虛擬仿真技術(shù)在叉車培訓(xùn)考核中應(yīng)用的盲區(qū)

鄒琳　劉宏偉　王海青

摘要：該文通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的叉車虛擬仿真系統(tǒng)的軟、硬件功能與叉車作業(yè)特點(diǎn)的對(duì)比分析，論述了目前叉車模擬器在軟、硬件功能應(yīng)用上的盲區(qū)與不足，并對(duì)解決存在問(wèn)題提出了解決的途徑與方向。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；叉車；培訓(xùn)

中圖分類號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）03-0272-02

隨著特種設(shè)備使用率的提升事故率也不斷攀升，其中操作不當(dāng)和故障處置不當(dāng)占有一定比例，為降低和杜絕這種危險(xiǎn)因素，在不損傷真實(shí)設(shè)備的同時(shí)提高作業(yè)人員的應(yīng)急處理能力，虛擬仿真技術(shù)被廣泛應(yīng)用在橋式起重司機(jī)、門(mén)式起重司機(jī)、塔式起重司機(jī)等多種特種設(shè)備高危作業(yè)培訓(xùn)考核中，叉車培訓(xùn)考核的虛擬仿真也逐漸普及，各種類型的模擬器層出不窮，但大多都源自汽車駕駛模擬器的模式，并沒(méi)有體現(xiàn)叉車作業(yè)的特點(diǎn)，因此，虛擬仿真技術(shù)在叉車培訓(xùn)考核中的實(shí)用性并沒(méi)有得到全面體現(xiàn)，其相關(guān)的應(yīng)用還存在盲區(qū)。

1 應(yīng)用現(xiàn)狀

現(xiàn)有的叉車虛擬仿真系統(tǒng)主要結(jié)合三維視景、立體音效及仿真交互操作臺(tái)，來(lái)進(jìn)行學(xué)員實(shí)機(jī)操作仿真訓(xùn)練，使其掌握叉車的各種操作技能及技巧。通過(guò)模擬各種真實(shí)的作業(yè)內(nèi)容，大大提高了培訓(xùn)技能的覆蓋面，從而有效的彌補(bǔ)了真機(jī)訓(xùn)練時(shí)間短、覆蓋技能面窄等缺陷，達(dá)到熟能生巧的目的，提高了培訓(xùn)效率。還可以全面有效的考核學(xué)員各方面的操作技能，同時(shí)對(duì)單個(gè)學(xué)員整個(gè)培訓(xùn)期間的練習(xí)及考試成績(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，客觀的評(píng)價(jià)該學(xué)員的能力。目前叉車虛擬仿真系統(tǒng)主要分為簡(jiǎn)便式與仿真式兩種。

（1）簡(jiǎn)便式模擬器概況

簡(jiǎn)便式模擬器主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)叉車操控部分的虛擬仿真。

硬件部分設(shè)置了方向盤(pán)、儀表盤(pán)、組合開(kāi)關(guān)、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)、控制踏板、手剎、座椅、顯示器等。軟件部分主要針對(duì)作業(yè)場(chǎng)景、道路、機(jī)械運(yùn)動(dòng)等作業(yè)人員面前的視效進(jìn)行了模擬，基本是照搬汽車駕駛模擬器的模擬方式，此類模擬器基本實(shí)現(xiàn)了叉車培訓(xùn)考核的虛擬，同時(shí)提供了理論學(xué)習(xí)與視頻演示，具有安裝靈活、使用簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)。

（2）仿真式模擬器概況

仿真式模擬器實(shí)現(xiàn)了對(duì)叉車操控、作業(yè)人員的臨場(chǎng)感與真實(shí)操作感上的虛擬仿真。

硬件部分分為用戶端與管理端，用戶端依據(jù)叉車真實(shí)比例設(shè)置了叉車的車身與駕駛式，駕駛室中設(shè)有方向盤(pán)、儀表盤(pán)、組合開(kāi)關(guān)、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)、控制踏板、手剎、座椅、操縱桿等，管理端設(shè)置了微機(jī)一臺(tái)，顯示部分通過(guò)投影機(jī)與投影屏實(shí)現(xiàn)。軟件部分主要針對(duì)叉車門(mén)架與屬具、作業(yè)場(chǎng)景、道路、機(jī)械運(yùn)動(dòng)等作業(yè)人員3600視效進(jìn)行了模擬，這在叉車操作的真實(shí)感上超越了簡(jiǎn)便式模擬器的模擬方式，此類模擬器對(duì)常用叉車類型的培訓(xùn)考核實(shí)現(xiàn)了較全面的虛擬，對(duì)作業(yè)人員的培訓(xùn)考核效果更接近于真是車輛，同時(shí)提供了理論學(xué)習(xí)與視頻演示，具有設(shè)置靈活、仿真度高、臨場(chǎng)感強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

