基于虚拟仿真技术的轮机工程专业认知与实践的探讨

包国治+夏兆旺

摘要：针对船舶制造类轮机工程专业开设的认知与实践课程所存在的教学设施不足、环境恶劣、安全隐患等问题，本文提出了建立基于虚拟技术的认知与实践虚拟仿真平台的新思路，在仿真平台上开设了相关的虚拟认知与实践项目，提高了轮机工程專业学生认知与实践的效果。

Abstract： In view of the problems of inadequate teaching facilities， bad environment and hidden dangers in the cognition and practice courses offered by the marine engineering specialty of shipbuilding， in this paper， a new idea of virtual simulation platform for cognition and practice based on virtual technology is put forward， the related virtual cognition and practice project are set up on the simulation platform. It improves the cognition and practice of the students majoring in marine engineering.

关键词：轮机工程；认知与实践；虚拟仿真

Key words： marine engineering；cognition and practice；virtual simulation

中图分类号：G640 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）33-0227-02

0 引言

目前，中国已成为世界第一造船大国，但还不是造船强国，创新型高层次工程技术人才缺乏是制约其发展的关键因素之一。

轮机是船舶的心脏，在航海和船舶制造过程中占据着不可或缺的地位。目前，多数学校开设的轮机工程专业是面向航海的，培养符合国际和国家海船船员标准的高级航海工程技术人才[1]。而江苏科技大学开设的轮机工程专业是面向船舶制造业，为船舶行业培养大量的优秀设计和建造人才。认知与实践作为轮机工程专业学生在校期间实践性教学环节，认知与实践效果的好坏直接影响到专业课程的学习和以后工作的效果。提高面向航海类轮机工程专业的认知与实践的效果有了很多的研究和论述[2-3]，而面向船舶制造类轮机工程专业的认知与实践的研究相对较少，因此结合后者认知与实践存在的不足，采用新的技术手段，提高认知与实践效果对提高船舶设计和建造人才培养质量具有很大的实际意义。

1 面向船舶制造类轮机工程专业实认知与实践存在的问题

在人才培养过程中，轮机工程专业的学生需要大量的认知与实践环节，学校安排其到企业现场实习四年中有两次实习计划，但实际效果并不明显，学生的收获并没有达到预期，原因在于轮机专业实习地点一般会安排在船厂和主机制造厂，这类企业属于高危作业环境，不可能安排学生到实际岗位参与工作环节，两次实习都演变成参观性质，对学生来说实习过后只能留有一些感官印象。此外，轮机工程专业分为设计和修造两个方向，对于设计方向的学生，其所设计的结果，一般是船用机械设备或者管路系统，与船舶制造关系紧密，需要学习和掌握大量的船体结构知识和现场的工艺设计、工艺安装知识，目前的教学体系很难提供此类实践性环节；对于修造方向，由于船用设备特点是重量大，体积大，如大吨位油轮、散货轮的主机高度都在5-10米，零部件的尺寸和重量也十分惊人，由于危险程度高，一般的学校实验室和企业实习基地都不能为学生提供实际的维修制造环节。此外，轮机专业本科生做实践时将消耗大量燃油，滑油和淡水，产生大量废气和噪声，对环境造成影响。

2 提高认知和实践效果的主要措施

针对上述船舶制造类轮机工程专业开设的认知与实践课程所存在的教学设施不足、环境恶劣、安全隐患等问题，建设轮机虚拟仿真认知与实践平台，提供虚拟环境进行教学辅助，了解各类船型的舱室结构、系统走向、安装工艺条件以及规范要求，并能够在系统中对其设计结果进行仿真验证和校核，可以有效避免环境污染，并且节约大量的实习运行费用，降低学生的实习风险。

江苏科技大学轮机工程专业是江苏省重点学科，国防科工委重点建设专业，学科作为江苏省优势学科“船舶与海洋工程”、国家重点学科培育建设点的重要组成部分，已经建立了轮机工程虚拟仿真实训中心，依托该实训中心，建立轮机虚拟仿真认知与实践平台，包括船舶全景三维认知平台、轮机生产设计仿真平台、轮机系统操纵仿真平台以及船舶虚拟驾驶平台。

