適用于電子電氣員考證的船舶電力推進(jìn)仿真平臺的建設(shè)

胡春玉+周濤

摘 要：隨著船舶電力推進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用范圍的逐步擴(kuò)大，對航海院校的船舶電氣控制管理專業(yè)的人才培養(yǎng)工作提出了新的要求。本文針對現(xiàn)階段船舶電力推進(jìn)技術(shù)的教學(xué)中存在的問題，提出建設(shè)一個(gè)適用于電子電氣員考證的船舶電力推進(jìn)多媒體仿真平臺，并將之應(yīng)用到教學(xué)實(shí)踐中去。

關(guān)鍵詞：船舶電力推進(jìn) 仿真 考證

中圖分類號：U664 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0009-02

船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的柴油機(jī)—軸系—螺旋槳直接推進(jìn)，它是通過柴油機(jī)—— 發(fā)電機(jī)機(jī)組向中心電網(wǎng)供電，采用變壓變頻技術(shù)，諧波濾波技術(shù)，監(jiān)測控制等處理，帶動(dòng)推進(jìn)電機(jī)推動(dòng)螺旋槳。電力推進(jìn)的船舶與直接推進(jìn)相比，驅(qū)動(dòng)力矩大，調(diào)速范圍廣，船舶機(jī)動(dòng)性好，機(jī)艙的布置更加靈活，船舶的空間能得到更有效的利用；由于采用中高速柴油機(jī)，主機(jī)的體積和重量減輕；系統(tǒng)冗余度高，增加了對單個(gè)故障的抵抗性；噪音和震動(dòng)都減小；環(huán)境更加友好，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。不僅應(yīng)用于破冰船、渡輪、挖泥船等工程船舶，還廣泛應(yīng)用于游輪、油輪、滾裝船等大型的常規(guī)船舶，顯示了廣泛的市場前景。

船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)由發(fā)電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、推進(jìn)器單元構(gòu)成，是一個(gè)融合了機(jī)械、流體力學(xué)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、電力電子與電力傳動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)，它的推廣應(yīng)用一方面產(chǎn)生了廣泛的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益；另一方面對于其中電氣設(shè)備的操作、管理和維護(hù)人員也提出了新的要求。國家海事局頒布的《關(guān)于STCW公約馬尼拉修正案過渡規(guī)定的實(shí)施辦法》中指定了電子電氣員過渡期培訓(xùn)綱要，其中船舶電氣部分明確提出：在電力推進(jìn)知識的補(bǔ)差培訓(xùn)教學(xué)中，必須突出船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的推進(jìn)器型式與結(jié)構(gòu)，推進(jìn)電動(dòng)機(jī)種類及控制，推進(jìn)系統(tǒng)的變頻裝置和變頻推進(jìn)自動(dòng)電源管理系統(tǒng)（PMS）主要功能等內(nèi)容，為不遠(yuǎn)的將來邁入全電船舶時(shí)代奠定基礎(chǔ)。

江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院于2013年批準(zhǔn)了“船舶電力推進(jìn)仿真實(shí)訓(xùn)平臺的研究與開發(fā)”的立項(xiàng)，與相關(guān)企業(yè)合作，把先進(jìn)的交互式多媒體的理念引進(jìn)課程建設(shè)中來。本文介紹該軟件平臺的建設(shè)實(shí)踐。

1 仿真平臺的建設(shè)

仿真平臺的建設(shè)由三個(gè)階段構(gòu)成。第一個(gè)階段是調(diào)研階段，在這個(gè)階段，課題組成員多方尋求資料，以保證平臺資源的完整性和先進(jìn)性。形成需求分析報(bào)告；第二個(gè)階段是仿真平臺建設(shè)階段，企業(yè)根據(jù)需求分析，搭建仿真軟件。第三個(gè)階段是推廣應(yīng)用的階段，在教學(xué)過程中，應(yīng)用平臺，逐步完善平臺，整合教學(xué)資源，以期獲得良好的教學(xué)效果。

