摘 要

近几年VR技术飞速发展，虚拟现实在各个领域得以应用，在当今国际贸易中，海上运输发挥着举足轻重的作用。大量优异高素质的海员是海运业成长畅旺的包管。而海员的成长离不开各大高校的培育，而轮机模拟器作为航海类院校培育海员所必需的讲授练习装备，已经在海员步队的讲授和培育方面阐扬了至关重要的感化。轮机模拟器的利用给学生供给了不可多得的进修和练习实际操作技能的机遇。所以，轮机模拟器的成长和畅旺是一个国度海运奇迹繁荣富强的主要标记。

为了将三维虚拟仿真用在操作界面上，使其能更加方便灵活的用于试验和教学过程中，采集相关数据，利用 3Dmax 软件，建立集控室操作台控制面板的三维模型，并对模型进行了贴图，渲染处理，使其更为逼真。将所建立集控室控制面板的三维模型做动画处理，实现了备车、起动、转向、停车的基本操作功能，并能够模拟各种故障的功能，从而达到更清晰更深刻的培训目的。而且使用虚拟现实技术来进行研发的轮机模拟器，不仅在价格方面比较便宜，操作使用起来也简单方便，用途更加广泛，日常的维修保养也很方便。在现代的航海教育和船员日常技能训练中，效率和效果都十分显著，应用也越来越广泛。

关键词：主机遥控系统；三维建模；虚拟现实；3ds max

Abstract

In recent years, VR technology has developed rapidly, and virtual reality has been applied in various fields. In today's international trade, maritime transportation plays an important role. A large number of highly qualified seafarers are the guarantee of the growth of the shipping industry. The growth of seafarers can not be separated from the cultivation of colleges and universities, and the teaching and training equipment necessary for marine engineers to cultivate seafarers as seafarers have played an important role in the teaching and training of seafarers. The use of marine simulator provides students with rare opportunities to learn and practice practical skills. Therefore, the growth and prosperity of the marine engine simulator is the main mark of a country's maritime miracle.

In order to use the 3D virtual simulation on the operation interface, it can be more convenient and flexible in the process of testing and teaching, collecting relevant data, using 3Dmax software to establish the three-dimensional model of control panel of the control room operating table, and the model is map and rendering processing, making it more realistic. The three-dimensional model of the control panel of the control room is animated. The basic operation function of the car, starting, turning and parking is realized, and the functions of various faults can be simulated, so as to achieve a clearer and more profound training purpose. And the use of virtual reality technology to research and development of the engine simulator, not only in the price is cheaper, the operation is also easy to use, more extensive use, the daily maintenance is also very convenient. In modern maritime education and Seamen's daily skill training, the efficiency and effect are very significant, and the application is more and more extensive.

Key words: The main engine remote control system; 3D modeling; virtual reality;3ds max

目录

第一章 绪论 1

1.1研究的背景及研究意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1国外研究现状 1

1.2.2国内研究现状 2

1.3本次毕业论文的主要研究内容 3

1.3.1研究内容 3

1.3.2研究目标 4

1.3.3研究方法，技术路线 4

第二章 AutoChief4主机遥控系统的功能和特点 4

2.1 AutoChief4主机遥控系统的结构组成 4

2.1.1 驾驶台控制单元 4

2.1.2 集控室控制单元 7

2.2 AutoChief4主机遥控系统的功能和原理 12

2.3本章小结 17

第三章关于3DSMAX的学习和使用 17

3.1 3DSMAX的发展历史 17

3.2 3DSMAX2015的安装 18

3.3 3DSMAX的界面组成元素 21

3.4 3DSMAX的功能与优点 22

3.5本章小结 23

第四章 对AutoChief4控制面板的3D建模 24

4.1对AutoChief4控制面板的几何数据采集 24

4.2 对控制面板框架的建模 24

4.3对面板特殊部位的建模 30

4.4三块面板的合并与处理 31

4.5本章小结 33

第五章 总结与展望 34

5.1总结 34

5.2展望 34

参考文献 35

致谢 37

第1章 绪论

本次毕业设计的主要目的是通过使用3ds MAX软件，对主机遥控系统AutoChief4操作面板建立一个三维模型，待完成模型后，再与课题组其他成员建立的主机遥控系统其余部件的三维模型进行组合，完成整台主机遥控系统的三维建模。最终目标是将主机遥控系统的三维模型用于线上实验教学和线下模拟训练中，使用VR设备进行虚拟演示。

1.1研究的背景及研究意义

本次设计的目的和意义是使用3ds max2015软件对主机遥控系统AutoChief4操作面板进行建模；并将最后的成果与其他组成员的模型进行组合，形成完整的主机遥控系统三维模型。通过对该系统的建模，使老师在平时的上课效率上和方便同学的课下练习都有很大程度的提高。而且由于实际遥控设备费用比较高，尤其是硬件设备，而且频繁使用训练会大大的增加设备故障和磨损,并且会使使用寿命急速下降。正因为这些原因的存在使得这些设备在功能扩展方面存在很大的麻烦。而研制仿真软件能比较完善并且清晰的实现实际主机遥控系统的各部分功能，并且拥有较强的可操作性，对学员的培训和学习都能有明显的提高。

