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...     

三维仿真技术在航标管理中的应用研究

将三维仿真技术应用到航标管理中,有利于航标管理部门更加科学直观地对配布、监控、维护海上航标。通过深入研究IALA组织提出的有关"三维航标应用"推荐要求,分析近年来国内外高新信息技术在航标领域的应用情况,并结合航标日常管养的实际业务需求,开展了基于三维实时仿真技术的航标管养、监控等研究工作,并通过运用大型船舶操纵模拟器的高逼真三维视景仿真和船舶操纵仿真的功能,开展了具体的航标配布模拟检验应用研究工作。结合厦门港主航道航标配布的实际需求,从检验航标布设间距以及航道转向点航标布设最佳位置两个应用层面,介绍了如何利用大型船舶操纵模拟器为航标配布提供服务。     

舰船综合航行性能虚拟试验环境(数值水池)顶层研究

从需求和技术推动的角度,提出自主研发我国舰船综合航行性能虚拟试验环境(数值水池)的整体设想,运用系统工程概念开展顶层设计研究,制定了总体研究思路,确定了总目标、技术指标体系以及主要研究内容和十大关键技术,并基于系统分析的概念给出了优选研究方案及关键技术攻关途径。该系统建成后,将可大大缩小船舶计算流体学研究领域内的国内外差距,显著提高国内舰船创新设计水平和船舶设计的国际竞争力,促进我国船舶工业的跨越发展。     

舰艇驾驶室设计验证及评价方法研究

针对设备布置复杂、操作性要求高的舰艇驾驶室,本文提出了运用虚拟视景仿真和实尺模型技术来验证和评价其人机工程设计的方法。实践证明,这是一种有效的辅助设计手段,加快了其设计方案的决策过程。同时增强了未来使用方和建造方参与设计的机会,从而推进和改善了实船驾驶室人-机-环境的设计能力。     

船舶虚拟装配集成化建模方法研究(英文)

A new method of virtual ship assembly modeling which integrates ship three-dimensional design and ship construction planning was described in this paper. A workflow model of simulation modeling based on the virtual ship assembly process was also established; furthermore, a method of information transformation between the ship three-dimensional design and ship construction plan was formulated. To meet the requirements of information sharing between different systems in the ship virtual assembly, a simulation database was created by using the software engineering design method and the relational data model. With the application of this database, the information of ship three-dimensional design, construction planning, and virtual assembly can be integrated into one system. Subsequently, this new method was applied as a tool to simulate the virtual assembly of a ship, and the results guarantee its rationality and reliability.     

依据MBD的LNG船分段虚拟建造仿真技术

依据基于模型定义（Model Based Definition，MBD）的船舶虚拟建造技术是对船舶设计技术的创新。通过选取液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）船船体分段建造的重要工艺环节，基于统一的三维模型，根据船舶建造工艺流程，在实船建造前开展基于三维模型的虚拟仿真验证，动态分析船舶中间产品的可制造性以优化工艺设计，打通船舶产品设计（Ship Product Design，SPD）三维模型在三维完整性建模设计、虚拟仿真、生产中的数据链路，形成基于三维模型的产品设计、工艺设计和建造仿真技术方案，可有效降低现场返工率、提升船舶建造效率和质量。     

虚拟装配中基于层次包围盒的空间快速验证

[目的]针对现有虚拟装配与维修中可移动空间计算的算法精度、效率较低,甚至缺少算法的问题,结合舰船虚拟装配、维修的实际需求,提出一种能够快速、准确计算零部件在移动空间中碰撞验证的算法.[方法]首先,以层次包围盒与三角面片相交检测算法为基础,改进层次包围盒与三角面片在移动空间中进行变换的方法;然后,根据二分法与递增法求得干...     

Backstepping的船舶运动RBF-NN稳定性控制研究

针对船舶运动的非线性模型,设计了一种船舶航行的稳定性控制算法。首先将被控系统分解成与系统阶数相同的子系统,然后利用Backstepping技术,分别为每个子系统设计虚拟控制律,迭代得出虚拟输入控制律,其中的非线性未知函数用RBF-NN逼近,随着迭代次数的增加利用一阶低通滤波器解决计算量膨胀问题。最后通过Lyapunov第二判断法分析验证控制系统的稳定性,基于MATLAB仿真试验,结果表明该方法能够实现船舶航行的稳定性控制。     

Obstacle avoidance of unmanned ship swarm based on virtual navigator and improved Hooke's law北大核心CSCD

[目的]针对无人船集群规避障碍物的问题,提出一种基于虚拟领航者和改进胡克定律的弹性集群编队控制方法。[方法]首先,根据障碍物的长和宽得到其外接椭圆,按照长宽比向外扩展出虚拟碰障区、避障反应区、自由航行区,实现水面避障物模型的简化;其次,基于虚拟领航者和改进胡克定律,对编队各成员之间、各成员虚拟领航者之间的相对距离和速度予以约束,采用坐标形式设置编队队形,构建弹性编队模型,并基于障碍物的环形斥力场来实现单无人船的避障,以及在弹性集群编队的组织下实现无人船集群的避障;然后,通过优化处理无人船的航行过程,消除编队及避障过程中的“徘徊”和“振荡”等现象,使各无人船的运动更加平滑;最后,运用Matlab软件对由4艘无人船组成的集群编队进行仿真实验。[结果]实验结果表明,编队可成功绕过设置的所有障碍物,验证了所提方法的有效性和可行性。[结论]该方法可实现无人船集群对水面障碍物的规避,具备在一定复杂环境下的通过能力,可为无人船集群避障的应用及研究提供参考。     

基于进化超图的虚拟舰船信息描述原理研究

虚拟舰船的实现将大大提高舰船研制的效率,研制中的虚拟样舰的数据信息、行为信息和过程信息具有层次性和可分型的特点.进化超图理论将虚拟舰船信息进行形式化的描述,来表现处于研制过程不同阶段的虚拟样舰的信息.虚拟舰船模型中进化超图理论的实践,对实现舰船并行研制中各任务的知识处理、协同和集成具有重要意义.     

