目錄

8產品系統綜述................................................-1-

8.1總體介紹............................................................-1-

8.2產品設計方案及系統功能簡介..........................................-3-

8.2.1港口起重機操作訓練模擬器功能簡介..............................-3-

8.2.1.1港口起重機操作訓練模擬器概述..................................-3-

8.2.1.2港口起重機仿真操作模擬系統的主要功能.........................-4-

8.2.1.3港口起重機仿真操作模擬系統詳細規格..........................-10-

4）投影系統為環繞式..........................................-11-

3、型仿真訓練軟件具備的技術性能...............................-12-

4、型模擬器考核軟件具備的技術性能............................-15-

1）學員可以根據賬號或學號登記上機，每位學生應有單獨的訓練記錄條目；?

15-

8.2.2港口集裝箱場內流動機械操作訓練模擬器功能簡介................-19-

8.2.2.1港口集裝箱場內流動機械操作訓練模擬器概況...................-19-

8.2.2.2港口集裝箱場內流動機械操作訓練模擬器總體功能簡介...........-19-

3、操作訓練模擬器可生成不同氣候條件的訓練工況；..............-21-

8.2.23港口場內流動機械操作訓練模擬器總體技術規格................-24-

9技術總體框架及解決方案.....................................-28-

9.1港口起重機操作訓練集成模擬系統的總體功能設計......................-28-

9.1.1五種類型起重機的功能結構和駕駛操作要求.......................-28-

2）集裝箱堆場輪胎龍門起重機（簡稱輪胎場橋）...................-28-

3）散貨橋式抓斗卸船機.........................................-29-

4）門座式起重機（簡稱門機）...................................-29-

5）回轉式浮吊起重機..........................................-30-

9.1.2五種類型起重機駕駛操作模擬系統集成的技術可行性..............-30-

9.1.3起重機操作訓練集成模擬系統的功能定位.........................-32-

9.2港口起重機操作訓練集成模擬系統的總體組成及硬件設計................-34-

9.2.1港口起重機操作訓練集成模擬系統的總體結構組成................-34-

9.2.2港口起重機操作訓練集成模擬系統的主要硬件....................-35-

9.2.3運動平臺型起重機操作訓練集成模擬系統的結構組成..............-37-

9.3港口起重機操作訓練集成模擬系統的軟件模塊設計......................-37-

9.3.1系統控制層軟件................................................-38-

I

9.3.2起重機操作層軟件模塊..........................................-40-

（2）集裝箱堆場輪胎龍門遠重機訓練模塊........................-40-

（3）散貨橋式抓斗卸船機訓練模塊..............................-41-

9.3.3教學監控與管理軟件..........................................-43-

9.4港口場內流動車輛仿真模擬系統的總體功能設計........................-44-

9.5港口場內流動車輛仿真模擬系統的總體組成及硬件設計.................-45-

9.5.1港口場內流動車輛仿真模擬系統的總體結構組成...................-45-

9.5.2駕駛操作訓練模擬系統硬件平臺設計.............................-47-

一、模擬駕駛艙................................................-47-

二、操縱控制系統..............................................-47-

三、儀表系統..................................................-48-

四、計算機系統................................................-48-

五、音響系統..................................................-49-

六、教員控制臺................................................-49-

9.6港口場內流動車輛仿真模擬系統的軟件模塊設計........................-50-

9.6.1系統控制層軟件................................................-51-

9.6,2場內流動車輛操作訓練模擬器的操作層軟件模塊..................-52-

9.6.3教學監控與管理模塊............................................-57-

10視景系統和立體投影技術設計.................................-59-

10.1視景系統的硬件設計.................................................-59-

10.1.1視景系統的顯示方案...........................................-59-

10.1.2投影屏幕.....................................................-59-

10.1.3投影機........................................................-61-

10.2視景系統的軟件設計................................................-62-

10.2.1三維場景的構建...............................................-62-

10.2.2起重機操作模擬系統的實時顯示和驅動.....................-64-