1.2 国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

国外仿真训练器的发展相对于国内要早很多，自上个世纪30年代以来建模与仿真技术日趋成熟，其也成为人们研究新事物的重要手段，包括航空、航天、航海等各行各业。仿真技术最早是在军事训练中开始发展的，由于军队的战法研究及指挥演练需要很多兵力的参加，同时需要在陆海空天和磁场等多空间一体化的环境中进行。而如果要真正的进行实际的训练需要大量的人力物力财力，再加上各种各样的限制因素，一场真的的训练很难展开的。而仿真训练器则可以模拟一些经典的作战环境，外加一些干扰因素可以说很好的达到军事训练的要求。仿真训练器首先在美国，澳大利亚，英国等一些发达国家的军事训练中，现在已经在全世界范围普及。现在仿真训练器不仅在军事领域，在社会发展的各个领域，其已得到广泛的发展，虚拟制造，虚拟仪表等得到了长足的发展。

主机遥控系统就是指远离机旁，通过自动化装置系统在集控室中对主机进行操控的设备。通过主机遥控系统轮机管理人员和船舶驾驶人员可以很方便的根据航行情况来操控主机，使主机的运行状况达到最良好的状态。同时，主机遥控系统包括报警系统，参数设定，安保系统等，这些功能可以减轻轮机管理人员的工作量，保证船舶安全航行。因此，轮机管理人员也希望一种简单使用的系统能够使他们很容易的来学习该系统，主机遥控仿真系统的出现给他们带来了机遇。

国际市场对主机遥控系统也有很大的需求，所以目前德国，日本，挪威，英国，美国等很多国外大公司都试图对主机遥控系统有着近一步的开发和研究试图创造领先于其他国家的系统，因此主机遥控系统得到了跨域式发展。

1.2.2国内研究现状

主机遥控系统在我国起步相对较晚。20世纪70年代末期，大连航运学院率先从Norcontrol公司引进了轮机模拟器【1】。武汉理工大学与亚洲仿真控制系统工程有限公司合作在1994年研制出了第一台国产WMS-1轮机模拟训练器【2】。这也为国内轮机模拟器的发展奠定了坚实的基础，开创了历史的先河。并且中国海事主管部门已将该轮机模拟训练器列入我国航海教育向国际海事组织报告的履行STCW公约的培训设备。最新研制的WMS2012轮机模拟器于2012年完成，以香港东方海外集团公司OOCL所属的8000TUE集装箱船“华盛顿”号为母型，运用了先进的图形化和自动化建模技术、虚拟现实技术、实现智能柴油机和中压电系统的仿真，使得模拟器的功能更加先进、实用，系统稳定性更高，运行更加可靠，该轮机模拟器在技术上具有前瞻性。

国内开发的主机遥控系统有：气动遥控，气液遥控，电动 - 气动（液压）遥控，电脑 - 电动 - 气动（液压）遥控四种。

1. 气动遥控系统。这种类型的系统使用气源作为控制电源，但气动控制管路损耗较大，需要频繁维修，否则会影响精度。因此，通常只有侧面控制（紧急操作）和客舱控制室。
2. 气液式遥控系统。这种系统采用气源驱动相关控制设备实现控制功能，液压设备驱动执行单元。这种系统一般也只提供对机器的控制由于管道的大量损失，导致客户侧和客舱控制室。
3. 电动—气动(液压)遥控系统。这种系统在前两个基础上增加了电气控制功能，采用电动时需要进行远距离传输，控制，在现场短距离控制中采用气动控制或液压控制。

4)电脑—电动—气动(液压)遥控系统。这类系统是在 1), 2)或 3)的基础上计入了电脑控制。它极大地增强了主机遥控系统的功能和性能。

1.3本次毕业论文的主要研究内容

1.3.1研究内容

1.查阅资料熟悉主机遥控系统AutoChief4的基本组成和操作面板，了解主机典型故障，根据不同的故障现象和面板指示情况，分析故障原因及解决方案。

2.学习和掌握3DSMAX软件并掌握基本的建模方法。并对AutoChief4操作面板建立3D模型，在3DSMAX软件中进行模拟仿真。

3.运用3DSMAX软件在虚拟实验台架上进行典型故障模拟仿真运行后对运行后的数据进行收集并整理，记录所出现的故障现象并分析故障原因。

4.收集主机遥控系统正常运行中的数据并与3DSMAX软件中虚拟实验台架上故障运行的数据进行对比与分析，找出故障发生前后面板上相应按钮的变化规律。

5.参照学院现有轮机模拟器实物，建立WMS2004轮机模拟器AutoChief4操作面板3D建模，并能与虚拟集控台进行集成。

1.3.2研究目标

利用3DSMAX虚拟仿真技术，通过对主机遥控系统AutoChief4操作面板进行建模，在虚拟环境中模拟主机的运转过程，从而间接的得到运转过程中正常与故障的相应变化，再拿此数据与现实中主机遥控系统的变化进行比较，得出我们需要的数据和结论。利用此技术能方便我们对主机遥控系统的研究，更加直观的让我们看到主机遥控系统对主机的操作流程，故障类型和相应的解决办法。同时方便了我们线下的学习与探讨，提高了老师上课的效率，对于我们大学生的教学和培训也起到了至关重要的作用。

