重视系统趋势及逻辑的仿真，在训练方面也偏重逻辑操作。分布式仿真阶段是轮机模拟器研究中的重要阶段，借助多台计算机依次对机舱中的关键系统及设备进行模拟，有效缓解了一台计算机在模拟中的预算压力，降低了故障发生率，但是因为总线属于串行通信的一种模式，极易造成节点中仿真数据不同步传输且传输速度过慢，只有采用并行的分布式仿真才能彻底解决这一问题。但是，由于并行式仿真属于多CPU系统，其配置超出了一般的轮机模拟器研究成本及预期，因此极少使用。而近年来多核处理系统的出现，使得集中仿真的研究又有了新契机，并获得了可喜的研究成果。
二、轮机模拟器的关键技术
1、工业以太网技术
工业以太网的特点是可对多种变成语言兼容，具有丰富的软硬件资源，与互联网连接便捷，是现场总线通信技术的升级版。具体来讲，工业以太网符合轮机仿真系统中处理大数据的需求，可确保通信的实时性与确定性。以太网通信借助拓扑结构的星型网络，把交换机网络合理划分成多个网段，其具有转发与存储数据的功能，可缓冲各个端口数据帧的输出与输入。交换机能过滤网络中数据的传输，以确保网段中传输的数据均为本地网段，从而无需占用宽带中的其他网段，最终降低了主干网及其他网段的网络负荷。
2、虚拟现实技术
虛拟现实技术是在融合了人工智能、传感技术、人工交互技术、计算机图形学等知识的基础上研发出来的新技术，可形成形象的三维触觉、听觉及视觉等综合性的操作环境，ilk以参与者身份借助一定设备在虚拟环境中进行交互与体验，从而产生置身真实环境中的感觉。在轮机模拟器中应用虚拟现实技术，主要注重的是构想性、交互性、浸没感及多感知性。需要提出的是，在轮机模拟器中引入虚拟显示技术，不仅是模拟环境，而且还可给训练者搭建自主学习相关知识的桥梁，从而对其进行培训，可节约培训经费、场地及设备，还可打破空间与时间限制，规避各种操作风险，更能不限次数操作，维护成本也很低。
3、嵌入式仿真技术
嵌入系统指的是以嵌入式技术为条件，以应用为目的，可裁剪软硬件，以满足应用系统对功耗、体积、成本、可靠性、功能等方面的要求的计算机系统。该系统的主要特点是代码固化、稳定性高、实时性强、可裁剪性等。能支持多种接口。将嵌入式仿真系统引入到轮机模拟器内，一般应用在辅助操作、监视及控制等装置中，像发电机PPU单元、分油机管理单元等。核心控制模拟的操作能借助外接键盘或鼠标，或者触屏等完成，具有操作便捷的优点。
总之，轮机模拟器在船舶轮机仿真研究方面占据核心地位，其融合了设备及系统模型、仿真优化算法、数据通信等很多中关键技术，和嵌入式控制仿真、分布式系统、综合监控、网络监控等现代工业技术之间关系密切，在培训人员方面发挥着重大作用，具有很高的推广应用价值。
（作者单位：江苏新扬子造船有限公司）
关键词：轮机模拟器；关键技术
当前，船舶安全航行依赖的主要是轮机管理工作者的能力与经验，而借助计算机模拟技术营造仿真环境对轮机管理工作者进行训练，是丰富轮机管理工作者经验、提高轮机管理工作者能力的有效途径。轮机模拟器通过仿真的半实物模式搭建出与实船高度相似的响应系统，可完成现实中不允许或无法完成的操作训练，可有效解决实船训练过程中受到环境、航行区及船舶状况等因素影响的问题，能大幅节约培训成本，还可优化培训效率与质量。
一、轮机模拟器
1、模型
模型是研究轮机模擬器中的重要课堂与核心内容，主要是对设备及系统中的逻辑与数学关系进行描述。逻辑模型相对较为简单，重视系统输出与输入的关系。描述系统也可成为数学模型，其是对系统运行机理的反映，主要用在系统的控制、优化、设计与分析中，对方阵精准性产生重大影响，健全的仿真系统涵盖数学与逻辑两种模型。在构建数学模型的过程中，应将不可测量及次要因素都忽略掉，用物理数学方法对系统的输出与输入关系进行描述。对数学模型进行评价的主要指标是时效性与精确性，通常来讲要想优化数学模型的准确性势必会降低计算速度，这是难以避免的情况。对轮机进行仿真实时研究的过程中，应在时效性与精准性之间找到一个恰当的平衡点，在确保计算机处理数据能力优化的基础上逐渐提高计算精度。
