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輪機模擬器 漫漫研發路

作者:吳恒 來源:校友回憶錄 編輯:楊文薇 攝影: 添加時間:2017-06-05 10:10 閱讀次數:

 


  1979年鄭克釗系主任正在籌劃從挪威Norcontrol引進輪機模擬器一事🚊。2月我任副系主任後給予全力支持和配合🎱。從製定輪機模擬器的技術要求,進行技術談判和商務談判🧙‍♀️,組織接機人員等,都是鄭老師親自安排的。

  國際海協(IMCO)於1978年9月成立了國際船舶模擬器組織(IMSF)來研究製造和運用船舶模擬器對船員進行培訓與考核。我院引進的輪機模擬器,當時是世界上為數不多的模擬器😹,是我國引進的第一套輪機模擬器🌂👶🏻。它以一艘16萬噸油輪機艙動力裝置為母型⚈👩🏼‍⚕️,主機為B&W K90GF🧑🏻‍🍼,是電子計算機和數學模型相結合的產物。電子計算機為NORD-42型,數學模型用軟磁盤輸入🏌🏿‍♂️🧑🏼‍🏭。

  龐大的接機組

  1979年秋,學校組織了赴挪威接收輪機模擬器的教師隊伍,有浦寶康老師🌛、陳宮甫老師👩🏻‍🦯、於佑宗老師、張國樹老師和楊美媚老師(翻譯)。在Norcontrol公司歷時100天進行接機工作🗃,實際上也是一種培訓。

  輪機模擬器實驗室隸屬於輪機自動化教研室,實驗室主任馬毛茂領導實驗室的規劃⛷、布局和安裝。Norcontrol公司派人隨機前來安裝和調試。

  設備安裝完畢後,安裝工程師回國了,除於佑宗還留在實驗室,其他接機組老師都回到了原來的教研室。輪機模擬器處於長期停機狀態👩🏻‍🔬,無法安排學生進行試驗和培訓🥰。

  接機組的老師都是輪機自動化和船舶電氣方面很有造詣的學者🦢、某個專業領域的專家⬆️,但都沒有輪機長的適任資質,正如造船專家、造機專家不能開動輪船一樣,他們也難以將整套機艙模擬器按照實船的各種航行工況運轉起來。特別是各種機艙設備大量的故障設置與分析🟪,更是涉及輪機管理科學的深層次內容,對接機組老師來說也是比較陌生的👴🏻。正如海事部門明文規定👩‍🎤🍙,沒有輪機長的船舶是不適航船舶,禁止航行作業一樣🫷。

  實操輪機模擬器全部功能的第一人

  我作為副系主任🗳,主管實驗室建設工作,對輪機模擬器不能發揮教學作用,心中十分著急💇🏿。特別是一年的保修期限快要到了🐜,提不出保修意見,也讓鄭克釗主任著急。

  當時我不懂軟件技術,對紙帶打孔的軟件編程感到神秘,但我僅以輪機長的眼光👃🏻🤸🏽,視模擬器為一套油輪機艙的動力裝置系統🧖。征得系主任同意,我毛遂自薦前往實際操作,體驗輪機模擬器的“神奇”功能。

  在於佑宗的密切配合下🕸,首先進行操作試驗,其備車操作程序和實船完全一致🦸🏿。如在癱船狀態下🚶‍♂️⚉,按實船程序操作各有關設備,啟動並正常運轉,最終達到主機運轉狀態;如出港後定速航行時的操作🪄:廢氣鍋爐供氣,使冷凝器工作,啟動蒸汽透平發電機,並電操作🧙🏼;燃油艙加熱;啟動燃油和滑油分油機🧝;輕油轉換為重油等🏋🏽‍♂️。如啟動蒸汽透平發電機也有復雜的操作程序和模擬實船的10多項具體操作步驟等。我們不僅驗證操作程序是否符合實船要求🏄‍♂️,還要檢查各種物理參數🐵,如壓力、溫度🤞🏼、功率💃🏽🎽、轉速💛、閥門開度、粘度等是否與工況變化相一致。


