Research on an Integrated Modeling Method of Virtual Ship Assembly

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.

船舶操纵性海试实验虚拟仿真设计与应用

操纵性试验是船舶海试的重要组成部分,可有效评估船舶投入运营后操纵性能的优劣。船舶操纵性海试准备时间长、成本高、风险大,难以开展实验教学。依托虚拟仿真软硬件设施,充分融合虚拟现实技术、3D成像投影技术与船舶操纵性能分析方法,探索新型实验教学模式,完成船舶操纵性海试虚拟仿真设计;并以集装箱船为例,开展实验教学应用研究。船舶操纵性海试实验虚拟仿真有效弥补了海试的诸多不足,为学生沉浸式体验船舶操纵性海试全过程、掌握相关实验规程与分析方法提供良好的虚拟仿真环境。

基于数字孪生的分段建造可视化系统设计

针对船舶分段生产过程中存在的数据直观性差、关键信息共享程度低,分段位置不明确等问题,综合考虑分段工艺流向、堆场资源等情况,等比例搭建船舶分段建造产线孪生模型;构建孪生数据驱动的分段建造管理体系和数据存储管理方法,为分段建造监控提供数据基础;应用建模软件和虚拟仿真软件,提供动态数据查询与决策依据的可视化平台,为船舶产品建造和管理中各类信息的集成化应用提供支持。

基于虚拟现实技术的船舶航行实景三维模型设计

为提升船舶驾驶人员及船员的船舶整体认知以及海况应对能力,确保船舶航行以及作业安全,设计基于虚拟现实技术的船舶航行实景三维模型。按船舶航行需遵循的物理定律以及原理,建立船舶航行运动姿态数学模型,并通过3Dmax构建船舶航行环境实体以及地形模型,利用PM海浪谱法构建海表面三维模型,而后通过Unity3D虚拟现实仿真软件驱动调整构建的三维模型,并对所构船舶三维模型采用改进混合包围盒法实施碰撞检测,把地形以及海浪等实际数据信息融入到导入的模型之中,仿真模拟船舶航行实景,实现人机交互。实验结果表明,基于虚拟现实技术实现的船舶航行实景三维模型,可较为真实模拟船舶航行实景,为确保船舶航行以及作业安全提供可靠参考与保障。

VR技术在船舶分段装配实训教学中的应用

VR技术与传统教学的融合是现阶段教育教学的一个发展趋势。基于当前VR技术在实训教学中的现状,探讨VR技术在船舶分段装配仿真实训教学中的作用和意义,并具体分析了VR技术在船舶分段装配实训教学中的应用。通过调查分析证明了VR技术在船舶分段装配仿真实训教学中的应用效果,最后提出推进VR技术在船舶分段装配仿真实训教学中的具体操作建议。

一种无需指定船舶位置的新型船舶大规模自主编队方法

[目的]针对船舶大规模编队通信量大、编队速度慢、不便于扩充等问题,提出一种新型的虚拟壁面编队方法。[方法]使用局部通信,根据自然规律,设定虚拟作用力驱使船舶向目标位置集合,并通过虚拟壁面调整队形,从而实现船舶编队的目的。[结果]结果表明,所提方法能够按照“就近原则”快速地完成编队,通信量低且不随编队规模而增加。通过对船舶编队的静态、动态、旋转、缩放和避障的仿真验证了这种算法的有效性。[结论]所提虚拟壁面法具有通信量低、编队速度快、扩充简单等优势,在船舶大规模编队中具有明显优势。

将多元技术引入船海专业核心实验课程的改革与实践

基于船海工业近年来发展的大背景,面向社会对高校培养船海专业人才的需求,以船海专业培养过程中的核心实验课程为目标开展研究,并在哈尔滨工程大学开展将多元技术引入船海专业核心实验课程的改革实践。首先,通过虚拟现实技术构建船海专业核心实验课内容,将大型实验课程的设备、流程、效果全部虚拟化,即使不在实验场地也可以身临其境地体验实验过程,极大地降低了开展船海专业实验课程的门槛;其次,将科研用途的自研仪器用于教学实验过程中,不仅在实验教学中增加了先进技术,而且支持开展更多拓展实验,鼓励学生自主设计实验内容与方案;最后,通过实验建立多元技术引入的船海专业核心实验课程教学模式,增强船海专业核心实验课程的自主性与适用性,满足了专业核心实验课程改革需求,为船海专业核心实验课程改革提供指南。

基于船舶-流场耦合作用的内河航段船舶航行虚拟辅助驾引

[目的]为进一步提高船舶航行的安全性,对船舶辅助驾驶决策相关内容开展研究。[方法]针对选取的两段内河典型航段,基于实时数字航道流场信息,考虑航行规则约束,模拟船舶-流场耦合作用下的复杂流场航段虚拟辅助驾引。模拟南京和东流航段的虚拟辅助驾引,给出相应的安全驾驶方案,在航行过程中对船舶速度、位置和航向等信息进行实时追踪。[结果]仿真结果表明,基于Fluent二次开发的船舶-流场耦合作用的算法可有效解决船舶多自由度运动耦合和船舶-流场多物理场耦合的解耦问题;遇见弯道或分汊时,操小舵角长距离航行可以在避免降速和较大横移的同时实现船舶的安全航行。[结论]该算法可以有效对接数字航道流场信息,开展复杂流场环境下内河航段船舶航行的过程模拟,结果可为内河航段船舶智能航行决策提供数据支撑。

