起重机模拟操作技术考评体系研究

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起重机是广泛应用于冶金、制造、站尝港口、水电、建筑等行业的特种设备，目前全国从事起重机操作的从业人员约 20万人.由于起重机安全事故频繁发生，且事故大部分是由于操作人员本身的操作失误造成的。

同时随着技术的进步，起重机智能化、高效化的程度越来越高，这也对起重机的操作人员提出了更高的要求.因此起重机操作人员业务素质和业务能力的高低直接关系着起重机作业的安全和效率.根据 中华人民共和国安全生产法 特种设备安全监察条例 等国家相关要求，起重机特种设备的操作人员必须通过技术培训考核，取得 特种设备作业人员证 后持证上岗。

目前，我国起重机操作人员在经政府有关部门批准的培训中心或技工学续行培训.这些培训中心教学设备简陋，通常没有大型起重机械实机操作，在现场运营设备上进行培训既影响企业的正常生产，也容易产生安全事故.因此传统培训方式周期长、花费大、安全性差、科学性和规范性也不够。

随着虚拟三维仿真技术的飞速发展，起重机模拟驾驶系统也继由最初运用于航空驾驶训练、汽车驾驶训练后应用于特种设备操作驾驶中.起重机模拟操作全景仿真系统应用计算机三维虚拟仿真技术创造出-种模拟现实环境的沉浸式交互环境，即采用以计算机技术为核心的现代高科技手段生成逼真的视、听、觉-体化的特定范围的虚拟环境，与起重机现实操作环境相匹配.起重机模拟操作全景仿真系统为起重机操作人员提供了-个科学良好的仿真操作训练平台，极大提高起重机司机的培训效果和培训人数，节约培训成本，缩短培训周期，提高学员、起重机和物品的安全性，减少起重机操作风险，有益于经济效益和社会效益的提升。

起重机模拟操作全景仿真系统既要有逼真的虚拟环境，也要有科学考评系统.本文针对起重机模拟操作全景仿真系统，以集装箱起重机操作培训为需求，立足于起重机模拟培训的通用性，并依据《起重机司机安全技术考核标准 (GB 6720-1986)、 起重机械安全管理规程 (GB 6067-2010)、 起重机吊运指挥信号 (GB5082-l985)和国监局 2002]93号 特种作业人员安全技术培训大纲及考核标准)》、国家质检总局令第 140号特种设备作业人员监督管理办法 等要求，设计了模拟操作培训的考评体系，为起重机操作人员培训提供了-个科学良好的训练和测试平台。

1 系统构成起重机模拟操作全景仿真系统的作用是旧能地实现实际起重机操作培训的功能，达到和实机培训-样的收稿日期：2Ol2.Ij.O3作者简介：邱荣先(1957.)，男，高级工程师。

项目基金：四川势技支撑计划项目(项目编号：201IGZ0212)第 6期 邱荣先等：起重机模拟操作技术考评体系研究 965效果，最终完成预定的培训指标.起重机模拟操作技术考评体系有以下功能拈组成：(1)理论学习拈在仿真系统平台中，系统学习起重机操作的基本理论、作业原理、构造及组成、安全操作技术等知识，并根据题库进行测评。

(2)操作训练拈在仿真系统平台上，学员可以进行起重机操作训练，操作环境和效果通过虚拟现实技术加以体现，与实际效果相近，并能及时纠正学员的错误操作和不良习惯。

(3)考核测评拈设置操作考核方案，将考核计分分布于操作的每个步骤中，对学员的训练、操作进行监督和管理.客观公正地记录学员的真实训练情况，给出考核结果，判断学员操作考试的合格与否。

2 模拟操作技术考评体系建立按照 起重机司机安全技术考核标准 (GB 6720--1 986)设计对起重机司机进行实际操作模拟培训，并根据标准制定严格的计算考评体系对起重机司机的操作进行打分评定，将学员在训练测评过程中出现的错误记录在学员个人数据库中以供学员和教员总结纠正。

2.1 理论知识培训及考核理论与实际相结合，突出增强安全操作的意识.理论知识培训是进行实际操作的基础，也是形成起重机司机强烈安全意识的第-步.理论知识培训内容包括起重机的基本机械结构、电气控制原理以及起重机的操作安全知识.为便于学员解答和反复练习记忆，考核模式采用判断题和选择题随机抽查的形式对学员理论知识进行培训和考查.完成本拈考核后学员应具体掌握：(1)起重机的基本技术参数，包括额定起重量、额定工作速度、起升高度、额定起重力矩、幅度等。

