CN113722818B - 一种船舶复杂系统数字化试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶复杂系统数字化试验系统，包括：试验系统设计模块，用于试验系统设计；试验流程设计模块，用于试验过程设计；试验过程运行模块，用于将整个试验运行过程分解为若干组串行顺序相继运行的试验阶段，开展数字化试验运行；试验结果分析模块，用于对试验结果进行分析；物理试验验证模块，用于进行物理试验验证，实现虚实融合试验验证；试验数据引擎模块，用于对数字化试验数据存储共享，并对试验模型、试验数据、试验流程统一管理；信息化网关BOM，用于试验系统对象和外部接口与数字化试验系统各模块之间的数据信息交互和代码编译。本发明能提高船舶复杂系统数字化水平和正向设计效能，缩短船舶复杂系统研制周期。

Description

一种船舶复杂系统数字化试验系统

技术领域

本发明涉及船舶动力系统设计技术，尤其涉及一种船舶复杂系统数字化试验系统。

背景技术

船舶总体设计是协同专业多、设计周期长、研发难度大的复杂巨系统工程。试验验证是全生命周期中关键研制过程，在传统研制中船舶动力、电力等复杂系统一般会开展仿真试验、半物理试验、单机试验、系统缩比试验、全系统陆上联调试验、实船系泊试验和海上航行试验等多阶段试验。传统的船舶系统工程研制较大的依赖实体试验验证方式，这样也直接带来了实船复杂系统研制周期长、设计经费高、采办指标无法优化及设计反复更改等技术问题，传统试验方法匮乏和试验验证水平局限性，更无法支撑未来船舶复杂系统研制的迫切需求。

随着大数据、数字孪生、云计算等先进信息通讯技术的高速发展，数字化试验验证技术能够提升船舶复杂系统总体设计能力。数字化试验就是一种基于数字化模型的复杂巨系统试验数据产生、提取和分析的系统工程过程，以建模仿真、虚拟现实和知识工程方法为技术基础，在包括功能模型、性能模型、环境模型、流程模型和可视化交互机制的数字化试验平台中，虚拟模拟物理系统实际试验中人、机、法、环、管等要素交互作用过程。数字化试验为船舶复杂系统试验验证提供了新方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种船舶复杂系统数字化试验系统，提高船舶复杂系统总体设计的效能，缩短船舶复杂系统研制周期，减小实船复杂系统试验风险。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种船舶复杂系统数字化试验系统，包括：

试验系统设计模块，用于试验系统设计；具体过程如下：根据船舶复杂系统试验项目任务目标，进行单项或联合数字化试验的目标需求分析，提出试验指标和试验成功判据，围绕试验方案内容，确定试验系统原理、参试系统管路、参试设备仪表、系统控制参数、试验系统接口在内的试验要素，并构建复杂系统数字化试验系统模型；

试验流程设计模块，用于试验过程设计；具体过程如下：将试验过程作为若干组试验技术状态的组合，将试验过程划分和抽取为若干组原子级的试验技术状态，每原子级试验技术状态包括系统操作状态、系统运行状态和人员战位状态在内的试验过程组态，各级试验过程组态由输入参数、输出参数和状态参数共同决定；然后，按照数字化试验系统模型和试验方案，把试验项目拆解为一步一步顺序进行的试验流程，每个试验流程定义试验操作状态参数、系统运行状态参数和人员战位状态参数，形成数字化试验流程模型；然后编辑试验流程方案并生成用于数字化试验运行的样本；

试验过程运行模块，用于将整个试验运行过程分解为若干组串行顺序相继运行的试验阶段，每个试验阶段由串行顺序排列的试验步骤组成，每个试验步骤由若干串行和并行排列的试验指令和试验操作组成，在数字化试验运行过程中，通过调取试验系统模型和试验流程模型，按照“试验阶段——试验步骤——试验指令——试验操作”的组态顺序逐层开展数字化试验运行，同步校核每步试验状态是否满足操作指令和运行参数判据的要求，并实时记录试验数据；

试验结果分析模块，用于采用敏感分析、过程响应分析、因果分析方法，根据分析结果评估每个数字化试验操作过程是否满足复杂系统稳态和动态运行过程中操作的稳定性和合理性，再将数字化试验的结果数据与实际试验大纲要求的参数进行对比分析，判定数字化试验数据是否满足合理，通过试验过程和对应试验数据综合判定，提出满足试验运行的最优方案，并完成数字化试验验证；其中，试验数据判定是对试验数据进行灵敏度分析、相关性分析和数据统计分析，评估并优化数字化试验结果数据；

物理试验验证模块，用于通过实际半物理或缩比系统试验、陆上系统试验、实船系统系泊航行试验进行物理试验验证，实现虚实融合试验验证；

试验数据引擎模块，用于通过构架试验设计库、试验数据库、试验流程库和试验模型库，实现对海量数字化试验数据存储共享，并对试验模型、试验数据、试验流程统一管理、记录、存储以及回放和分析处理；

信息化网关BOM，用于试验系统对象和外部接口与数字化试验系统各模块之间的数据信息交互和代码编译。

本发明产生的有益效果是：

本发明通过全新创建的一种船舶复杂系统数字化试验系统，解决船舶复杂系统研制周期长、经费高、设计反复等难题，化解实船复杂系统的实际试验风险，提高船舶复杂系统数字化水平和正向设计效能，缩短船舶复杂系统研制周期和经费。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，一种船舶复杂系统数字化试验系统，包括：

