船舶驾机联动模拟器在航海教育中的应用

曹辉，张均东

（大连海事大学 轮机工程学院，辽宁 大连 116026）

船舶驾机联动模拟器在航海教育中的应用

曹辉，张均东

（大连海事大学 轮机工程学院，辽宁 大连 116026）

从船舶操纵与机舱模拟器在行业培训及教学中的应用现状出发，针对船舶驾机联动模拟器的概念、特点、研究目的及履约要求等进行分析，提出典型船舶驾机联动模式的航海模拟器设计方案。内容包括驾机联动模式设计、联动过程中需考虑到的因素、驾机联动模拟器信号互联设计等。在驾机联动方案实现的基础上，围绕驾驶台资源管理与机舱资源管理中的人因影响、团队协作、情景意识等应用，分析驾机联动模式可以实现的特殊训练任务及作用，并针对驾机联动模拟训练模式进行总结与展望。

船舶；模拟器；驾机联动；STCW公约；资源管理;航海教育

一、引言

在STCW公约马尼拉修正案公布实施背景下，将传统的轮机模拟器及船舶操纵模拟器相结合，构建一种新的船舶综合驾机联动模拟器（以下简称驾机联动模拟器）是一种新的需求及探索。国际航海技术较为发达的国家，如丹麦、韩国和日本等，其航海类院校针对“驾机合一”的航海教育和培训方式在20世纪末就有所尝试和实施，培训的目的为通过驾驶和轮机两个部分的模拟训练培训双证船员，从而降低航运公司的船员劳务费用，提高船上人员配备的灵活性。[1]与上述背景不同的是，我国并无双证船员的培训需求，而STCW公约马尼拉修正案公布实施后，航海教育中的旧的培训模式已无法适应新的需求，基于资源管理式的立体化、综合化航海模拟培训模式亟待实现，这些均导致国内航海类院校及相关培训机构对驾机联动模拟器的需求日益增强。除此之外，通过对系统进行扩展和该进，该模式的训练亦可应用到海军综合训练中，以发挥更大的联合训练作用。

二、马尼拉修正案对轮机和船舶操纵模拟器的履约要求

STCW公约马尼拉修正案对STCW95公约进行了全面回顾和修订，涉及的海员培训、发证和值班标准均发生了较大变化，[2]该修正案已于2012年1月1日生效。生效后履约机制对缔约国提出了更高要求，其履约内容涵盖船员培训、发证、值班等多个方面，本文只针对轮机和船舶操纵模拟器的履约要求进行分析。

1.应具备标准化优秀的人机交互体验

随着马尼拉修正案的生效，船员所需掌握的新知识逐渐增多，为避免不同厂商设备的多样化交互风格造成的船员操作负担大、疲劳、误操作等现象，应制定全船统一的人机交互标准，包括模拟器的交互形式、风格样式等，培训应在具有标准化模拟训练设备下进行，以提高工作效率，保障船舶安全运营，减少人员伤害，降低货损等。

2.应具备驾机联动功能

马尼拉修正案对模拟器的使用提出了更高的要求，如驾驶台和机舱资源管理、电子海图和安保意识等。因此，应鼓励航运企业、各科研单位及教学单位对现有的模拟器进行升级改进，特别是开展船舶操纵与轮机模拟器的联动模式下的研究与教学，使学员接收全船立体化训练，提高团队协作能力，培养情景意识，实现联动状态下的全船资源管理，以便更有效地履行马尼拉修正案。

3.应具有网络化、标准化教育和培训功能

模拟器的发展应符合STCW公约要求的具有驾驶台和机舱资源管理、电子海图和安保意识等模拟训练功能，需完善现有模拟器的功能和架构形式，以满足驾驶台、机舱培训的需要。建议开发、采用具有统一标准的实现特殊培训需要的模拟器，尽早开展在网络化教学和电子教育中应用模拟器的相关研究[3]。

