虚拟仿真技术在叉车培训考核中应用的盲区

邹琳　刘宏伟　王海青

摘要：该文通过对现有的叉车虚拟仿真系统的软、硬件功能与叉车作业特点的对比分析，论述了目前叉车模拟器在软、硬件功能应用上的盲区与不足，并对解决存在问题提出了解决的途径与方向。

关键词：虚拟仿真；叉车；培训

中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）03-0272-02

随着特种设备使用率的提升事故率也不断攀升，其中操作不当和故障处置不当占有一定比例，为降低和杜绝这种危险因素，在不损伤真实设备的同时提高作业人员的应急处理能力，虚拟仿真技术被广泛应用在桥式起重司机、门式起重司机、塔式起重司机等多种特种设备高危作业培训考核中，叉车培训考核的虚拟仿真也逐渐普及，各种类型的模拟器层出不穷，但大多都源自汽车驾驶模拟器的模式，并没有体现叉车作业的特点，因此，虚拟仿真技术在叉车培训考核中的实用性并没有得到全面体现，其相关的应用还存在盲区。

1 应用现状

现有的叉车虚拟仿真系统主要结合三维视景、立体音效及仿真交互操作台，来进行学员实机操作仿真训练，使其掌握叉车的各种操作技能及技巧。通过模拟各种真实的作业内容，大大提高了培训技能的覆盖面，从而有效的弥补了真机训练时间短、覆盖技能面窄等缺陷，达到熟能生巧的目的，提高了培训效率。还可以全面有效的考核学员各方面的操作技能，同时对单个学员整个培训期间的练习及考试成绩进行数据分析，客观的评价该学员的能力。目前叉车虚拟仿真系统主要分为简便式与仿真式两种。

（1）简便式模拟器概况

简便式模拟器主要实现了对叉车操控部分的虚拟仿真。

硬件部分设置了方向盘、仪表盘、组合开关、点火开关、控制踏板、手刹、座椅、显示器等。软件部分主要针对作业场景、道路、机械运动等作业人员面前的视效进行了模拟，基本是照搬汽车驾驶模拟器的模拟方式，此类模拟器基本实现了叉车培训考核的虚拟，同时提供了理论学习与视频演示，具有安装灵活、使用简便的优势。

（2）仿真式模拟器概况

仿真式模拟器实现了对叉车操控、作业人员的临场感与真实操作感上的虚拟仿真。

硬件部分分为用户端与管理端，用户端依据叉车真实比例设置了叉车的车身与驾驶式，驾驶室中设有方向盘、仪表盘、组合开关、点火开关、控制踏板、手刹、座椅、操纵杆等，管理端设置了微机一台，显示部分通过投影机与投影屏实现。软件部分主要针对叉车门架与属具、作业场景、道路、机械运动等作业人员3600视效进行了模拟，这在叉车操作的真实感上超越了简便式模拟器的模拟方式，此类模拟器对常用叉车类型的培训考核实现了较全面的虚拟，对作业人员的培训考核效果更接近于真是车辆，同时提供了理论学习与视频演示，具有设置灵活、仿真度高、临场感强的优势。

2 存在的问题

现有叉车虚拟仿真系统在培训考核的成本方面，能够有效解决，油价成本高，教培人员成本费用上升，可用训练场地趋紧，隐性培训事故成本相对较高的问题。在培训考核的安全性方面，能够有效的预防学员进行训练时对机器、自身、教员以及其他财产带来意外和风险，避免因使用真机操作不熟练可能造成的安全事故。在培训考核的灵活度方面，能够不受白昼、阴雨天的影响，彻底解决因天气问题造成的教学不便。同时提供了基础知识、视频教学、机械构造、限道行驶、货场驾驶、移库装卸货物、堆垛作业、货架堆放、货物移库、自由练习模块式的系统学习。但是，现有叉车虚拟仿真系统大多将主要精力放在叉车操控技能与作业场景的逼真度上，而在系统原理与安全事故相关因素方面存在很多盲区。

1）叉车类型

目前叉车虚拟仿真系统主要涉及内燃式平衡重叉车与蓄电池式平衡重叉车两种较常用的叉车类型，然而，叉车依据作业环境的不同分类繁多，例如：内燃侧面叉车、插腿式叉车、前移式叉车、三向堆垛叉车、托盘堆垛车、防爆叉车等。各种类型的叉车针对不同的工况其应用程度也不同，例如仓库类的场所场地狭窄堆垛作业较多，那么对侧面叉车与堆垛车的应用就更广泛一些。依据针对性考核的要求，目前已有的叉车虚拟仿真系统就无法进行此类叉车的培训考核。

