JPS60263185A - 操舵シユミレ−タ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
にした操舵シュ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って
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。

このような操舵要凶の養成は、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ュミ
レータ装置が考えられている。

ところで、このような操舵シュミレータ装Ｗ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ｌｌ！ＩＩＩＩ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Ｊ：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かあＪ　つ　ｌこ　。

く問題点を解決づるための手段） 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ュミレ
ージョ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ュミレータ
＠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、保釦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
手段ぐ新針路に対するオーバーシュート又はアンダーシ
ュート、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めて同様にＣＲＴ等に出力表
示づ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「１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
舵訓練を行なうシュミレーション船に＋＋月プる各種の
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は船体運動演梓
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によるシュミレージョン船の設定条件
のもとに船速応答演幹及び旋回応答演算を実行し、舵角
δ、船首り位φ、船速Ｖ、更に旋回角速度等を出力づる
。

２００４よ訓練モード設定手段であり、保針訓練モード
または変組訓練モードのいずれか一方を選択設定層るこ
とができる。３００は保針訓練評価手段であり船体運動
演搾部１０２からの舵角δ。

船肖方位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
づる評価関数Ｊ、操舵回数Ｎ、及び操舵による船速低ト
を示すための船速平均値ＶのそれぞれをめてＣＲ−ｒ？
７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８３４する評価関数、ノ
は、保針訓練時の釧路変化をφ、舵角をδとづると、次
式で表わされる。

Ｊ＝Ｉｌφ２ｄｔ−１−、ｒδ２旧 この評価関数、ｊの油筒式において、６辺第１エロのｆ
φ２ｄｌを小さくしようどすると、操舵回数Ｎが人さく
なり、イのため舵角δを大きくとることになる。その結
果、船速■が低下し、舵取機の動力消費が増える。一方
、右辺節２Ｊｎのｆδ２ｄｌ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。

従って、シュミレーシクン船の船便、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３１数したもので、指令舵角δの変化からもめること
ができるが、具体的には実船にお（プる舵取機の油圧駆
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ｆｔ−
ｉＱ定郡部１００よりシュミレーション時の初期船速が
設定され、シュミレーションが開始されると操舵による
抵抗増加により船速低手が起こるのぐ、訓練中の速度出
力の平均値を袢出し、この平均船速Ｖど初期船速との比
較から操舵による船速低下が評価でさるようにしている
。

４００は変針訓練評価手段であり、訓練モード設定１段
２００で蛮針１１１１１１を設定したどき、所定ｊ　の
新釦路１１１Ｗ−るＡ−″−シ″−ト４δ°まＩＣｆよ
アンダーシｒ　−１−△δｕ２操舵回数Ｎ、船速低下を
示づための平均船速Ｖ、及び変組完了にａする時間１−
の各々をめ、表示部５００に表示する。

第２図は本発明のシュミレーショ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。

まず構成を説明り−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、Ａ−トパイロットや各種の操船に必
要な操作スイッチを備え工いる。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
油筒処理及び訓練評（西の制御処理を行なうコンビコー
タを内蔵すると共に、教官用の各種の表示器、指示器及
び操作スイッチを組み込んでいる。

５はＡ−バーヘッドプ［］ジ丁クタり使用した映像発生
装置であり、操舵スタンド１の前プ）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にあり、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
設定した船秤、栢伺、　ｔ１０染等の副線条件を表示す
る。

史に、教官−１ンソール４に対してはプリンタ８どブ（
・ンネルレ」−ダ９が接続され、プリンタ８（教官−１
ンソールにディ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で操舵訓練におジノ
るｆ１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、操舵シュミレーションを構成づる各ユニッ１へを
、更（二詳細に説明する。

まず、教官−］コンソールは人別して操作部１表示部、
＝１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火に水平に設置した中上部分てあ
り、船首、Ｉ荷、ポンプ台数。

船速、海象、　Ｊ！ｉｔ向等を設定でる条件設定スイツ
ｆｆ！￥１０．警報条件を設定づる警報スイッチ群１１
゜映像発生装置５の０１−Ｉ　Ｐ電源スイツブ１２、ｃ
　ｒ＜Ｔ操作用キーボード１３及び」工電源スイツブ１
４が設番プられる。ここで、条４！１設定スイツブ群１
０は第１図の条件設定部に相当し、副線条件の設定とし
ては、船種についてはＩＪＬｃｃＮＢ人望タンカー）、
バルクキャリア、］ンテナのいずれかが設定できる。積
荷についＣは空船と満船が設定でき、ポンプ台数として
は１台よＩＣは２台であり、海象についてはカーム、七
ｆレー１〜、ラッコ、ラフ２の４段階の選択ができ、船
速についてはデッドスロー、スロー、ハーフ、バーパー
フル、フビゲーションフルの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、右舷前り、前７
ｊの５段階の選択ができる。

