汽車起重機(jī)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計

卜凡，肖玉美，李敏，趙玉鈞

(徐州前誠網(wǎng)絡(luò)科技有限公司，江蘇徐州，221000)

1 概述

汽車起重機(jī)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)可模擬真實(shí)工程機(jī)械工作中的一系列操作和場景及操作應(yīng)用，通過該智能化實(shí)操化的模擬訓(xùn)練培訓(xùn)學(xué)員，即可以節(jié)約設(shè)備成本、提升教學(xué)質(zhì)量、加快培訓(xùn)速度，又能夠保證人員安全。在顯著提高培訓(xùn)中心效益的同時能提高學(xué)員學(xué)習(xí)效率，達(dá)到學(xué)校和學(xué)員雙贏的效果。

汽車起重機(jī)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)由硬件及軟件系統(tǒng)構(gòu)成。配套硬件包括：教學(xué)設(shè)備機(jī)體（內(nèi)嵌多功能小鍵盤、遙控器等輔助設(shè)備）、操作控制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)及計算機(jī)主機(jī)設(shè)備等。軟件內(nèi)容：視頻教學(xué)、理論練習(xí)、場景練習(xí)、操作考核、理論考核。由于智能化的場景應(yīng)用及需要采集大量學(xué)員操作信息，以實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的智能化分析學(xué)員操作行為，進(jìn)行針對性的訓(xùn)練，硬件方面就需要有一定的處理與分析的智能化能力，其設(shè)計也將具有獨(dú)特的特點(diǎn)。

軟件可實(shí)現(xiàn)如下功能：視頻教學(xué)；理論練習(xí)；場景練習(xí)（包括定點(diǎn)移位練習(xí)、吊物穿桿練習(xí)、堆物碼放練習(xí)）；操作考核（包括定點(diǎn)移位考核、吊物穿桿考核、堆物碼放考核；理論考核功能；在線幫助及不良操作行為較準(zhǔn)等。

2 核心硬件實(shí)現(xiàn)

汽車起重機(jī)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)核心硬件主要是教學(xué)設(shè)備機(jī)體、操作控制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)及計算機(jī)主機(jī)設(shè)備等。機(jī)體主要是機(jī)械結(jié)構(gòu)、顯示系統(tǒng)主要完成顯示輸出，功能和實(shí)現(xiàn)都比較簡單，不多贅述。

操作控制系統(tǒng)則采用同實(shí)際工程機(jī)械完全一致的操作設(shè)備來進(jìn)行，主要是操作控制臺和二側(cè)的操作控制面板。其操作控制臺如圖2示。

圖1 汽車起重機(jī)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)整體照片

圖2 操作控制臺

切換按鈕向后扳，是控制手柄吊的操作，我們以手柄吊為例介紹操作方法。進(jìn)入場景后，先旋轉(zhuǎn)鑰匙，啟動機(jī)器，機(jī)器煙囪冒煙說明啟動成功。左手柄的左右控制大臂的轉(zhuǎn)身，向左扳手柄，大臂向左旋轉(zhuǎn)，向右扳手柄，大臂向右旋轉(zhuǎn)。左手柄的前后控制副勾的升降，向前扳手柄，副勾下降，向后扳手柄，副勾上升。右手柄的左右控制大臂的升降，向右扳手柄，大臂升高，向左扳手柄，大臂下降。右手柄的前后控制主勾的升降，向前扳手柄，主勾下降，向后扳手柄，主勾上升。按住右手柄按鈕向左扳右手柄，伸第二節(jié)臂。按住右手柄按鈕，同時按住左手柄按鈕，向左扳右手柄，伸第三四節(jié)臂。按住右手柄按鈕，同時按住左手柄按鈕，再向右扳右手柄，收第三四節(jié)臂。只按住右手柄按鈕，向右扳右手柄，收第二節(jié)臂。右手柄面板上的急停按鈕，是在緊急情況下，斷電的功能。按下緊急按鈕，機(jī)器停止工作，要想開動機(jī)器，必須要重新點(diǎn)火啟動。

右前操作控制面板如圖3示意。

切換按鈕向前扳，是控制推桿吊的操作。進(jìn)入場景后，先旋轉(zhuǎn)鑰匙，啟動機(jī)器。右前面板的上方左推桿是控制大臂轉(zhuǎn)身，桿向前推，大臂向左旋轉(zhuǎn)，桿向后推，大臂向右旋轉(zhuǎn)。上方右推桿控制大臂的升降，桿向前推，大臂下降，桿向后推，大臂上升。下方左側(cè)推桿控制節(jié)臂的伸縮，桿向前推，節(jié)臂伸出，桿向后推，節(jié)臂縮回。按下右手柄面板的左側(cè)紅色按鈕，再推桿，是控制第二節(jié)臂的伸縮。按下右側(cè)紅色按鈕，再推桿，是控制第三四節(jié)臂的伸縮。如果左右側(cè)紅色按鈕都不按下，再推桿，節(jié)臂同時均勻的伸縮。下方中間推桿是控制主勾的升降，桿向前推，主勾下降，桿向后推，主勾上升。下方右側(cè)推桿是控制副勾的升降，桿向前推，副勾下降，桿向后推，副勾上升。右手柄面板上的急停按鈕，是在緊急情況下，斷電的功能。按下緊急按鈕，機(jī)器停止工作，要想開動機(jī)器，必須要重新點(diǎn)火啟動。

