JP2003308002A - 運転訓練シミュレータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 操作機器のＯＮ／ＯＦＦを見て効果音を再生
させるのみで、実際のプラント設備において生じる様々
な状況を正確に再現することが困難である。 【解決手段】 各種効果音を予め記憶させた効果音デー
タ記憶部６と、訓練員の操作により変化する物理量に応
じてフィルタをかける周波数成分を決定する主計算機２
と、この主計算機２の計算結果に基づいて前記記憶装置
に記憶された各種効果音の周波数成分にフィルタをかけ
て出力、および前記変化する物理量に応じて生じる現象
の効果音をリアルタイムに合成して出力する機能とを有
する再生用計算機３と、この再生用計算機３で計算した
音を出力するスピーカ５とを設け、訓練員の操作による
物理量の変化を効果音に反映させて臨場感の高い訓練が
行えるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、操船設備や発電
設備等のプラント設備における運転操作を訓練するため
の運転訓練シミュレータ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、操船設備や発電設備、ダム設
備のようなプラント設備（この明細書では、ポンプ操作
のみのような小さなプラント設備も含む）における運転
操作を訓練するために、運転訓練シミュレータ装置が用
いられている。この運転訓練シミュレータ装置では、実
際のプラント設備を運転操作する前に同様の操作を疑似
体験することによって、実際の運転時における複雑な操
作を予め訓練するものである。近年のプラント設備にお
いては複雑な操作が伴うことが多く、様々な運転訓練シ
ミュレータが開発されている。

【０００３】例えば、この種の従来技術である特開平６
−２８２２２０号公報記載の発明には、天候状況によっ
て変化する模擬音と、ゲート操作に伴うゲート動作音、
ゲート放流音を出力し、ダム管理上に近い臨場感、緊張
感を与え、効果的な訓練を実現するダム操作訓練用シミ
ュレータが記載されている（従来例１）。

【０００４】また、他の従来技術である特開平２−４３
５９１号公報記載の発明には、シミュレータ装置に対す
るシミュレーション結果をＣＲＴ表示器に表示する際
に、ＣＲＴの表示内容に関係する音声を出力する音響模
擬方式が記載されている（従来例２）。

【０００５】さらに、特開平８−２４１０２７号公報記
載の発明には、実際の操作盤を操作するのと同様な臨場
感を与える静止画と動画と音声の情報を訓練生に与える
プラントの運転訓練用シミュレータが記載されている
（従来例３）。

【０００６】また、特開平９−２１２０７６号公報記載
の発明には、訓練イベントに関連する機器の状況を示す
画像を表示装置に表示し、かつ機器の状態を示す効果音
を発音装置によって発音させる訓練シミュレータが記載
されている（従来例４）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来例１は、ゲート操作等のスイッチ情報を接点情報に変
換し、その接点情報に基づいて予め設定されている模擬
音と音量レベルを選択して出力するものであり、操作に
よって出力される模擬音の組合わせは決まり、実際の操
作に応じた臨場感を得ることは困難である。

【０００８】また、前記従来例２，３，４でも、訓練員
の操作にともない、予め用意されたある特定の効果音を
選択的に再生させるのみであり、実際の操作に応じた臨
場感を得ることは困難である。

【０００９】つまり、これら従来の技術では、操作機器
のＯＮ／ＯＦＦを見て予め用意された効果音を所定の音
量で再生させるのみであり、出力がＯＮ／ＯＦＦのみで
ある。そのため、実際のプラント設備を運転している時
に生じる様々な状況（音の変化）を正確に再現すること
はできず、最適な操作を訓練するための運転訓練シミュ
レータ装置としては十分な効果を得ることが困難であ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで、前記課題を解決
するために、本願発明は、プラント設備に応じた各種効
果音を予め記憶させた記憶装置と、訓練員の操作により
変化する物理量に応じてフィルタをかける周波数成分を
決定する主計算機能と、該主計算機能の計算結果に基づ
いて前記記憶装置に記憶された各種効果音の周波数成分
にフィルタをかけて出力、および前記変化する物理量に
応じて生じる現象の効果音をリアルタイムに合成して出
力する再生用計算機能を具備した計算機と、該計算機で
計算した音を出力する出力装置と、を設けている。この
ように構成することにより、訓練員の操作に応じて計算
された物理量に応じて出力される効果音を変化させ、し
かも、この変化する物理量に応じて生じる現象の効果音
をリアルタイムに合成（重ね合せ）して出力することが
できる。これにより、訓練員の操作による物理量の変化
が効果音の再生スピードや音量に反映されて、臨場感の
高い訓練が可能となる。

