随着仿真技术的发展,众多领域利用模拟器代替实际仪器设备进行操作训练和评估。轮机模拟器为船员和相关专业学生的学习和评估提供了平台。传统的轮机模拟器在学员训练环节中只提供仿真功能,缺少辅助步骤指引功能,学员遇到操作问题需要教练员人为讲解,效率底下,浪费人力;在智能评估环节中,通常只能通过操作结果中的特征值进行评估,缺少科学高效的操作过程评价方法。为了解决以上问题,研究了一种满足教学和评估各种场景的操作过程知识模型,并配合此模型开发了各种功能模块。采用专家系统的设计原理开发轮机模拟器操作过程知识模块,实现用户操作监测、错误操作警告、操作步骤提示、操作步骤诊断和评分功能。以DMS系列轮机模拟器为研究对象,分析了机舱操作环境的特点,对比了各种知识表示方法和建模方法,最终确定了基于Petri网的机舱操作过程知识建模方法。描述了机舱操作过程模型中的几种典型逻辑结构和层次结构。应用Petri网对应急发电机启动、主机盘车、主机冲车等任务的操作过程进行了建模。根据机舱实际操作环境的特点和功能需求制定了机舱操作过程模型的三原则。结合实例,针对建模过程中容易出现的互斥操作表达缺失的问题和资源侵占问题提出了简单有效的解决方案。对知识模型的解析、验证及应用算法进行了设计,阐述了关联矩阵的生成算法,可达图的生成和遍历算法,以及操作过程评估算法。为适应模拟器平台环境,提出了运行状态标识等概念。分析了目前轮机模拟器过程评估方法的优点和不足,提出了基于操作过程模型的产生式推理,用来实现操作过程评估。结合原型系统,根据专家系统的思想对操作过程知识模块进行了具体的软件设计和功能实现,设计了基于PNML的知识数据库以存储模型信息,设计了状态采集器以读取操作信息和仿真变量信息,设计与知识数据库相匹配的推理机,设计了简洁的交互界面和清晰的信息展示形式,最后结合实例对模块进行验证,证明其可以高效、稳定地实现预设功能。