曹輝，張均東

（大連海事大學(xué) 輪機(jī)工程學(xué)院，遼寧 大連 116026）

船舶駕機(jī)聯(lián)動(dòng)模擬器在航海教育中的應(yīng)用

曹輝，張均東

（大連海事大學(xué) 輪機(jī)工程學(xué)院，遼寧 大連 116026）

從船舶操縱與機(jī)艙模擬器在行業(yè)培訓(xùn)及教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀出發(fā)，針對船舶駕機(jī)聯(lián)動(dòng)模擬器的概念、特點(diǎn)、研究目的及履約要求等進(jìn)行分析，提出典型船舶駕機(jī)聯(lián)動(dòng)模式的航海模擬器設(shè)計(jì)方案。內(nèi)容包括駕機(jī)聯(lián)動(dòng)模式設(shè)計(jì)、聯(lián)動(dòng)過程中需考慮到的因素、駕機(jī)聯(lián)動(dòng)模擬器信號互聯(lián)設(shè)計(jì)等。在駕機(jī)聯(lián)動(dòng)方案實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，圍繞駕駛臺(tái)資源管理與機(jī)艙資源管理中的人因影響、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、情景意識(shí)等應(yīng)用，分析駕機(jī)聯(lián)動(dòng)模式可以實(shí)現(xiàn)的特殊訓(xùn)練任務(wù)及作用，并針對駕機(jī)聯(lián)動(dòng)模擬訓(xùn)練模式進(jìn)行總結(jié)與展望。

船舶；模擬器；駕機(jī)聯(lián)動(dòng)；STCW公約；資源管理;航海教育

一、引言

在STCW公約馬尼拉修正案公布實(shí)施背景下，將傳統(tǒng)的輪機(jī)模擬器及船舶操縱模擬器相結(jié)合，構(gòu)建一種新的船舶綜合駕機(jī)聯(lián)動(dòng)模擬器（以下簡稱駕機(jī)聯(lián)動(dòng)模擬器）是一種新的需求及探索。國際航海技術(shù)較為發(fā)達(dá)的國家，如丹麥、韓國和日本等，其航海類院校針對“駕機(jī)合一”的航海教育和培訓(xùn)方式在20世紀(jì)末就有所嘗試和實(shí)施，培訓(xùn)的目的為通過駕駛和輪機(jī)兩個(gè)部分的模擬訓(xùn)練培訓(xùn)雙證船員，從而降低航運(yùn)公司的船員勞務(wù)費(fèi)用，提高船上人員配備的靈活性。[1]與上述背景不同的是，我國并無雙證船員的培訓(xùn)需求，而STCW公約馬尼拉修正案公布實(shí)施后，航海教育中的舊的培訓(xùn)模式已無法適應(yīng)新的需求，基于資源管理式的立體化、綜合化航海模擬培訓(xùn)模式亟待實(shí)現(xiàn)，這些均導(dǎo)致國內(nèi)航海類院校及相關(guān)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)對駕機(jī)聯(lián)動(dòng)模擬器的需求日益增強(qiáng)。除此之外，通過對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展和該進(jìn)，該模式的訓(xùn)練亦可應(yīng)用到海軍綜合訓(xùn)練中，以發(fā)揮更大的聯(lián)合訓(xùn)練作用。

二、馬尼拉修正案對輪機(jī)和船舶操縱模擬器的履約要求

STCW公約馬尼拉修正案對STCW95公約進(jìn)行了全面回顧和修訂，涉及的海員培訓(xùn)、發(fā)證和值班標(biāo)準(zhǔn)均發(fā)生了較大變化，[2]該修正案已于2012年1月1日生效。生效后履約機(jī)制對締約國提出了更高要求，其履約內(nèi)容涵蓋船員培訓(xùn)、發(fā)證、值班等多個(gè)方面，本文只針對輪機(jī)和船舶操縱模擬器的履約要求進(jìn)行分析。

