船舶与海上设施数字孪生技术应用

<正>在船舶与海上设施行业,将数字孪生技术应用于船舶与海上设施行业的设计、制造、运营等全生命周期阶段,是提高设计效率、提升数字化运维管控水平、改善配套产业发展等的有效手段。然而数字孪生是一个涉及多学科、多领域的复杂问题,当数字孪生被快速大规模应用时,     

基于数字孪生的船舶预测性维护系统

针对造船技术和需求的发展,使得船舶维护面临着成本不断上升的问题,提出面对高端复杂船舶采用数字孪生技术进行预测性维护。在研究了数字孪生预测性维护模型模型基础上,将其分为创建数字孪生体、数据获取、数据预处理、模型训练、故障预测与诊断和设备维护六个阶段,并分别介绍了各阶段的主要任务和技术。最后分析总结了进行数字孪生船舶预测性维护难点及发展路径。     

基于数字孪生的舰船蒸汽动力总体模型框架研究

[目的]为了实现舰船蒸汽动力系统的数字化、网络化和智能化,提出一种总体数字孪生模型应用体系.[方法]从物理对象、过程要素、生命周期及虚拟空间这4个维度,提出基于数字孪生的舰船蒸汽动力系统总体"四维思想模型",并创建总体全生命周期的"五阶体系模型",涵盖概念论证、系统设计、总装建造、试验试航及运维保障这5个典型的阶段.通...     

舰艇作战系统数字孪生的内涵与特征研究

数字孪生作为一种在信息世界刻画物理世界、仿真物理世界、优化物理世界、增强物理世界的重要技术,有望给舰艇作战系统等武器装备的发展带来重大变革。本文分析舰艇作战系统在全生命周期存在的主要问题,提出舰艇作战系统数字孪生的基本内涵以及对应数字孪生体的总体架构,总结舰艇作战系统数字孪生在系统顶层架构、虚实互动机制、综合运用流程等三大能力特征,对指导舰艇作战系统数字孪生的应用具有重要意义。     

客货滚装港口数字孪生智慧运作模式

鉴于智慧港口“人-机-物”高度密集、自动化信息化要求较高和信息物理融合需求强的特性,结合客货滚装智慧港口的规划、建设与运维,开展客货滚装港口数字孪生智慧运行模式研究。提出客货滚装港口数字孪生的系统组成及其运行机制;制定客货滚装数字孪生港口的系统架构。该架构融入BIM技术,能够利用BIM的信息模型、模型应用与业务流程信息管理的全寿命周期管控特点,实现港口数字化和智能化运作;给出客货滚装数字孪生港口智能决策的方案,实现安检计重、船舶配载和票务的三位一体智能管控,能够为客货滚装智慧港口建设及其系统开发提供参考。     

船体结构数字孪生技术及应用

数字孪生技术可真实复刻物理实体至数字空间进行虚实映射，其框架包括物理世界、数字世界、孪生数据池、服务应用和数据连接等五个维度。船体结构数字孪生即在数字世界中建立载荷物理场与结构孪生体并实时获取结构响应状态，可从设计仿真、生产制造和航行运维三个阶段探讨应用方向。本文针对模型降阶技术，基于本征正交分解法对船体结构位移场矩阵计算得到正交基底，截取主要成分构建低阶方程组，可快速求解得到降阶模型在各工况下的位移推算值。本文方法与传统有限元结果吻合较好，计算效率大幅提升，可实现船体结构响应的实时分析，为构建船舶数字孪生体提供基础支撑。     

基于多源异构模型和数字孪生的船舶运动仿真

随着科学的发展,船舶运动仿真系统也趋于复杂化,以往的建模与仿真手段难以满足智能船舶数字化的发展需要,利用多源异构建模协同仿真技术与数字孪生技术能够解决复杂系统仿真困难的问题。本文剖析当下国内外多源异构建模协同仿真技术和数字孪生技术,设计多源异构建模方法和协同仿真系统,提出基于数字孪生技术的船舶运动仿真设计框架和关键技术,为船舶运动的数字化研究提供借鉴和参考。     