船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)由發(fā)電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、變頻系統(tǒng)和推進(jìn)器單元組成。這是一個(gè)綜合了船舶電站技術(shù)、現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、船舶電站及其管理技術(shù)、動(dòng)態(tài)定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的一個(gè)高技術(shù)含量，高復(fù)雜度的綜合現(xiàn)代化自動(dòng)控制系統(tǒng)。在平臺的建設(shè)過程中涉及各種技術(shù)中各種設(shè)備的工作原理、常用設(shè)備型號、常用系統(tǒng)構(gòu)成等錯(cuò)綜復(fù)雜的資料類型。課題組經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治?，綜合整合，多方搜集資源，形成了本平臺的需求分析報(bào)告。在需求報(bào)告的基礎(chǔ)上，合作公司進(jìn)行下一步的工作，實(shí)現(xiàn)船舶電力推進(jìn)計(jì)算機(jī)仿真平臺的建設(shè)。

需求報(bào)告中，明確了本仿真平臺的各個(gè)組成部分和各個(gè)組成部分的呈現(xiàn)方式。其中，主菜單界面主題是三維海工船模型，船身外輪廓為透明線條，主要交互模型為二級菜單入口，二級菜單包括“電力推進(jìn)系統(tǒng)總體介紹、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、變頻系統(tǒng)、推進(jìn)器系統(tǒng)、功率管理系統(tǒng)、電子電氣員考證題集”。圖1中，在船體模型的下方用相應(yīng)的小圖標(biāo)表達(dá)，鼠標(biāo)滑過時(shí)顯示二級菜單名稱。

其中，在“電力推進(jìn)系統(tǒng)總體介紹”中，呈現(xiàn)電力推進(jìn)系統(tǒng)的概念，電力推進(jìn)的發(fā)展歷史，系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，以及系統(tǒng)的組成。

“發(fā)電機(jī)系統(tǒng)”由原動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)兩大模塊組成。“原動(dòng)機(jī)介紹”以文字圖片形式分別介紹內(nèi)燃機(jī)即柴油機(jī)、燃料電池、燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)等原動(dòng)機(jī)種類。“發(fā)電機(jī)介紹”主要包含“同步電機(jī)”和“無刷永磁電機(jī)”兩類，其中同步電機(jī)以文字圖片介紹。無刷永磁電機(jī)則采用經(jīng)典樣式的三維模型，可以點(diǎn)擊后拆解。

配電系統(tǒng)包括三個(gè)子菜單，“半潛船配電系統(tǒng)示例、中壓配電柜、干式變壓器”?！鞍霛摯潆娤到y(tǒng)示例”以文字圖片方式呈現(xiàn)，如圖2所示。圖片是西門子為某半潛運(yùn)輸船的電力推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

“中壓配電柜”為三維模型，如圖3是世界主流的電氣設(shè)備生產(chǎn)廠家的主流產(chǎn)品的解剖視頻截圖。該動(dòng)畫可以360度展示開關(guān)柜內(nèi)部的器件排列，主要器件的外形和動(dòng)作情況，同時(shí)，難以觀察到的內(nèi)部變化以結(jié)構(gòu)示意圖或Flash小動(dòng)畫方式呈現(xiàn)。

變頻系統(tǒng)分為兩個(gè)子菜單，“電動(dòng)機(jī)示例、變頻器示例”?！半妱?dòng)機(jī)示例”包含“直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、永磁同步電動(dòng)機(jī)”等四種典型船用推進(jìn)電動(dòng)機(jī)，主要以文字圖片形式呈現(xiàn)，同時(shí)配合參考視頻?！白冾l器示例”又分為兩個(gè)部分，第一部分以文字圖片方式介紹常見的變頻調(diào)速方式；第二部分以動(dòng)畫方式介紹主流變頻器。

推進(jìn)器系統(tǒng)分為三個(gè)子菜單，“常見推進(jìn)器示例、ABB_XO推進(jìn)器結(jié)構(gòu)示例、常見推進(jìn)器產(chǎn)品示例”?！俺Ｒ娡七M(jìn)器示例”中，以三維交互模型方式，分別呈現(xiàn)“軸系推進(jìn)、全方位角推進(jìn)器、吊艙推進(jìn)器”，可以旋轉(zhuǎn)縮放，可以點(diǎn)擊主要部件，配合介紹文字和圖片素材。“ABB_XO推進(jìn)器結(jié)構(gòu)示例”，模型可以旋轉(zhuǎn)縮放，主要部件可以點(diǎn)擊查詢，可以用不同色彩顯示各主要構(gòu)成部件，清晰展現(xiàn)推進(jìn)器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，如圖4?！俺Ｒ娡七M(jìn)器產(chǎn)品示例”主要為文字圖片介紹，分別介紹Azipod的標(biāo)準(zhǔn)型、緊湊型、對轉(zhuǎn)式，Mermaid與Azipod區(qū)別，SSP雙螺旋漿設(shè)計(jì)高效推進(jìn)，Dolphin低噪低振高效，呈現(xiàn)各自的外形結(jié)構(gòu)圖以及在實(shí)船中的應(yīng)用情況。