1.應(yīng)具備標(biāo)準(zhǔn)化優(yōu)秀的人機(jī)交互體驗(yàn)

隨著馬尼拉修正案的生效，船員所需掌握的新知識(shí)逐漸增多，為避免不同廠商設(shè)備的多樣化交互風(fēng)格造成的船員操作負(fù)擔(dān)大、疲勞、誤操作等現(xiàn)象，應(yīng)制定全船統(tǒng)一的人機(jī)交互標(biāo)準(zhǔn)，包括模擬器的交互形式、風(fēng)格樣式等，培訓(xùn)應(yīng)在具有標(biāo)準(zhǔn)化模擬訓(xùn)練設(shè)備下進(jìn)行，以提高工作效率，保障船舶安全運(yùn)營，減少人員傷害，降低貨損等。

2.應(yīng)具備駕機(jī)聯(lián)動(dòng)功能

馬尼拉修正案對模擬器的使用提出了更高的要求，如駕駛臺(tái)和機(jī)艙資源管理、電子海圖和安保意識(shí)等。因此，應(yīng)鼓勵(lì)航運(yùn)企業(yè)、各科研單位及教學(xué)單位對現(xiàn)有的模擬器進(jìn)行升級改進(jìn)，特別是開展船舶操縱與輪機(jī)模擬器的聯(lián)動(dòng)模式下的研究與教學(xué)，使學(xué)員接收全船立體化訓(xùn)練，提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，培養(yǎng)情景意識(shí)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)狀態(tài)下的全船資源管理，以便更有效地履行馬尼拉修正案。

3.應(yīng)具有網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化教育和培訓(xùn)功能

模擬器的發(fā)展應(yīng)符合STCW公約要求的具有駕駛臺(tái)和機(jī)艙資源管理、電子海圖和安保意識(shí)等模擬訓(xùn)練功能，需完善現(xiàn)有模擬器的功能和架構(gòu)形式，以滿足駕駛臺(tái)、機(jī)艙培訓(xùn)的需要。建議開發(fā)、采用具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)特殊培訓(xùn)需要的模擬器，盡早開展在網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)和電子教育中應(yīng)用模擬器的相關(guān)研究[3]。

三、船舶駕機(jī)聯(lián)動(dòng)訓(xùn)練模式概述

船舶駕機(jī)聯(lián)動(dòng)訓(xùn)練模式是一種新的船舶綜合模擬訓(xùn)練模式，該模式將輪機(jī)模擬器、船舶操縱模擬器在功能上進(jìn)行互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)與操作，而并非進(jìn)行功能上的融合?？梢愿鶕?jù)培訓(xùn)及教學(xué)需要，進(jìn)行靈活配置，實(shí)現(xiàn)單系統(tǒng)隔離、駕機(jī)隔離、駕機(jī)聯(lián)動(dòng)等應(yīng)用模式。在實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)后，可以同時(shí)對“支持級”“操作級”“管理級”三個(gè)責(zé)任級別的船員進(jìn)行聯(lián)合培訓(xùn)。駕機(jī)聯(lián)動(dòng)模式的作用是單一模式模擬器無法替代的，其在兼具傳統(tǒng)模式功能的基礎(chǔ)上重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)“情景意識(shí)培養(yǎng)”“團(tuán)隊(duì)協(xié)作”“資源管理”等方面訓(xùn)練?！榜{機(jī)聯(lián)動(dòng)”與“駕機(jī)合一”模式的區(qū)別如下：

1.培訓(xùn)對象與培訓(xùn)目的

駕機(jī)合一模擬訓(xùn)練的培訓(xùn)對象是雙證船員，培訓(xùn)目的是在提高船員業(yè)務(wù)能力的前提下降低船員勞務(wù)費(fèi)用、提高人員配備的靈活性。由于受國際航運(yùn)政策的限制，目前大多數(shù)國家尚無此需求。而駕機(jī)聯(lián)動(dòng)型模擬訓(xùn)練的培訓(xùn)對象為符合新國際公約認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的船舶輪機(jī)員和駕駛員，即培訓(xùn)目的則是在新的STCW公約的履約背景下，通過聯(lián)動(dòng)訓(xùn)練提高機(jī)艙與甲板部船員的情景意識(shí)，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，優(yōu)化船舶資源管理與使用效能等。