试验系统设计模块，用于试验系统设计；具体过程如下：根据船舶复杂系统试验项目任务目标，进行单项或联合数字化试验的目标需求分析，提出试验指标和试验成功判据，围绕试验方案内容，确定试验系统原理、参试系统管路、参试设备仪表、系统控制参数、试验系统接口在内的试验要素，并构建复杂系统数字化试验系统模型；

试验流程设计模块，用于试验过程设计；具体过程如下：将试验过程作为若干组试验技术状态的组合，将试验过程划分和抽取为若干组原子级的试验技术状态，每原子级试验技术状态包括系统操作状态、系统运行状态和人员战位状态在内的试验过程组态，各级试验过程组态由输入参数、输出参数和状态参数共同决定；然后，按照数字化试验系统模型和试验方案，把试验项目拆解为一步一步顺序进行的试验流程，每个试验流程定义试验操作状态参数、系统运行状态参数和人员战位状态参数，形成数字化试验流程模型；然后编辑试验流程方案并生成用于数字化试验运行的样本；

试验过程运行模块，用于将整个试验运行过程分解为若干组串行顺序相继运行的试验阶段，每个试验阶段由串行顺序排列的试验步骤组成，每个试验步骤由若干串行和并行排列的试验指令和试验操作组成，在数字化试验运行过程中，通过调取试验系统模型和试验流程模型，按照“试验阶段——试验步骤——试验指令——试验操作”的组态顺序逐层开展数字化试验运行，同步校核每步试验状态是否满足操作指令和运行参数判据的要求，并实时记录试验数据；

试验结果分析模块，用于采用敏感分析、过程响应分析、因果分析方法，根据分析结果评估每个数字化试验操作过程是否满足复杂系统稳态和动态运行过程中操作的稳定性和合理性，再将数字化试验的结果数据与实际试验大纲要求的参数进行对比分析，判定数字化试验数据是否满足合理，通过试验过程和对应试验数据综合判定，提出满足试验运行的最优方案，并完成数字化试验验证；其中，试验数据判定是对试验数据进行灵敏度分析、相关性分析和数据统计分析，评估并优化数字化试验结果数据；

物理试验验证模块，用于通过实际半物理或缩比系统试验、陆上系统试验、实船系统系泊航行试验进行物理试验验证，实现虚实融合试验验证；

试验数据引擎模块，用于通过构架试验设计库、试验数据库、试验流程库和试验模型库，实现对海量数字化试验数据存储共享，并对试验模型、试验数据、试验流程统一管理、记录、存储以及回放和分析处理；

信息化网关BOM，用于试验系统对象和外部接口与数字化试验系统各模块之间的数据信息交互和代码编译。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种船舶复杂系统数字化试验系统，其特征在于，包括：

试验系统设计模块，用于试验系统设计；具体过程如下：根据船舶复杂系统试验项目任务目标，进行单项或联合数字化试验的目标需求分析，提出试验指标和试验成功判据，围绕试验方案内容，确定试验系统原理、参试系统管路、参试设备仪表、系统控制参数、试验系统接口在内的试验要素，并构建复杂系统数字化试验系统模型；

试验流程设计模块，用于试验过程设计；具体过程如下：将试验过程作为若干组试验技术状态的组合，将试验过程划分和抽取为若干组原子级的试验技术状态，每原子级试验技术状态包括系统操作状态、系统运行状态和人员战位状态在内的试验过程组态，各级试验过程组态由输入参数、输出参数和状态参数共同决定；然后，按照数字化试验系统模型和试验方案，把试验项目拆解为一步一步顺序进行的试验流程，每个试验流程定义试验操作状态参数、系统运行状态参数和人员战位状态参数，形成数字化试验流程模型；然后编辑试验流程方案并生成用于数字化试验运行的样本；

试验过程运行模块，用于将整个试验运行过程分解为若干组串行顺序相继运行的试验阶段，每个试验阶段由串行顺序排列的试验步骤组成，每个试验步骤由若干串行和并行排列的试验指令和试验操作组成，在数字化试验运行过程中，通过调取试验系统模型和试验流程模型，按照“试验阶段——试验步骤——试验指令——试验操作”的组态顺序逐层开展数字化试验运行，同步校核每步试验状态是否满足操作指令和运行参数判据的要求，并实时记录试验数据；

试验结果分析模块，用于采用敏感分析、过程响应分析、因果分析方法对试验结果进行分析，根据分析结果评估每个数字化试验操作过程是否满足复杂系统稳态和动态运行过程中操作的稳定性和合理性，再将数字化试验的结果数据与实际试验大纲要求的参数进行对比分析，判定数字化试验数据是否满足合理，通过试验过程和对应试验数据综合判定，提出满足试验运行的最优方案，并完成数字化试验验证；其中，试验数据判定是对试验数据进行灵敏度分析、相关性分析和数据统计分析，评估并优化数字化试验结果数据；

物理试验验证模块，用于通过实际半物理或缩比系统试验、陆上系统试验、实船系统系泊航行试验进行物理试验验证，实现虚实融合试验验证；

试验数据引擎模块，用于通过构架试验设计库、试验数据库、试验流程库和试验模型库，实现对海量数字化试验数据存储共享，并对试验模型、试验数据、试验流程统一管理、记录、存储以及回放和分析处理；

信息化网关BOM，用于试验系统对象和外部接口与数字化试验系统各模块之间的数据信息交互和代码编译。