2、場景驅動...................................................-65-

3、三維空間優化技術八叉樹分割算法（OSP）......................................-65-

4、Newton物理弓I擎...........................................-66-

10.2.3參數化設置的司機訓練環境....................................-66-

10.3視景系統的關鍵技術................................................-68-

10.3.1基于GPU的渲染技術.........................................-68-

10.3.2陰影的高逼真度渲染技術......................................-69-

II

10.3.3海面模擬的高逼真度渲染......................................-70-

10.3.4高精度碰撞檢測..............................................-72-

10.4立體投影技術.......................................................-73-

10.4.1立體顯示系統的組成..........................................-73-

10.4.2立體顯示系統的工作原理......................................-74-

1、極化區分法................................................-74-

2、時間區分法................................................-74-

3、波長區分法................................................-75-

4、空間區分法................................................-75-

10.4.3雙中心投影算法..............................................-75-

10.4.4立體顯示功能的軟件實現......................................-77-

11港口起重機操作訓練集成模擬系統動態特性關鍵技術............-77-

11.1港口大型起重機司機室與吊具動態特性...............................-78-

11.1.1起重機吊具的動態特性分析....................................-78-

11.1.2起重機司機室的均態特性分析..................................-81-

11.2司機輸入與運動平臺及投影動畫的響應控制技術.......................-83-

11.3起重機駕駛操作中意外事件訓練模型........................-84-

11.3.1起重機操作駕駛中的意外事件分析........................-84-

11.3.2港口起重機操作訓練模擬系統的故障設定.......................-85-

12利用仿真模擬器進行作業培訓................................-87-

12.1起重機操作模擬系統的培訓目標與內容...............................-87-

12.1.1培訓目標.....................................................-87-

12.1.2培訓內容.....................................................-87-

12.1.3培訓流程.....................................................-89-

12.2場內流動車輛仿真模擬系統的培訓目標與內容.........................-90-

12.2.1培訓目標.....................................................-90-

12.2.2培訓內容.....................................................-91-

12.2.3培訓流程.....................................................-92-

12.3模擬系統的培訓質量考核評價........................................-93-

12.3.1系統評價原理.................................................-93-

12.3.2操作步驟的評價..............................................-94-

12.3.3操作過程的評價..............................................-94-

12.3.4故障處理和教師印象評價......................................-95-

III

13安裝施工方案和進度安排.....................................-96-

13.1安裝實施方案.......................................................-96-

（一）組織實施內容...........................................-96-

（二）組織實施步驟...........................................-96-

（三）工期進度安排說明.......................................-97-

13.2進度安排...........................................................-98-

13.3項目實施人員一覽表................................................-99-

15技術培訓和技術服務.........................................-99-

15.1技術培訓方案.......................................................-99-

15.2技術服務方案......................................................-100-

16綜合說明..................................................-101-

16.3設備安裝調試驗收方案及質量保證體系...............................-101-

16.3.1安裝、調試方案..............................................-101-