功率管理系統(tǒng)PMS主要呈現(xiàn)電力推進(jìn)船舶的功率管理系統(tǒng)的功率管理控制的各個(gè)層級，各個(gè)層級的功能構(gòu)成。

動(dòng)力定位系統(tǒng)的呈現(xiàn)模擬海上鉆井平臺實(shí)景，二級菜單為圖標(biāo)，分別是“監(jiān)控界面、DP系統(tǒng)分級、DP系統(tǒng)工作模式及應(yīng)用場合、控制系統(tǒng)原理介紹”。

2 仿真平臺的特點(diǎn)

為了確保本仿真實(shí)訓(xùn)平臺能夠反映現(xiàn)代船舶電力推進(jìn)技術(shù)的先進(jìn)性，使學(xué)員在工作中遇到類似船舶的時(shí)候，做到“所見即所學(xué)”，在資料調(diào)研的過程中，多渠道，多途徑的搜集相關(guān)的行業(yè)資料，與多家相關(guān)行業(yè)的企業(yè)包括揚(yáng)州易倍得，武漢712研究所，無錫714研究所，ABB，西門子，芬蘭delft大學(xué)等多家國內(nèi)外業(yè)界的知名的公司和研究所，主動(dòng)交流，參加國內(nèi)“船舶電力推進(jìn)技術(shù)峰會”等等，獲得了第一手的現(xiàn)場資料。

軟件教學(xué)平臺與硬件平臺相比，大大降低了研發(fā)成本，減小了占地面積，降低了硬件設(shè)備維護(hù)和管理中的工作量，在教學(xué)工作中顯示了突出的優(yōu)點(diǎn)。這種新穎的教學(xué)平臺形象、生動(dòng)、直觀、動(dòng)態(tài)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且，在平臺的設(shè)計(jì)之初已經(jīng)充分考慮了電子電氣員考試的知識點(diǎn)要求，因此滿足了電力推進(jìn)知識的補(bǔ)差培訓(xùn)教學(xué)。

參考文獻(xiàn)

[1] 林春熙，郭宏林.船舶電力推進(jìn)的應(yīng)用對輪機(jī)電氣教學(xué)培訓(xùn)和發(fā)證的影響[J].航海教育研究，2003（4）：59-61

[2] 高海波，陳輝，林治國，船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)課程及教學(xué)實(shí)踐[J].欽州學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，26（3）：1-4.

[3] Alf Kare Adnanes ABB AS Marine， Maritime Electrical Installations And Disiel Electric Propulsion，2003.endprint

摘 要：隨著船舶電力推進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用范圍的逐步擴(kuò)大，對航海院校的船舶電氣控制管理專業(yè)的人才培養(yǎng)工作提出了新的要求。本文針對現(xiàn)階段船舶電力推進(jìn)技術(shù)的教學(xué)中存在的問題，提出建設(shè)一個(gè)適用于電子電氣員考證的船舶電力推進(jìn)多媒體仿真平臺，并將之應(yīng)用到教學(xué)實(shí)踐中去。

關(guān)鍵詞：船舶電力推進(jìn) 仿真 考證

中圖分類號：U664 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0009-02

船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的柴油機(jī)—軸系—螺旋槳直接推進(jìn)，它是通過柴油機(jī)—— 發(fā)電機(jī)機(jī)組向中心電網(wǎng)供電，采用變壓變頻技術(shù)，諧波濾波技術(shù)，監(jiān)測控制等處理，帶動(dòng)推進(jìn)電機(jī)推動(dòng)螺旋槳。電力推進(jìn)的船舶與直接推進(jìn)相比，驅(qū)動(dòng)力矩大，調(diào)速范圍廣，船舶機(jī)動(dòng)性好，機(jī)艙的布置更加靈活，船舶的空間能得到更有效的利用；由于采用中高速柴油機(jī)，主機(jī)的體積和重量減輕；系統(tǒng)冗余度高，增加了對單個(gè)故障的抵抗性；噪音和震動(dòng)都減小；環(huán)境更加友好，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。不僅應(yīng)用于破冰船、渡輪、挖泥船等工程船舶，還廣泛應(yīng)用于游輪、油輪、滾裝船等大型的常規(guī)船舶，顯示了廣泛的市場前景。