また、教官コンソール４の表示部は二１ンソールト部前
面の斜めパネル部に設（）られ、このパネル部は船ｄ　
ｉｔ　１５　、　Ｉｌｅ　Ａ　Ｈ＋　１６　、６ｋ　Ｉ
”］　’Ｅ　：ｌ　１７　、　Ｌ／ピーク１Ｂ及びモニ
ターパネル１９、更に訓練のか１゛（曲結束を表示覆る
カッ−ディスプレイ２０がＩ＋み込まれＣいる。

史に、−］ン１〜［１−ル部は前面−ト部の所を間（〕
た内部に設置ｔ！され、各種の設定条件に基づいた船体
運動を演算りる部分と、演算した内容を各機器に伝ｊｔ
１Ｊる部分とを備える。

第５３図は教官−１ンソ−ル４に内蔵される］ント【１
−ル部の概升を他のユニットと共に示したブロック図ぐ
ある。第３図において、Ｔ１ン１〜［）−ル部２は操作
部・グラフィック１［ｌセラリ部３０と船体運動演Ｑ処
理ブａレツリ３１との２台のブ［１セツリが設けられ、
操作部・グラーフイツクブロセツリ３０は訓練訂′価の
演悼処理、１−ボード１３によるシスツムコントロール
、条件設定スイッチ群１０を備えた条イシ［設定部１０
”による操船条件の設定、警報スイッチ１７を備えたア
ラーム設定部Ｊ　１１′による警報条イ′［の設定、及
び）ノラーデイスルイ２０に対する訓練評価のためのグ
ラフィック表示を司り、ま／（船体連動処理プ［１ヒツ
リ３３１は船体運動の潰砕処理及びアブ【１グ入出力イ
ンタフ１−ス３２による）′ノ［１グ人出ツノを司る。

３３はグラフィックニ］ントローラ（゛あり、シスｊム
の作動をしニターηるため条１′１設定、シ１ミレーシ
ーｌンデータ、及び評価結果の各情報をカラーディスプ
レイ２０及びゾリンタ８に出力η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［Ｊグ入カインタフ１−ス３
２を介して船体運動演粋処理ブロセツリ３１にうえる。

３３５は外乱発」−器であり、ｔ／ｉ象としくの外乱を
舵角相当の外乱としてステアリングギアモデル３４で混
合づることによりカー１１からラノ２までの４段階の外
乱を発生づ−る機能を右する。

また、アナ［１グ入出力インタフ−［−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△／Ｄａ換
及び演梓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１５、舵角ｉｆ−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わ
ら、このシンクロ出力が方位サーボ３８の入力となる。

６位サーボ３８は船首方位φに関する追値制御ｌ装置の
マスターとしての機能をしら、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ヂヤンネルレコーダ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」、装置はオーバーへ
ラドプロジェクタ部、駆動部及び巻き取り部の３つの部
分から構成され、Ａ−バーヘッドプロジェクタ部でフィ
ルムを光学的に拡大し、前方のスクリーン６−Ｌ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
きに合せてフィルムを移動し、巻き取り部は駆動部より
移動されたフィ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３１２２、舵角計２
３．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２３と旋回率
計２４は操舵スタンド１の舵輪２を作動さぜることによ
り動き、その他の表示はすべて教官コンソール４のスイ
ッチ操作による表示内容が決められる。

次に第４図のノロ−チャ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ッチ群の操作で
訓練モード、即ち保釦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ッチ群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゛（船舶を設定した一定ｆＡ
４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のカラーディス
プレイ２０に、第７図に示ず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−（、保針訓練モードにおける訓練が開始されると
、第４図のフローチャートにおけるブロック４０で予め
設定した各種の条（４設定データが読み込まれ、次の判
別ブロック４２で保針モードであるか否かがチーツクさ
れ、このとき保釦七−ドぐあることからブロック４４の
評価関数、］の計算処理に移行４る０、このブロック４
４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のデータストックを
行なっている。

このブロック４４の処理を通ると、ブ［」ツク５０にお
いて船速平均値の計算処理が行なわれ、口の船速平均値
Ｖ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Ｖを計算するための船
速をデータストックしている。更に、次のブ［１ツク５
４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［］ツ１−シ、！１ｒ１７図に示すよ
うに訓練時間の経過に伴って変化する舵角δ及び船首方
位φを表示さける。

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、ブロック４４において評価関数Ｊの演算が実行
され、更にブロック５２で船速平均値７ｈすｔｎされ、
第７図の時間軸の下側に承りように、例えば平均船速１
４．４ＫＴ、評価関数００３．３を数値表示する。更に
保針訓練中におｉする操舵回数Ｎについ又は、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
接点信号を計数づることによりハードウェア的に操舵回
数Ｎが得られており、訓練時間が経過したときに、第７
図に示寸ように経過時間の下側に、例えば操舵回数０１
８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Ｖ及
び操舵回数Ｎのそれぞれがめられ、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
ャートにおりる判別ブロック４６ぐ変針モードが判別さ
れ、ブロック４８のオーパージコートまたはアンダーシ
コートの検索及び１［］ツク５０の変針完了検索のそれ
ぞれが行なわれ、更にブロック５２で船速平均値の計算
を実行し、加えてブロック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、ＣＲ１’
に時間の経過と共に表示する。