基于虚拟直流电机控制的船舶高频高峰值脉冲负载冲击平抑控制策略研究

高频高峰值脉冲负载对具有弱惯量特性的船舶电力系统呈现较大的功率冲击影响,严重时会造成船舶发电机组振荡停机。针对这一问题,该文首先建立典型脉冲负载的数学模型,研究脉冲负载功率特性及其对船舶电力系统冲击机理。根据研究结果,提出采用超级电容冲击平抑装置平抑脉冲功率。其次,通过分析虚拟直流电机(VDG)运行机理,确定通过VDG控制提升双向DC-DC变换器惯量的可行性。基于以上研究,推导双向DC-DC变换器的小信号模型及系统传递函数,分析虚拟转动惯量及虚拟阻尼对平抑装置稳定性的影响。然后,提出一种适用于脉冲负载稳态运行和暂态突变的平抑装置控制策略。最后,基于RT Box 3半实物仿真平台,搭建了具有平抑装置的船舶电力系统模型,验证了所提控制策略的有效性。

三维虚拟船舶系泊操纵评估系统

为保障船舶驾驶操纵过程中的航行安全,准确评估船员的实操技能,针对目前船舶系泊操纵评估缺乏完整评价指标体系的问题,结合专家评估法和模糊综合评价法进行系泊操纵技能评估,构建每个评价指标的隶属度函数;采用层次分析法(AHP)确定每个评价指标的建议权重值和标准值,以确保评价结果准确可靠;利用三维虚拟船技术,根据各因素对系泊操纵的影响程度研发一套系泊操纵技能自动评估系统,实现对船舶系泊操作的全面评估。研究结果表明:该系统评估结果与专家评估结果相比,有较高的一致性,证明模型在评估船员系泊操纵技能方面的有效性和可靠性。

基于虚拟现实的船舶航行复杂周围环境图像三维仿真

为提升船舶在复杂航行环境中的安全,提出基于虚拟现实的船舶航行复杂周围环境图像三维仿真方法。该方法使用虚拟现实技术中的Vega Prime虚拟现实开发工具,依据海洋、船舶相关数据与图像,使用Crertor工具建立flt静态三维模型库,从该模型库内导出船舶三维模型所需数据后,使用Vega Prime虚拟现实开发工具的LynXPrime图形界面,对船舶航行复杂周围环境的水体、海浪等进行建模并进行纹理制作后,再通过实时驱动、视景仿真驱动以及仿真交互程序运行,实现船舶航行复杂周围环境图像三维仿真模型的交互。实验结果表明,该方法可有效对船舶航行复杂周围环境的洋流流向、流速、海水温度进行三维仿真。同时也可对船舶航行环境内其他船舶进行红外视景可视化,且应用效果较佳。

基于虚拟同步发电机的船舶电力系统与港口岸电并网控制方法研究

文章针对船岸连接并网无缝切换与稳定性提升问题,在设计功率控制器、励磁控制器和预同步控制器的基础上,提出了基于虚拟同步发电机的船舶电力系统与港口岸电并网控制算法。在Matlab/Simulink环节下,对所提出的控制算法进行验证,仿真结果表明,应用所提出的船岸并网控制算法,能够较好地实现船岸并网无缝切换和快速同步;在负载突变情况下,岸电系统能快速反应,并及时增加或减少输出功率,动态响应效果符合预期。

虚拟多视点舰船图像背景局部缺失修复方法

针对虚拟多视点舰船图像生成时,图像背景容易出现局部缺失的问题,研究虚拟多视点舰船图像背景局部缺失修复方法。依据舰船的多视点图像及相应视差图,利用反向映射方法生成舰船虚拟视点图像,将消除伪影后的舰船虚拟视点图像,合成为虚拟多视点舰船图像。利用图切割方法,构建虚拟多视点舰船图像前景与背景标号对应的吉布斯能量方程,确定各像素点的标号,自动分割虚拟多视点舰船图像。利用快速行进算法,依据由外至内的次序,依次修复图像背景中的局部缺失点,实现虚拟多视点舰船图像背景的局部缺失修复。实验结果表明,该方法可有效修复虚拟多视点舰船图像背景中的局部缺失,修复后图像像素点的峰值信噪比高于25 dB。