船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)由發(fā)電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、推進(jìn)器單元構(gòu)成，是一個(gè)融合了機(jī)械、流體力學(xué)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、電力電子與電力傳動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)，它的推廣應(yīng)用一方面產(chǎn)生了廣泛的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益；另一方面對于其中電氣設(shè)備的操作、管理和維護(hù)人員也提出了新的要求。國家海事局頒布的《關(guān)于STCW公約馬尼拉修正案過渡規(guī)定的實(shí)施辦法》中指定了電子電氣員過渡期培訓(xùn)綱要，其中船舶電氣部分明確提出：在電力推進(jìn)知識的補(bǔ)差培訓(xùn)教學(xué)中，必須突出船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的推進(jìn)器型式與結(jié)構(gòu)，推進(jìn)電動(dòng)機(jī)種類及控制，推進(jìn)系統(tǒng)的變頻裝置和變頻推進(jìn)自動(dòng)電源管理系統(tǒng)（PMS）主要功能等內(nèi)容，為不遠(yuǎn)的將來邁入全電船舶時(shí)代奠定基礎(chǔ)。

江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院于2013年批準(zhǔn)了“船舶電力推進(jìn)仿真實(shí)訓(xùn)平臺的研究與開發(fā)”的立項(xiàng)，與相關(guān)企業(yè)合作，把先進(jìn)的交互式多媒體的理念引進(jìn)課程建設(shè)中來。本文介紹該軟件平臺的建設(shè)實(shí)踐。

1 仿真平臺的建設(shè)

仿真平臺的建設(shè)由三個(gè)階段構(gòu)成。第一個(gè)階段是調(diào)研階段，在這個(gè)階段，課題組成員多方尋求資料，以保證平臺資源的完整性和先進(jìn)性。形成需求分析報(bào)告；第二個(gè)階段是仿真平臺建設(shè)階段，企業(yè)根據(jù)需求分析，搭建仿真軟件。第三個(gè)階段是推廣應(yīng)用的階段，在教學(xué)過程中，應(yīng)用平臺，逐步完善平臺，整合教學(xué)資源，以期獲得良好的教學(xué)效果。

船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)由發(fā)電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、變頻系統(tǒng)和推進(jìn)器單元組成。這是一個(gè)綜合了船舶電站技術(shù)、現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、船舶電站及其管理技術(shù)、動(dòng)態(tài)定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的一個(gè)高技術(shù)含量，高復(fù)雜度的綜合現(xiàn)代化自動(dòng)控制系統(tǒng)。在平臺的建設(shè)過程中涉及各種技術(shù)中各種設(shè)備的工作原理、常用設(shè)備型號、常用系統(tǒng)構(gòu)成等錯(cuò)綜復(fù)雜的資料類型。課題組經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治?，綜合整合，多方搜集資源，形成了本平臺的需求分析報(bào)告。在需求報(bào)告的基礎(chǔ)上，合作公司進(jìn)行下一步的工作，實(shí)現(xiàn)船舶電力推進(jìn)計(jì)算機(jī)仿真平臺的建設(shè)。

需求報(bào)告中，明確了本仿真平臺的各個(gè)組成部分和各個(gè)組成部分的呈現(xiàn)方式。其中，主菜單界面主題是三維海工船模型，船身外輪廓為透明線條，主要交互模型為二級菜單入口，二級菜單包括“電力推進(jìn)系統(tǒng)總體介紹、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、變頻系統(tǒng)、推進(jìn)器系統(tǒng)、功率管理系統(tǒng)、電子電氣員考證題集”。圖1中，在船體模型的下方用相應(yīng)的小圖標(biāo)表達(dá)，鼠標(biāo)滑過時(shí)顯示二級菜單名稱。

其中，在“電力推進(jìn)系統(tǒng)總體介紹”中，呈現(xiàn)電力推進(jìn)系統(tǒng)的概念，電力推進(jìn)的發(fā)展歷史，系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，以及系統(tǒng)的組成。