三、船舶驾机联动训练模式概述

船舶驾机联动训练模式是一种新的船舶综合模拟训练模式，该模式将轮机模拟器、船舶操纵模拟器在功能上进行互联，实现联合驱动与操作，而并非进行功能上的融合。可以根据培训及教学需要，进行灵活配置，实现单系统隔离、驾机隔离、驾机联动等应用模式。在实现联动后，可以同时对“支持级”“操作级”“管理级”三个责任级别的船员进行联合培训。驾机联动模式的作用是单一模式模拟器无法替代的，其在兼具传统模式功能的基础上重点实现“情景意识培养”“团队协作”“资源管理”等方面训练。“驾机联动”与“驾机合一”模式的区别如下：

1.培训对象与培训目的

驾机合一模拟训练的培训对象是双证船员，培训目的是在提高船员业务能力的前提下降低船员劳务费用、提高人员配备的灵活性。由于受国际航运政策的限制，目前大多数国家尚无此需求。而驾机联动型模拟训练的培训对象为符合新国际公约认证标准的船舶轮机员和驾驶员，即培训目的则是在新的STCW公约的履约背景下，通过联动训练提高机舱与甲板部船员的情景意识，增强团队协作精神，优化船舶资源管理与使用效能等。

2.系统架构

驾机合一模式的架构没有独立的轮机模拟训练和操纵模拟训练模块，二者被有机地融为一体，因此，系统的扩展性和灵活性受到了很大限制，一般均由某一独立研发机构实现。驾机联动模式的架构由轮机模拟训练和船舶操纵模拟训练两个功能界限较为清晰的模块构成，在需要时通过数据交互实现联动，也可以各自独立运行，以实现独立培训任务。该模式下的系统具有极大的扩展性和灵活性，轮机和操纵部分的模块可由不同的研发机构实现，彼此之间按照一定的协议及互联标准实现数据交互。

四、驾机联动模拟模式设计

1．总体设计

驾机联动模拟器应被布置到同一栋参照实船设计的建筑物内，上层建筑布置为驾驶模拟器，下层部分布置为轮机模拟器。整体布置可在建筑设计初始时进行整体规划，分配好驾驶室、海图室、货控室、集控室、分油机室、主机舱、副机舱、舵机舱等。驾驶与轮机模拟器要求进行综合规划设计，按同一母型船设计，两者针对各自专业特点具有全任务模拟训练功能，通过平台配置可以实现单独运行，也可互联实现联动运行。

2．系统联动机制设计

系统联动机制设计为驾机两端模拟器相关系统在内部机制上的关联互动，通过下述的联动机制可实现形成完整的航海模拟器，完成全任务状态下的航海模拟训练任务。

（1）主机遥控的驾机互联；

（2）舵机的驾机互联；

（3）压缩空气的驾机互联；

（4）局部细水雾的驾机互联；

（5）火灾报警及消防控制的驾机互联；

（6）通用报警的驾机互联；

（7）监测报警系统的驾机互联；

（8）电气、时钟、灯光的驾机连锁；

（9）消防、压载、液舱液位与船舶吃水、船舶姿态的驾机互联；

（10）声力电话、自动电话的驾机互联；

（11）全船视频监控、广播对讲等通信的驾机互联；

（12）驾、机三维视景联动。

3.联动系统模拟功能设计

（1）实现不同海况、备车与完车、机动航行、正常航行、锚泊、靠港作业、雾中航行联动效果。

（2）实现主机故障、舵机失灵、全船失电、机舱火灾、机舱进水、恶劣海况、搁浅、碰撞、海盗袭击、溢油等的驾机联合资源管理协作训练。

（3）广播对讲系统可按区定时定点播放不同的背景音乐及相关系统介绍、操作须知等。可选择全区、分区、分组、单终端对学员进行广播喊话或播放通知，有紧急情况发生时，可以向监控中心求助与对讲，有火灾报警时，可触发消防广播，指导疏散处理等。