2 存在的問(wèn)題

現(xiàn)有叉車虛擬仿真系統(tǒng)在培訓(xùn)考核的成本方面，能夠有效解決，油價(jià)成本高，教培人員成本費(fèi)用上升，可用訓(xùn)練場(chǎng)地趨緊，隱性培訓(xùn)事故成本相對(duì)較高的問(wèn)題。在培訓(xùn)考核的安全性方面，能夠有效的預(yù)防學(xué)員進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)對(duì)機(jī)器、自身、教員以及其他財(cái)產(chǎn)帶來(lái)意外和風(fēng)險(xiǎn)，避免因使用真機(jī)操作不熟練可能造成的安全事故。在培訓(xùn)考核的靈活度方面，能夠不受白晝、陰雨天的影響，徹底解決因天氣問(wèn)題造成的教學(xué)不便。同時(shí)提供了基礎(chǔ)知識(shí)、視頻教學(xué)、機(jī)械構(gòu)造、限道行駛、貨場(chǎng)駕駛、移庫(kù)裝卸貨物、堆垛作業(yè)、貨架堆放、貨物移庫(kù)、自由練習(xí)模塊式的系統(tǒng)學(xué)習(xí)。但是，現(xiàn)有叉車虛擬仿真系統(tǒng)大多將主要精力放在叉車操控技能與作業(yè)場(chǎng)景的逼真度上，而在系統(tǒng)原理與安全事故相關(guān)因素方面存在很多盲區(qū)。

1）叉車類型

目前叉車虛擬仿真系統(tǒng)主要涉及內(nèi)燃式平衡重叉車與蓄電池式平衡重叉車兩種較常用的叉車類型，然而，叉車依據(jù)作業(yè)環(huán)境的不同分類繁多，例如：內(nèi)燃側(cè)面叉車、插腿式叉車、前移式叉車、三向堆垛叉車、托盤(pán)堆垛車、防爆叉車等。各種類型的叉車針對(duì)不同的工況其應(yīng)用程度也不同，例如倉(cāng)庫(kù)類的場(chǎng)所場(chǎng)地狹窄堆垛作業(yè)較多，那么對(duì)側(cè)面叉車與堆垛車的應(yīng)用就更廣泛一些。依據(jù)針對(duì)性考核的要求，目前已有的叉車虛擬仿真系統(tǒng)就無(wú)法進(jìn)行此類叉車的培訓(xùn)考核。

2）系統(tǒng)原理仿真

目前叉車虛擬仿真系統(tǒng)雖然提供了基礎(chǔ)知識(shí)與視頻教學(xué)，但是多以文字介紹與實(shí)際操作為主，缺乏主要部分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分解動(dòng)畫(huà)演示與原理仿真。文字介紹與實(shí)際操作教學(xué)雖然也兼顧一定的系統(tǒng)性與直觀性，但是并不能清晰地演示各部件之間的連接關(guān)系與系統(tǒng)的工作原理，而且實(shí)物較笨重通過(guò)視頻教學(xué)的方式不能全面靈活的展示整體與細(xì)節(jié)構(gòu)成，不便于學(xué)員有針對(duì)性的選擇學(xué)習(xí)。

3）視角設(shè)置

目前叉車虛擬仿真系統(tǒng)在作業(yè)人員的視角設(shè)置上，多效仿汽車駕駛模擬器以前方視角為主，對(duì)叉車的后方與側(cè)方的視角涉及較少，而叉車在行進(jìn)中與汽車最大的區(qū)別在于，一旦載貨基本上以倒向行駛為主，那么后方視角此時(shí)將成為叉車行駛的主要視角，也是確保安全的主要方面，忽略以后方視角倒向行駛的訓(xùn)練違背了叉車作業(yè)的基本原則。

4）事故模擬

目前叉車虛擬仿真系統(tǒng)缺乏對(duì)經(jīng)典安全事故的仿真模擬，無(wú)法對(duì)事故相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行精確設(shè)置，相關(guān)的安全因素不能實(shí)時(shí)產(chǎn)生，事故效果的真實(shí)度不高，不能完整的正確展現(xiàn)事故現(xiàn)象，準(zhǔn)確合理的事故處理交互性不強(qiáng)。提高學(xué)員對(duì)于安全事故的應(yīng)對(duì)能力才是叉車培訓(xùn)考核的主要目的。

3 解決途徑

叉車虛擬仿真系統(tǒng)不但要注重安全教育和駕駛訓(xùn)練，更重要的是最大程度上減少安全事故的發(fā)生，減少事故發(fā)生就要了解設(shè)備的類型、原理、工作方式等，采用虛擬仿真技術(shù)就要體現(xiàn)獨(dú)有的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，要跳出傳統(tǒng)教學(xué)的模式，以最大限度的交互性學(xué)習(xí)來(lái)解決這些問(wèn)題。