空中爆炸下舰船动态响应数值模拟

运用非线性动力有限元软件MSC.DYTRAN,计算了空中非接触爆炸冲击波作用下舰船动态响应过程.冲击波的计算结果与经验公式吻合良好,表明计算结果是合理的.在此基础上,分析了船体结构的应力情况,能量吸收和冲击环境,得出相关结果,对舰船的抗爆设计具有一定指导意义.     

虚拟机舱管路布局算法优化设计

针对当前船舶管路布局设计主要依靠经验丰富的设计人员手动敷设完成,为提高管路自动化布局效率,提出了一种基于改进遗传算法的三维空间管路设计方法,以辅助设计者完成管路布局工作。通过在经典遗传算法的整体框架中引入免疫选择机制,增加免疫检测算子和免疫平衡算子,改进了遗传算法仅依靠适应度值选择后代个体易造成算法陷入局部最优解的不足,维护了种群多样性,提高了算法运行效率。以船舶机舱为对象建立虚拟机舱仿真环境,采用栅格法对布局空间进行划分,以十进制浮点数编码方式进行算法编码设计。MATLAB仿真结果验证了改进遗传算法在管路布局优化设计问题上的可行性和搜索效率,采用C#语言编写脚本控制程序,在Unity3D虚拟机舱环境中实现了管路路径的布局设计。     

虚拟仿真技术在舰船研制评估中的应用研究

首先介绍了仿真技术、虚拟现实技术及虚拟仿真的概念;同时对虚拟仿真技术在国内外舰船研制中的发展作了阐述;最后用实例说明虚拟仿真技术在舰船研制评估当中的应用,并提出了以虚拟仿真为基础的舰船研制评估的系统结构.     

船舶电机虚拟维修系统的研究

虚拟维修是一种崭新的维修模式,具有较多优点。文章阐述了船舶电机虚拟维修系统的设计,并以船舶电机的虚拟拆卸、保养、维修为例,采用虚拟现实软件——virtools实现对电机的虚拟拆卸、保养、维修功能。通过分析虚拟维修系统表明,它对开发更高级的虚拟维修训练系统提供一定的参考价值。     

充气护舷系统的设计方法

充气橡胶护舷是以压缩空气为介质的船舶停靠防碰撞装置,通常应用在船靠船（ship to ship）、船靠码头（ship to wharf）以及潮位变化较大的码头安装。本文主要介绍了充气护舷系统的设计思路以及具体计算方法,并对各种应用环境下护舷的设计进行了分析。     

面向国产大型邮轮的虚拟设计评审方案研究

本文分析了国内大型邮轮三维设计模型的虚拟评审需求,基于Intergraph Smart 3D和SmartPlant Review软件,提出了国产大型邮轮虚拟设计评审的总体解决方案。该方案采用三维模型轻量化、模型虚拟评审以及大型邮轮设计-评审数据转换等关键技术,实现了面向大型邮轮设计的沉浸式三维模型全流程虚拟评审,并通过在国产大型邮轮设计模型上的应用测试,验证了该方案的可行性,可为提高大型邮轮设计生产效率、缩短建造周期以及降低生产成本等提供重要的技术支撑。     

船舶虚拟仿真技术在船舶建造评估中的应用研究

文章分析了当前船舶虚拟仿真评估技术的产业现状,介绍了船舶虚拟仿真技术在船舶建造评估中的应用发展趋势,对实现船舶虚拟仿真技术在船舶设计运用中存在的问题和难点进行了探讨,指出了我国先进船舶制造模式的关键技术和应用前景.     

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。     

船舶舱室设计中的人机工程仿真合理性评估研究

本文针对当前船舶舱室设计中面对的人机工程问题,基于虚拟仿真技术,提出了一种人机工程仿真合理性评估方法。通过选择合适的评估指标,从活动可达性、活动可视性、活动空间、活动舒适性、活动安全性及环境因素等多个角度全方位对舱室设计开展评估。并以某船员居住舱室为例开展了相应的仿真评估,有助于提前对设计结果进行可行性验证,避免设计失误,提升船员居住体验。     

虚拟航标系统的开发与仿真

探讨了虚拟航标系统的实现方法,基于VB和MapX开发了虚拟航标系统的应用软件。使用AIS设备对虚拟航标进行了仿真,在电子海图显示终端可视化监视本船和虚拟航标之间的关系,并在航行过程中借助电子海图空间分析函数来判断虚拟航标与船舶之间的距离,并对航路起实时监视的作用。仿真结果证明了论文所采取的实现虚拟航标系统技术路线的可行性,为今后实船论证虚拟航标系统提供了理论基础。