五、驾机联动功能要特别考虑到的因素

1.外界环境的变化对轮机模拟器的影响

（1）浅水区域、狭窄巷道航行（包括污底、重载等），因阻力增加，主机功率提高，船速降低。

（2）水流速度增加，顺流时主机功率下降，船速提高；逆流时主机功率提高，船速降低。

（3）风速增加，顺风时主机功率下降，船速提高；逆风时主机功率提高，船速降低。

（4）船舶碰撞、搁浅、不同海况下航行、锚泊、靠港作业、海盗袭击、溢油等对主机、舵机、船舶电力及其他辅助设备的影响，可能会导致机舱火灾、机舱进水、全船失电、机舱细水雾动作、联动消防系统处置等影响。

2.驾驶台操作对轮机模拟器的影响

（1）大舵角转舵时，因阻力增加，主机功率提高，船速降低;

（2）操作大功率设备，如侧推器、消防泵、压载泵、锚绞机、起货机等，使发电机功率增加。

六、驾机联动模拟器信号互联设计

驾机联动模拟器建设信号互联设计包括：船机桨的配合，转速、船速、主机负荷之间互动关联；主机遥控面板、主/辅车钟、安保指示面板等的互动关联；舵机系统参数及控制、指示面板的互动关联；局部细水雾参数及控制、指示面板的互动关联；火灾检测系统参数及控制、指示面板的互动关联；机舱延伸报警面板参数及指示面板的互动关联；驾控台电气和灯光照明系统互动关联；应急消防/消防总用/消防及舱底系统参数及遥控面板互联；压载、配载控制与机舱系统相关联；驾驶台、集控室时钟与计算机时间、倾斜仪互连统一；声力电话、自动电话、视频监控、广播对讲等互联；通用报警、CO2释放报警互联；驾驶台模拟器与机舱电力系统在线关联；驾驶台、机舱三维视景联动模拟互连。相关联动系统参数统计如表1所示，但不限于表中所统计的参数。

表1 船机桨系统、配载控制等互联参数统计参考

七、驾机联动模式在船舶资源管理训练中的应用

“船舶资源管理”是“驾驶台资源管理”和“机舱资源管理”培训课程的综合[4]，根据我国船员有关船舶资源管理培训过程的实际情况，目前我国采用的均为经验性管理的方式，没有充分利用和发挥模拟器的辅助作用[5]，传统的模拟器训练模式只是针对各自系统进行业务级训练[6]，借助驾机联动模式可以有效地开展如下各项有关船舶资源管理训练方面的训练。

1.人因影响训练

人、设备和环境构成了船舶资源管理的三个主要因素，其中人因的影响因素最为重要。采用驾机联动模拟训练模式可以充分加强人因素的作用，并使受训人员能掌握人力资源管理与应用的正确方法，如驾驶台人力资源、机舱人力资源、驾机联合下的人力资源的分配、优化、管理等。在人力资源有效管理的基础上可针对不同的环境因素、文化背景等影响进一步开展人员之间、人与设备、人与环境的时效化模拟训练，实现人、设备和环境的统一，使受训人员掌握人力资源管理的正确方法，避免疲劳和误操作，降低资源损失，提高设备及系统的安全运行时间，最大限度地保障船舶安全运行。[7]

2.情景意识培养

船舶航行时经常会面临紧张而复杂的通航或作业情景，以指定的母型船为蓝本，结合虚拟现实技术，实现船体环境、舱室、设备、系统、人物角色的虚拟仿真，构建驾机联动模拟，可以很好地实现船舶碰撞、搁浅、机舱进水、溢油、海盗袭击、不同海况特别是恶劣海况下航行状态、锚泊、靠港作业、雾中航行、主机故障、舵机失灵、全船失电、机舱火灾以及其他船舶机电故障导致的连带效应等的情景再现。为此，在相应的情景培训中突出情景意识的培养，使学员提高全面了解通航或作业信息的能力，加强对情景应对措施的掌握程度，提升学员在船舶不同情景状态下的应急反应能力和综合素质，才能在实际工作环境中有能力积极地采取合理的措施避免船舶事故的发生，保证船舶航行的安全。[8]