16.3.2驗收方案....................................................-102-

16.3.3質量保證體系................................................-103-

16.4技術響應及技術特點和優點.........................................-105-

16.4.1港口起重機操作訓練模擬器技術實質性響應.....................-105-

一、港口起重機操作訓練模擬器概述實質性響應...................-105-

二、港口起重機仿真操作模擬系統的主要功能實質性響應..........-105-

三、港口起重機仿真操作模擬系統詳細規格實質性響應.............-106-

4）投影系統為環繞式.........................................-107-

2、型模擬器軟件技術功能.....................................-107-

3、型仿真訓練軟件具備的技術性能..............................-107-

3）天氣條件設置的無級化功能.................................-108-

5）集裝箱起重機可進行20尺、40尺、雙20尺集裝箱的裝卸訓練；「108-

4、型模擬器考核軟件具備的技術性能...........................-108-

3）能記錄和查詢學員在訓練或考核中的平均作業效率；............709-

16.4.2港口場內流動機械操作訓練模擬器實質性響應..................-109-

16.7供貨范圍與進度、運輸方式..........................................-112-

16.16.1供貨范圍...................................................-112-

16.16.2進度安排...................................................-113-

16.16.3項目組織實施方案...........................................-113-

IV

（一）組織實施內容..........................................-113-

（二）組織實施步驟..........................................-114-

（三）工期進度安排說明......................................-US-

16.16.4運輸方式....................................................-115-

16.8技術服務和技術培訓方案...........................................-115-

16.8.1技術服務方案................................................-115-

16.8.2技術培訓方案................................................-116-

16.9售后服務內容及響應措施...........................................-117-

16.9.1售后服務體系介紹............................................-117-

1、服務組織..................................................-117-

16.9.2售后服務機構主要人員........................................-118-

16.9.3產品的服務時限、故障響應處理時限...........................-118-

2,服務監督管理機制.........................................-119-

3、項目聯系人制度............................................-119-

4、投訴熱線..................................................-119-

16.9.4應急事件解決方案............................................-121-

16.9.5售后服務承諾................................................-121-

17.8質量管理、控制和保證程序..........................................-123-

17.8.1軟件編制質量管理程序........................................-123-

1）質量手冊.................................................-125-

a）編號規貝...........................................-125-

b）舉例說明：...........................................-126-

2）質量記錄.................................................-126-

a）編號規則：...........................................-126-

b）舉例說明：...........................................-126-

3）其他質量體系文件.........................................-126-

a）編號規則：...........................................-126-

b）舉例說明：...........................................-126-

三、質量記錄控制程序........................................-129-

四、管理職責................................................-131-

（-）管理承諾..............................................-131-

（二）以顧客為關注焦點......................................-131-

v

（三）質量方針...............................................-132-

（四）策劃...................................................-133-

17.8.2軟件編制質量控制程序.................................-133-

一、質量策劃控制程序.........................................-133-