1.3.3研究方法，技术路线

1.查找资料和文献，搜集主机遥控系统的相关资料。

2.参照学院现有轮机模拟器实物，建立WMS2004轮机模拟器AutoChief4操作面板3D建模，并能与虚拟集控台进行集成。在建立的仿真模型上对常见的故障进行模拟运行，记录运行过程中面板相应按钮的变化情况。

3.将3DSMAX仿真模拟得到的数据与正常情况的数据进行对比，分析在故障发生前后，面板按钮的相应变化，并进行分析，得出结论。

第二章 AutoChief4主机遥控系统的功能和特点

2.1 AutoChief4主机遥控系统的结构组成

AutoChief4是计算机控制的大型机远程控制系统，主要由驾驶台控制单元，集控室控制单元和速度测量装置组成。

2.1.1 驾驶台控制单元

桥控制单元可用于系统的远程操作，状态显示和参数整定。驾驶台控制单元采用微电脑控制，通过电流回路与AC-4控制室控制单元串行通讯。

驾驶台控制面板包括如下：

（一）显示器

START AIR PR 启动空气压力

COMMAND RPM 驾驶台指令转速

ENGING RPM 主机转速

在正常情况下，显示屏显示启动空气压力，驾驶台的命令速度以及主机的实际速度。系统在系统参数设置中显示系统参数或I / O通道参数。

1. 报警和指示LED

1.ALARM(报警)

SHD NONE CANCEL 无法取消SHUT DOWN失败，无法控制

SHD CANCELABLE SHUT DOWN失败，可以控制

SHD ACTIVE SHUT DOWN 正在作用

SLD CANCELABLE 可取消SLOW DOWN可能受控的故障

SLD ACTIVE SLOW DOWN正在作用

SYSTEM FAILURE 遥控系统自身故障

1. INDICATION(指示)

分成设定转速限制和系统状态指示两部分

ROUGH SEA LIMIT 当按下恶劣海况按钮时，恶劣海况方式起作用然后灯亮，并且主机转速被限制。

START SETPOINT LIMIT 主机完成起动后，供起动油量（正常起动或重起动）时灯亮。

SLOW TURNING 主机进入慢转起动状态的时候灯亮。

CRASH ASTERN 快速倒车（将车钟手柄从正车扳至倒车或反之）的时候灯亮。

HANDLE MATCH 转速匹配。在进行BC／ECR转换的时候，当两处的车令转速信号一致时，灯亮。

（三）功能按钮

1、CANCEL FUNCTIONS（取消功能）

按下“取消限制”按钮后可以取消如下限制：

（1） 轮机长手动转速限制；

（2） SLOW DOWN转速限制；

（3）恶劣海况限制 ；

（4） 慢转起动；

（5）调速器转速限制。

（实船规定：根据船长命令，才可按“CANCEL LIMITATI--ON”按钮）

2、OTHER FUNCTIONS（其它功能）

共有8个带罩的黄色按钮，实际使用4个。其中：

EL SHAFT WARNING／RESET

轴带发电机转速保持警告／复位按钮。

当车钟的手柄被拉到轴发电机的最低运行速度以下时，系统会自动将主发动机转速保持在轴发电机的最小值（延时约1分钟）。柴油发电机组接入网络后，系统会使主机的转速随速度降低，此时产生声光报警。

②ROUGH SEA（恶劣海况）

在恶劣的海况下，按下按钮可实现限速【3】。如果主机超速，系统会自动关闭主机并关闭机油，并在超速释放后自动恢复供油。在超速过程中“over speed”灯将亮起，但不会发出警报。

③COMMIS LOCK

按下“COMMIS LOCK”按钮来显示参数和进行调试。此时，显示器“START AIR PR”、“COMMAND RPM”和“ENGINE RPM”就分别对应“OP.CODE（或CH.NO）”、“PARAMETER”和“VALUE”【4】。

按此按钮一次将使LED稳定发光，并且显示屏将显示系统参数。按下此按钮两次，LED将闪烁。显示屏将显示I / O通道参数。

3、MISCELLANEOUS（其它） 未使用。

4、COMMAND POSITION 车令位置（操纵位置）

共有8个带罩按钮，实际使用4个。按下按钮发出相应的请求，以选择左舷，集控室，驾驶台和右舷。

2.1.2 集控室控制单元

集控室控制单元可用来进行实时操作、参数调试和状态显示，并提供控制过程的流程图显示。

集控室控制单元采用微机控制，并与驾驶台控制单元、DGS8800e、SSU8810、OPU8810等单元进行串行通讯，其硬件配置与驾驶台相似。

控制面板由模拟流程图、状态显示和报警显示灯（37个报警LED，46个指示LED）、按钮和数字显示器等三部分组成，如图2.1所示。

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