CN113821874A - 基于虚实交互的船舶设备建模方法、系统及可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于虚实交互的船舶设备建模方法、系统及可读存储介质，其中，所述方法包括获取创建的船舶设备需求管理数据包；基于所述需求管理数据包自动调用设备部件模型库创建船舶设备模型，并利用预设的仿真软件对所述船舶设备模型进行仿真；获取实物样机的反馈数据，基于所述反馈数据调用修改数据库对所述船舶设备模型进行修改；对修改后的所述船舶设备模型进行再次仿真并获取反馈结果，直至所述反馈结果低于预设阈值时输出对应的所述船舶设备模型。本发明的基于虚实交互的船舶设备建模方法、系统及可读存储介质，可以解决船舶设备设计质量不佳、研制周期长的问题，以提升船舶设备设计效率和精确度，减少设备测试成本，降低返工延期风险。
Description
技术领域
本发明涉及船舶设计技术领域，特别是涉及一种基于虚实交互的船舶设备建模方法、系统及可读存储介质。
背景技术
随着科学技术的不断创新和深入应用，现代船舶设备已由过去的比较单纯的“机械系统”发展为由“机械+电子+液压+控制+软件”组成的复杂系统；“软件定义”使得嵌入式软件、智能型嵌入式系统、智能系统等在复杂产品和系统中的比重迅速增长；移动互联网、物联网、大数据、机器互联突破了系统的传统边界，更多系统一起形成体系SOS(System OfSystem)；并进而形成CPS赛博物理系统，而船舶设备如果还是采用传统的研制模式，这种应用方式带来的主要问题如下，其一是原有研制模式以文档报告为中心，相关需求无法被结构化，只能通过人工对照的方式来确定每个有效需求被设计考虑，相关需求无法被有效追溯；其二是无法准确地预知船舶复杂设备系统内各子系统之间的相互影响和作用，只能通过“样机—试验—缺陷—设计—样机—试验”的往复返工，导致系统研制周期不断拉长，成本超预算；其三是同时存在设计、验证多套模型仿真数据，相关历史仿真数据存储离散化，重用率低，多学科联合仿真更无从谈起。
因此，迫切需要在船舶设备研制过程中进行思想、模式和方法的创新，以实现在更短的时间内、花更少的钱、做出更好的系统，如何实现基于虚实交互的船舶设备的建模，以解决现有船舶设备设计及验证过程中需求无法被有效追溯、验证周期长及成本超预算、仿真数据离散重用率低等问题，有利于产品建造和质量保障，已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于虚实交互的船舶设备建模方法、系统及可读存储介质，用于解决现有技术中船舶建模需求无法被有效追溯且仿真数据离散重用率低的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于虚实交互的船舶设备建模方法，所述方法包括：获取创建船舶设备的需求管理数据包；基于所述需求管理数据包自动调用设备部件模型库创建船舶设备模型，并利用预设的仿真软件对所述船舶设备模型进行仿真；获取实物样机的反馈数据，基于所述反馈数据调用修改数据库对所述船舶设备模型进行修改；对修改后的所述船舶设备模型进行再次仿真并获取反馈结果，直至所述反馈结果低于预设阈值时输出对应的所述船舶设备模型。
于本发明的一实施例中，所述获取创建的需求管理数据包，具体包括：
获取创建船舶设备的采购方需求以及其他利益相关者的需求；
获取创建船舶设备的规格化评审需求以及规格基线化需求；
获取创建船舶设备的功能架构与逻辑架构的需求。
于本发明的一实施例中，所述基于所述需求管理数据包自动调用设备部件模型库创建船舶设备模型，包括：
基于所述需求管理数据包完成船舶设备功能架构的定义；
基于所述需求管理数据包完成船舶设备逻辑架构的定义；
待所述船舶设备功能架构与所述船舶逻辑架构定义完成后，调用所述设备部件模型库以创建所述船舶设备模型。
于本发明的一实施例中，所述利用预设的仿真软件对所述船舶设备模型进行仿真，具体包括：
利用所述仿真软件对所述船舶设备模型的功能组件进行仿真；
利用所述仿真软件对所述船舶设备模块的逻辑组件进行仿真；
基于所述功能组件与所述逻辑组件的仿真结果，对所述船舶设备模型的动态行为进行仿真。
于本发明的一实施例中，所述方法还包括：对所述仿真结果进行对比记录以更新仿真经验数据库。
于本发明的一实施例中，所述方法还包括将仿真结果发送给用户端，供其创建所述实物样机。
于本发明的一实施例中，若所述再次仿真的是反馈结果大于所述预设阈值，则将再次仿真后的所述仿真结果继续发送给所述用户端，供其更新所述实物样机，并获取更新后的所述实物样机的反馈数据。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种上述的基于虚实交互的船舶设备建模系统，述系统包括：
获取模块，用于获取创建船舶设备的需求管理数据包；
仿真模块，用于基于所述需求管理数据包自动调用设备部件模型库创建船舶设备模型，并利用预设的仿真软件对所述船舶设备模型进行仿真；
修改模块，用于获取实物样机的反馈数据，基于所述反馈数据调用修改数据库对所述船舶设备模型进行修改；