二、職責、權限與溝通.........................................-136-

（一）職責和權限.............................................-136-

一）總經理...................................................-136-

二）研發部經理...............................................-137-

三）行政經理.................................................-137-

四）管理者代表...............................................-137-

五）售后服務部（經理）......................................-137-

六）業務部（經理）..........................................-138-

七）工程部（經理）..........................................-138-

八）財務部（經理）..........................................-138-

（二）管理者代表.............................................-139-

（三）內部溝通...............................................-139-

三、管理評審控制程序.........................................-139-

17.8.3軟件編制質量保證程序.................................-142-

5.相關文件...................................................-145-

VI

8產品系統綜述

8.1總體介紹

一般來說，凡是需要有一個或一組熟練人員進行操作、控制、管理或決策的工

作，例如汽車、飛機、船舶的駕駛，外科手術、消防、各類工業設備的操作等都需

要進行專門的職業技能訓練。過去的職業訓練基本上都在實際系統中進行，但隨著

設備復雜程度提高，或者操作設備存在著危險性，就需要對培訓方式進行改革和提

高。而隨著計算機技術、虛擬現實技術、多媒體技術、自動控制技術的飛速發展和

廣泛應用，以計算機系統為核心和操縱控制臺為基礎構成的各種模擬仿真訓練系統

己成為當今重大生產設備或過程控制設備操作人員上崗工作、培訓的必備手段，受

到國內外工業界的高度重視，并在航天航空、火力及核能發電、石油化工、軍事、

航海等許多領域得到廣泛使用。目前，模擬仿真訓練系統己逐步成為培訓飛機、汽

車、船舶等駕駛人員的重要設備之一。

起重機、場內流動車輛、起重機控制系統維修、電焊是冶金、制造、港口、水

電、建筑、鐵路貨場、倉儲中心、工廠等部門裝卸貨物的主要設備，也是一種容易

出安全事故的設備。起重機械的操作涉及到財產與生命安全。現代起重機日益朝著

高速化、大型化、重載化及自動化方向發展，組成越來越復雜、成本越來越高，對

操作人員的素質要求愈來愈高。由于起重機應用在不同行業領域，其種類繁多，操

作技術多樣，在生產過程中不僅要完成駕駛操作，更要與起重工協調一致、安全地

完成吊裝等裝卸工作。另外，現代大型起重機結構復雜、造價昂貴，訓練時因操作

不當而引起的破壞程度和危險性都會大大增加。許多情況下起重機生產繁忙，尤其

是沿海港口，根本沒有空閑時間給學員進行訓練，這一切都為起重機新司機的培養

和訓練工作帶來極大的挑戰。隨著現代科學技術的迅速發展和企業生產管理水平的

提高，人們迫切需要一種安全、快速、高效的培訓方式，集虛擬現實技術、計算機仿

真技術、多媒體技術、自動化技術等先進技術于一體的高科技產品一大型起重機操

作訓練集成模擬器的研制就應運而生。

起重機、場內流動車輛、起重機控制系統維修、電焊操作訓練模擬器相對于目

前傳統的操作培訓方式，具有很多突出的優點：

1、安全性好。使用模擬訓練機可以仿真高速、重載以及其它非常危險的環境,

以實現有安全保障的訓練，杜絕事故隱患，減少事故損失。

2、經濟性好。模擬訓練機的成本遠低于實際起重設備。在訓練過程中，還可以

免除實機操作中的油耗、電耗及零部件的磨損。同時，模擬訓練機使用周期長，維

護簡單，經濟優勢不可忽略。

3、適用面廣。在模擬訓練機軟件系統中，可以方便地設定各種訓練條件和參數,

模擬不同的使用工況和環境條件；在同一套硬件系統中，配置不同類型的起重機模

擬訓練功能模塊，實現一機多月。例如，一臺起重機模擬訓練機可以同時擁有橋門

式起重機、港口岸邊集裝箱起重機、集裝箱堆場龍門起重機、港口橋式抓斗卸船機、

門座起重機等多種類型起重機的操作訓練功能。

4、培訓效果好。通過使用模擬訓練機，可以大大縮短學員的整個培訓周期，使

學員在較短的時間內完成培訓任務。另外，模擬訓練機可以非常方便地模擬出實際

訓練中很少遇到的突發性意外事件，培養學員準確的判斷能力、良好的心理素質，

以及正確處理緊急情況的能力，從而提高培訓質量。

5、軟、硬件不斷升級。起重機、場內流動車輛、起重機控制系統維修、電焊操

作模擬訓練機軟、硬件可以不斷升級，維護方便，與時俱進，適應新型起重機的產

生和技術性能不斷提高的要求。

6、在起重機、場內流動車輛、起重機控制系統維修、電焊操作模擬訓練機上對

學員進行培訓時，教員可以方便地監控學員的學習狀態、安全意識、技術掌握的熟

練程度，計算機系統可以客觀地對學員進行操作評分。

大型起重機、場內流動車輛、起重機控制系統維修、電焊操作訓練集成模擬操

作系統作為一種新的培訓手段，將改變傳統的起重機操作培訓方式，促進起重機行

業，尤其是我國的港口起重機、流動車輛司機崗前培訓及繼續教育工作的發展，具

有廣闊的應用前景和推廣價值。

現代虛擬現實技術是起重機操作訓練集成模擬操作系統研制的核心技術。它的

發展有力地推動了職業培訓模式的變革。

8.2產品設計方案及系統功能簡介

8.2.1港口起重機操作訓練模擬器功能簡介

8.2.1.1港口起重機操作訓練模擬器概述

我公司生產的型起重機操作大型模擬系統由駕駛室、教員臺控制系統、三維成

像視景系統、動力學數學模型、六自由度運動平臺和PLC邏輯控制系統、音響系統、

教學投影系統、網絡通訊系統等模塊組成。其工作原理如下圖所示。

圖8-1仿真系統工作原理圖

其中，教員臺控制系統為整個仿真系統的控制者，各個部分的運作可由它通過

發送命令數據來控制，同時它乜是數據傳輸的中轉站。教員臺系統接受來自系統網

絡的數據，包括來自操縱臺的數據，并實時發送給視景系統以通過動力學模型來驅

動視景。同時它接受視景系統的反饋信息，并實時反饋信息和直接實時控制信號，

以達到控制操作聯動臺及運動平臺的目的。視景系統、音響系統用來產生圖像和聲

音，座椅振動控制系統模擬實際振動。駕駛室內有操作聯動臺、投影屏等用于訓練

操作。數據采集系統直接與操縱臺、運動平臺相聯，在控制兩者的同時，接受它們

的信息反饋。

8.2.1.2港口起重機仿真操作模擬系統的主要功能

1、型港口起重機操作訓練模擬器能一機多用，具有下面四種起重機的訓練功能,

并可再擴展其他機型的訓練功能。

（1）岸邊集裝箱橋式起重機；

（3）橋式抓斗卸船機;