左前操作控制面板如圖4示意。

左前面板的推桿在找平作業(yè)中用的到，下方右側(cè)推桿向下扳，其他四個推桿向上扳，汽車吊的四個支臂開始伸出。伸完后，下方右側(cè)推桿保持在下方，四個推桿向下扳，四個支腿開始撐地。等到撐穩(wěn)后，五個推桿扳到中間位置，學(xué)員可以自由操作訓(xùn)練吊車了。學(xué)員練習(xí)完吊車后，要把支腿收回。下方右推桿向上扳，其他四個推桿同時向下扳，吊車的四個支腿收回。支腿收完后，開始收支臂了。下方右推桿保持在上方，其他四個推桿向上扳，支臂開始收縮。收縮完成后，關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，機(jī)器熄火任務(wù)就完成了。

圖3 右前操作控制面板

圖4 左前操作控制面板

計算機(jī)主機(jī)設(shè)備放置在整體結(jié)構(gòu)內(nèi)，接入各類操作模擬手柄、控制面板，采集其信號并由運(yùn)行在計算機(jī)中的智能模擬訓(xùn)練軟件響應(yīng)。

為實(shí)現(xiàn)智能采集、分析、反饋功能，計算機(jī)主機(jī)一般采用專用圖形機(jī)，均采用酷睿i5以上四核CPU、內(nèi)存16G以上配置，且顯卡需要配備2G以上獨(dú)立顯存。

3 主要軟件功能

軟件主要功能有四個：模擬教學(xué)、視頻教學(xué)、理論練習(xí)、理論考核。

模擬教學(xué)是軟件中的核心功能，分為訓(xùn)練教程、考核任務(wù)、教程范例三個子功能。

訓(xùn)練教程中，可通過全模擬實(shí)時操作的環(huán)境下，由受訓(xùn)人員依次完成找平、吊物定點(diǎn)停放、擊落木塊、繞桿、吊物避讓、貨物裝載、標(biāo)準(zhǔn)手勢識別、超重吊物、綜合場地考核、工程機(jī)械移位等訓(xùn)練教程，訓(xùn)練過程中，系統(tǒng)自動采集受訓(xùn)人員的操作信息，并進(jìn)行智能分析，給出合理化建議及操作習(xí)慣優(yōu)化建議，以更好更快完成受訓(xùn)、掌握工程機(jī)械的操作與使用。如圖5示意吊物避讓模擬訓(xùn)練操作界面。

圖5 吊物避讓模擬訓(xùn)練操作

完成訓(xùn)練教程后，需要進(jìn)行考核，可以在考核任務(wù)功能中完成?？己巳蝿?wù)中，根據(jù)受訓(xùn)人員的操作熟練程度分若干級別和難度等級對受訓(xùn)人員進(jìn)行考核，有在考核中，智能分析其考核中出現(xiàn)的問題和不足，及時糾正，同時對操作進(jìn)行打分，讓受訓(xùn)人員對自己的操作有個直觀了解。如圖6的場地考核示意。

圖6 場地考核界面

當(dāng)前二項模擬訓(xùn)練都能熟練完成后，學(xué)員可進(jìn)入更高級別的受訓(xùn)，相當(dāng)于實(shí)操的教程范例階段，在此階段下，學(xué)員坐進(jìn)駕駛倉，可以多角度的實(shí)現(xiàn)多個場景訓(xùn)練。如進(jìn)行貨物裝載訓(xùn)練，

圖7 貨物裝載模擬訓(xùn)練場景

訓(xùn)練中為讓學(xué)員更好掌控機(jī)械、培養(yǎng)優(yōu)良的操作習(xí)慣、盡快形成操控感覺，還可以隨時通過輔助操作控制，來切換成起重機(jī)內(nèi)部或外部不同的視角。如圖8為駕駛室內(nèi)部視角來完成操作。

圖8 駕駛室內(nèi)部操控視角

培訓(xùn)間隙，學(xué)員可以通過視頻教學(xué)功能來學(xué)習(xí)不同類型的工程機(jī)械的操作視頻，使學(xué)員能更真實(shí)的感受到相應(yīng)的操作方法和步驟，實(shí)現(xiàn)觸類旁通、舉一反三。

理論練習(xí)功能則可以將工程機(jī)械相關(guān)的基礎(chǔ)知識、注意事項、維護(hù)保養(yǎng)等以幻燈片的方式提供給受訓(xùn)學(xué)習(xí)觀看、學(xué)習(xí)，以掌握扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，更好理解并完成受訓(xùn)。

理論練習(xí)后，還可以通過理論考核模塊，通過選擇題、判斷題等題型來考察學(xué)員的理論知識掌握情況。

學(xué)員各個階段的學(xué)習(xí)中，均具備相應(yīng)的智能分析算法，以及時提醒學(xué)習(xí)不足，更好、更快掌握相應(yīng)的工程機(jī)械操控技能。

4 結(jié)語

隨著國內(nèi)各類工程的建設(shè)規(guī)模不斷增大，近幾年工程機(jī)械的使用規(guī)模不斷擴(kuò)大，使用量增速逐年加快，拒不完全統(tǒng)計，截至2017年底全國正在使用的各類工程機(jī)械已超過200萬臺，并且每年增速超過10%，目前的工程機(jī)械操作人員數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，這就帶動了國內(nèi)強(qiáng)大的工程機(jī)械模擬培訓(xùn)市場的快速發(fā)展。本文介紹了汽車起重機(jī)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，是為適應(yīng)全場景模擬化需要而設(shè)計的該套模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，對同類系統(tǒng)及其它各類工程機(jī)械模擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有較大參考價值。