2.系統(tǒng)架構(gòu)

駕機(jī)合一模式的架構(gòu)沒有獨(dú)立的輪機(jī)模擬訓(xùn)練和操縱模擬訓(xùn)練模塊，二者被有機(jī)地融為一體，因此，系統(tǒng)的擴(kuò)展性和靈活性受到了很大限制，一般均由某一獨(dú)立研發(fā)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。駕機(jī)聯(lián)動(dòng)模式的架構(gòu)由輪機(jī)模擬訓(xùn)練和船舶操縱模擬訓(xùn)練兩個(gè)功能界限較為清晰的模塊構(gòu)成，在需要時(shí)通過數(shù)據(jù)交互實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，也可以各自獨(dú)立運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立培訓(xùn)任務(wù)。該模式下的系統(tǒng)具有極大的擴(kuò)展性和靈活性，輪機(jī)和操縱部分的模塊可由不同的研發(fā)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，彼此之間按照一定的協(xié)議及互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

四、駕機(jī)聯(lián)動(dòng)模擬模式設(shè)計(jì)

1．總體設(shè)計(jì)

駕機(jī)聯(lián)動(dòng)模擬器應(yīng)被布置到同一棟參照實(shí)船設(shè)計(jì)的建筑物內(nèi)，上層建筑布置為駕駛模擬器，下層部分布置為輪機(jī)模擬器。整體布置可在建筑設(shè)計(jì)初始時(shí)進(jìn)行整體規(guī)劃，分配好駕駛室、海圖室、貨控室、集控室、分油機(jī)室、主機(jī)艙、副機(jī)艙、舵機(jī)艙等。駕駛與輪機(jī)模擬器要求進(jìn)行綜合規(guī)劃設(shè)計(jì)，按同一母型船設(shè)計(jì)，兩者針對各自專業(yè)特點(diǎn)具有全任務(wù)模擬訓(xùn)練功能，通過平臺(tái)配置可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)運(yùn)行，也可互聯(lián)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行。

2．系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)機(jī)制設(shè)計(jì)

系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)機(jī)制設(shè)計(jì)為駕機(jī)兩端模擬器相關(guān)系統(tǒng)在內(nèi)部機(jī)制上的關(guān)聯(lián)互動(dòng)，通過下述的聯(lián)動(dòng)機(jī)制可實(shí)現(xiàn)形成完整的航海模擬器，完成全任務(wù)狀態(tài)下的航海模擬訓(xùn)練任務(wù)。

（1）主機(jī)遙控的駕機(jī)互聯(lián)；

（2）舵機(jī)的駕機(jī)互聯(lián)；

（3）壓縮空氣的駕機(jī)互聯(lián)；

（4）局部細(xì)水霧的駕機(jī)互聯(lián)；

（5）火災(zāi)報(bào)警及消防控制的駕機(jī)互聯(lián)；

（6）通用報(bào)警的駕機(jī)互聯(lián)；

（7）監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的駕機(jī)互聯(lián)；

（8）電氣、時(shí)鐘、燈光的駕機(jī)連鎖；

（9）消防、壓載、液艙液位與船舶吃水、船舶姿態(tài)的駕機(jī)互聯(lián)；

（10）聲力電話、自動(dòng)電話的駕機(jī)互聯(lián)；

（11）全船視頻監(jiān)控、廣播對講等通信的駕機(jī)互聯(lián)；

（12）駕、機(jī)三維視景聯(lián)動(dòng)。

3.聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)模擬功能設(shè)計(jì)

