JPH0150912B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上利用分野） 本発明は、陸上施設に設置して船舶乗組員の操
舵訓練を行なうと共に訓練結果を自動的に評価し
て表示するようにした操舵シユミレータ装置に関
する。

（発明の背景） 従来、船舶の操船は一定の資格を有する乗員が
行なつていたが、近年、船舶の自動化に伴なう乗
員数の減少に対応する法的措置して、機関員の操
舵能力の要請が要求されている。

このような操舵要員の養成は、机上教育に加え
て実際の操船を通じて能力の育成を図ることが望
ましいが、時間、設備、費用等の点で無理があ
り、簡単な設備で実際の操船状態と同等な操舵間
隔を得ることのできるシユミレータ装置が考えら
れている。

ところで、このような操舵シユミレータ装置で
は、舵輪操作に応じた実際の船舶と同等な挙動を
作り出す船体運動の演算を確立すると同時に訓練
結果の評価が重要になる。

この訓練結果の評価としては、従来、操舵訓練
で得られた舵角、船首等の訓練データをCRTに
表示したりプリンタ等で打ち出し、教官が訓練デ
ータを検討する人為的な評価が一般に行なわれて
いる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、訓練データに基づいた人為的な
評価のみでは、客観的且つ総合的な評価が行ない
ずらく、また訓練データに考察を加えなければな
らないために評価に時間がかかるという問題があ
つた。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、このような問題点に鑑みてなされた
もので、操舵スタンドの舵輪操作に応じて予め設
定したシユミレーシヨン船の設定条件のもとに船
体運動を演算し、船首方位、船速、旋回角速度等
を出力する操舵シユミレータ装置において、モー
ド設定手段で保針訓練モード又は変針訓練モード
を設定し、保針訓練モードを設定したときには、
保針訓練評価手段で経済運航の基準となる評価関
数の演算、操舵回数、及び操舵による船速の低下
のそれぞれを求めてCRT等に訓練終了と同時に
出力表示し、一方、変針訓練モードを設定したと
きには、変針訓練評価手段で新針路に対するオー
バーシユート又はアンダーシユート、操舵回数、
操舵による船速低下、及び変針完了に要する時間
のそれぞれを求めて同様にCRT等に出力表示す
るようにしたものである。

（実施例） 第１図は本発明の基本構成を示したブロツク図
（クレーム対応図）である。

第１図において、１は舵輪２を備えた操舵スタ
ンドであり、舵輪２の操作による舵角δを出力す
る。１００は操舵訓練を行なうシユミレーシヨン
船における各種の条件を設定する条件設定部で、
例えば船種、積荷、海象、船速、絶対風向等を設
定する。１０２は船体運動演算部であり、操舵ス
タンド１からの舵角指令δに基づいて条件設定部
１００によるシユミレーシヨン船の設定条件のも
とに船速応答演算及び旋回応答演算を実行し、舵
角δ、船首方位φ、船速ｖ、更に旋回角速度等を
出力する。

２００は訓練モード設定手段であり、保針訓練
モードまたは変針訓練モードのいずれか一方を選
択設定することができる。３００は保針訓練評価
手段であり船体運動演算部１０２からの舵角δ、
船首方位φ及び船速Ｖに基づいて所定の保針訓練
時間が経過したときに経済運航の目安としての燃
料消費に関連する評価関数Ｊ、操舵回数Ｎ、及び
操舵による船速低下を示すための船速平均値の
それぞれを求めてCRT等を用いた表示部５００
に出力表示する。

この保針訓練評価手段３００における評価関数
Ｊは、保針訓練時の針路変化をφ、舵角をδとす
ると、次式で表わされる。

Ｊ＝K∫φ²dt＋∫δ²dt この評価関数Ｊの演算式において、右辺第１項
の∫²φ²dtを小さくしようとすると、操舵回数Ｎが
大きくなり、そのため舵角δを大きくとることに
なる。その結果、船速ｖが低下し、舵取機の動力
消費が増える。一方、右辺第２項の∫δ²dtを小さ
くしようとすると、保針操舵が遅れることで航行
距離が長くなる。

従つて、シユミレーシヨン船の船型、船種、積
荷等の条件により適正な重みＫを設定し、評価関
数Ｊを最小にするような操舵が望ましい。

次に、操舵回数Ｎは操舵スタンド１の舵輪２の
操作回数を計数したもので、指令舵角δの変化か
らも求めることができるが、具体的には実船にお
ける舵取機の油圧駆動部をコントロールするソレ
ノイドに相当する後の説明で明らかにするステア
リングギアモデルにおけるリレー接点の接点信号
を計数するようにしている。