  該模擬器設置有456項故障,以訓練學生的判斷分析能力🧎🏻。逐項檢查故障設置的軟件程序是否合理,必須事先對其故障現象心中有數,才能在不同儀表上觀察其參數變化,進行判斷分析💓。如船體臟汙,就要檢測和對比船速👸🏽、主機轉速👩🏼‍🔧、主機軸功率🤌🏻、平均指示壓力、主機效率、排氣溫度🏌🏻‍♂️、主機油門(負荷指示器)🙎🏻‍♀️、氣缸冷卻出口溫度👰🏻‍♂️、燃油流量等各種參數的變化。完成456項試驗歷時約2個月,也培訓了實驗員胡秀琴😡、楊建社、張惠澤等。

  其中有5項故障設置𓀑,我反復操作都達不到預期效果,保修時Norcontrol工程師也束手無策👩‍🦯‍➡️,還是我和鄭克釗老師幫他們修改了軟件程序,才符合設置要求🥫。

  根據上述實操情況和積累的測試資料🎚,於佑宗老師等編製了學生實驗大綱,對輪77和電77級學生開始進行輪流教學⏱。後來唐克嶂、鄭克釗老師還承辦了幾次世界海事大學遠東地區國際海員模擬器培訓班。使學校聲名大振。

  通過對輪機模擬器的實際應用,對它產生了濃厚興趣👨🏿‍🏫。根據測試記錄🤾🏼,我撰寫了一篇文章《輪機模擬器在教學上的應用》,刊登於《大連海運學院學報》(1983·第I期)🎼。後經於佑宗譯成英文,收錄於1984年在荷蘭鹿特丹舉行的船舶模擬器第三屆國際會議論文集(MARSIM 84)。

  研製開發誤入歧途

  大凡從國外引進高新技術重大項目,都要進行消化吸收🙋、再走自主研發之路👩🏽‍🚒👵🏽。當時無人倡導和組建研發隊伍。自知才疏智淺、身單力薄,雖年輕好勝,空有奇想而不便張揚。與有的接機老師商談此事,原來也想藉接機優勢,試圖破譯軟件編程之謎,幾經探索竟知難而退🥓。由此看來科研是無捷徑的!

  後來交通部將日本援華項目中的船舶模擬器計劃項目轉給大連海運學院,更加淡化了自主研發的意識。

  幾年之內頻頻接待日本船舶模擬器製造商(如三井、三菱、石川島播磨🧗‍♂️、JRC等)來校商談有關模擬器的技術方案事宜,但遲遲未被列入援助執行計劃。後經司玉琢院長努力,得到國家領導人的關註🙇🏼,突然提前到次年執行💇🏽‍♂️。日本政府對此十分敏感🌒。可悲的是一個小小模擬器項目竟淪為中日兩國間政治氣候的交易籌碼🐥,該項目在援助計劃中被取消了💵。這無疑強化了自主研發的決心📓。

  指導研究生、聚集研發力量


  1986年後我利用系主任和副教授的資源優勢📨,指導研究生逐漸積累技術資料和人力資源。研究方向主要是遠洋船舶柴油機故障診斷專家系統和船舶動力裝置仿真系統📪。

  其中柴油機故障診斷專家系統🗑,經過研究生羅恒、高強和吳宛青教授的共同努力🌻,日臻完善🧏🏽🤸🏽‍♀️,得到青島遠洋公司和學校等教學上的應用🐤,獲遼寧省教學成果一等獎,被學校認定為“九五”期間“211工程”建設的標誌性成果之一。

  輪機模擬器各子系統的仿真系統已有多位碩士生、博士生分別進行研究和撰寫學術論文,表明我們已經聚集了部分技術力量🎅🏿,走上了自主研發之路🧵。從外部形勢來看,武漢交通科技大學高孝洪教授為課題組長,與亞洲仿真控製系統工程有限公司合作👍🏽,自1990年向交通部教育司報請研製輪機模擬器立項和撥款🤞🏿,至1995年完成了“WMS-1型遠洋船舶輪機仿真訓練器”的研製。1995年5月交通部教育司陳永寬司長主持專家組驗收,程景琨副司長任組長,我任副組長兼測試組長🌽😐;1995年12月交通部科技司張德洪司長主持部專家組進行技術成果鑒定,鑒定委員會主任林祖乙副部長🫅、我任副主任。我為兄弟院校的成就高興之余👲🏼,唯有慚愧和無奈🤴!有兄弟院校的榜樣🚊,有引進先進模擬器的使用經驗,有輪機管理科學的優勢,唯有奮起直追💇🏼‍♀️!