“發(fā)電機(jī)系統(tǒng)”由原動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)兩大模塊組成?！霸瓌?dòng)機(jī)介紹”以文字圖片形式分別介紹內(nèi)燃機(jī)即柴油機(jī)、燃料電池、燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)等原動(dòng)機(jī)種類?！鞍l(fā)電機(jī)介紹”主要包含“同步電機(jī)”和“無刷永磁電機(jī)”兩類，其中同步電機(jī)以文字圖片介紹。無刷永磁電機(jī)則采用經(jīng)典樣式的三維模型，可以點(diǎn)擊后拆解。

配電系統(tǒng)包括三個(gè)子菜單，“半潛船配電系統(tǒng)示例、中壓配電柜、干式變壓器”?！鞍霛摯潆娤到y(tǒng)示例”以文字圖片方式呈現(xiàn)，如圖2所示。圖片是西門子為某半潛運(yùn)輸船的電力推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

“中壓配電柜”為三維模型，如圖3是世界主流的電氣設(shè)備生產(chǎn)廠家的主流產(chǎn)品的解剖視頻截圖。該動(dòng)畫可以360度展示開關(guān)柜內(nèi)部的器件排列，主要器件的外形和動(dòng)作情況，同時(shí)，難以觀察到的內(nèi)部變化以結(jié)構(gòu)示意圖或Flash小動(dòng)畫方式呈現(xiàn)。

變頻系統(tǒng)分為兩個(gè)子菜單，“電動(dòng)機(jī)示例、變頻器示例”。“電動(dòng)機(jī)示例”包含“直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、永磁同步電動(dòng)機(jī)”等四種典型船用推進(jìn)電動(dòng)機(jī)，主要以文字圖片形式呈現(xiàn)，同時(shí)配合參考視頻?！白冾l器示例”又分為兩個(gè)部分，第一部分以文字圖片方式介紹常見的變頻調(diào)速方式；第二部分以動(dòng)畫方式介紹主流變頻器。

推進(jìn)器系統(tǒng)分為三個(gè)子菜單，“常見推進(jìn)器示例、ABB_XO推進(jìn)器結(jié)構(gòu)示例、常見推進(jìn)器產(chǎn)品示例”?！俺Ｒ娡七M(jìn)器示例”中，以三維交互模型方式，分別呈現(xiàn)“軸系推進(jìn)、全方位角推進(jìn)器、吊艙推進(jìn)器”，可以旋轉(zhuǎn)縮放，可以點(diǎn)擊主要部件，配合介紹文字和圖片素材。“ABB_XO推進(jìn)器結(jié)構(gòu)示例”，模型可以旋轉(zhuǎn)縮放，主要部件可以點(diǎn)擊查詢，可以用不同色彩顯示各主要構(gòu)成部件，清晰展現(xiàn)推進(jìn)器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，如圖4。“常見推進(jìn)器產(chǎn)品示例”主要為文字圖片介紹，分別介紹Azipod的標(biāo)準(zhǔn)型、緊湊型、對轉(zhuǎn)式，Mermaid與Azipod區(qū)別，SSP雙螺旋漿設(shè)計(jì)高效推進(jìn)，Dolphin低噪低振高效，呈現(xiàn)各自的外形結(jié)構(gòu)圖以及在實(shí)船中的應(yīng)用情況。

功率管理系統(tǒng)PMS主要呈現(xiàn)電力推進(jìn)船舶的功率管理系統(tǒng)的功率管理控制的各個(gè)層級，各個(gè)層級的功能構(gòu)成。

動(dòng)力定位系統(tǒng)的呈現(xiàn)模擬海上鉆井平臺實(shí)景，二級菜單為圖標(biāo)，分別是“監(jiān)控界面、DP系統(tǒng)分級、DP系統(tǒng)工作模式及應(yīng)用場合、控制系統(tǒng)原理介紹”。

2 仿真平臺的特點(diǎn)

為了確保本仿真實(shí)訓(xùn)平臺能夠反映現(xiàn)代船舶電力推進(jìn)技術(shù)的先進(jìn)性，使學(xué)員在工作中遇到類似船舶的時(shí)候，做到“所見即所學(xué)”，在資料調(diào)研的過程中，多渠道，多途徑的搜集相關(guān)的行業(yè)資料，與多家相關(guān)行業(yè)的企業(yè)包括揚(yáng)州易倍得，武漢712研究所，無錫714研究所，ABB，西門子，芬蘭delft大學(xué)等多家國內(nèi)外業(yè)界的知名的公司和研究所，主動(dòng)交流，參加國內(nèi)“船舶電力推進(jìn)技術(shù)峰會”等等，獲得了第一手的現(xiàn)場資料。