输出模块，用于对修改后的所述船舶设备模型进行再次仿真并获取反馈结果，直至所述反馈结果低于预设阈值时输出对应的所述船舶设备模型。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种上述的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述基于虚实交互的船舶设备建模方法。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种上述的电子设备，所述电子设备包括：所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于加载执行所述计算机程序，以使所述电子设备执行所述的基于虚实交互的船舶设备建模方法。
如上所述，本发明的基于虚实交互的船舶设备建模方法、系统及可读存储介质，基于虚实交互以实时改进船舶模型，可以解决船舶设备设计质量不佳、研制周期长的问题，以提升船舶设备设计效率和精确度，减少设备测试成本，降低返工延期风险，具有如下有益效果：其一是可以实现以模型为中心，基于统一建模语言的一系列系统模型成为全生命期各阶段产品表达的“集线器”，可以被各学科、各角色研发人员和计算机所识别，为研发组织内的高效沟通和协同奠定了基础，并将传统的手工研制实施过渡到通过软件工具和平台来实施，通过软件工具和平台物化了相应的“方法”，使得设计及验证“过程”可管理、可复现、可重用；其二可以保证产品研发单一数据源，需求驱动的船舶设备产品开发计划减少了不必要的返工、杜绝重复流程；使研发团队可以专注在优先级高的工作任务上，通过提高可视性、团队沟通和协作，因为团队使用中央存储库和通用工具来管理产品需求；其三可以实现更大的设计重用，更快速地分析替代方案.对系统设计进行早期验证，缩短船舶设计产品发布周期，提升产品研发质量的同时节约研发运营成本；保持团队高度协作，需求逐层级传导暨验证；并在上下游无缝追溯，提前发现质量问题，避免不必要的返工和变更可控；缩小产品需求、架构设计和发布之间的偏差来降低开发成本和返工。
附图说明
图1显示为本发明的基于虚实交互的船舶设备建模方法于一实施例中的方法步骤图；
图2显示为本发明的基于虚实交互的船舶设备建模方法于一实施例中的电动机控制示意图；
图3显示为本发明的基于虚实交互的船舶设备建模系统于一实施例中的结构示意图；
图4显示为本发明一实施例中电子设备的结构示意图。
元件标号说明
S11～S14 步骤
30 基于虚实交互的船舶设备建模系统
31 获取模块
32 仿真模块
33 修改模块
34 输出模块
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1，于发明一实施例中，本发明的基于虚实交互的船舶设备建模方法包括如下步骤：
步骤S11、获取创建船舶设备的需求管理数据包；
步骤S12、基于所述需求管理数据包自动调用部件模型库创建船舶设备模型，并利用预设的仿真软件对所述船舶设备模型进行仿真；
步骤S13、获取实物样机的反馈数据，基于所述反馈数据调用修改数据库对所述船舶设备模型进行修改；
步骤S14、对修改后的所述船舶模型进行再次仿真并获取反馈结果，直至所述反馈结果低于预设阈值时输出对应的所述船舶设备模型。
需要说明的是，获取创建船舶设备的需求管理数据包，具体包括：获取创建的采购方需求以及其他利益相关者的需求；获取创建的规格化评审需求以及规格基线化需求；获取创建船舶设备的功能架构与逻辑架构的需求，其中，对需求管理进行分类，又可以为需求结构化管理、需求审签和发布、需求变更管理、需求技术状态管理、需求分配管理以及需求追溯管理等，优选地，设置需求追溯管理，可以进行无缝追溯，避免不必要的返工和变更。
进一步地，基于所述需求管理数据包自动调用设备部件模型库创建船舶设备模型，包括：基于所述需求管理数据包完成船舶设备功能架构的定义；基于所述需求管理数据包完成船舶设计逻辑架构的定义；待所述船舶功能架构与所述船舶逻辑架构定义完成后，调用所述设备部件模型库以创建所述船舶设备模型。
需要说明的是，虚实交互验证是双向的，包括所述船舶设备模型能够作为所述实物样机的建造参照，所述实物样机也能够驱动所述船舶设备模型进行修改，所述实物样机在运行过程中会存在实操上的问题与瑕疵，即为所述反馈数据，基于所述反馈数据调用修改数据库可对所述船舶模型进行修改，其中，所述修改数据库为用户创建，根据不同的测试结果有不同的修改方案，并且所述修改数据库可以不断更新，对修改后的所述船舶模型进行再次仿真并获取反馈结果，以此不断迭代，直至所述反馈结果低于预设阈值时输出对应的所述船舶模型，其中，修改的部分主要包括船舶设备结构及设备基座等零件的验证，例如相关结构强度、振动、疲劳等有限元分析计算；元器件验证一般包括管路、电子设备的验证，例如管路流体仿真、电压降计算、瞬态及稳态电流计算。
值得一提的是，所述方法还包括将仿真结果发送给用户端，供其创建所述实物样机，即为本申请所提出的船舶设备，其中，所述实物样机和建立船舶设备的三维模型比例是“1：1”的。
进一步地，若所述再次仿真的是反馈结果大于所述预设阈值，则将再次仿真后的所述仿真结果继续发送给所述用户端，供其更新所述实物样机，并获取更新后的所述实物样机的反馈数据。