更に、船速低下を示す平均船速については、
条件設定部１００によりシユミレーシヨン時の初
期船速が設定され、シユミレーシヨンが開始され
ると操舵による抵抗増加により船速低下が起こる
ので、訓練中の速度出力の平均値を算出し、この
平均船速と初期船速との比較から操舵による船
速低下が評価できるようにしている。

４００は変針訓練評価手段であり、訓練モード
設定手段２００で変針訓練を設定したとき、所定
の新針路に対するオーバーシユート△δ₀またはア
ンダーシユート△δu、操舵回数Ｎ、船速低下を
示すための平均船速、及び変針完了に要する時
間Ｔの各々を求め、表示部５００に表示する。

第２図は本発明のシユミレーシヨン装置におけ
る具体的な装置構成を示した説明図である。

まず構成を説明すると、１は操舵スタンドであ
り、実際の商船に搭載されるものと同等品が使用
され、舵輪２が前面に設けられると共に、上面に
船舶針路を示すレピータ３が設けられ、オートパ
イロツトや各種の操船に必要な操作スイツチを備
えている。４は操舵スタンド１の近傍に設置され
た教官用コンソールであり、船体運動の演算処理
及び訓練評価の制御処理を行なうコンピユータを
内蔵すると共に、教官用の各種の表示器、指示器
及び操作スイツチを組み込んでいる。

５はオーバーヘツドプロジエクタを使用した映
像発生装置であり、操舵スタンド１の前方に設置
されたスクリーン６に操舵スタンド１の操作に応
じた船舶の回頭に伴う視界の変化を投影表示して
いる。７はスクリーン６の上部に設置された船橋
指示器パネルであり、相対風向、船速、舵角、旋
回率の各指示及び教官コンソール４で設定した船
種、積荷、海象等の訓練条件を表示する。

更に、教官コンソール４に対してはプリンタ８
とチヤンネルレコーダ９が接続され、プリンタ８
で教官コンソールにデイスプレイ表示された画像
をハードコピーでき、また２チヤンネルレコーダ
９で操舵訓練における針路と舵角が記録でき、通
常の商船搭載品と同等品が使用される。

次に、操舵シユミレータ装置を構成する各ユニ
ツトを、更に詳細に説明する。

まず、教官コンソール４は大別して操作部、表
示部、コントロール部、及び電源部の４つの部分
に分かれる。まず操作部は前面中央に水平に設置
した卓上部分であり、船首、積荷、ポンプ台数、
船速、海象、風向等を設定する条件設定スイツチ
群１０、警報条件を設定する警報スイツチ群１
１、映像発生装置５のOHP電源スイツチ１２、
CRT操作用キーボード１３及び主電源スイツチ
１４が設けられる。ここで、条件設定スイツチ群
１０は第１図の条件設定部に相当し、訓練条件の
設定としては、船種についてはULCC（超大型タ
ンカー）、バルクキヤリア、コンテナのいずれか
が設定できる。積荷については空船と満船が設定
でき、ポンプ台数としては１台または２台であ
り、海象についてはカーム、モデレート、ラフ
１、ラフ２の４段階の選択ができ、船速について
はデツドスロー、スロー、ハーフ、ハーバーフ
ル、ナビゲーシヨンフルの５段階が選択でき、更
に風向については左舷、右舷、左舷前方、右舷前
方、前方の５段階の選択ができる。

また、教官コンソール４の表示部はコンソール
上部前面の斜めパネル部に設けられ、このパネル
部は船速計１５、舵角計１６、旋回率計１７、レ
ピータ１８及びモニターパネル１９、更に訓練の
評価結果を表示するカラーデイスプレイ２０が組
み込まれている。

更に、コントロール部は前面下部の扉を開けた
内部に設置され、各種の設定条件に基づいた船体
運動を演算する部分と、演算した内容を各機器に
伝達する部分とを備える。

第３図は教官コンソール４に内蔵されるコント
ロール部の概要を他のユニツトと共に示したブロ
ツク図である。第３図において、コントロール部
２は操作部・グラフイツクプロセツサ部３０と船
体運動演算処理プロセツサ３１との２台のプロセ
ツサが設けられ、操作部・グラフイツクプロセツ
サ３０は訓練評価の演算処理、キーボード１３に
よるシステムコントロール、条件設定スイツチ群
１０を備えた条件設定部１０′による操船条件の
設定、警報スイツチ１７を備えたアラーム設定部
１１′による警報条件の設定、及びカラーデイス
プレイ２０に対する訓練評価のためのグラフイツ
ク表示を司り、また船体運動処理プロセツサ３１
は船体運動の演算処理及びアナログ入出力インタ
フエース３２によるアナログ入出力を司る。