（1）實(shí)現(xiàn)不同海況、備車與完車、機(jī)動(dòng)航行、正常航行、錨泊、靠港作業(yè)、霧中航行聯(lián)動(dòng)效果。

（2）實(shí)現(xiàn)主機(jī)故障、舵機(jī)失靈、全船失電、機(jī)艙火災(zāi)、機(jī)艙進(jìn)水、惡劣海況、擱淺、碰撞、海盜襲擊、溢油等的駕機(jī)聯(lián)合資源管理協(xié)作訓(xùn)練。

（3）廣播對講系統(tǒng)可按區(qū)定時(shí)定點(diǎn)播放不同的背景音樂及相關(guān)系統(tǒng)介紹、操作須知等?？蛇x擇全區(qū)、分區(qū)、分組、單終端對學(xué)員進(jìn)行廣播喊話或播放通知，有緊急情況發(fā)生時(shí)，可以向監(jiān)控中心求助與對講，有火災(zāi)報(bào)警時(shí)，可觸發(fā)消防廣播，指導(dǎo)疏散處理等。

五、駕機(jī)聯(lián)動(dòng)功能要特別考慮到的因素

1.外界環(huán)境的變化對輪機(jī)模擬器的影響

（1）淺水區(qū)域、狹窄巷道航行（包括污底、重載等），因阻力增加，主機(jī)功率提高，船速降低。

（2）水流速度增加，順流時(shí)主機(jī)功率下降，船速提高；逆流時(shí)主機(jī)功率提高，船速降低。

（3）風(fēng)速增加，順風(fēng)時(shí)主機(jī)功率下降，船速提高；逆風(fēng)時(shí)主機(jī)功率提高，船速降低。

（4）船舶碰撞、擱淺、不同海況下航行、錨泊、靠港作業(yè)、海盜襲擊、溢油等對主機(jī)、舵機(jī)、船舶電力及其他輔助設(shè)備的影響，可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)艙火災(zāi)、機(jī)艙進(jìn)水、全船失電、機(jī)艙細(xì)水霧動(dòng)作、聯(lián)動(dòng)消防系統(tǒng)處置等影響。

2.駕駛臺(tái)操作對輪機(jī)模擬器的影響

（1）大舵角轉(zhuǎn)舵時(shí)，因阻力增加，主機(jī)功率提高，船速降低;

（2）操作大功率設(shè)備，如側(cè)推器、消防泵、壓載泵、錨絞機(jī)、起貨機(jī)等，使發(fā)電機(jī)功率增加。

六、駕機(jī)聯(lián)動(dòng)模擬器信號互聯(lián)設(shè)計(jì)

駕機(jī)聯(lián)動(dòng)模擬器建設(shè)信號互聯(lián)設(shè)計(jì)包括：船機(jī)槳的配合，轉(zhuǎn)速、船速、主機(jī)負(fù)荷之間互動(dòng)關(guān)聯(lián)；主機(jī)遙控面板、主/輔車鐘、安保指示面板等的互動(dòng)關(guān)聯(lián)；舵機(jī)系統(tǒng)參數(shù)及控制、指示面板的互動(dòng)關(guān)聯(lián)；局部細(xì)水霧參數(shù)及控制、指示面板的互動(dòng)關(guān)聯(lián)；火災(zāi)檢測系統(tǒng)參數(shù)及控制、指示面板的互動(dòng)關(guān)聯(lián)；機(jī)艙延伸報(bào)警面板參數(shù)及指示面板的互動(dòng)關(guān)聯(lián)；駕控臺(tái)電氣和燈光照明系統(tǒng)互動(dòng)關(guān)聯(lián)；應(yīng)急消防/消防總用/消防及艙底系統(tǒng)參數(shù)及遙控面板互聯(lián)；壓載、配載控制與機(jī)艙系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)；駕駛臺(tái)、集控室時(shí)鐘與計(jì)算機(jī)時(shí)間、傾斜儀互連統(tǒng)一；聲力電話、自動(dòng)電話、視頻監(jiān)控、廣播對講等互聯(lián)；通用報(bào)警、CO2釋放報(bào)警互聯(lián)；駕駛臺(tái)模擬器與機(jī)艙電力系統(tǒng)在線關(guān)聯(lián)；駕駛臺(tái)、機(jī)艙三維視景聯(lián)動(dòng)模擬互連。相關(guān)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)統(tǒng)計(jì)如表1所示，但不限于表中所統(tǒng)計(jì)的參數(shù)。