  藉“211工程”建設第一階段工程立項之機,經我努力爭取將輪機模擬器研製項目列入了“211工程”。後因年高離開輪機工程學院院長職位,專以博士生導師為業,繼續指導研究生開發輪機仿真系統,一心鉆研數學模型仿真建模,不聞行政凡塵之事。後繼的年輕院長們頻頻更換需建業績,原來院長掛帥另組建了輪機模擬器研製組,並兼組長👩🏻‍🦽,但歷經年余毫無動作,連初步技術方案也沒有。1997年司玉琢校長檢查工作發現了問題,令研製組速向“211辦公室”提交研製方案進行審查。研製組利用我提供的武漢資料,編寫了一份研製方案🥏,當司校長問其研製水平如何時🔉,坦然承認不如武漢交通科技大學模擬器水平。

  司校長屈尊到我家促膝相談🚴🏼‍♂️,動員我組建輪機模擬器研究室並任主任,許諾解決辦公地點和人力調配等難題。孫培廷教授留學回校不久☯️,十分願意參加研究室研製工作,給我很大鼓勵。但輪機工程學院要安排孫培廷當教研室主任,不同意他參加研製工作。朱紹廬老師培養的博士郭晨教授對輪機模擬器研究也頗有興趣,還向我推介了不少有關虛擬現實的研究成果。

  輪機模擬器研製成功

  是否擔當一項重大研製項目,除了個人的條件和奉獻精神外🏊🏽‍♀️,必須具備三個外部條件作為堅強後盾🏇。其一有領導的認可和支持👩🏻‍🦯‍➡️;其二有經費和財權;其三有人才和梯隊⟹。摩登6平台多年來一直不齊備這三個條件。

  司校長的真誠和期待,深深地感動了我。特別是在困難的關鍵時刻🚣‍♂️,都是司校長出面相助。如無啟動經費不能上船收集實船圖文資料,就特批一個專款經費本交給我使用;如無辦公地點,就與輪機🚐、航海兩個學院相商😈,解決了研究室立身之處🔒,後來在科學會館規劃中給出了半層樓的輪機模擬器實驗室面積;如人力不足,就協商調配。若無領導支持真是寸步難行。

  輪機模擬器“211工程”項目經費為400萬元,有了充足的經費,還有校主管領導對經費的嚴格管理。如領導時常告誡,211經費是要買一套輪機模擬器設備🏌️,不是研究費用👨🏿‍⚕️,更不是出差費用!使我非常謹慎地動用每一筆錢,保證項目的健康發展🤸🏽。如領導還提醒,采用高新技術不要高射炮打蚊子🧕🏽!使我運用虛擬現實技術時更要腳踏實地地不圖虛名🧑🏿‍💼,不拿高新科技唬人,使虛擬現實機艙具有動態視景和真實感🆗。

  有郭晨教授加盟🏄🏿,有史成軍副教授、孫才勤副教授、張惠澤工程師等參加;還有我的幾位博士生、碩士生彭水生🙅🏿、孫建波、溫宇欽🙇🏽‍♂️、高強等骨幹力量。一個精幹的輪機模擬器研究室梯隊組成了。

  研究室成立後,我和郭晨立刻規劃研製方案🛢🌀,向“211辦”提供了《智能化輪機仿真器總體設計與系統結構方案》、《智能化輪機仿真器功能及系統結構》兩套文件🏌🏽🚴,請求審定🍴。

  1997年12月23日“211辦”主持專家組評審💂🏼‍♂️,專家組長為清華大學孫增圻教授,專家有賈欣樂教授👆、鄭克釗教授、梁德群教授、浦寶康教授、大遠張宏高工、海事局徐正興、錢閔高工等🧵。專家組對研製方案提出的以6萬噸油輪機艙和MAN-B&W 6S60MC主柴油機為母型船👮🏽‍♂️;采用虛擬現實VR技術實現可視化機艙;開發VGA墻組合大屏幕仿真顯示系統等都給予肯定和認可。

