SMD “DriROV”模擬器系統(tǒng)

余征宇，帥天成

海洋石油工程股份有限公司深圳分公司，廣東深圳 518067

0 引言

SMD DriROV?模擬器系統(tǒng)是一種為領(lǐng)航員提供實時培訓(xùn)和評估的工具，能對任務(wù)進行計劃編制和演練。這種模擬器使ROV 領(lǐng)航員只需借助一種模擬ROV 及其作業(yè)環(huán)境的“虛擬”模型而不需要操作“真實”的ROV 就可以獲得實踐經(jīng)驗。

領(lǐng)航員從仿真軟件制作的虛擬攝像頭、聲納等模擬儀器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)中得到反饋。這個模型還對機械手、TMS、系纜和臍帶纜等進行了模擬，并為實習(xí)領(lǐng)航員提供了幾乎和真實ROV界面一樣的模擬用戶界面。培訓(xùn)師在另外一個單獨的培訓(xùn)師控制臺對仿真進行設(shè)定和控制。這個控制臺用來監(jiān)控受訓(xùn)生的操作并根據(jù)需要修改作業(yè)劇情和環(huán)境參數(shù)。

該系統(tǒng)也能用來制訂作業(yè)計劃，模擬作業(yè)，評估新工具或者評估潛器配置發(fā)生如增加工具托架等變化時的效果。

1 構(gòu)造

該系統(tǒng)既可以作為一個獨立的系統(tǒng)使用又可以整合進實體ROV（帶潛器和LARS 等）的控制系統(tǒng)中以在實體系統(tǒng)空閑時用作培訓(xùn)。

1.1 獨立系統(tǒng)

獨立系統(tǒng)安裝在一個固定的或者半固定的地方如基礎(chǔ)培訓(xùn)室、維修間甚至是船上或者平臺上的一間辦公室。構(gòu)造和標準ROV 控制間一模一樣。

1.2 整合系統(tǒng)

整合系統(tǒng)則是被裝到實體ROV（包括潛器、TMS、LARS 等）中作為其中的一部分。這種系統(tǒng)使用實體ROV 的控制臺和顯示器作為用戶界面并形成虛擬的ROV 和作業(yè)環(huán)境。也就是說，ROV 控制臺可以在“真實”ROV 操作和“虛擬”ROV 操作之間簡單切換。這種系統(tǒng)使領(lǐng)航員在停工時、陸地上或者待機時都能進行培訓(xùn)、練習(xí)和演練。

2 系統(tǒng)描述

上述的獨立系統(tǒng)包括一個領(lǐng)航員和觀察者控制臺，前面是一排顯示器用于顯示虛擬攝像頭畫面、聲納圖像和潛器控制狀態(tài)。該套設(shè)備適合裝在一個培訓(xùn)室或者控制集裝箱中。

2.1 概述

一般來講上述模擬器主要由四個部分組成：

1） ROV 頂端控制系統(tǒng)；

2）領(lǐng)航員/操作者用戶界面；

3）ROV 仿真系統(tǒng)；

4）培訓(xùn)師界面。

2.2 ROV 頂端控制系統(tǒng)

模擬器控制部分包括用于Quantum WROV 的SMD DVECS控制系統(tǒng)，這套系統(tǒng)配置有控制電腦、網(wǎng)絡(luò)硬件、ROV 控制軟件和圖像分配功能。頂端控制系統(tǒng)用與“真實”系統(tǒng)類似的方法與領(lǐng)航員用戶界面通信?？刂婆_也和代替并模擬ROV 行為的仿真系統(tǒng)通信。

2.3 領(lǐng)航員用戶界面

1）控制臺

控制系統(tǒng)的顯示屏和屏幕分配與“真實”的QUANTUM系統(tǒng)相同。該套系統(tǒng)可讓受訓(xùn)領(lǐng)航員加深對已有信息和控制屏布局的了解。虛擬ROV 的狀態(tài)變化方式與真實系統(tǒng)類似。