【００１１】前記計算機を、訓練員が操作する機器動作
状態の検出と、該機器動作状態から物理量を計算して各
種効果音にフィルタをかける周波数成分を決定する主計
算機と、該主計算機の計算結果に基づいて各種効果音の
出力周波数成分を決定するとともに、各種効果音を合成
する再生用計算機とで構成すれば、訓練員の操作から各
種効果音にフィルタをかける周波数成分の計算と、この
計算結果に基づいて各種効果音の出力周波数成分や合成
を行う計算とを別々の計算機で行うことにより、個々の
計算機のプログラムを簡略化したり、別々の場所に計算
機を設置して様々な運転訓練シミュレータ装置に適用さ
せることができる。

【００１２】また、プラント設備に応じた音声アナウン
スを予め記憶装置に記憶させ、該音声アナウンスを出力
する機能を前記再生用計算機に付加すれば、訓練員の操
作に対して音声アナウンスで注意を促すことができるの
で、操作の早期修得も可能となる。

【００１３】さらに、前記訓練員の操作状況に応じて、
前記記憶装置に記憶した音声アナウンスから適切な音声
アナウンスを出力して訓練員に指示する指示手段を設け
れば、訓練員の操作に対して適切な音声アナウンスで対
応することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の一実施形態を図
面に基づいて説明する。図１は本願発明の一実施形態を
示す運転訓練シミュレータ装置の構成図であり、図２は
同運転訓練シミュレータ装置における効果音のフィルタ
操作を説明するための模式図、図３は同運転訓練シミュ
レータ装置における効果音の合成操作を説明するための
模式図である。この実施形態では、プラント設備の一例
として、オイルタンカー船の操船設備における運転操作
を訓練するための運転訓練シミュレータ装置を例に説明
する。

【００１５】図１に示すように、この運転訓練シミュレ
ータ装置１には、主計算機２と、再生用計算機３（記憶
装置、音響合成装置含む）と、音声指示ＣＲＴ４と、ス
ピーカ５とが設けられている。この再生用計算機３の記
憶装置には効果音データ記憶部６および音声アナウンス
データ記憶部７があり、これら効果音データ記憶部６と
音声アナウンスデータ記憶部７に、各種効果音データお
よび音声アナウンスデータが予め記憶されている。効果
音データはプラント設備に応じて決定されるが、例え
ば、荷役用ポンプ音、キャビテーション音、水撃音等で
ある。音声アナウンスデータとしては、「ポンプ音が異
常です」等の操作機器には表れない異常の告知、「回転
数を下げてください」等の指示アナウンス等である。こ
れら各種効果音データは実機動作音を録音したもので
も、人工的に作成したものでもよい。前記スピーカ５が
出力装置である。

【００１６】また、この実施形態では、操船設備におけ
る運転操作を訓練するための運転訓練シミュレータ装置
を例にしているため、操船のためのコンソール８が設け
られている。このコンソール８には、実際の操船を行う
ための操作レバーや操作ボタン等が設けられており、訓
練員９の入力操作によって信号が入力されるように構成
されている。この訓練員９の入力操作としては、例え
ば、荷役用のポンプを起動するスイッチ操作や、ポンプ
回転数制御等の操作がある。

【００１７】前記主計算機２では、訓練員の操作に応じ
て物理式に則した数式モデルより物理量の計算が行わ
れ、その結果から必要な値、機器の動作状態が再生用計
算機３に送信される。

【００１８】前記再生用計算機３（音響合成装置）で
は、訓練員の操作により物理量がある一定の範囲にある
場合、割り当てられた効果音の再生フラグをＯＮとす
る。再生フラグがＯＮとなった効果音は、記憶されてい
る効果音を物理量の変化に応じて、特定の範囲の周波数
成分にフィルタをかけて出力する。このフィルタをかけ
る方法としては、基準となる効果音に訓練員の機器操作
によって変化する物理量の変化（例えば、スイッチのＯ
Ｎ／ＯＦＦ、レバーの移動等）に応じて、特定の周波数
成分にフィルタをかけて出力することにより、訓練員の
操作を動的に効果音へ反映させるようにしている。例え
ば、フィルタをかける周波数＝ｆ（物理量）とするよう
な方法である。

【００１９】実際の装置としては、訓練員９の入力操作
がポンプの回転数制御を行う操作レバーの傾転であれ
ば、傾転方向と角度から操作量を計算し、その計算結果
からポンプの回転数を計算し、その回転数に応じて基準
となる効果音にフィルタをかけて、大きくしたり小さく
した効果音を出力する（図２：詳細は後述）。また、状
況によっては効果音の再生スピードを早くしたり遅くし
て、訓練員９の操作による物理量の変化を常に計算で反
映させている。この効果音へのフィルタとしては、音質
変化、音量変化、再生スピードの変化等がある。この処
理はソフトウェアもしくは専用機器にて行うことができ
る。