  研究室根據領導批復的“211工程”建設初設調整方案,自1998年6月正式啟動研發工作👩🏼‍🎤,歷時兩年半完成了研製任務🤾。主要研製項目和人員情況如下:(1)主柴油機仿真子系統、發電柴油機仿真子系統、燃油系統等由彭水生完成;(2)主柴油機遙控子系統⇾、機旁控製系統、船機槳推進系統、壓縮空氣系統、分油機系統等由孫建波完成;(3)廢氣渦輪增壓系統、中央冷卻水系統仿真由溫宇欽完成;(4)系統總體結構設計、駕駛臺與教練臺控製系統、滑油系統🐌、VGA墻組合大屏幕顯示系統等由史成軍完成;(5)船舶電站仿真子系統由孫才勤完成👨‍👩‍👧‍👧;(6)模擬器盤臺硬件設計製作由張惠澤、聶延生完成🏄🏻;(7)硬件系統安裝🧑🏼、調試由李輝完成👏🏿👩‍👩‍👧‍👦;(8)鍋爐和蒸汽系統由汪思源的研究生完成👵🏻。上述各子系統的系統結構👨🏻‍🦱𓀛、仿真建模、功能參數和界面設計等都少不了我的參與和反復修改調整。郭晨的研究生沈智鵬協助史成軍完成了巡回檢測與報警仿真系統👉,其它研究生還參與了同步表仿真研製和電站系統編程工作。

  虛擬現實仿真機艙是與清華大學合作完成的👩🏻‍💼。但清華大學對機艙和柴油機結構太外行了😙,所有3D圖像都是我們製作提供的。其中主柴油機的三維立體模型是孫建波的輪97本科生周寶鑰完成的。他酷愛多媒體技術🐒👩‍🔬,在孫建波和我的指導下辛勤鉆研數月,繪製出數千個柴油機零部件圖,組裝成非常精美、真實的柴油機立體可透視模型,共計140多萬面片。可惜清華大學采用的VR技術WTK軟件的數字化運算速度不夠☪️,一再簡化三維模型,只保留成20多萬面片。

  為製作虛擬現實機艙,我3次帶領有關人員上“大慶91”、“大慶94”和“奮進海”輪錄製圖像資料🧕。其中“奮進海”輪是我和郭晨帶領清華大學博士生李實(原是本校任光教授的碩士生)和電教室高登立去完成的🅿️,當時數碼相機剛面世不久🖋,用數碼相機拍了數千張機艙相片,采用貼圖技術配合柴油機模型完成了機艙漫遊的建模。

  郭晨教授執教於自動控製教研室,雖非輪機本科生,卻是輪機自動化的碩士和博士👳‍♀️,但非常謙恭,作為研究室副主任,多次向大家表示:“自己不是搞輪機的👩🏿‍🦰,不是搞輪機模擬器的”,也很少過問輪機模擬器的具體技術問題☂️,但卻能適時組織大家撰寫論文,總結和發表階段性研究成果。更讓我稱奇的是他的高瞻遠矚👨‍💼,在我們二人草擬的輪機模擬器研製方案被專家組審查通過後,他立即申報自然科學基金項目《基於虛擬現實技術的船舶輪機仿真系統的研究》,為下一步發展和報獎打下基礎。他具有系統總體設計🥅💃🏼、組織實施、文檔編寫的出眾能力🚶🏻‍♂️‍➡️,使我可放心退休👩🏻‍🎨。

  出於個人原因,我在1998年12月31日申請退休😮🖕🏻,並向領導承諾退而不休,保證完成輪機模擬器的研製工作。退後照常上班,繼續指導各子系統的研製工作🚵🏿‍♀️,直到2003年才基本退下來。

  通過大家辛勤工作,摩登6娱乐自主研製的第一臺DMS-2000型輪機模擬器誕生了👩‍🦯。2001年1月16日,摩登6娱乐“211工程”辦公室,組織驗收專家組進行了驗收。認為“輪機模擬器分實驗的建設已基本完成了‘211工程’初設調整方案中所規定的相應內容及目標🏉。特別是👧🏼,應用虛擬現實技術研製輪機模擬器方面的成果處於國內外領先水平並填補了國內外空白。”同年6月11日遼寧省科技廳對該項省科學技術基金項目的研究成果進行了技術鑒定。鑒定委員會認為“該成果在國內處於領先水平📪,在輪機仿真器中成功應用先進的基於虛擬現實的可視化交互仿真技術方面達到了國際先進水平”。