３３はグラフイツクコントローラであり、シス
テムの作動をモニターするため条件設定、シユミ
レーシヨンデータ、及び評価結果の各情報をカラ
ーデイスプレイ２０及びプリンタ８に出力する。

３４はステアリングギアモデルであり、操舵ス
タンド１からの指令舵角δを入力し、実機の舵取
機を模擬して得た舵角及び舵機速度をアナログ入
力インタフエース３２を介して船体運動演算処理
プロセツサ３１に与える。

３５は外乱発生器であり、海象としての外乱を
舵角相当の外乱としてステアリングギアモデル３
４で混合することによりカームからラフ２までの
４段階の外乱を発生する機能を有する。

また、アナログ入出力インタフエース３２はス
テアリングギアモデル３４からのアナログ信号の
Ａ／Ｄ変換及び演算後のデジタル演算値をＤ／Ａ
変換し、舵角サーボ３６や各種メータ（船速計１
５、舵角計１６、旋回率計１７）に出力してい
る。

更に、３７はデジタル／シンクロ変換器であ
り、船首方向のデジタル演算値をシンクロ信号に
変換する機能をもち、このシンクロ出力が方位サ
ーボ３８の入力となる。方位サーボ３８は船首方
位φに関する追値制御装置のマスターとしての機
能をもち、スレーブ側としての操舵スタンド１の
レピータ３及び２チヤンネルレコーダ９を駆動
し、また映像発生装置５のサーボへの方位信号を
出力している。

再び第２図を参照するに、映像発生装置はオー
バーヘツドプロジエクタ部、駆動部及び巻き取り
部の３つの部分から構成され、オーバーヘツドプ
ロジエクタ部でフイルムを光学的に拡大し、前方
のスクリーン６上に映像を投影表示させ、駆動部
は操舵スタンド１の舵輪２の動きに合せてフイル
ムを移動し、巻き取り部は駆動部より移動された
フイルムを巻き取る機能を果たす。

更に、スクリーン６の上部に設置された船橋指
示器パネル７の前面には、風向計２１、船速計２
２、舵角計２３、旋回率計２４が設置され、更に
教官コンソール４による各種の設定条件を表示す
るための複数の表示ランプ２５が設けられてい
る。この船橋指示器パネル７において、舵角計２
３と旋回率計２４は操舵スタンド１の舵輪２を作
動させることにより動き、その他の表示はすべて
教官コンソール４のスイツチ操作による表示内容
が決められる。

次に第４図のフローチヤートを参照して本発明
による訓練評価の制御処理を説明する。

教官コンソール４に設けた条件設定スイツチ群
の操作で訓練モード、即ち保針モードまたは変針
モードのいずれかを選択し、同じく条件設定スイ
ツチ群１０の操作により船種、船速、積荷、海
象、風向及びポンプ台数のそれぞれを訓練者に応
じ教官が設定する。これらの条件設定が終了した
ならば、訓練項目を指定して訓練者に訓練開始を
指示する。

ここで、まず訓練項目として船舶を設定した一
定針路に保つ保針訓練モードを選定したとする
と、保針訓練モードの選択により教官コンソール
４のカラーデイスプレイ２０に、第７図に示すよ
うな時間軸に対する舵角及び船首方位のグラフパ
ターンが表示される。

続いて、保針訓練モードにおける評価が開始さ
れると、第４図のフローチヤートにおけるブロツ
ク４０で予め設定した各種の条件設定データが読
み込まれ、次の判別ブロツク４２で保針モードで
あるか否かがチエツクされ、このとき保針モード
であることからブロツク４４の評価関数Ｊの計算
処理に移行する。このブロツク４４における評価
関数Ｊの計算処理は、予め設定した保針訓練時
間、例えば５分を経過したときに実行され、それ
までの処理サイクルにおいては評価関数Ｊを演算
するための船首方位φの変化及び舵角δのデータ
ストツクを行なつている。