1）加強(qiáng)功能整合

目前的常用叉車除了內(nèi)燃式平衡重叉車與蓄電池式平衡重叉車外還有前移式叉車，前移式叉車是倉(cāng)儲(chǔ)叉車的一種，主要用于對(duì)成件托盤(pán)貨物進(jìn)行裝卸、堆垛和短距離運(yùn)輸作業(yè)，應(yīng)用面比較廣。由于三種類型的叉車在操作臺(tái)方面均存在差別，其中前移式差別較大，這就需要從相通的操控部分入手，對(duì)比他們的相同與不同之處，將相同的操控部分作為操作臺(tái)的基礎(chǔ)控制裝置，不同的控制部件可采用隱藏方式設(shè)置，并通過(guò)模式開(kāi)關(guān)控制開(kāi)啟與關(guān)閉。只有通過(guò)控制功能的整合才能提高叉車虛擬仿真系統(tǒng)的實(shí)用性。

2）加強(qiáng)分解交互

叉車虛擬仿真系統(tǒng)應(yīng)構(gòu)建主要部件與系統(tǒng)的三維精細(xì)模型，系統(tǒng)構(gòu)造可組合分解，并可多角度觀察，應(yīng)通過(guò)動(dòng)畫(huà)方式展現(xiàn)設(shè)備的原理與工作流程。例如：底盤(pán)應(yīng)有分離的三維仿真模型和裝配動(dòng)畫(huà)，工作部分應(yīng)有系統(tǒng)工作節(jié)點(diǎn)與流程的動(dòng)畫(huà)演示，動(dòng)力部分應(yīng)有能量轉(zhuǎn)化過(guò)程、機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程與動(dòng)力傳動(dòng)過(guò)程的動(dòng)畫(huà)演示，電氣設(shè)備應(yīng)有主要電器元件的工作過(guò)程與電路流通過(guò)程的動(dòng)畫(huà)演示。各系統(tǒng)的動(dòng)畫(huà)演示與分解裝配還應(yīng)按流程節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)分段控制，并加入交互控制便于學(xué)員掌握學(xué)習(xí)進(jìn)度。各環(huán)節(jié)的演示還應(yīng)實(shí)現(xiàn)局部放大功能便于學(xué)員詳細(xì)了解相關(guān)原理。

3）加強(qiáng)視效范圍

倒向行駛是叉車作業(yè)的主要方式。叉車虛擬仿真系統(tǒng)應(yīng)構(gòu)建后視方式，顯示方式應(yīng)有前后雙向顯示屏，顯示屏應(yīng)顯示前方、側(cè)方、后方視角，同時(shí)，應(yīng)加入追蹤視角，并加強(qiáng)主視角、側(cè)視角與后視角的視效，特別是載貨時(shí)貨物側(cè)方的視角效果。

4）加強(qiáng)事故建模

叉車虛擬仿真系統(tǒng)應(yīng)構(gòu)建專門(mén)的事故應(yīng)對(duì)模式可以讓學(xué)員對(duì)事故詳細(xì)認(rèn)識(shí)與全面了解，提高學(xué)員的事故處理能力。通過(guò)輸入典型事故的各項(xiàng)參數(shù)產(chǎn)生事故模型，展示事故產(chǎn)生原因和處理方法，還可以對(duì)各種突發(fā)事件事故進(jìn)行模擬培訓(xùn)，以增強(qiáng)學(xué)員隊(duì)突發(fā)情況的應(yīng)變能力。

目前的叉車虛擬仿真系統(tǒng)大都以操作教學(xué)為主，輔助簡(jiǎn)單的理論教學(xué)，都屬于傳統(tǒng)的培訓(xùn)模式。在這種培訓(xùn)模式中，按部就班的成分較多，以操控知識(shí)為主。事實(shí)上，傳統(tǒng)教學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)的線性化，限制了多層次、多角度地獲得知識(shí)信息，沒(méi)有構(gòu)成系統(tǒng)化和概括化的教學(xué)體系，教學(xué)運(yùn)用的局限性較大。要實(shí)現(xiàn)降低事故隱患還應(yīng)構(gòu)建具有復(fù)雜性、模糊性、自學(xué)習(xí)性、相關(guān)性等多種特征的仿真系統(tǒng)，從根本上解決與安全事故因素相關(guān)的叉車虛擬仿真系統(tǒng)盲區(qū)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 國(guó)質(zhì)檢特（2010）22號(hào) 增補(bǔ)特種設(shè)備目錄.