軟件教學(xué)平臺與硬件平臺相比，大大降低了研發(fā)成本，減小了占地面積，降低了硬件設(shè)備維護(hù)和管理中的工作量，在教學(xué)工作中顯示了突出的優(yōu)點(diǎn)。這種新穎的教學(xué)平臺形象、生動(dòng)、直觀、動(dòng)態(tài)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且，在平臺的設(shè)計(jì)之初已經(jīng)充分考慮了電子電氣員考試的知識點(diǎn)要求，因此滿足了電力推進(jìn)知識的補(bǔ)差培訓(xùn)教學(xué)。

參考文獻(xiàn)

[1] 林春熙，郭宏林.船舶電力推進(jìn)的應(yīng)用對輪機(jī)電氣教學(xué)培訓(xùn)和發(fā)證的影響[J].航海教育研究，2003（4）：59-61

[2] 高海波，陳輝，林治國，船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)課程及教學(xué)實(shí)踐[J].欽州學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，26（3）：1-4.

[3] Alf Kare Adnanes ABB AS Marine， Maritime Electrical Installations And Disiel Electric Propulsion，2003.endprint

摘 要：隨著船舶電力推進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用范圍的逐步擴(kuò)大，對航海院校的船舶電氣控制管理專業(yè)的人才培養(yǎng)工作提出了新的要求。本文針對現(xiàn)階段船舶電力推進(jìn)技術(shù)的教學(xué)中存在的問題，提出建設(shè)一個(gè)適用于電子電氣員考證的船舶電力推進(jìn)多媒體仿真平臺，并將之應(yīng)用到教學(xué)實(shí)踐中去。

關(guān)鍵詞：船舶電力推進(jìn) 仿真 考證

中圖分類號：U664 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0009-02

船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的柴油機(jī)—軸系—螺旋槳直接推進(jìn)，它是通過柴油機(jī)—— 發(fā)電機(jī)機(jī)組向中心電網(wǎng)供電，采用變壓變頻技術(shù)，諧波濾波技術(shù)，監(jiān)測控制等處理，帶動(dòng)推進(jìn)電機(jī)推動(dòng)螺旋槳。電力推進(jìn)的船舶與直接推進(jìn)相比，驅(qū)動(dòng)力矩大，調(diào)速范圍廣，船舶機(jī)動(dòng)性好，機(jī)艙的布置更加靈活，船舶的空間能得到更有效的利用；由于采用中高速柴油機(jī)，主機(jī)的體積和重量減輕；系統(tǒng)冗余度高，增加了對單個(gè)故障的抵抗性；噪音和震動(dòng)都減小；環(huán)境更加友好，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。不僅應(yīng)用于破冰船、渡輪、挖泥船等工程船舶，還廣泛應(yīng)用于游輪、油輪、滾裝船等大型的常規(guī)船舶，顯示了廣泛的市場前景。

船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)由發(fā)電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、推進(jìn)器單元構(gòu)成，是一個(gè)融合了機(jī)械、流體力學(xué)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、電力電子與電力傳動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)，它的推廣應(yīng)用一方面產(chǎn)生了廣泛的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益；另一方面對于其中電氣設(shè)備的操作、管理和維護(hù)人員也提出了新的要求。國家海事局頒布的《關(guān)于STCW公約馬尼拉修正案過渡規(guī)定的實(shí)施辦法》中指定了電子電氣員過渡期培訓(xùn)綱要，其中船舶電氣部分明確提出：在電力推進(jìn)知識的補(bǔ)差培訓(xùn)教學(xué)中，必須突出船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的推進(jìn)器型式與結(jié)構(gòu)，推進(jìn)電動(dòng)機(jī)種類及控制，推進(jìn)系統(tǒng)的變頻裝置和變頻推進(jìn)自動(dòng)電源管理系統(tǒng)（PMS）主要功能等內(nèi)容，為不遠(yuǎn)的將來邁入全電船舶時(shí)代奠定基礎(chǔ)。

