基于数字孪生的舰船动力系统智能运维技术北大核心CSCD

[目的]为提高舰船动力设备的可靠性并降低维护成本,研究基于数字孪生的舰船动力系统智能运维技术及实现方法。[方法]首先,根据模块功能及结构体系需求,建立数字孪生特征的动力系统智能运维架构;然后,通过工况标杆库建立、控制参数智能寻优以及运行自优化,实现基于综合平稳度的智能控制技术;最后,根据基于知识、基于模型及基于大数据驱动的故障诊断方法,实现复杂系统综合故障诊断技术,形成以数字孪生为技术特征的动力系统智能运维体系。[结果]动力系统智能运维平台的应用案例验证了实现智能控制、故障诊断功能的可行性。[结论]研究成果可为舰船智能机舱的研究和设计提供参考。     

基于云计算平台的船舶航行数据实时快速采集系统设计

为给船舶航行控制、运维等提供数据,设计基于云计算平台的船舶航行数据实时快速采集系统。该系统数据源模块利用数据采集装置采集船舶实时航行数据,通过接收机和广播信号将其传输到DDN网络模块内,该网络模块通过路由器、交换机等将船舶航行数据传输到服务模块内,该模块通过采集服务和其他服务内的单元执行数据采集、数据异常分析、告警以及采集远程控制等功能,并将数据采集、分析等结果传输到应用模块内,应用模块通过数据实时显示、数据查询等单元为用户提供数据采集与分析等结果。实验表明,该系统采集船舶航行数据较为精准,且采集数据的实时性较好。     

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。通过引入大数据、物联网、云计算、人工智能和基于模型的系统工程等先进技术,形成由物理层、接口层、数据层、模型层、调度层、功能层及应用层组成的舰船蒸汽动力系统总体数字孪生“7层架构模型”。[结果]舰船蒸汽动力系统虚拟设计分析及试验平台的验证结果表明,数字孪生体系框架可以有效支撑系统方案设计、操作运行分析及试验方案评估,从而实现舰船全生命周期中物理空间与虚拟空间的交互协同。[结论]研究成果可为舰船蒸汽动力系统的总体数字化设计提供参考。     

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。     

Research and design of ship-shore integrated engine room intelligent operation and maintenance system based on data brain北大核心CSCD

[目的]为提升舰船机舱运维的智能化水平,针对机舱设备种类多、数量大、耦合关系复杂等特点,梳理机舱运维智能化应用的技术路线,开发船岸一体化机舱智能运维系统。[方法]首先,分析国内外机舱智能运维技术的发展趋势,融合利用健康管理、大数据挖掘、数字孪生、数据轻量化传输等技术优势;然后,设计符合舰船机舱特点的一体化智能运维系统。[结果]提出了一种基于数据大脑赋能的机舱智能运维系统功能框架、平台设计、运行体系、运行流程及关键技术应用。[结论]研究成果可为舰船机舱智能运维系统设计及应用实践提供参考。     

基于无线网络的船舶机械设备工作状态数据实时采集系统

设计基于无线网络的船舶机械设备工作状态数据实时采集系统,实时高效采集船舶机械设备工作状态数据,为船舶设备管理提供可靠参考与依据。设备层利用内部总线建立与数据采集层有效连接,连接构建完成后,数据采集层的数据采集模块使用基于FPGA的数据采集技术采集船舶机械设备工作状态数据,采集的数据经基于RPODTD的数据传输延时优化策略优化后的无线网络,向数据存储层实时高效传输,由数据存储层有效压缩、控制后,分类存储船舶机械设备工作状态数据。实验结果表明,该系统可较好采集与传输船舶机械设备工作状态数据,数据传输时延低。     

应用PLC控制的船舶甲板起重机故障可视化研究

以实现船舶甲板起重机故障可视化为目的,设计了PLC控制的船舶甲板起重机故障可视化方法.利用数据采集层采集起重机减速机、电机等运行数据,通过现场总线和USB形式传输到PLC控制层,PLC控制层监测起重机运行信息,并采用傅里叶变换和支持向量机进行故障诊断和故障报警,并将相应信息发送至可视化展示层内,利用可触摸显示屏为用户提...     