表1 船機(jī)槳系統(tǒng)、配載控制等互聯(lián)參數(shù)統(tǒng)計(jì)參考

七、駕機(jī)聯(lián)動(dòng)模式在船舶資源管理訓(xùn)練中的應(yīng)用

“船舶資源管理”是“駕駛臺(tái)資源管理”和“機(jī)艙資源管理”培訓(xùn)課程的綜合[4]，根據(jù)我國船員有關(guān)船舶資源管理培訓(xùn)過程的實(shí)際情況，目前我國采用的均為經(jīng)驗(yàn)性管理的方式，沒有充分利用和發(fā)揮模擬器的輔助作用[5]，傳統(tǒng)的模擬器訓(xùn)練模式只是針對各自系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)級訓(xùn)練[6]，借助駕機(jī)聯(lián)動(dòng)模式可以有效地開展如下各項(xiàng)有關(guān)船舶資源管理訓(xùn)練方面的訓(xùn)練。

1.人因影響訓(xùn)練

人、設(shè)備和環(huán)境構(gòu)成了船舶資源管理的三個(gè)主要因素，其中人因的影響因素最為重要。采用駕機(jī)聯(lián)動(dòng)模擬訓(xùn)練模式可以充分加強(qiáng)人因素的作用，并使受訓(xùn)人員能掌握人力資源管理與應(yīng)用的正確方法，如駕駛臺(tái)人力資源、機(jī)艙人力資源、駕機(jī)聯(lián)合下的人力資源的分配、優(yōu)化、管理等。在人力資源有效管理的基礎(chǔ)上可針對不同的環(huán)境因素、文化背景等影響進(jìn)一步開展人員之間、人與設(shè)備、人與環(huán)境的時(shí)效化模擬訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備和環(huán)境的統(tǒng)一，使受訓(xùn)人員掌握人力資源管理的正確方法，避免疲勞和誤操作，降低資源損失，提高設(shè)備及系統(tǒng)的安全運(yùn)行時(shí)間，最大限度地保障船舶安全運(yùn)行。[7]

2.情景意識(shí)培養(yǎng)

船舶航行時(shí)經(jīng)常會(huì)面臨緊張而復(fù)雜的通航或作業(yè)情景，以指定的母型船為藍(lán)本，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)船體環(huán)境、艙室、設(shè)備、系統(tǒng)、人物角色的虛擬仿真，構(gòu)建駕機(jī)聯(lián)動(dòng)模擬，可以很好地實(shí)現(xiàn)船舶碰撞、擱淺、機(jī)艙進(jìn)水、溢油、海盜襲擊、不同海況特別是惡劣海況下航行狀態(tài)、錨泊、靠港作業(yè)、霧中航行、主機(jī)故障、舵機(jī)失靈、全船失電、機(jī)艙火災(zāi)以及其他船舶機(jī)電故障導(dǎo)致的連帶效應(yīng)等的情景再現(xiàn)。為此，在相應(yīng)的情景培訓(xùn)中突出情景意識(shí)的培養(yǎng)，使學(xué)員提高全面了解通航或作業(yè)信息的能力，加強(qiáng)對情景應(yīng)對措施的掌握程度，提升學(xué)員在船舶不同情景狀態(tài)下的應(yīng)急反應(yīng)能力和綜合素質(zhì)，才能在實(shí)際工作環(huán)境中有能力積極地采取合理的措施避免船舶事故的發(fā)生，保證船舶航行的安全。[8]