2.1 基于船舶全景三维认知平台的轮机系统认知项目

船舶全景三维认知平台采用ASP. NET MVC框架，建立各类船舶的全景三维模型，实现了具有交互功能的船舶漫游系统[4]。通过漫游船上各个位置，使学生了解轮机系统的组成，使学生理论联系实际，达到认知的目的，为后续的设计打下基础。实习界面如图1全船漫游系统界面，图2机舱轮机系统认知实习界面。

2.2 基于轮机系统生产设计仿真平台的轮机系统生产设计实践项目

轮机系统生产设计仿真平台，以船用柴油机、船舶辅机、制冷原理与设备、供热工程与锅炉、流通输配管网、消防工程、船舶管路设计基础、计算机辅助舾装生产设计等船舶轮机系统设计基本理论为基础，强化学生对现代船舶先进制造技术的理解和掌握，并以此为基础从传统轮机设备的安装工艺，装配方法到先进的单元化、模块化安装工艺；从传统舾装模式到现代的预舾装模式；从精益设计、精益制造到准时生产、从库存管理到纳期管理等。以船舶主辅机典型系统设计与制造对象，结合具体船型设计，训练学生的灵活处理现场工艺与现场工程问题的方法和能力。该平台以6500DWT散货船机舱为研究对象，运用SB3DS船舶设计三维软件，建立船体三维模型、设备模型、管路系统模型、通风电气系统模型，形成船舶数字化机舱文件，并运用专业软件NAVISWORK软件对数字化模型实现主动式漫游，完成综合干涉检查。endprint

2.3 基于轮机系统操纵仿真平台的轮机系统仿真操作实践项目

轮机系统操作仿真平台是在中央与地方共建高校项目经费和学校自筹经费的共同资助下，耗资360余万元建成。该平台拥有以目前国内先进的2700TEU集装箱船为基本仿真对象，同时兼顾油轮，调距桨船舶特点的集成式现代化船舶机舱仿真训练系统。系统结构包括：系统由模拟机舱，集控室，驾驶室和学生站四部分。

该平台的操作内容符合船舶机舱的实际工作情况，硬、软件功能齐全，运行状况良好，操作界面友好，监测界面直观明了，仿真结果准确，仿真内容全面，覆盖面广，实用性强；在解决了大型复杂机电系统的集成、同步并行、实时仿真和电磁干扰等问题的基础上，实现了目前三大主流船型的集成仿真，为轮机工程技术人员和学生提供了一个设计分析和操作管理兼顾的大型仿真训练和教学平台。

2.4 基于船舶虚拟驾驶平台的轮机系统监控仿真实践项目

船舶驾驶模拟器是仿真技术应用于船舶领域的一个热点，它利用虚拟现实仿真技术营造一个虚拟的船舶驾驶环境，人们通过模拟器的操作部件与虚拟的环境实现人机交互[5]。对于船员技能的培训、船舶性能的检测以及港口航道性能的分析都有着非常现实的作用和意义。本实验室的船舶虚拟驾驶平台，主要包括：数据采集与监控报警系统、船舶运动仿真系统、电子海图模拟系统、导航雷达模拟系统、虚拟罗经显示系统以及三维立体显示等系统。基于数据采集与监控报警系统开设相关的轮机系统监控仿真实验，仿真轮机系统参数随着船舶行驶的不同状态变化规律，当出现故障及时报警，找出产生故障的原因。

3 结论

基于虚拟仿真技术的认知与实践平台的建立，为解决轮机工程专业实习过程中存在的环境恶劣、安全隐患等问题提供了全新的思路。通过这种虚拟的认知与实践方式，使学生对轮机设备及系统，轮机系统生产设计，轮机操纵、虚拟船舶驾驶有了较清晰的认识，并建立工程基础，提高了认知与实践效果，达到轮机工程专业的认知与实践的目的。

参考文献：

[1]蔡振雄.谈航海类轮机工程管理专业人才素质特点及其培养[J].航海教育研究，1999（4）：58-60.

[2]黄建华，等.航海类轮机工程专业船舶认识实习的探讨[J].集美大学学报，2010，11（4）：91-94.

[3]徐燕铭，等.浅谈轮机工程专业认知实习[J].机械工程，2012（12）：153，178.

[4]趙宇宇，等.基于ASP.NET MVC框架的船舶漫游交互式学习平台的设计与实现[J].江苏科技大学学报，2017，31（2）：185-189.

[5]陈冠宇，等.船舶机舱虚拟环境中虚拟手的介入操控[J].上海海事大学学报，2014，35（4）：50-54.endprint