(2)起重机的基本构造与组成，包括起重机金属结构、工作机构和电气设备及其控制等。

(3)起重机主要零部件的安全技术要求，包括吊钩、钢丝绳、制动器、车轮、减速器和卷筒等零部件的安全技术要求。

(4)各自起重机的安全技术要求，包括起升机构、金属结构及电气设备的安全技术要求。

(6)各自起重机常见故障的判断与排除方法，包括起重机不能启动，溜钩、溜车，制动器打不开闸，车轮啃轨咬道，安全装置不灵或失效等。

(8)掌握起重机易损件的报废标准，易损件主要包括吊钩、制动轮、制动瓦衬、钢丝绳、滑轮、车轮、卷筒等。

(9)各自起重机的安全防护装置的结构、性能和工作原理。

(11)电学基本知识、液压传动基本知识、力学基本知识等等。

2.2 操作训练及考核参照 特种作业人员安全技术培训大纲及考核标准：通用部分》及 起重机司机安全技术培训大纲 ，在充分满足标准要求的情况下，根据学员的熟练程度和逐步提高的原则，科学的将实际操作训练部分分为基本训练拈和自由训练拈，其侧重点各有不同.这样的培训体系不仅满足大纲要求，更调动了学员的积极性，使这个培训过程全面且易于学习。

基础训练是供训练者学习熟练本软件，要求训练者能够操作起重机把集装箱对位、起吊，并从A点吊运到B点.基本训练内容：使用司机操作台完成大车行走；使用司机操作台完成小车行走；使用司机操作台完成吊具起升；使用司机操作台完成吊具旋转；使用司机操作合完成对位、吊箱.基本训练拈为使学员眷适应和熟悉966 西南民族大学学报·自然科学版 第38卷起重机操作步骤会显示任务提示，然后再根据任务要求进行操作，当操作完成后才会显示任务完成”。

自由训练是自由练习拈是起重机模拟操作全景仿真系统的核心训练部分.要求改变环境、嘲、速度等多种变量，组成难度等级逐步增加的训练模式.环境变量中，包括白天工作模式、夜晚工作模式、雨天工作模式等.嘲变量中，分为将起重机按指定轨迹吊运集装箱模式和起重机掏箱等工作模式.速度变量中，将起重机的最大工作速度设为慢速、中速、快速等.训练等级有可分为A、B、C、D四个等级.A级包括等级 1～3，B级包括等级4-9，C级包括等级 l0～2，D级包括等级 13～l8。

A级(等级 l～3)：分别在白天、夜晚、雨天工作模式，起重机以慢速把任意集装箱装到火车厢里，规定时间为 3分钟.在基础训练的难度上改变环境因素，使学员适应在多变的环境进行吊装操作。

B级(等级 4～9)：分别在白天、夜晚、雨天工作模式，起重机以中速、快速把任意集装箱装到火车厢里，要求在装箱作业时把小木块(注：小木块的高度为集装箱高度的 1/5，下同)撞倒，但不能碰到其他任何静态的集装箱，规定时间为3分钟.其中-作业图如图3所示.这-级训练是在 起重机司机安全技术考核标准 中桥式类型起重机实际操作考核内容(即：根据指挥信号要求，熟练掌握吊起圆钢块通过多个不等高框架运行操作技能)的基础上，根据集装箱起重机和铁路货场的装卸特点，重点训练学员控制集装箱高度和定位的能力.在工作速度在快速时，考虑吊具的较大摆动，抓箱的困难度更大，更加考验学员的操控能力。

小木块。 . - j口口口口火车轨道及车厢圈 口口图 3 集装箱装入火车厢作业图c级(等级 1012)：分别在白天、夜晚、雨天工作模式，起重机以快速完成掏箱工作：把双层堆码下面的集装箱掏出，堆放在其他集装箱上面.要求在装箱作业时把小木块撞倒，但不能碰到其他任何静态的集装箱，规定时间为 5分钟.这-等级的训练是在 B级的基础上增加了集装箱掏箱作业，主要训练学员的观察力和路径预判能力，在最短的路径、最方便的位置完成掏箱动作，并能快捷的完成装箱。