2）系统原理仿真

目前叉车虚拟仿真系统虽然提供了基础知识与视频教学，但是多以文字介绍与实际操作为主，缺乏主要部分系统结构的分解动画演示与原理仿真。文字介绍与实际操作教学虽然也兼顾一定的系统性与直观性，但是并不能清晰地演示各部件之间的连接关系与系统的工作原理，而且实物较笨重通过视频教学的方式不能全面灵活的展示整体与细节构成，不便于学员有针对性的选择学习。

3）视角设置

目前叉车虚拟仿真系统在作业人员的视角设置上，多效仿汽车驾驶模拟器以前方视角为主，对叉车的后方与侧方的视角涉及较少，而叉车在行进中与汽车最大的区别在于，一旦载货基本上以倒向行驶为主，那么后方视角此时将成为叉车行驶的主要视角，也是确保安全的主要方面，忽略以后方视角倒向行驶的训练违背了叉车作业的基本原则。

4）事故模拟

目前叉车虚拟仿真系统缺乏对经典安全事故的仿真模拟，无法对事故相关的参数进行精确设置，相关的安全因素不能实时产生，事故效果的真实度不高，不能完整的正确展现事故现象，准确合理的事故处理交互性不强。提高学员对于安全事故的应对能力才是叉车培训考核的主要目的。

3 解决途径

叉车虚拟仿真系统不但要注重安全教育和驾驶训练，更重要的是最大程度上减少安全事故的发生，减少事故发生就要了解设备的类型、原理、工作方式等，采用虚拟仿真技术就要体现独有的特点与优势，要跳出传统教学的模式，以最大限度的交互性学习来解决这些问题。

1）加强功能整合

目前的常用叉车除了内燃式平衡重叉车与蓄电池式平衡重叉车外还有前移式叉车，前移式叉车是仓储叉车的一种，主要用于对成件托盘货物进行装卸、堆垛和短距离运输作业，应用面比较广。由于三种类型的叉车在操作台方面均存在差别，其中前移式差别较大，这就需要从相通的操控部分入手，对比他们的相同与不同之处，将相同的操控部分作为操作台的基础控制装置，不同的控制部件可采用隐藏方式设置，并通过模式开关控制开启与关闭。只有通过控制功能的整合才能提高叉车虚拟仿真系统的实用性。

2）加强分解交互

叉车虚拟仿真系统应构建主要部件与系统的三维精细模型，系统构造可组合分解，并可多角度观察，应通过动画方式展现设备的原理与工作流程。例如：底盘应有分离的三维仿真模型和装配动画，工作部分应有系统工作节点与流程的动画演示，动力部分应有能量转化过程、机械运动过程与动力传动过程的动画演示，电气设备应有主要电器元件的工作过程与电路流通过程的动画演示。各系统的动画演示与分解装配还应按流程节点实现分段控制，并加入交互控制便于学员掌握学习进度。各环节的演示还应实现局部放大功能便于学员详细了解相关原理。

3）加强视效范围

倒向行驶是叉车作业的主要方式。叉车虚拟仿真系统应构建后视方式，显示方式应有前后双向显示屏，显示屏应显示前方、侧方、后方视角，同时，应加入追踪视角，并加强主视角、侧视角与后视角的视效，特别是载货时货物侧方的视角效果。

4）加强事故建模

叉车虚拟仿真系统应构建专门的事故应对模式可以让学员对事故详细认识与全面了解，提高学员的事故处理能力。通过输入典型事故的各项参数产生事故模型，展示事故产生原因和处理方法，还可以对各种突发事件事故进行模拟培训，以增强学员队突发情况的应变能力。

目前的叉车虚拟仿真系统大都以操作教学为主，辅助简单的理论教学，都属于传统的培训模式。在这种培训模式中，按部就班的成分较多，以操控知识为主。事实上，传统教学知识结构的线性化，限制了多层次、多角度地获得知识信息，没有构成系统化和概括化的教学体系，教学运用的局限性较大。要实现降低事故隐患还应构建具有复杂性、模糊性、自学习性、相关性等多种特征的仿真系统，从根本上解决与安全事故因素相关的叉车虚拟仿真系统盲区。

参考文献：

[1] 国质检特（2010）22号 增补特种设备目录.