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1、港口物流高技能人才培训基地建设方案一、港口物流高技能人才仿真培训的目的和意义仿真培训现状一般来说，但凡需要有一个或一组熟练人员进行操作、控制、管理或决策的工作，例如 汽车、飞机、船舶的驾驶，外科手术、消防、各类工业设备的操作等都需要进行专门的职业 技能训练。过去的职业训练基本上都在实际系统中进行。而随着计算机技术、虚拟现实技术、 多媒体技术、自动控制技术的飞速开展和广泛应用，以机算机系统为核心和操纵控制台为基 础构成的各种模拟仿真训练器已成为当今重大生产设备或过程控制设备操作人员上岗工作、 培训的必备手段，受到国内外工业界的高度重视，并在航天航空、火力及核能发电、石油化 工、军事、航海等许多领
2、域得到广泛使用。目前，模拟仿真训练器已逐步成为培训飞机、汽 车、船舶等驾驶人员的重要设备之一。起重机、场内流动车辆仿真训练机优势平安性好。使用仿真训练机可以模拟高速、重载以及其它非常危险的环境以实现有安 全保障的训练，杜绝事故隐患，减少事故损失。经济性好。仿真训练机的本钱远低于实际起重设备。在训练过程中，还可以免除实机 操作中的油耗、电耗及零部件的磨损。同时，仿真训练机使用周期长，维护简单，经济 优势不可忽略。适用面广。在仿真训练机软件系统中，可以方便设定各种训练条件和参数，模拟不同 的使用工况和环境条件；同一套硬件系统中，配置不同类型的起重机仿真训练机模块， 实现一机多用。例如：一台起重机仿
3、真训练机可以同时拥有岸边集装箱起重机、堆场龙 门起重机、门座起重机等多种起重机的操作训练功能。培训效果好。通过使用仿真训练机，可以大大缩短 学员的整个培训周期，使学员 在较短的时间内完成培训任务。另外，仿真训练机可以非常方便地模拟出实际训练中很 少遇到的突发性事件，培养学员准确的判断能力、良好的心理素质，以及正确处理紧急 情况的能力，从而提高培训质量。4）由于不同类型的叉车对应的声音不完全一样，这就要求系统有一定的灵活性和扩充性,以适应不同类型的叉车。教员控制台教员控制台主要用于相关数据的输入和输出，如：学员信息录入、培训内容设置、操作 环境条件设定、操作过程的监视、记录和重演、分析与评分、考
4、核成绩输出等。港口场内流动车辆仿真模拟系统的软件模块设计场内流动车辆操作训练模拟系统的软件局部是本模拟器系统的核心内容，它主要由系统 控制层、起重机操作层和教学监控与管理三大局部组成。每个局部又分别包含假设干子系统。 包括叉车、堆高机、正面吊3个机型模块。每个机型模块整体一致，假设干参数设置根据机型 本身特点而独立设置。r模拟仿真服务器叉车模拟器软件系统叉车模拟器软件系统系统控制层视景仿真系统-音效仿真系统叉车模拟器操作层T驾驶舱仿真系统模拟控制台教学监控与管理层训练管理服务器 学员管理服务器 学员管理客户端L学员训练数据库场内流动车辆操作训练虚拟现实系统软件层次结构图场内流动车辆操作训练虚拟
5、现实系统软件层次结构图场内流动率车辆操作训练虚拟现实系统软件框图系统控制层软件系统控制层主要控制整个模拟器的硬件，接收和发出各种控制信号，将相关传感器的模 拟信号转变为数字信号或者把计算机控制指令转化为模拟信号，控制叉车驾驶训练模拟器的 投影、司机操作的输入和输出信号、音响效果等；控制层软件主要包括：数据采集模块、数 据处理模块、数据输出模块。1）数据采集模块本系统要求能够采集各种模拟装置的信号，这些信号可以分为三个不同的类型：数字量、 模拟量和开关量。加速踏板、离合器踏板、行车制动踏板（三踏板）的踏板行程以及四根操纵杆分别反映供 油量大小、离合器结合程度、制动力大小以及货叉移动和叉车前进后退