D级(等级 13～l8)：白天工作模式，按照图示轨迹，把A点的集装箱堆放在B点的集装箱上，规定时间为 4分钟.等级 14轨迹如图4所示，等级 1 8轨迹如图5所示.这-级训练是在 起重机司机安全技术考核标准 中桥式类型起重机实际操作考核内容(即：根据指挥信号要求，熟练掌握吊起水桶绕杆曲线运行、定点停放操作技能)的基础上，根据集装箱在铁路货弛放的特点，绘制了6种较常见的吊装路径图.在这 6种轨迹图中有圆弧线、转角等较高难度轨迹，这着重训练学员在狭姓间吊装对起重机的操控能力。

训练难度等级的逐步提高有利于针对学员的个人学习习惯差异而制定训练计划.另外针对熟练的学员还制订了-套起重机驾驶员操作技能拔高训练任务，即起重机在白天工作模式下把圆木棍(圆木棍用绳绑在吊具上，在运动中考虑圆木棍的自由摆动)插入地面上预先设定的圆孔洞中，同时不能碰撞其他静态物体.对熟练的学员也能根据自己实际情况增强专业技能。

第 6期 邱荣先等：起重机模拟操作技术考评体系研究 967图4 等级 l4轨迹图图 5 等级 18轨迹图操作的测试评估是以自由练习拈的训练为基础，分别从A、B、C、D四个等级中随机抽取4题进行考试。

考试采用百分制，即总分 100分 从等级A抽到的题占总分比值为 10%，从等级B抽到的题占总分比值为20%，从等级c抽到的题占总分比值为50%，从等级D抽到的题占总分比值为20%.根据系统设定好的评分规则，在学员考核测试过程中自动打分，并在最后显示扣分点和得分。

(5)集装箱堆码时，两个集装箱中心线相差在200--300毫米以内，扣5分；两个集装箱中心线相差在300400毫米以内，扣 1O分；两个集装箱中心线相差在400500毫米以内，扣20分；两个集装箱中心线相差超过 500毫米，扣 40分。

(6)起重机吊具中心线与轨迹之差超过规定的500mm，扣5分。

评分原则充分考虑了每-扣分点对作业过程安全和效率的影响.满分为100分，6O分以上为及格(包含60分)，60分以下为不及格.如果完成任务的时间超过6分钟，则宣布失败，即考试不及格。

2.3 故障检测及日常维护训练起重机司机安全技术考核标准 中要求司机必须熟练掌握在 5分钟内排除起重机不能启动的故障.对于初学学员，故障诊断拈能将系统发生的以下故障输出显示在画面上，对于发生碰撞、碰到限位等故障时，能够发出相应的声音报警信号，便于学员采取相应的应对措施，熟悉各种常见故障处理方法。

(1)起重机仿真系统自身的故障诊断显示；(2)起重机电气系统的故障的诊断显示；(3)建立违规操作数据库：包括培训各种违规操作数据，将违规动作转化为机械或电气特征信号，进行模式识别。

(4)司机违规操作故障报警，建立的违规操作数据库为判断依据，司机培训全程实时记录、输出；(5)各种模式下，装箱工况时，起升、大小车运行、吊具回转动作故障报警，实时记录、输出，集装箱干涉检查报警，路径实时记录，作为测评依据；(6)各种模式下，掏箱工况时，起升、大小车运行、吊具回转动作故障报警，实时记录、输出，集装箱干涉检查报警，路径实时记录，作为测评依据；968 西南民族大学学报·自然科学版 第38卷起重机模拟操作全景仿真系统硬件设备的电气日常维护主要在对线路的维护、柜内元气件的维护、PLC的维护、变频器的维护.建议上述项目-个月至少进行-次检查，并进行记录。

3 结束语这里主要介绍了起重机模拟操作全景仿真系统的系统结构、物理设备和功能拈.着重介绍了根据 起重机司机安全技术考核标准 (GB 6720--1 986)、 起重机械安全管理规程 (GB 6067-20 1 0)、 起重机吊运指挥信号 (GB 5082-1985)所设计的技术考评体系.并对系统技术考评体系中各个功能拈进行了详尽的分析介绍。

整个系统包含的5大拈有机的形成5个阶梯培训步骤，使学员在整个培训阶段逐步提升，严格的考评体系保证了学员在培训过程中知识和能力的全面性，最终达到起重机司机安全技术考核标准的要求。