贝叶斯统计模型在舰船机电自动控制系统中的应用

为提升舰船机电自动控制效果,设计贝叶斯统计模型的舰船机电自动控制系统。现场设备层采集舰船机电设备运行数据,利用贝叶斯统计模型检测运行数据内的异常值,并剔除异常值,可编程逻辑控制器依据机电设备运行数据,确定机电控制向量;用户操作终端依据控制向量,生成舰船机电控制指令,经由传输层传输至现场设备层,利用执行机构按照控制指令自动控制机电设备。实验证明,该系统可有效采集舰船机电设备运行数据,并实现异常值检测,精准自动控制舰船机电。     

基于关联规则的舰船故障数据定位挖掘算法

为了提高舰船故障检测能力,需要进行舰船故障数据的实时挖掘和分类分析,提出一种基于关联规则的舰船故障数据的定位挖掘方法。采用电磁探测器、水声换能器、声呐装置、声学传感器等设备进行不同工况下舰船数据采集,包括舰船辐射噪声、机械振动等数据,对采集的数据进行高维特征融合处理,提取舰船故障数据的关联规则特征量,对提取的特征量采用K均值算法进行聚类分析,并通过BP神经网络分类器实现舰船故障数据的分类识别,实现舰船故障数据定位挖掘。仿真结果表明,采用该方法进行舰船故障数据挖掘的准确性较好,对故障的定位能力较强,提高了舰船实时故障诊断能力。     

基于Unity 3D的集装箱码头数字孪生系统设计

为了实现对自动化码头设备运行状态、堆场集装箱布局、码头作业计划等内容进行远程实时可视化监控和管理,基于Unity 3D软件,设计开发集装箱码头数字孪生系统。利用三维建模软件,构建1:1比例的港口起重机三维模型,并将模型导入Unity 3D软件中。利用上述模型和其他港区设备、环境模型,搭建1:1比例的集装箱码头虚拟三维场景;运用C#语言编写数据通信和设备驱动等程序,实现虚拟集装箱码头同步运行。经测试表明,该系统可以实时采集码头相关数据,并驱动虚拟集装箱码头中的设备模型同步运行,实现集装箱码头的数字孪生。     

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用数字孪生的技术体系,包括规范、平台构建、关键技术、数字孪生体建设、集成验证与示范应用。[结论]研究成果可为舰船动力系统数字孪生技术示范应用及实践提供参考。     

无人船远程遥控系统运行状态实时在线监测方法

为保障无人船顺利执行勘测、投放等任务,提出无人船远程遥控系统运行状态实时在线监测方法。该方法利用感知层内温度传感器、气体传感器、柴油机监测仪、姿态传感器等采集无人船远程遥控系统运行状态实时数据后,通过感知节点控制器与网络层感知节点控制器连接,将无人船远程遥控系统运行状态实时数据传输到ZigBee网络内,再通过该网络将其传输到运算层内,使用运行状态监测模块和异常预警模块获得无人船远程遥控系统运行状态实时在线监测结果与异常结果,并将结果传输到应用层内,应用层通过可视化监测、异常预警展示等模块实现用户的人机交互。实验表明：该方法不仅可有效检测无人船远程操控系统的运行状态,还可对异常状态进行预警,且监测与预警的实时性较好。     

舰船电气控制故障定位系统设计

电气控制系统直接影响着舰船的稳定航行与作战能力,若无法快速地确定电气控制故障位置,不仅会影响舰船的稳定航行,还会对船员生命安全产生威胁,为此提出舰船电气控制故障定位系统设计研究。设计系统硬件为数据采集卡选型单元、PC机设计单元与故障定位终端设计单元;软件为数据采集卡通讯软件模块、PC机软件模块与故障定位终端软件模块。通过上述硬件单元与软件模块的设计,实现了舰船电气控制故障定位系统的运行。实验数据显示:应用设计系统后,舰船电气控制故障定位时间与定位偏差均符合现今舰船的安全需求,充分证实了设计系统的有效性。     

舰船机电设备故障检测数据管理系统的设计

针对装备保障实践产生的数据与信息,采用计算机模拟与检测诊断相结合的方法,设计舰船机电设备故障检测数据管理系统的五个模块,检测系统对被检设备进行实时检测,通过逻辑分析、专家推理,准确实现对故障的定位。     