江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院于2013年批準(zhǔn)了“船舶電力推進(jìn)仿真實(shí)訓(xùn)平臺的研究與開發(fā)”的立項(xiàng)，與相關(guān)企業(yè)合作，把先進(jìn)的交互式多媒體的理念引進(jìn)課程建設(shè)中來。本文介紹該軟件平臺的建設(shè)實(shí)踐。

1 仿真平臺的建設(shè)

仿真平臺的建設(shè)由三個(gè)階段構(gòu)成。第一個(gè)階段是調(diào)研階段，在這個(gè)階段，課題組成員多方尋求資料，以保證平臺資源的完整性和先進(jìn)性。形成需求分析報(bào)告；第二個(gè)階段是仿真平臺建設(shè)階段，企業(yè)根據(jù)需求分析，搭建仿真軟件。第三個(gè)階段是推廣應(yīng)用的階段，在教學(xué)過程中，應(yīng)用平臺，逐步完善平臺，整合教學(xué)資源，以期獲得良好的教學(xué)效果。

船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)由發(fā)電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、變頻系統(tǒng)和推進(jìn)器單元組成。這是一個(gè)綜合了船舶電站技術(shù)、現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、船舶電站及其管理技術(shù)、動(dòng)態(tài)定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的一個(gè)高技術(shù)含量，高復(fù)雜度的綜合現(xiàn)代化自動(dòng)控制系統(tǒng)。在平臺的建設(shè)過程中涉及各種技術(shù)中各種設(shè)備的工作原理、常用設(shè)備型號、常用系統(tǒng)構(gòu)成等錯(cuò)綜復(fù)雜的資料類型。課題組經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治觯C合整合，多方搜集資源，形成了本平臺的需求分析報(bào)告。在需求報(bào)告的基礎(chǔ)上，合作公司進(jìn)行下一步的工作，實(shí)現(xiàn)船舶電力推進(jìn)計(jì)算機(jī)仿真平臺的建設(shè)。

需求報(bào)告中，明確了本仿真平臺的各個(gè)組成部分和各個(gè)組成部分的呈現(xiàn)方式。其中，主菜單界面主題是三維海工船模型，船身外輪廓為透明線條，主要交互模型為二級菜單入口，二級菜單包括“電力推進(jìn)系統(tǒng)總體介紹、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、變頻系統(tǒng)、推進(jìn)器系統(tǒng)、功率管理系統(tǒng)、電子電氣員考證題集”。圖1中，在船體模型的下方用相應(yīng)的小圖標(biāo)表達(dá)，鼠標(biāo)滑過時(shí)顯示二級菜單名稱。

其中，在“電力推進(jìn)系統(tǒng)總體介紹”中，呈現(xiàn)電力推進(jìn)系統(tǒng)的概念，電力推進(jìn)的發(fā)展歷史，系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，以及系統(tǒng)的組成。

“發(fā)電機(jī)系統(tǒng)”由原動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)兩大模塊組成?！霸瓌?dòng)機(jī)介紹”以文字圖片形式分別介紹內(nèi)燃機(jī)即柴油機(jī)、燃料電池、燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)等原動(dòng)機(jī)種類?！鞍l(fā)電機(jī)介紹”主要包含“同步電機(jī)”和“無刷永磁電機(jī)”兩類，其中同步電機(jī)以文字圖片介紹。無刷永磁電機(jī)則采用經(jīng)典樣式的三維模型，可以點(diǎn)擊后拆解。

配電系統(tǒng)包括三個(gè)子菜單，“半潛船配電系統(tǒng)示例、中壓配電柜、干式變壓器”?！鞍霛摯潆娤到y(tǒng)示例”以文字圖片方式呈現(xiàn)，如圖2所示。圖片是西門子為某半潛運(yùn)輸船的電力推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

“中壓配電柜”為三維模型，如圖3是世界主流的電氣設(shè)備生產(chǎn)廠家的主流產(chǎn)品的解剖視頻截圖。該動(dòng)畫可以360度展示開關(guān)柜內(nèi)部的器件排列，主要器件的外形和動(dòng)作情況，同時(shí)，難以觀察到的內(nèi)部變化以結(jié)構(gòu)示意圖或Flash小動(dòng)畫方式呈現(xiàn)。