  後來該項目獲大連市政府科學技術進步獎一等獎、遼寧省科學技術獎二等獎和清華大學申報的教育部科技成果鑒定,我也分享和榮獲了上述榮譽證書。

  助推研究成果產品化

  青島遠洋船員學院王本明教授是參加該項目驗收的專家,對該成果甚感興趣。青院對實踐教學非常重視也甚合吾意,2001年就開始籌款準備研製模擬器,2002年3月正式啟動🚵🏻‍♂️🏹,成立課題組,以“研製國內外一流水平輪機模擬器”為目標,以第5代集裝箱船COSCO ROTTERDAM(5446 TEU)機艙為仿真母型🧝🏿‍♂️。2002年2月獲得中遠COSCO ROTTERDAM輪全套實船技術資料®️。課題組出於對我的信任🤽🏽,邀我到青院和課題組一起共同閱讀消化實船資料;挑選出與輪機模擬器研製所需的資料進行復印⏲;到青島港參觀COSCO ROTTERDAM輪😏,拍攝機艙圖片✳️,錄製音響資料等🖖🏿。3月至5月我在青院工作二個多月,協助其製訂了輪機模擬器軟件系統14個子系統的功能技術要求🙏🏼。於2002年6月青院與摩登6娱乐郭晨簽訂了仿真軟件的開發合同,硬件盤臺部分由青院自己開發。青院設計的超大型MIMIC板經我審查💶,修改了一百多個不當之處。

  有趣的是退休的我竟充當了真實版的“一仆二主”角色👩‍👧‍👦。回大連後又按照青院提出的14個子系統仿真功能技術要求,幫助和指導摩登6娱乐輪機模擬器研究室去完成開發合同。青院要求很高🛫🫳🏻,一切都要求按實船系統功能進行建模仿真,仿真度大為提高🙋🏻👨🏻‍🚒,大多數系統達到全功能仿真要求。如電站系統與實船功能完全一致,實現了觸摸屏和計算機電站管理系統;如主柴油機MAN-B&W 10L90MC和5葉螺旋槳仿真建模🐐,實現了AUTO-CHIEF 4主機遙控系統全功能仿真;史成軍研發的仿真平臺大大提高了各動力系統的仿真精度。因彭水生移居國外,主柴油機數學仿真模型中的軸系扭振、軸向振動、換向反饋信號和NK-100工況監測系統中的泵油壓力曲線等由我給予完善。同時我還親自設計了外部條件(運行環境)的各種功能設置⏭:如海水流速/流向設定👩‍❤️‍👩、船舶航向設定、船舶吃水設定、海浪設定、風力設定🤏🏼、風向設定🕵🏼‍♀️、大氣壓力設定、海水溫度設定💪🏻、環境溫度設定、大氣濕度設定等🚧。

  通過對第5代集裝箱船輪機模擬器仿真軟件的開發,孫建波🤱🏼、史成軍、孫才勤的軟件開發能力大有提高,日臻完善🤱🏿。建立的精細數學仿真模型,基本達到全功能仿真要求,仿真變量總數達到56956個,單項故障設置數為4363個,多媒體主界面337個☯️。2005年11月交通部組織的專家技術鑒定認為“在輪機模擬器由儀表仿真到實現全功能仿真方面處於國際領先水平”。

  該型號輪機模擬器受到用戶好評🧑🏼‍✈️,在激烈競爭情況下🤽🏽,經郭晨教授等的努力📒,至今已經推出8套大型輪機模擬器和3套小型單機版輪機模擬器軟件。

  遺憾的是近十年來我未曾關註過該輪機模擬器的繼續發展問題🐒🛍️,對其推廣應用的成就而欣喜,也對其技術提高的舉步不前而惋惜😍,揮之不去的是深深的自責➡️!

  近來孫建波教授(博士生導師)正率眾將輪機模擬器與智能化船員考試系統結合起來𓀗🔘,提高培訓、命題、評分的智能化管理水平😹,又感到十分欣慰!


  吳恒✡︎:1956年考入大連海運學院船舶動力裝置專業,1960年留校於內燃機教研室任教🥌,曾任教學實習船輪機長、輪機系主任、輪機工程學院院長。曾獲交通部全國交通教育先進教師、交通部全國交通系統優秀教師榮譽𓀙。教授🥿、博士生導師,享受國務院政府特殊津貼。



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