【００２０】また、この実施形態では、音声指示ＣＲＴ
４が設けられており、この音声指示ＣＲＴ４から指示が
出力されると、音声アナウンスデータの再生フラグがＯ
Ｎとなる。この再生フラグがＯＮになると、割り当てら
れた音声アナウンスデータが出力される。この音声アナ
ウンスデータも再生用計算機３によって処理されてお
り、音声アナウンスデータ記憶部７に記憶されているデ
ータから割り当てられたデータが再生される。

【００２１】このような処理により、複数のフラグがＯ
Ｎとなった場合は再生用計算機３で効果音が重ね合わさ
れて出力される（図３：詳細は後述）。この処理もソフ
トウェアもしくは専用機器にて行われる。

【００２２】以下、オイルタンカー船の荷役操作を訓練
した場合の具体的な作用を説明する。コンソール８への
訓練員９の入力操作として、荷役用のポンプの起動を行
った場合を説明する。これにともない、シミュレータ主
計算機２から荷役用ポンプの起動信号が再生用計算機３
に送られる。

【００２３】再生用計算機３では、ポンプの起動信号に
より所定（ポンプ再生音）の再生フラグがＯＮとなる。
この再生用計算機３は音響合成装置（ソフトウェアにて
行う）も兼ねており、再生フラグがＯＮになると、ポン
プの回転数によってフィルタをかける周波数成分の範囲
を決定し、基準となる効果音（例えば、実機の動作音を
録音した基準波形のもの）にフィルタをかけた後、出力
される。

【００２４】図２では、ポンプの回転数が大きい場合
と、小さい場合とで波形を異ならせる例を示している。
例えば、回転数が大きい場合には、音の大きさ（通常
「デシベル」）を大きくするとともに、音の高さ（通常
「ヘルツ」）を高くし、回転数が小さい場合には、音の
大きさ（通常「デシベル」）を小さくするとともに、音
の高さ（通常「ヘルツ」）を低くする。このように訓練
員の操作によって変化する物理量からポンプの回転数を
計算し、その回転数に応じて基準となる効果音にフィル
タをかけて、大きくしたり小さくした効果音を出力する
ことにより、訓練員の操作量に応じて変化する臨場感が
得られるようにしている。これらの波形は一例であり、
使用条件に応じてフィルタのかけかたを適宜決定すれば
よい。

【００２５】一方、フィルタをかける周波数成分の範囲
は、ポンプの回転数によってリアルタイムに変化する。
例えば、図３の上段に示すように、訓練員が起動した荷
役ポンプ動作中に、訓練員の操作により物理量が増加し
てポンプキャビテーション現象の範囲に入ると、中段に
示すようにキャビテーション時の効果音再生フラグがＯ
Ｎとなる。

【００２６】このキャビテーション効果音（人工的に作
成したもの）は、例えば、ＮＰＳＨ曲線から度合を算出
することでフィルタをかける周波数成分の範囲を決定
し、フィルタをかけた後、出力される。この時、下段に
示すように、荷役用ポンプの効果音にキャビテーション
の効果音がリアルタイムで重ね合わされて出力される。

【００２７】その後、上段に示すように、訓練員の操作
により物理量がキャビテーション現象の範囲外となる
と、中段に示すように、キャビテーションの効果音再生
フラグがＯＦＦとなり、荷役用ポンプの動作音のみが出
力される。

【００２８】この時に出力される効果音は、下段に示す
ように、荷役用ポンプの効果音にキャビテーションの効
果音が重ね合わされた状態から荷役用ポンプの効果音の
みへリアルタイムで変更される。

【００２９】このように訓練員の操作によって変化する
物理量（ポンプ回転数）によって生じる現象（キャビテ
ーション）の効果音をリアルタイムに合成して出力して
いる。図３の横軸は時間の経過を示している。なお、こ
の例ではキャビテーションの効果音のみで説明したが、
ポンプ回転数の変化により、例えば、回転数が上昇した
時には高周波音を出して、回転数が下がると高周波音を
消すような制御も同時に行われる。この時、その他の効
果音を重ね合わせて音色を変化させてもよい。

【００３０】また、この実施形態では、音声指示ＣＲＴ
４を設けることにより、訓練員が臨場感を持ちながら訓
練している時に、誤操作があった場合にはインストラク
ター等から適切な警告指示を同時に行えるようにしてい
る。つまり、前記したように状況が逐次変化している状
態でも、効果音出力中に音声指示ＣＲＴ４より音声アナ
ウンスデータ出力の指示がなされると、効果音に音声ア
ナウンスデータが重ね合わされて出力される。このよう
に、実際のプラント設備を操作しているような臨場感を
保ち、同時に誤操作に対して即座に対応することを可能
とする。これにより、短期間で充実した訓練を行うこと
が可能となる。