2、通信方式
轮机模拟器的研究经历了数字通信与模拟通信两个时期。模拟通信中相关信号以液体压力、气压或电流、电压等方式传递，变化具有连续性。模拟信号极易实现且十分直观，不足之处是抗干扰性能很差，在传输中会导致信号失真或精度降低。并且，模拟信号形式多样、结构复杂，难以实现多个系统之间的联合仿真，一般应用在冷却水系统、分油机、船舶辅锅炉等设备的仿真中。数字通信让仿真数据与控制命令可依据各种通信途径在信道中传输，根据数据传输的方式可划分成总线通信、并行通信、串行通信等类型。数字通信是模拟通信的升级版，具有快速、方便的特点，显著优化了通信质量。
3、系统结构
轮机模拟器研究共有三个阶段：集中仿真一分布仿真—集中仿真。早期的仿真系统重视系统趋势及逻辑的仿真，在训练方面也偏重逻辑操作。分布式仿真阶段是轮机模拟器研究中的重要阶段，借助多台计算机依次对机舱中的关键系统及设备进行模拟，有效缓解了一台计算机在模拟中的预算压力，降低了故障发生率，但是因为总线属于串行通信的一种模式，极易造成节点中仿真数据不同步传输且传输速度过慢，只有采用并行的分布式仿真才能彻底解决这一问题。但是，由于并行式仿真属于多CPU系统，其配置超出了一般的轮机模拟器研究成本及预期，因此极少使用。而近年来多核处理系统的出现，使得集中仿真的研究又有了新契机，并获得了可喜的研究成果。
二、轮机模拟器的关键技术
1、工业以太网技术
工业以太网的特点是可对多种变成语言兼容，具有丰富的软硬件资源，与互联网连接便捷，是现场总线通信技术的升级版。具体来讲，工业以太网符合轮机仿真系统中处理大数据的需求，可确保通信的实时性与确定性。以太网通信借助拓扑结构的星型网络，把交换机网络合理划分成多个网段，其具有转发与存储数据的功能，可缓冲各个端口数据帧的输出与输入。交换机能过滤网络中数据的传输，以确保网段中传输的数据均为本地网段，从而无需占用宽带中的其他网段，最终降低了主干网及其他网段的网络负荷。
2、虚拟现实技术
虛拟现实技术是在融合了人工智能、传感技术、人工交互技术、计算机图形学等知识的基础上研发出来的新技术，可形成形象的三维触觉、听觉及视觉等综合性的操作环境，ilk以参与者身份借助一定设备在虚拟环境中进行交互与体验，从而产生置身真实环境中的感觉。在轮机模拟器中应用虚拟现实技术，主要注重的是构想性、交互性、浸没感及多感知性。需要提出的是，在轮机模拟器中引入虚拟显示技术，不仅是模拟环境，而且还可给训练者搭建自主学习相关知识的桥梁，从而对其进行培训，可节约培训经费、场地及设备，还可打破空间与时间限制，规避各种操作风险，更能不限次数操作，维护成本也很低。
3、嵌入式仿真技术
嵌入系统指的是以嵌入式技术为条件，以应用为目的，可裁剪软硬件，以满足应用系统对功耗、体积、成本、可靠性、功能等方面的要求的计算机系统。该系统的主要特点是代码固化、稳定性高、实时性强、可裁剪性等。能支持多种接口。将嵌入式仿真系统引入到轮机模拟器内，一般应用在辅助操作、监视及控制等装置中，像发电机PPU单元、分油机管理单元等。核心控制模拟的操作能借助外接键盘或鼠标，或者触屏等完成，具有操作便捷的优点。
总之，轮机模拟器在船舶轮机仿真研究方面占据核心地位，其融合了设备及系统模型、仿真优化算法、数据通信等很多中关键技术，和嵌入式控制仿真、分布式系统、综合监控、网络监控等现代工业技术之间关系密切，在培训人员方面发挥着重大作用，具有很高的推广应用价值。
（作者单位：江苏新扬子造船有限公司）