變頻系統(tǒng)分為兩個(gè)子菜單，“電動(dòng)機(jī)示例、變頻器示例”?！半妱?dòng)機(jī)示例”包含“直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、永磁同步電動(dòng)機(jī)”等四種典型船用推進(jìn)電動(dòng)機(jī)，主要以文字圖片形式呈現(xiàn)，同時(shí)配合參考視頻。“變頻器示例”又分為兩個(gè)部分，第一部分以文字圖片方式介紹常見的變頻調(diào)速方式；第二部分以動(dòng)畫方式介紹主流變頻器。

推進(jìn)器系統(tǒng)分為三個(gè)子菜單，“常見推進(jìn)器示例、ABB_XO推進(jìn)器結(jié)構(gòu)示例、常見推進(jìn)器產(chǎn)品示例”?！俺Ｒ娡七M(jìn)器示例”中，以三維交互模型方式，分別呈現(xiàn)“軸系推進(jìn)、全方位角推進(jìn)器、吊艙推進(jìn)器”，可以旋轉(zhuǎn)縮放，可以點(diǎn)擊主要部件，配合介紹文字和圖片素材?！癆BB_XO推進(jìn)器結(jié)構(gòu)示例”，模型可以旋轉(zhuǎn)縮放，主要部件可以點(diǎn)擊查詢，可以用不同色彩顯示各主要構(gòu)成部件，清晰展現(xiàn)推進(jìn)器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，如圖4。“常見推進(jìn)器產(chǎn)品示例”主要為文字圖片介紹，分別介紹Azipod的標(biāo)準(zhǔn)型、緊湊型、對轉(zhuǎn)式，Mermaid與Azipod區(qū)別，SSP雙螺旋漿設(shè)計(jì)高效推進(jìn)，Dolphin低噪低振高效，呈現(xiàn)各自的外形結(jié)構(gòu)圖以及在實(shí)船中的應(yīng)用情況。

功率管理系統(tǒng)PMS主要呈現(xiàn)電力推進(jìn)船舶的功率管理系統(tǒng)的功率管理控制的各個(gè)層級，各個(gè)層級的功能構(gòu)成。

動(dòng)力定位系統(tǒng)的呈現(xiàn)模擬海上鉆井平臺實(shí)景，二級菜單為圖標(biāo)，分別是“監(jiān)控界面、DP系統(tǒng)分級、DP系統(tǒng)工作模式及應(yīng)用場合、控制系統(tǒng)原理介紹”。

2 仿真平臺的特點(diǎn)

為了確保本仿真實(shí)訓(xùn)平臺能夠反映現(xiàn)代船舶電力推進(jìn)技術(shù)的先進(jìn)性，使學(xué)員在工作中遇到類似船舶的時(shí)候，做到“所見即所學(xué)”，在資料調(diào)研的過程中，多渠道，多途徑的搜集相關(guān)的行業(yè)資料，與多家相關(guān)行業(yè)的企業(yè)包括揚(yáng)州易倍得，武漢712研究所，無錫714研究所，ABB，西門子，芬蘭delft大學(xué)等多家國內(nèi)外業(yè)界的知名的公司和研究所，主動(dòng)交流，參加國內(nèi)“船舶電力推進(jìn)技術(shù)峰會”等等，獲得了第一手的現(xiàn)場資料。

軟件教學(xué)平臺與硬件平臺相比，大大降低了研發(fā)成本，減小了占地面積，降低了硬件設(shè)備維護(hù)和管理中的工作量，在教學(xué)工作中顯示了突出的優(yōu)點(diǎn)。這種新穎的教學(xué)平臺形象、生動(dòng)、直觀、動(dòng)態(tài)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且，在平臺的設(shè)計(jì)之初已經(jīng)充分考慮了電子電氣員考試的知識點(diǎn)要求，因此滿足了電力推進(jìn)知識的補(bǔ)差培訓(xùn)教學(xué)。

參考文獻(xiàn)

[1] 林春熙，郭宏林.船舶電力推進(jìn)的應(yīng)用對輪機(jī)電氣教學(xué)培訓(xùn)和發(fā)證的影響[J].航海教育研究，2003（4）：59-61

[2] 高海波，陳輝，林治國，船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)課程及教學(xué)實(shí)踐[J].欽州學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，26（3）：1-4.

[3] Alf Kare Adnanes ABB AS Marine， Maritime Electrical Installations And Disiel Electric Propulsion，2003.endprint