6、，所以传感器应采集 出的是连续变化的量，即模拟量。模拟量的采集要去抗干扰能力强，在设计中选择了线性位 移传感器与相关机械连接组成。线性位移传感器的阻值变化特性为直线型，能够准确反映三 踏板行程、货叉位移以及叉车前后运动距离的大小。方向盘度采集模块采集转向盘的旋转的角度、方向。考虑在实际驾驶中转向盘要求有一 定的间隙，在采集时，采集精度要高，所以选用了以角位移传感器为与转向盘的转向立柱连 接用于采集转向装置转角，选用的角位移传感器最大测量角度为900%对于模拟器上的点火开关、车灯开关等开关量，主芯片可通过光电隔离器与微动开关相 连，提取开关量，并转换为标准逻辑电平进行处理。2）数据处理模块在叉车
7、操作模拟系统中，需要将采集到的无序的数据变成可用的有序的数据。为了不影 响仿真系统的仿真效果，要使得数据处理模块的时间复杂度低、运算速度快、运算结果精确， 可扩展，对于其他的系统也适用。本系统中将各位移传感器采集到的电信号转换变为数字信号，利用接口函数采集该信号 输入到数据处理程序模块进行分析计算。对于各种开关量，那么通过电信号转化，再通过编码器编码分通道通过数据采集函数与系 统软件模块（程序）和系统之间进行数据交互。对于方向盘所采用的角位移传感器角，那么单独采用现场可编程逻辑阵列(FPGA)数据处理, FPGA不仅具有高精度的同步传输能力，而且具有速度高、体积小、抗干扰能力强的优点。 由角位
8、移传感器的传出的信号后送人FPGA处理器，在FPGA中进行计数处理，最后通过 RS232与采集芯片通信，并传输到主控芯片。3)数据输出模块在单片机输出计算机可识别的数字信号后，这些信号和叉车的参数一起作为叉车动力学 模型的输入，计算出叉车当前的工况和各个构件的状态数据。这些数据被分别传送到视景、 音响等系统，作为它们各自运行的输入量，从而实现模拟系统的实时控制。场内流动车辆操作训练模拟器的操作层软件模块叉车操作训练虚拟现实系统主界面基于对叉车驾驶训练模拟系统的流程和功能的分析，可以看到叉车驾驶训练模拟系统操 作层主要分为叉车训练和叉车考试两大模块。为了帮助学员早日熟悉叉车的相关结构，在本 系统
9、中特意加入了叉车展示的模块。此外，由于叉车作业的环境各不相同，本系统在叉车作 业训练模块中提供了场景编辑器，方便用户对叉车作业场景编辑，也提高了本系统的可扩展 性。系统功能设计叉车驾驶训练模拟系统必须符合国家叉车驾驶执照考试的相关规定并满足叉车驾驶员训 练的相关需求，根据本工程前期的调研和分析，叉车驾驶训练模拟系统功能及描述如表。叉车驾驶训练模拟系统功能及描述叉车驾驶训练模拟系统功能功能描述叉车展示模块1.展示不同型号的叉车；2.介绍叉车的主要结构；3.介绍叉车的工作原理叉车驾联训练模块1.进行叉车相关科目的训练；2.叉车各场地综合训练；3.对训练情况进行实时评价叉车作业训练模块1.叉车作业相
10、关科目训练；2.叉车作业意外情况训练；3.叉车作业情况实时评价叉车考试模块1.叉车考试模拟；2.考试情况实时评价叉车展示模块叉车展示模块主要负责对叉车的整车结构及相关部件、工具进行三维展示，帮助学员对 叉车建立一个直观的印象，为后面驾驶操作的学习提供帮助。叉车展示模块不仅可以帮助学 员学习，而且为叉车培训机构节约了大笔购买叉车的费用。叉车展示模块界面如下图：叉车驾驶训练模块叉车驾驶训练模块将国家规定的叉车驾驶执照考试中桩考的科目进行了分解，以便初学 者更容易的掌握叉车各种驾驶技巧。分解后的工程有：“8”字形行驶、侧方位移、通道驾驶、 倒车入库等。在训练环境的设计上力求与真实场地考试相同，同时本