3.团队协作训练

分工是指明确具体的工作范围和职责，使每个个体专注于自己领域内的工作，有利于个体经验的积累和知识的完善，而协作可以达成个体之间的优势互补，产生一种集群生产力，分工协作是提高工作效率的基本手段，它是船舶团队成员的基本工作模式，即所谓“同舟共济”。船舶的团队协作意味着包括驾驶员、轮机员在内的工作人员之间必须通过合理有效的团队工作来确保自身的安全和完成运输任务。引入驾机联动模拟模式，可在培训中明确成员个体的职责义务的基础上，突破传统的专业狭隘观念，实现包括驾驶员、轮机员在内的团队人员的团队协作试训练，可按照船舶资源管理的要求，根据工作和外围环境的情况和需要做出一些决策，并在团队工作中发挥好领导的作用。此外，通过联动训练改进和提高领导者的决策能力、决策方法和领导艺术，也是船舶资源管理培训中的主要训练目的和要求。[9]

八、总结与展望

本文结合国外船舶模拟器的发展状况与STCW公约马尼拉修正案的履约要求，通过对模拟器的联动模式、需特殊考虑的因素、互联信号等的分析，提出一种新的船舶驾机联动模拟器的方案设计。联动状态下的驾驶台模拟器和轮机模拟器的功能合二为一，能够实现更大范围的、跨专业的、立体的培训任务，从而使受训者在该模式的训练中掌握正确的资源管理方法，增强情景意识，提高团队协作能力等。随着航运与造船领域的科技进步与发展，在航运和造船强国等国家战略的影响下，为了更充分履行我国航海教育国际履约要求，国内对驾机联动模式的船舶模拟器的需求和应用范围将不断扩展，其应用形式将更加丰富，功能将更加完善[10]。同时，随着我国船员培训管理相关规则的制定与实施，驾机联动模式模拟器的研发和使用标准将更加规范和统一，未来将更好地满足于高质量航海教育的需求。

[1] 刘宏斌.丹麦、荷兰和日本驾机合一模式比较研究[J].航海教育研究, 2006 （3）：11-14.

[2] 中华人民共和国海事局.中华人民共和国海船船员适任评估大纲和规范[M].大连：大连海事大学出版社. 2009.

[3]金一丞,尹勇.STCW公约马尼拉修正案下的航海模拟器发展战略[J].中国航海, 2012, 35（3）： 5-10.

[4]王捷.关于“船舶资源管理”培训的若干思考[J].航海教育研究, 2002 （1）：46-50.

[5]方泉根.船舶资源管理及其培训[J].中国航海, 2008, 31（2）：152-157.

[6] 於健.船舶操纵模拟器部分替代海上认识实习的实践[J].航海教育研究. 2006 （1）： 43-45.

[7] 安骥, 陈磊, 阚安康, 等.机舱资源管理及培训[J].中国航海, 2013, 36（2）：28-32.

[8]夏海波, 胡甚平.海事中人为因素的调查与分析[J].交通部上海船舶运输科学研究所学报, 2004, 27（1）：61-64.

[9] 蒋德志, 赵晓玲.基于轮机模拟器的“机舱资源管理”研究与实践[J].中国航海，2011, 34（1）：115-118.

[10]曹辉, 张均东.现代船舶轮机模拟器的应用与发展[J].航海教育研究, 2012 （1）：33-36.

2015-09-05

中央高校基本科研业务费青年骨干教师基金项目（3132015023）；国家自然科学基金资助项目（51479017）；大连海事大学教改项目（2015Y12）

曹辉（1979-），男，博士，副教授，主要从事轮机自动化与智能化研究。

U676.2 < class="emphasis_bold">文献标识码：A

A

1006-8724（2015）04-0076-04