このブロツク４４の処理を通ると、ブロツク５
２において船速平均値の計算処理が行なわれ、こ
の船速平均値についても評価関数Ｊと同様、所
定の訓練時間、例えば５分を経過したときに平均
演算処理が実行され、それまでの処理サイクルで
は平均船速を計算するための船速をデータスト
ツクしている。更に、次のブロツク５４において
は、CRTに保針訓練中に得られた舵角δ及び船
首方位φをプロツトし、第７図に示すように訓練
時間の経過に伴つて変化する舵角δ及び船首方位
φを表示させる。

保針モードにおいて所定の訓練時間、例えば５
分が経過すると、ブロツク４４において評価関数
Ｊの演算が実行され、更にブロツク５２で船速平
均値が計算され、第７図の時間軸の下側に示す
ように、例えば平均船速14.4KT、評価関数003.3
を数値表示する。更に保針訓練中における操舵回
数Ｎについては、ステアリングギアモデル３４に
対する指令舵角δの変化から操舵回数Ｎがリレー
接点の出力として与えられ、このリレー接点信号
を計数することによりハードウエア的に操舵回数
Ｎが得られており、訓練時間が経過したときに、
第７図に示すように経過時間の下側に、例えば操
舵回数018が表示される。

このように保針訓練を開始して所定の訓練時間
が経過すると自動的に評価関数Ｊ、船速低下を示
す平均船速及び操舵回数Ｎのそれぞれが求めら
れ、CRTに数値表示され、この評価結果をみる
ことで直ちに保針訓練の総合的且つ客観的な判断
を行なうことができ、訓練者に訓練結果を直ちに
伝えることができる。

次に変針モードを設定したとすると、第４図の
フローチヤートにおける判別ブロツク４６で変針
モードが判別され、ブロツク４８のオーバーシユ
ートまたはアンダーシユートの検索及びブロツク
５０の変針完了検索のそれぞれが行なわれ、更に
ブロツク５２で船速平均値の計算を実行し、加え
てブロツク５４で変針訓練中における舵角δ及び
船首方位φを、第８図に示すように、CRTに時
間の経過と共に表示する。

第５図は第４図のブロツク４８におけるオーバ
ーシユートまたはアンダーシユートの検索処理を
示したサブルーチンである。

第５図のサブルーチンにおいて、まずブロツク
５８で船首方位φのピーク検索を行なつており、
判別ブロツク６０でピーク値が得られると、判別
ブロツク６２で新針路とピーク値の大小関係を比
較し、ピーク値が新針路より大きければブロツク
６４でオーバーシユートを算出する。またピーク
値が新針路より小さければブロツク６６でアンダ
ーシユートを算出する。ブロツク６４または６６
でオーバーシユートまたはアンダーシユートが算
出されたならば、ブロツク６８において算出され
たオーバーシユートまたはアンダーシユートを
CRTに表示する。例えば第８図の変針訓練では
経過時間の下側にオーバーシユート000.6（DEG）
が得られている。

第６図は第４図のブロツク５０における変針完
了検索の制御処理を示したサブルーチンであり、
このサブルーチンにより船首方位φが新針路に対
し±△φの範囲に入り、且つこの範囲に入つてい
る時間が所定のセツトアツプ時間Ｔ、例えばＴ＝
30秒続いたときに変針完了と判断する。

即ち第６図においては、まずブロツク７０でカ
ウンタＡをインクリメントし、次の判別ブロツク
７２で新針路に対する船首方位φとの差が±△φ
で与えられる所定の範囲に入つているかどうかを
判別し、この範囲に入つていないときにはブロツ
ク７４でカウンタＢをリセツトし、次の処理に移
行する。

一方、判別ブロツク７２で所定の範囲±△φに
入つているときには、ブロツク７６でセツトアツ
プタイムを計数するカウンタＢをインクリメント
し、次の判別ブロツク７８でカウンタＢと所定の
セツトアツプタイムＴと比較し、カウンタＢがセ
ツトアツプタイムＴ以上となつたとき、即ち新針
路との差が±△φ以内となつている時間がＴ時間
継続したとき、ブロツク８０で変針完了までの時
間としてカウンタＡの値を取り出し、ブロツク８
２に示すように変針訓練のグラフイツク表示を停
止させる。