2）控制面板

控制面板按鈕、操縱桿、觸摸屏電腦面板的控制頁面等的布局與“真實”控制間相同而且能夠用仿真軟件產(chǎn)生相同的ROV 功能。

2.4 ROV 仿真系統(tǒng)

ROV 仿真系統(tǒng)由許多功能強大的聯(lián)網(wǎng)電腦組成，運行包括攝像頭和聲納圖像形成等仿真軟件。虛擬ROV 模型通過ROV 頂端控制系統(tǒng)由領(lǐng)航員用戶界面進行控制并把得到的反饋數(shù)據(jù)和圖像在顯示器上展示給領(lǐng)航員。

其他人造的水下物件如閥、管匯、BOP 組件、海管和基盤等也可以導(dǎo)入該系統(tǒng)中，系統(tǒng)按標準配備了一系列普通的物件?；A(chǔ)仿真軟件主要用來進行領(lǐng)航員培訓(xùn)。系統(tǒng)可以很輕易地升級成具有任務(wù)編制和預(yù)演的功能。

2.4.1 培訓(xùn)師界面

培訓(xùn)師界面在筆記本或者臺式機上運行并被用來控制和監(jiān)視整個仿真過程，ROV 和周圍環(huán)境的3D 虛擬畫面使培訓(xùn)師能很好地觀察ROV 執(zhí)行領(lǐng)航員指令的情況。

培訓(xùn)師也能制造一些障礙劇情，修改環(huán)境參數(shù)并在領(lǐng)航員對這些變化做出反應(yīng)的同時調(diào)整仿真的劇情。錄像和回放工具也由培訓(xùn)師界面控制。

2.4.2 DriROV 的特點

1）領(lǐng)航員基本操作到復(fù)雜機械手操作的培訓(xùn)；

2）ROV、TMS、系纜和臍帶纜的完整動態(tài)仿真；

3）任務(wù)編制和任務(wù)預(yù)演雙模式選擇；

4）控制間整合系統(tǒng)和獨立復(fù)制系統(tǒng)兩種構(gòu)造方式；

5）劇情錄像和回放；

6）多種機械手仿真模型可供選擇。

3 設(shè)備特征

物理構(gòu)造：

一個完整的模擬器包括一個運行仿真軟件的個人電腦系統(tǒng)和輔助設(shè)備。這些電腦在已有硬件的基礎(chǔ)上通過雙絞線進行以太網(wǎng)通訊。這個系統(tǒng)在電腦故障時有另一個電腦作為備用，備用電腦預(yù)先安裝了所有必要的軟件可代替系統(tǒng)中任何一臺仿真電腦以確保將培訓(xùn)的中斷時間降至最少，而這一轉(zhuǎn)換只需短短的5 分鐘就可以由最終用戶或者系統(tǒng)維護人員獨立完成。

當連接到ROV 控制臺時，模擬器和控制臺進行數(shù)字和模擬圖像信號的交換，根據(jù)需要還可以實時仿真ROV 的操作。在這種構(gòu)造中，領(lǐng)航員與系統(tǒng)的互動將通過ROV 控制臺和顯示屏完成，并為培訓(xùn)師提供了一個獨立的控制臺來進行整個仿真過程的控制和監(jiān)視。

4 任務(wù)編制和預(yù)演功能

模擬器具有但不限于以下這些使ROV 能完成具體任務(wù)的功能：

1）水下營救、檢測、垃圾清理、補給包運送和電纜切割/解開；

2）利用ROV 外接工具包括井口清理刷（各種尺寸），真空泵，墊圈回收和替換工具來進行檢測，清理和VX 墊圈的替換；

3）利用機械手操作鏈鋸、扭矩工具和虛擬熱撬桿進行包括管匯、采油樹和PLETs 等水下設(shè)備的安裝和鎖定。

特性：劇情快照——培訓(xùn)師菜單功能之一。通過開始一個劇情并設(shè)置特定的環(huán)境作為另一個劇情的起點來保存劇情。比如讓ROV 處于一種較差的狀態(tài)（系纜裹?。┗蛘咦孯OV 重新出現(xiàn)在另一個任務(wù)中。

5 結(jié)論

以上對SMD 公司的“DriROV”模擬器進行了一個介紹，希望對我國ROV 行業(yè)未來使用模擬器有一定的借鑒意義。

[1]Mike Luo.The ROV Simulator and its future.SMD Corpration，2009.

[2]Jack Chen.Let’s play ROV.Schilling Ltd，2011.