人工智能和数字孪生在船体结构安全评估中的应用探索

为能实时准确地获取船体结构载荷监测数据,顺应结构“数字孪生”概念的发展,对基于人工智能的结构载荷反演技术进行研究。介绍基于人工智能的结构载荷反演技术的研究进展情况,探讨其在船舶安全评估领域应用的有效性和难点。在此基础上,介绍数字孪生的基本概念和发展历程,并结合船舶领域已有的技术基础,探讨数字孪生的应用前景和亟需突破的关键技术。     

基于数据网格的船舶全寿命信息系统研究

实现船舶产品信息在设计生产、使用维修过程中的充分高效传递与利用是提高船舶行业整体竞争力的有效途径,网格技术的产生与发展为实现船舶生命周期信息共享提供了有力的保证.在分析了船舶生命周期各阶段涉及到的信息及其关系的基础上,分别构造了船舶生命周期各阶段的信息模型及适合网格环境下使用的XML的元数据模型,并提出了一种采用UID(Universal Identifier)来实现船舶生命周期内各模型间信息转换与映射的方法;然后,建立了网格环境下的船舶全寿命信息系统框架和具体的企业内部信息集成框架;最后,基于VegaGOS网格平台建立了一个船舶全寿命信息原型系统,开发了若干资源层和应用层的网格服务及网格客户端,实现了统一的资源访问、服务的动态发现、资源的动态获取等功能.     

基于数字孪生的测试场景架构及应用研究

虚拟测试场景在智能船舶评估中占有重要地位,数字孪生技术能够对现实环境进行描述、预测,实现智能现实环境与虚拟场景的交互映射。本文探索如何将数字孪生应用于智能船舶虚拟测试,构建船舶和环境数字孪生体来实现船舶在现实环境中如何获取数据、在哪获取数据,获取何种数据映射到虚拟测试场景中,并寻求更为准确的参数。初步构建出基于数字孪生的船舶虚拟测试场景架构,基于该架构进行虚拟测试前后以及船舶远程操作时延优化应用,该架构具有一定的有效性和可靠性。基于数字孪生技术能够提高智能船舶虚拟测试系统的效率和操作精度,增强实验结果的可靠性。     

绿色船舶技术浅析

21世纪是发展和环保的新世纪，本文围绕绿色船舶的新理念，分别对船舶的绿色设计、绿色建造、绿色营运等船舶全生命周期中的各个阶段进行了详细探讨，简介了当今绿色船舶技术的发展，对船舶设计、建造与营运有指导意义。文中并以范例的形式简介了绿色游船技术的应用发展。     

舰船动力系统数字孪生技术体系研究

[目的]为了实现数字孪生技术在舰船动力系统中的应用,针对舰船动力系统集成度高、全寿期研制特点,梳理在动力系统研制中应用数字孪生技术的技术路线.[方法]利用数字孪生技术的虚实融合与实时交互、迭代运行与优化、全要素与全流程数据驱动等优势,开展符合动力系统研制特点的数字孪生技术体系研究.[结果]经研究,构建了舰船动力系统中应...     

煤炭港口数字孪生系统构建及应用

针对当前煤炭港口数字化转型相关研究及实践中存在的技术应用场景比较单一、对全链条全场景覆盖度不够、子系统存在信息孤岛等问题,进行煤炭港口数字孪生系统构建及应用研究。基于对煤炭港口场景的深入了解和运营实践,采用物联网、系统仿真等关键技术,在已有研究的基础上实现数据标准化和接口标准化,提出涵盖全要素、全流程、全场景的煤炭港口数字孪生架构和五维模型。依托某煤炭港口进行应用,系统实现了全面准确反映港口运营情况、规避煤炭自燃安全隐患、大幅提升运营效率的目标。     