3.團(tuán)隊(duì)協(xié)作訓(xùn)練

分工是指明確具體的工作范圍和職責(zé)，使每個(gè)個(gè)體專注于自己領(lǐng)域內(nèi)的工作，有利于個(gè)體經(jīng)驗(yàn)的積累和知識(shí)的完善，而協(xié)作可以達(dá)成個(gè)體之間的優(yōu)勢互補(bǔ)，產(chǎn)生一種集群生產(chǎn)力，分工協(xié)作是提高工作效率的基本手段，它是船舶團(tuán)隊(duì)成員的基本工作模式，即所謂“同舟共濟(jì)”。船舶的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意味著包括駕駛員、輪機(jī)員在內(nèi)的工作人員之間必須通過合理有效的團(tuán)隊(duì)工作來確保自身的安全和完成運(yùn)輸任務(wù)。引入駕機(jī)聯(lián)動(dòng)模擬模式，可在培訓(xùn)中明確成員個(gè)體的職責(zé)義務(wù)的基礎(chǔ)上，突破傳統(tǒng)的專業(yè)狹隘觀念，實(shí)現(xiàn)包括駕駛員、輪機(jī)員在內(nèi)的團(tuán)隊(duì)人員的團(tuán)隊(duì)協(xié)作試訓(xùn)練，可按照船舶資源管理的要求，根據(jù)工作和外圍環(huán)境的情況和需要做出一些決策，并在團(tuán)隊(duì)工作中發(fā)揮好領(lǐng)導(dǎo)的作用。此外，通過聯(lián)動(dòng)訓(xùn)練改進(jìn)和提高領(lǐng)導(dǎo)者的決策能力、決策方法和領(lǐng)導(dǎo)藝術(shù)，也是船舶資源管理培訓(xùn)中的主要訓(xùn)練目的和要求。[9]

八、總結(jié)與展望

本文結(jié)合國外船舶模擬器的發(fā)展?fàn)顩r與STCW公約馬尼拉修正案的履約要求，通過對模擬器的聯(lián)動(dòng)模式、需特殊考慮的因素、互聯(lián)信號等的分析，提出一種新的船舶駕機(jī)聯(lián)動(dòng)模擬器的方案設(shè)計(jì)。聯(lián)動(dòng)狀態(tài)下的駕駛臺(tái)模擬器和輪機(jī)模擬器的功能合二為一，能夠?qū)崿F(xiàn)更大范圍的、跨專業(yè)的、立體的培訓(xùn)任務(wù)，從而使受訓(xùn)者在該模式的訓(xùn)練中掌握正確的資源管理方法，增強(qiáng)情景意識(shí)，提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等。隨著航運(yùn)與造船領(lǐng)域的科技進(jìn)步與發(fā)展，在航運(yùn)和造船強(qiáng)國等國家戰(zhàn)略的影響下，為了更充分履行我國航海教育國際履約要求，國內(nèi)對駕機(jī)聯(lián)動(dòng)模式的船舶模擬器的需求和應(yīng)用范圍將不斷擴(kuò)展，其應(yīng)用形式將更加豐富，功能將更加完善[10]。同時(shí)，隨著我國船員培訓(xùn)管理相關(guān)規(guī)則的制定與實(shí)施，駕機(jī)聯(lián)動(dòng)模式模擬器的研發(fā)和使用標(biāo)準(zhǔn)將更加規(guī)范和統(tǒng)一，未來將更好地滿足于高質(zhì)量航海教育的需求。

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2015-09-05

中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)青年骨干教師基金項(xiàng)目（3132015023）；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51479017）；大連海事大學(xué)教改項(xiàng)目（2015Y12）

曹輝（1979-），男，博士，副教授，主要從事輪機(jī)自動(dòng)化與智能化研究。

U676.2 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

A

1006-8724（2015）04-0076-04