第５図は第４図のブ［１ツク４８におけるオーパージコ
ートまたはアンダーシコー１−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、まずブロック５８で船
首方位φのピーク検索を行なっており、判別ブロック６
０でピーク値が得られると、判別ブロック６２で新針路
とビーク圃の大小関係を比較し、ピーク値が新針路より
大きければブロック６４でオーパージコートを算出する
。またピーク値が新針路より小さければブロック６６で
アンダ−シュートを算出する。ブロック６４または６６
でＡ−バージエートまたはアンダーシュートが算出され
たならば、ブロック６８において算出されたオーパージ
コートまたはアンダーシュートをＣＲＴに表示づる。例
えば第８図の変輯訓練では経過時間の下側にオーバーシ
ュート０００．６　（Ｄ［三Ｇ）が得られている。

第６図は第４図のブロック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±Δφの範囲に入り
、且つこの範囲に入っている時間が所定のセットアツプ
時間Ｔ１例えばＴ＝３０秒続いたときに変針完了と判断
力る。

即ら第６図においては、まずブロック７０でカウンタＡ
をインクリメントし、次の判別ブロック７２で新針路に
対する船首方位φとの差が±ΔφＪ　で与えられる所定
の範囲に入っている力蔦どうｂ）を判別し、この範囲に
入っていないときにはプロ・ンク７４でカウンタＢをリ
セットし、次の処理に移行する。

一方、判別ブロック７２で所定の範囲士△φに入ってい
るときには、ブロック７６でセッ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、次の判別ブロック
７８でカウンタＢと所定のセットアツプタイムＴと比較
し、カウンタＢがセットアツプタイムＴ以上となったと
き、即ち斬釧路との差が±Δφ以内となっている時間が
１時間継続したとき、ブロック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、ブロック８２に示
すように変針訓練のグラフィッ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図のブロック５２に進んで、変針完了
時に得られている船速■の平均値７を計算し、Ｄ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Ｖ＝１４．２ＫＴ、７１−パーシュート０．６１
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によってハードコピーをとることがで
き、この評価結末を示すハードコピーを訓練当に示すこ
とで、次の訓練操作に有効に活用づることができる。

（発明の効果） 以−Ｌ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、
保釦訓練し一ドを設定したときには像側訓練評価手段で
経演運航の基準となる評価関数の演粋、操舵回数及び操
舵による船速の低下のそれぞれをめてＣＲＴに訓練終了
と同時に出力表示し、−ｈ、変針訓練モードを設定し１
＝ときに変組訓練計価手段で新針路に対づるオーバーシ
ュー１へまＩこはアンダーシュート、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
めて同様にＣＲＴ等に出力表示するようにしたため、操
舵シュミレーション装置にお【ノる訓練結果の客観的■
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
訓練及び変組訓練における評価結果が１！１られるため
、操舵シコミレータ！！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ック図（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−Ｊ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図は本光明の
訓練評価の制御処理を示したフローチャー１−１第５図
は第４図のノ［１−ブｔ’−トにお番）るオーバーシュ
ート及びアンダーシアート・検索サブルーチンを示した
フローチャート、第６図は第４図の７０チ【Ｔ−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ャー
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Ｃ　ＲＴ
画面の説明図である。 １：操舵スタンド ２：舵輪 ３．１８ニレビータ ４：教官コンソール ５：Ｉ！ＩＩ！像発生′４ＡＷ１ ６：スクリーン ７：船橋指示器パネル ８：プリンタ Ｊ　９：２チャンネルデコーダ １０：条件設定スイッチ群 １１；警報スイッチ １２：０）−ＩＦ−”電源スーイッヂ １３：キーボード １４：主電源スイッチ １５．２２：船速計 １６．２３：舵角計 １７．２４：旋回率針 １９：モニタパネル ２０：カラーディスプレイ（ＣＲＴ　＞２１：風向計 ２５：操作ランプ ３０：操作部・グラフィックブ［」セッサ３１：船体運
動演算処理プロセッサ ３２：アナログ入出力インタフェース ３３ニゲラフイツクコントローラ ３４ニステアリングギアｔデル ３５：外乱発生器 ３６：舵角ザーボ ３７：デジタル／シンクロ変換器 ３３８：方位ザーボ 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＆ｌ　ｆＪ１１練評価手段４００：を帛１
訓練評価ｆ段 ５００　：表示部 特許出願人　株式会社東京計器 代理人　弁理士　竹　内　進 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 操舵スタンドの舵輪操作に応じ予め設定したシー１ミレ
   ージヨン船の設定条件のちとに船体運動を演算し、船首
   方位、船速、旋回角速度等を出カマる操舵シュミレータ
   装置において、 保輯訓棟または変釦訓練の訓練モードを設定するモード
   設定手段と、 該ｔ−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釦訓練を設定したとき、新組路
   に対するオーバーシュート又はアンダーク１−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ュミレータ装置。