基于数字孪生的船舶管加工数字化车间研究

数字孪生是实现物理车间与虚拟车间交互融合的有效技术手段,被国内外相关学术界和企业高度关注,但目前的研究尚处于理论研究阶段,研究成果相对较少且缺乏整体解决方案。本文分析传统车间管控系统架构存在的不足,提出基于数字孪生的数字化车间运行新流程。基于B/S架构进行数字孪生系统设计,并给出与业务系统进行数据及接口集成的方法。利用数据采集网关技术,将现场设备数据进行实时采集、分类、清理及上传,实现基于现场实时驱动的虚拟车间运行。从产品、生产线、过程信息3个方面构建基于数字孪生的车间信息模型。最后,基于武昌造船集团有限公司的全自动化直管柔性加工生产线实现了数字孪生车间系统。     

产品动态全息概念设计模型的研究

产品概念设计及其建模研究有力地支持了创新设计和并行工程的研究和应用,而产品建模又是设计和制造的基础.通过研究多个产品建模方法,提出了产品全生命周期动态全息模型的概念,该模型强调了在概念设计阶段产品数据和应用环境相互作用,并初步分析和研究了产品全生命周期中各过程相互作用以及实例化的产品模型的动态完善.这些研究对产品概念设计阶段的方案创新极为重要.文中介绍了基于该模型开发的计算机辅助船舶轮机舱概念设计原型系统.     

基于数字孪生的船舶管件加工生产线柔性管控系统

针对现有船舶管件加工在生产管理、调试和生产线柔性管控等方面的不足，利用数字孪生技术，进行船舶管件加工生产线虚拟模型构建、虚实生产线同步行为设计、虚实生产线交互接口设计、信息分析和生产线柔性管控等方面研究，设计开发基于数字孪生的船舶管件加工数字化生产线柔性管控系统，实现船舶管件加工生产线自动生产和远程管控等。该系统可为其他离散型制造生产线建设和管控系统设计提供借鉴。     

基于数字孪生技术的船体结构设计研究

由于传统舰船设计方法中存在船体结构设计不合理、设计效率低、多任务协调性差、准确性验证不足、辅助决策功能不成熟等一系列问题,研究基于数字孪生技术的船体结构设计方案。根据船体设计物理信息,使用三维建模技术构建船体结构数字孪生体,采用第三代波浪数值模型求解海洋环境矢量场,模拟真实海洋环境,实现船舶虚拟呈现。通过刚体六自由度运动方程建立船体水动力模型,模拟船舶航行状态,根据模拟航行的测试结果不断迭代优化船体结构设计方案,最终实现船体结构设计优化。实验表明,该方法构建的船舶数字孪生体效果非常逼真,航行模拟状态很准确,相对误差很小,完全可以达到船体结构性能测试的要求。     

产品动态全息概念设计模型的研究

产品概念设计及其建模研究有力地支持了创新设计和并行工程的研究和应用，而产品建模又是设计和制造的基础，通过研究多个产品建模方法，提出了产品全生命周期动态全息模型的概念，该模型强调了在概念设计阶段产品数据和应用环境相互作用，并初步分析和研究了产品全生命周期中各过程相互作用以及实例化的产品模型的动态完善，这些研究对产品概念设计阶段的方案创新极为重要。文中介绍了基本原则于该模型开发的计算机辅助船舶轮机舱概念设计原型系统。     

基于PDM船舶初步设计管理系统的开发

为了在船舶初步设计阶段有效积累、管理、共享和使用各种分布的信息数据，本文在国内外相关研究的基础上提出了一种基于PDM的船舶初步设计管理系统，阐述了其体系结构、应用开发过程和相关功能，为实现船舶全生命周期内的产品数据管理打下了基础。     

船舶结构监测技术研究进展

船舶结构监测系统是感知船体自身结构安全状态的重要手段,国内外船舶领域的专家学者开展了大量研究工作,船级社也制定了相关设计规范。目前,智能船舶的发展对船舶结构监测系统提出了更高要求,除了实时监测结构响应参量外,还需具备在线评估结构安全状态、预报结构状态发展趋势以及辅助决策等功能。本文梳理了船舶结构监测系统的技术发展动态,提出应用数字孪生技术提升监测系统的智能化水平,并进一步提出未来需要开展的研究工作,旨在为船舶结构监测系统的智能化设计提供参考。