基于VR的船舶管系装配方案评价研究

为了评价船舶管系虚拟装配方案的质量,文章结合管系安装工艺和实际装配过程,综合考虑干涉情况、工艺数值因素、安装因素以及托盘使用情况,提出虚拟装配方案评价指标体系,并进一步提出基于模糊综合评价的虚拟装配方案评价方法。以某邮轮机舱区燃油管系为例,统计其虚拟装配方案的数据,并应用该方法对方案质量进行评估,结果表明:该方法使用效果良好,满足船舶管系装配的要求,能够为实际装配过程提供有利指导。

VSG控制的无人船低电压故障短路电流计算方法

为保证某混合能源无人船中储能设备并入交流母线的稳定性和安全性,采用虚拟同步发电机(VSG)技术对储能设备进行控制。通过对无人船电力系统发生对称低电压故障后的虚拟同步发电机进行暂态分析,考虑到虚拟同步发电机与传统同步发电机在功角特性、耐流能力等方面的不同,对虚拟同步发电机提出新的暂态分析方法,并改进传统短路电流的计算方法,提出考虑内电势变化的改进短路电流迭代计算方法,以提高短路电流计算的精确性。相比于不考虑内电势变化,该计算方法计算得到的短路电流实现了理论值与仿真值的吻合,误差率小于0.5%,可为后续无人船保护整定提供精确的参考依据。

基于虚拟仪器技术的船舶电场仿真与信号生成研究

水下电场半实物模拟是研究船舶水下电场特性、验证水下电场感知装置性能和特征检测算法效果的重要手段。本文围绕电场半实物模拟需求,将电场数学模型与虚拟仪器技术相结合,基于LabVIEW平台开发了一套船舶电场模拟装置,可将船舶数学模型仿真信号转化为可被物理感知的电压信号。将船舶电场等效为水平电偶极子模型,基于LabVIEW语言开发测控软件界面,底层调用偶极子电场模型动态链接库文件实现电场信号的数值计算,利用数值信号驱动24位D/A卡产生模拟电压信号,实现船舶电场信号的物理生成。经实验验证,船舶电场模拟装置可实现典型海洋环境下运动船舶电场信号的物理输出,输出信号曲线与模型计算曲线吻合,可为船舶电场测试以及相关算法验证等提供信号输入。

船舶电站装置可视化虚拟仿真操作系统设计

采用虚拟现实技术实现了可视化船舶电站动力装置的虚拟仿真远程运行功能,实现了船舶电站动力装置系统的远程运行、使用和维护,并可对过程进行评价和考核,解决了实际运行训练中存在的不足和局限,具有重要的实践意义和实际价值。

基于三维虚拟的港口作业调度模拟算法设计与实现

在模拟港口调度情况时,由于对实际环境数据的同步处理难度较大,导致模拟结果与实际情况存在较大误差,为此,提出三维虚拟港口调度模拟算法设计与实现研究。使用OPT-EVC2-J2201视觉控制装置作为港口三维虚拟视觉数据的采集载体,借助该装置的高动态范围CMOS传感器、高速调谐激光功能与增益以及窄带滤光片去除港口水面镜面效应干扰,实现准确的三维虚拟视觉数据采集,包括港口目标物体积、点云、定位坐标信息。基于采集到的三维虚拟视觉数据下的船舶信息,建立具有逼真感的虚拟港口环境。在港口调度方面,设计合适的调度方案,模拟船舶进港过程中的行为。整个调度过程通过模拟、控制船舶行驶状态,降低碰撞事故风险来优化港口资源利用。在测试结果中,船只等待时间的最大值和最小值的误差均稳定在1.0 min以内。

动态场景渲染下舰艇模拟训练实验室虚拟重建

为了舰艇模拟训练的视景动态跟随三维逼真度,通过对舰艇模拟训练实验室虚拟重建设计,提高辅助训练效果,提出基于VR的动态场景渲染下舰艇模拟训练实验室虚拟重建方法。在多武器平台的模拟海战场景下构建舰艇模拟训练实验室的三维背景场景分布模型,在分布式虚拟训练环境下采用Multigen-Creator三维重构方法建立舰艇模拟训练实验室的三维实体结构模型,通过动态场景渲染方法实现对实验室虚拟重建过程中的分离面裁剪和纹理动画序列重组,构建舰艇模拟训练的三维视景场的VR仿真模型,实现对舰艇、来袭武器、拖曳体以及舰艇尾流的建模和模拟训练实验室的三维虚拟重建。仿真结果表明,重建的舰艇模拟训练实验室具有很好的视景仿真和作战模拟训练的动态数据分析能力。

面向船舶的基于WPA-BP与虚拟现实的机舱安全监测

为了提高对船舶机舱安全运行远程故障诊断的效率,对船舶机舱的智能化诊断与监测进行了研究,设计了一种船舶机舱安全监测系统;采用优化后的狼群算法对反向传播神经网络进行改进,并创新建立了狼群算法-反向传播基础上的机舱柴油机故障诊断模型;经实验测试实现了平均诊断准确率高达99.102%、响应时间0.048 ms的验证结果;经实际应用满足了船舶安全运行的需求,提高了故障诊断有效性。