医院船医疗设备数据采集和传输系统设计

为满足医院船医疗设备数据的实时传输要求,提高系统吞吐能力,设计基于无线网络的医院船医疗设备数据采集和传输系统。构建医院船医疗设备数据采集和传输系统总体框架,基础层的数据采集终端利用条码扫描检测单元、电压和电流互感器、温湿度传感器采集医院设备数据,经放大滤波电路、A/D转换器获取其量测值后,由单片机完成数据打包,通过无线传送单元将其传输至数据处理层实现数据抽取、清洗等处理,网络层的无线自组网络通过路由模块调用基于MinACK的路由算法完成医疗设备数据的传输,由用户层的客户端服务器完成数据的分析、查询、存储等。实验结果表明：该系统可采集呼吸机设备功率数据、各数据段包含数据包数量为40时,系统吞吐能力最突出;用户层客户端服务器可实现UT5321设备数据的查询。     

使用数据挖掘实现舰船故障数据定位

为了更好地保障船舶航行安全,有效提高船舶的故障定位和检测能力,提出了使用数据挖掘实现舰船故障数据定位方法,通过对舰船故障数据进行实时采集和分类挖掘获取船舶航行过程中的异常数据,实现对船舶故障数据关联规则特征的准确提取。在进行故障定位的过程中,合理并利用电磁探测器和声敏传感器等设备进行故障诊断,并对不同类别船舶故障数据的高维特征融合的研究采用数据挖掘分析算法,利用数据挖掘分类器对船舶故障数据进行分类识别和定位挖掘,从而有效保障船舶故障数据定位的精确度和有效性。最后通过实验结果表明,使用数据挖掘实现舰船故障数据定位方法具有较高的故障定位精度。可以应用于船舶故障实时诊断,有效提高船舶故障诊断的实时性。     

基于视频优化技术的舰船导航交互界面设计

针对舰船航行导航需求,设计基于视频优化技术的舰船导航交互界面。利用导航设备单元内的气象仪、GPS、海图等直接获取导航所需数据,同时利用雷达采集器采集雷达扫描视频,将舰船导航所需数据和雷达扫描视频传输到视频优化单元内和人机交互单元内,视频优化单元对雷达扫描视频与气象仪、GPS、海图等数据进行优化融合处理,得到涵盖气象、海图等数据的雷达扫描视频后。将其发送到主控单元内电子海图控制模块内,同时主控单元连接触控显示屏为用户连接人机交互单元,实现电子海图控制、导航定位管理等。实验结果表明,该舰船导航交互界面具备较好的雷达扫描视频生成能力,电子海图背景海图缩放功能等,应用效果较佳。     

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web的船舶交通信息管理系统设计

针对传统船舶交通信息管理系统运行效率慢的问题,结合web,对其进行优化,设计一个基于web的船舶交通信息管理系统。首先按照B/S结构设计系统3层框架,数据采集服务端层、业务逻辑中间件层和web客户端层,然后根据框架设计系统2个主要硬件设备,信息动态采集设备和信息处理设备;最后进行系统软件设计,包括信息采集模块、数据传输模块、数据处理模块、数据储存模块。结果表明:与传统船舶维修信息管理系统相比,本系统运行效率提高5.2 bit/s。     

某舰用变压器在线监测与故障诊断系统研究

[目的]舰船变压器是大型舰船综合电力系统安全、稳定、可靠运行的关键,故应避免出现严重故障。[方法]基于高级精简指令集计算机(ARM),构建变压器状态在线监测与故障诊断系统。通过抗干扰和数据处理,用以保证实时、可靠、准确地获取运行状态数据;通过诊断系统数据分析,以准确预测和判断故障类型并报警,从而保证系统及时动作以防止故障扩大化;通过屏幕化显示,用以提高调度员对变压器运行状态的准确把握能力。[结果]Multisim仿真建模分析与现场运行测试结果表明:该系统可以准确采集变压器的运行状态数据,判断故障类型,并实时反馈给集控中心,从而制定合理的控制策略和规划调度方案,保证舰船综合电力系统正常工作。[结论]研究成果可为舰用变压器在线监测与故障诊断提供参考。