【００３１】以上のように、この運転訓練シミュレータ
装置１によれば、シミュレータでの機器の操作によって
変化する物理量の変化にともない、基準となる効果音の
特定の周波数成分にフィルタをかけて出力することを可
能とし、訓練員の操作を動的に効果音へ反映させること
ができる。また、同時に、訓練員の操作によって生じる
物理量の変化に応じて生じる現象の効果音をリアルタイ
ムに合成したり、複数の効果音および音声アナウンスデ
ータを同時に出力することを可能とすることにより、音
響による臨場感の高い訓練や、訓練員の適切な判断の助
言を同時に行うことが可能となる。

【００３２】つまり、訓練員の機器操作による物理量変
化に応じて出力する効果音の周波数を変化させているた
め、訓練の過程によって変化する操作が効果音にリアル
タイムに反映されて、実際にプラント設備を操作してい
るような緊張感を持ちながら臨場感の高い訓練が可能と
なる。

【００３３】上述した実施の形態では、オイルタンカー
の荷役設備のプラントにおける運転訓練シミュレータ装
置１を例に説明したが、このような運転訓練シミュレー
タ装置１は他のプラント設備においても採用することが
でき、各種プラントの運転訓練シミュレータとしての応
用範囲は広い。

【００３４】例えば、ダムプラント設備であれば、風雨
の音の変化や、その変化による放出水音の変化や、訓練
員が行うゲート開閉音等が合成されて出力され、訓練員
が操作を誤ると放出水音の音量上昇や音質を変化させ、
正常操作により定常運転状態に戻ると正常音に戻され
る。

【００３５】また、圧力容器の制御プラント設備であれ
ば、開閉弁の操作間違い等によって容器内圧力が上昇す
れば、高周波音を出して異常状態の効果音を出力し、正
常操作によって容器内圧力が下がると徐徐に高周波音を
下げて、定常圧力になると正常音に戻される。

【００３６】なお、上述した実施形態は一実施形態であ
り、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は
可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定される
ものではない。

【００３７】

【発明の効果】本願発明は、以上説明したような形態で
実施され、以下に記載するような効果を奏する。

【００３８】訓練員の操作に応じて計算された物理量に
応じて出力される効果音を変化させるので、訓練員の操
作による物理量の変化が効果音に反映されて、臨場感の
高い訓練が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の一実施形態を示す運転訓練シミュレ
ータ装置の構成図である。

【図２】図１に示す運転訓練シミュレータ装置における
効果音のフィルタ操作を説明するための模式図である。

【図３】図１に示す運転訓練シミュレータ装置における
効果音の合成操作を説明するための模式図である。

【符号の説明】

１…運転訓練シミュレータ装置 ２…主計算機 ３…再生用計算機 ４…音声指示ＣＲＴ ５…スピーカ ６…効果音データ記憶部 ７…音声アナウンスデータ記憶部 ８…コンソール ９…訓練員

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 大 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラント設備に応じた各種効果音を予め
   記憶させた記憶装置と、訓練員の操作により変化する物
   理量に応じてフィルタをかける周波数成分を決定する主
   計算機能と、該主計算機能の計算結果に基づいて前記記
   憶装置に記憶された各種効果音の周波数成分にフィルタ
   をかけて出力、および前記変化する物理量に応じて生じ
   る現象の効果音をリアルタイムに合成して出力する再生
   用計算機能を具備した計算機と、該計算機で計算した音
   を出力する出力装置と、を備えた運転訓練シミュレータ
   装置。
2. 【請求項２】 前記計算機を、訓練員が操作する機器動
   作状態の検出と、該機器動作状態から物理量を計算して
   各種効果音にフィルタをかける周波数成分を決定する主
   計算機と、該主計算機の計算結果に基づいて各種効果音
   の出力周波数成分を決定するとともに、各種効果音を合
   成する再生用計算機とで構成したことを特徴とする請求
   項１記載の運転訓練シミュレータ装置。
3. 【請求項３】 プラント設備に応じた音声アナウンスを
   予め記憶装置に記憶させ、該音声アナウンスを出力する
   機能を前記再生用計算機に付加したことを特徴とする請
   求項２記載の運転訓練シミュレータ装置。
4. 【請求項４】 前記訓練員の操作状況に応じて、前記記
   憶装置に記憶した音声アナウンスから適切な音声アナウ
   ンスを出力して訓練員に指示する指示手段を設けたこと
   を特徴とする請求項３記載の運転訓練シミュレータ装
   置。