このように、第６図のサブルーチンより変針完
了処理が行なわれると第４図のブロツク５２に進
んで、変針完了時に得られている船速ｖの平均値
ｖを計算し、最終的に第８図の経過時間の下側に
示すように、例えば第８図の変針訓練について
は、操舵回数Ｎ＝028回、船速平均値＝
14.2KT、オーバーシユート0.6度が評価結果とし
て訓練終了と同時に得られる。勿論、訓練終了に
より得られた第７図または第８図に示す表示デー
タはプリンタ８によつてハードコピーをとること
ができ、この評価結果を示すハードコピーを訓練
者に示すことで、次の訓練操作に有効に活用する
ことができる。

（発明の効果） 以上説明してきたように本発明によれば、モー
ド設定手段で保針訓練モードまたは変針訓練モー
ドを設定し、保針訓練モードを設定したときには
保針訓練評価手段で経済運航の基準となる評価関
数の演算、操舵回数及び操舵による船速の低下の
それぞれを求めてCRTに訓練終了と同時に出力
表示し、一方、変針訓練モードを設定したときに
変針訓練評価手段で新針路に対するオーバーシユ
ートまたはアンダーシユート、操舵回数、操舵に
よる船速低下、及び変針完了に要する時間のそれ
ぞれを求めて同様にCRT等に出力表示するよう
にしたため、操舵シユミレーシヨン装置における
訓練結果の客観的且つ総合的な評価を訓練終了と
同時に得ることができ、評価データを比較するこ
とで訓練者の訓練程度を確実に把握することがで
き、また訓練者においても自らの操舵訓練におけ
る評価結果を客観的に把握することができるた
め、次の操舵訓練に有効に活用することができ、
しかも船種、積荷状態、海象等の各種の条件設定
のもとで保針訓練及び変針訓練における評価結果
が得られるため、操舵シユミレータ装置による訓
練効果を大幅に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示したブロツク図
（クレーム対応図）、第２図は本発明のシステム構
成を示した斜視図、第３図は第２図の教官コンソ
ールに内蔵されるコントロール部を示したブロツ
ク図、第４図は本発明の訓練評価の制御処理を示
したフローチヤート、第５図は第４図のフローチ
ヤートにおけるオーバーシユート及びアンダーシ
ユート検索サブルーチンを示したフローチヤー
ト、第６図は第４図のフロチヤートにおける変針
完了の検索サブルーチンを示したフローチヤー
ト、第７図は保針訓練の評価結果を示したCRT
画面の説明図、第８図は変針訓練の評価結果を示
したCRT画面の説明図である。 １：操舵スタンド、２：舵輪、３，１８：レピ
ータ、４：教官コンソール、５：映像発生装置、
６：スクリーン、７：船橋指示器パネル、８：プ
リンタ、９：２チヤンネルデコーダ、１０：条件
設定スイツチ群、１１：警報スイツチ、１２：
OHP電源スイツチ、１３：キーボード、１４：
主電源スイツチ、１５，２２：船速計、１６，２
３：舵角計、１７，２４：旋回率計、１９：モニ
タパネル、２０：カラーデイスプレイ（CRT）、
２１：風向計、２５：操作ランプ、３０：操作
部・グラフイツクプロセツサ、３１：船体運動演
算処理プロセツサ、３２：アナログ入出力インタ
フエース、３３：グラフイツクコントローラ、３
４：ステアリングギアモデル、３５：外乱発生
器、３６：舵角サーボ、３７：デジタル／シンク
ロ変換器、３８：方位サーボ、１００：条件設定
部、１０２：船体運動演算部、２００：訓練条件
設定手段、３００：保針訓練評価手段、４００：
変針訓練評価手段、５００：表示部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 操舵スタンドの舵輪操作に応じ予め設定した
   シユミレーシヨン船の設定条件のもとに船体運動
   を演算し、船首方位、船速、旋回角速度等を出力
   する操舵シユミレータ装置において、 保針訓練または変針訓練の訓練モードを設定す
   るモード設定手段と、 該モード設定手段で保針訓練を設定したとき、
   所定の訓練時間経過後に経済運航の基準となる評
   価関数の演算、操舵回数及び操舵による船速低下
   の各々を求めて評価結果として出力する保針訓練
   評価手段と、 前記モード設定手段で変針訓練を設定したと
   き、新針路に対するオーバーシユート又はアンダ
   ーシユート、操舵回数、操舵による船速低下及び
   変針完了に要する時間の各々を求めて評価結果と
   して出力する変針訓練評価手段とを供えたことを
   特徴とする操舵シユミレータ装置。