拖轮模拟器的发展及其在船员培训中的作用

张雪峰

摘 要：本文分析了拖轮模拟器的发展现状，研究了模拟器在拖轮船员培训中的作用，指出现有拖轮模拟器在运动数学模型、复杂海况模拟以及实操评估等方面的不足。

关键词：拖轮 培训 模拟器

1.引言

随着船舶大型化的发展，以及港内船舶数量的增多，船舶的港内操纵已离不开拖轮的协助，因而对拖轮船员业务能力的要求不断提高。目前，拖轮船员的上岗培训绝大多数是在港口拖轮协助船舶靠离泊的作业中进行的，培训费用较高、培训资源有限、具有一定的危险性。拖轮船员的实操考核也因考核时间紧、实际作业计划限制，无法对多种场景、复杂水文气象、多种作业船型进行实际操作；而且，拖轮人员的培训、考核没有量化指标。因此，拖轮船员的水平提高相对较慢，无法在关键或危机时刻充分发挥拖轮的性能。

随着计算机技术的发展，各类模拟器不断涌现，并且应用到各自领域的培训教学当中。利用拖轮模拟器可以解决以上问题，即船员利用模拟器可对特定科目进行演练，在训练中可以充分理解拖轮的操纵性能以及各种应急情况时拖轮设备的操作要领和注意事项。

2.拖轮模拟器的发现现状

截止目前，极少数发达国家已经研制出全任务交互式拖轮模拟器，而且多是以商业化产品生产为主，有较少的学术文献对此进行报道。丹麦Force Technology公司研制了交互式拖轮模拟器，基本能够实现本船与拖轮之间的交互式仿真，体现出拖轮与被拖船之间的相互作用，以及船间干扰效果和时间延迟等。Kongsberg 公司为加拿大英属哥伦比亚理工学院研制的模拟器升级到360°拖轮模拟器。英国Transas 公司研制的航海模拟器具有培训拖轮和驳船船员的功能。MITAGS 和PMI 在它的全任务船舶操纵模拟器中已经扩展了拖轮拖带操纵模拟系统。MARIN 公司也在鹿特丹的模拟器平台中设计并安装了新的SMIT 拖轮模拟器。国内仅有大连海事大学的航海模拟器中拓展了拖轮拖带模拟器子系统。

3. 拖轮模拟器在船员培训中的应用

对于拖轮船员应用模拟器进行培训，可以有效提高船员的作业能力和综合素质。具体作用体现在以下几个方面：

（1）熟悉相关水域，丰富操作技能。在拖轮模拟器中通过搭建相关水域的三维视景，包括码头、桥梁、建筑物、助航设施、灯塔等，让船员对不熟悉的水域进行反复训练，可能丰富船员的操作能力与技巧，补充船员特别是新船员操作知识的不足和航海经验的欠缺。

（2）模拟复杂海况，提升作业水平。拖轮模拟器中具备风、雪、雷、雾等天气的模拟以及浪、流等海况的模拟，通过设定大风浪、能见度不良等条件下的作业训练科目，利用拖轮模拟器对船员进行训练，可以丰富船员的作业能力与技巧，同时总结恶劣天气环境下根据船舶的大小、类型、执行作业任务的性质和要求的不同，应当采取的作业技术和措施。

（3）协同综合演练，提升应急能力。拖轮模拟器中可对应急情况进行模拟训练，如消防、弃船、搁浅、碰撞等；对突发状况进行模拟演练，如断缆、单车停机、单车掉摆、单车无法摘摆等；对特定作业动作进行模拟演练，如快速换边靠泊、单车靠泊、绑拖驳船、大船等。通过上述突发情况的处理，可以较大地提升船员的应急能力。

（4）训练自动评估，不断完善优化。拖轮模拟器具备自动评估功能。当系统运行时，它会自动采用船员的操作及系统的相关参数，根据评价指标和评估模型，对船员的操作进行评估，并指出其操作的不足，进而促成船员进行有针对性的训练。通过不断的数据积累，形成该船员完整的培训、实操评估记录，为船员转正、职务晋升等提供参考。

4.现在模拟器的不足

在STCW 公约马尼拉修正案第A-I/12节中，对用于培训的模拟器的一般性能标准有以下规定：“2.能够模拟船上有关设备的操作性能，达到合乎培训目标的物理真实水平，并包括这种设备的性能、局限性和可能产生的误差；3.具有足够的行为真实性，使受培训者能够获得合乎培训目标的技能；4.提供一个可控制的操作环境，并能生成各种情况，其中可包括与培训目标有关的紧急、危险或异常的情况。”

目前的拖轮模拟器存在以下几点不足：

（1）拖轮模拟器多数是在原有大型航海模拟器基础上拓展的，模拟器采用多本船系统，基于局域网系统；模拟器均属于半实物仿真，要搭建模拟驾驶舱，学员的活动空间受限。

（2）模拟器的研究仅局限于拖轮及作业操作的三自由度或四自由度运动数学模型研究上，而六自由度拖轮及作业系统的运动数学模型的研究仍是制约拖轮拖带模拟器发展的难题，尤其是在大风浪中船舶受到波浪力实时计算问题。

（3）拖轮和被拖船的系统综合体，不仅涉及拖轮和被拖船自身航行的运动数学模型，还涉及到拖輪与被拖船之间的相互作用，拖轮与被拖船之间的作用包括碰撞、拖缆拖拽以及船间效应，这些问题尚未得到圆满地解决。

（4）拖轮模拟器的功能多为基础操作，对于复杂海况及紧急情况下的操作模拟较少。

（5）拖轮模拟器的实操评估核没有量化指标，基本靠考核人员判断；考核以问答为主，实操考核没有系统的、科学的评价体系；更没有根据评估结果给出改进性意见。

近期，大连海事大学已经研制出新型的三维虚拟拖轮综合训练模拟器，该系统将整个拖轮训练分成多个模块，包括船舶驾驶台、救生、消防等，同时，系统在三维建模、场景仿真、应急模拟及交互等方面已较为成熟，其智能评模型也比较完善。这为拖轮模拟器的下一步发展开拓了新的局面。

5.结语

本文首先分析了拖轮模拟器的现状，指正拖轮模拟器在船员培训中的作用，列出了现有拖轮模拟器的几点不足。目前拖轮模拟器已基本成熟，可用于船员的培训，提高培训质量。

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