(4)回轉式浮式起重機;

我公司目前能夠提供給客戶選攔的其他模塊還包括：

門座式起重機、通用橋式起重機，通用門式起重機，門座式抓斗起重機等機型。

2、起重機駕駛操作環境取自于大型港口典型場景，環境高度逼真，座椅及操作

聯動臺應與實際起重機司機駕駛室一樣，與實際駕駛操作方式環境相一致。

3、型模擬器具有可生成不同氣候條件的訓練工況功能;

雨天晴天

霧天雪天

4、型模擬器的司機駕駛臺具有完成六自由度空間仿真運動功能，其動態特性與

模擬對應的實際起重機一致；

5、型模擬器具備良好的兼容性和可擴充性，為以后增加其他類型起重機的訓練

軟件，可不需要增加或改變主要的硬件配置;

我們還可以為客戶提供可選擇的模塊有：

門座式起重機、通用橋式起重機，通用門式起重機，門座式抓斗起重機等機型。

6、型模擬器具有起重機司機考試功能，考核程序和內容符合國家或行業標準,

并可根據考核程序的變化而稍做調整；

學員18調班氏評

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單元0J1分/總需分：3M.M/69.00

7、型模擬器的視景具有普通三維和立體兩種顯示功能，普通三維培訓司機基本

操作技能，立體視景培訓司機的空間定位感覺，可供用戶自行選擇使用；

8、型模擬器設計思想要新穎、設計目標要明確，針對起重機司機的培訓和考核,

要求系統硬件組成簡單，便于管理維護，具有較高的可靠性、較好地穩定性，使用

方便。

9、裝卸作業實操時，各作業環節在操作界面上作全程數據化的呈現。

用戶2：蹲前白我身

用戶1。：

IIIHI?優戀.”場僑如￡凱訓痂”項目顯行中

10、相關模擬碰撞的聲音效果能最大限度銜接畫面，并體現各種真實化的效果。

11、型模擬器非常人性化，真實化模擬指定起重機類型，操作真實，方便，安

全。

硬件配置表如下表8.1：

表8.1港口起重機操作訓練模擬器硬件配置清單

一

編

號設備名稱性能及技術要求數量單位

操作臺訓練系統

操作聯動臺包括主令控制器，開關，指示燈等1套

司機室儀表數碼顯示箱、電笛等。采用軟件模擬方式實

司機室附屬設備1批

現。

工業控制型計算機。承載訓練軟件模塊與硬件控制系統。

主控計算機（不含可以流暢運行訓練模塊，畫面幀率不低于30,可連續

1A

顯示器）48小時不停機運行，性能不降低。CPU：I5-3.2GHZ,

內存：4G顯卡：1G,硬盤：320G

1數據采集與控制軟控制數據采集、指示燈控制?？杀ＷC連續無故障運行48

1色

件小時

六自由度運動控制平臺，模擬起重機作業中的晃動、振

運動控制系統1臺

動特性。靜態荷載不小于500KG

攝像監控系統網絡攝象機及監控機監控。學員操作訓練1套

音響系統5.1聲道，模擬港口各類作業環境音效1套

注冊登陸設備用戶通過指注冊、登陸系統，建立學員管理系統2臺

環繞視景系統

工程型投影機，要求配置超短焦距鏡頭。分辨率為

投影儀或顯示器1024x768,亮度為4500Lum（投影儀），模擬司機室內4臺

前方、下方、左右方四個方向的視景。

可實現立體成像（下方單屏），畫面層次感、高度感和真

屏幕系統實感受相符，投影面積100英寸。成像物體與實際操作4個

中視覺尺寸一致。

2

立體控制系統將3D畫面成像為立體畫面1矢

外間教室演示系統50寸電視，高清1080P1臺

將立體視景系統與操作臺訓練系統集成為一個整體，外

系統集成1套

觀一體、空間占用小，美觀大方，便于拆裝組合。

立體眼鏡用于觀看立體畫面3副

3教員臺系統

一

編

單位

數量

求

技術要

性能及

稱

號設備名

機（含

臺計算

教員

顯

9寸

盤，1

G硬

，320

內存

,2G