11、模块还提供了场地综合 训练模块，学员可根据自己的需要选择相关科目进行组合训练也可以进行完整的场内行驶训 练。叉车驾驶训练模块界面及局部训练场景如下图：叉车驾驶训练模块界面正向“8”字形训练侧方位移训练叉车作业训练模块叉车作业模块将国家规定的叉车驾驶执照考试中作业考试的科目进行了分解，以便初学 者更容易的掌握叉车各种驾驶技巧。分解后的工程有：起升载荷训练、堆卸箱训练、意外情 况训练等。在训练环境的设计上力求与真实场地考试相同，同时本模块还提供了作业场景编 辑器，教员对系统中的作业场景进行修改也可根据本单位实际情况编辑相应的作业环境。同 时，该模块还包括了对叉车作业过程中可能发生的各种意外事件的模
12、拟训练，能够真实的模 拟实车训练中不会发生的各种意外事件，增强学院对意外事件的处置能力。叉车作业训练模 块局部训练场景如下图：叉车起升载荷训练场景叉车堆卸箱训练场景叉车意外情况训练场景叉车考试模块叉车考试模块包括叉车实际操作考试的所有内容，本模块中使用的桩杆、场地尺寸与真 实情况完全相同。学员按规定的行驶线路（包括规定的属具）行驶和操作，其目的是考核学 员对车辆的安 全操控能力。考试内容分成场绕圈迂回考核、正逆迂回考核、拆垛作业考核、 移库场地考核和综合场地考核几项，每项均采用100分制和失误扣分的形式进行考试。在本 考试模块中，在一段规定时间内，同一学员只能进行一次模拟考试操作，以保证考试的
13、公平 和公正。叉车考试模块局部场景如下图：综合场地考核场景教学监控与管理模块教学监控与管理模块也是起重机操作训练集成模拟系统的重要组成局部。教师通过教学 监控与管理软件系统可实时了解学员的操作情况，还可通过教学管理软件调整教学内容，如 设置天气状况、设定工况、设置故障让学员处理等等。通过教员控制台主机实时显示和记录 学员操作，并进行评判。教学监控与管理模块中也包含多个子模块：1）气象设定模块：管理训练场景中的天气情况，如风速、风向、阵风持续时间、雨量、雪量等参数的设置。2）故障设定模块：管理训练场景中叉车发生故障的情况，可设定训练中叉车可能发生的 各种故障。3）模拟极限模块：管理训练场景中的系
14、统模拟精度等参数，如传感器灵敏度、托盘码放 缝隙等参数的设定。此模块可设定操作人员完成训练的难易程度。4）动作调整模块：管理训练工程中自动完成的动作参数。5）光线照明设定模块：管理训练工程中的光线照明强弱，如模拟黑夜、白天、黎明、黄 昏等情况。6）托盘设定模块：管理训练工程中的托盘参数，如托盘尺寸、货物数量等。7）数据记录与监控模块：主要监测学生的训练过程，记录叉车的运动轨迹，记录货物或 货叉与其他物体碰撞次数和程度，评价学员的训练质量。8）训练数据库模块：保存学员的训练记录、成绩、训练次数等，可查看训练成绩。注堂口学员信息管理界面坛4I.彳试事口组功靛某，内埋，曼，电息,工程考点内容设H 学
15、身/试场菅惊学理juju即名称(tw)总分/及事分：(dnve,ODICHfj 100,0/60,0 目富1Mb 正向 “8TffigUE$；f exam.Ol)1CWW 100 0/60.0可加？日葭IWh女幽f*粮i(eeJ210HH 100.0/60.0 备(“目 出卯 1Ff.jI :&叫正时酬幡；修 (examOJ：1的“ 100.0/60.0 W优(目 Li :拆像作登考核 igie_(m粹 ioo.o/6o.o &口 :;考核内容管理管理界面详细配置清单序号设备名称性能及技术要求数一单位1学员操作训练硬件系统司机操作系统包括：司机座椅、方向盘、操纵杆、脚板、 开关、指示灯等。1套司机室附属设备司机室仪表数码显示屏等。通过系统模拟， 亦可采用软件模拟方式实现。1个主控计算机 （不含显示器）承载训练软件模块与硬件控制系统。计算机 要求可以流畅运行训练模块，画面帧率不低 于30,可连续48小时不停机运行，性能不 降低。CPU： i5,内存：4G显卡：1G以上显存 硬盘：320G1台数据采集与控制软件控制数据采集、指示