需要说明的是，若所述再次仿真的是反馈结果大于所述预设阈值，则继续获取所述反馈结果进行仿真，以此连续迭代N次后，每次优化迭代结果之间的差值在设定的所述阈值范围内即为最优，优选地，该所述阈值可取5％，即所述反馈结果小于或者等于所述预设阈值，其中，所述反馈结果为每次迭代结果之间的差值，该差值为百分比。
进一步地，于发明一实施例中，所述利用预设的仿真软件对所述船舶设备模型进行仿真，具体包括：
利用所述仿真软件对所述船舶设备模型的功能组件进行仿真；
利用所述仿真软件对所述船舶设备模块的逻辑组件进行仿真；
基于所述功能组件与所述逻辑组件的仿真结果，对所述船舶设备模型的动态行为进行仿真。
需要说明的是，所述仿真软件包括但不仅限于MWorks、Matlab、Simulink、STK中的一种或多种，利用所述仿真软件对所述船舶设备模型的功能组件进行仿真，例如对船舶模型性能计算进行仿真；利用所述仿真软件对所述船舶模块的逻辑组件进行仿真，例如对虚实交互联动调试进行仿真，开展的所述船舶模型的动态行为仿真，包括对船舶模型中的软件、电子、力学、物理等多学科行为建模仿真，此仿真具体操作可基于船舶设计原理图开展，而非基于所述船舶模型，主要是通过建立行为模型，利用Modelica统一物理建模语言，基于物理方程描述物理行为，并与其他仿真软件开展协同仿真，例如，电动机控制示例如图2所示，可在电路图的基础上对其进行仿真以验证电子学科行为的可行性。
值得一提的是，所述方法还包括：对所述仿真结果进行对比记录以更新仿真经验数据库。
具体地，所述经验数据库具体为历史数据中的多方案仿真结果以及实际设备运行数据等数据库，每次仿真结束后等到的所述仿真结果都需要进行记录，以更新所述仿真经验数据库，做到每次修改都有迹可寻，而且可以供用户总结仿真经验，以更好地修改。
请参阅图3，在一实施例中，本实施例提供的一种基于虚实交互的船舶设备建模系统30，所述系统包括：
获取模块31，用于获取创建船舶设备的需求管理数据包；
仿真模块32，用于基于所述需求管理数据包自动调用设备部件模型库创建船舶设备模型，并利用预设的仿真软件对所述船舶设备模型进行仿真；
修改模块33，用于获取实物样机的反馈数据，基于所述反馈数据调用修改数据库对所述船舶设备模型进行修改；
输出模块34，用于对修改后的所述船舶设备模型进行再次仿真并获取反馈结果，直至所述反馈结果低于预设阈值时输出对应的所述船舶设备模型。
由于本实施例的具体实现方式与前述方法实施例对应，因而于此不再对同样的细节做重复赘述，本领域技术人员也应当理解，图3实施例中的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个或多个物理实体上，且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现，也可以全部以硬件的形式实现，还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。
除此之外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现任一项所述基于虚实交互的船舶设备建模方法。
参阅图4，本实施例提供一种电子设备，详细的，电子设备至少包括通过总线连接的：存储器、处理器，其中，存储器用于存储计算机程序，处理器用于执行存储器存储的计算机程序，以执行前述方法实施例中的全部或部分步骤。
综上所述，本发明基于虚实交互以实时改进船舶模型，可以解决船舶设备设计质量不佳、研制周期长的问题，以提升船舶设备设计效率和精确度，减少设备测试成本，降低返工延期风险，具有如下有益效果：其一是可以实现以模型为中心，基于统一建模语言的一系列系统模型成为全生命期各阶段产品表达的“集线器”，可以被各学科、各角色研发人员和计算机所识别，为研发组织内的高效沟通和协同奠定了基础，并将传统的手工研制实施过渡到通过软件工具和平台来实施，通过软件工具和平台物化了相应的“方法”，使得设计及验证“过程”可管理、可复现、可重用；其二可以保证产品研发单一数据源，需求驱动的船舶设备产品开发计划减少了不必要的返工、杜绝重复流程；使研发团队可以专注在优先级高的工作任务上，通过提高可视性、团队沟通和协作，因为团队使用中央存储库和通用工具来管理产品需求；其三可以实现更大的设计重用，更快速地分析替代方案.对系统设计进行早期验证，缩短船舶设计产品发布周期，提升产品研发质量的同时节约研发运营成本；保持团队高度协作，需求逐层级传导暨验证；并在上下游无缝追溯，提前发现质量问题，避免不必要的返工和变更可控；缩小产品需求、架构设计和发布之间的偏差来降低开发成本和返工。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种基于虚实交互的船舶设备建模方法，其特征在于，包括：
获取创建船舶设备的需求管理数据包；
基于所述需求管理数据包自动调用设备部件模型库创建船舶设备模型，并利用预设的仿真软件对所述船舶设备模型进行仿真；
获取船舶设备实物样机的反馈数据，基于所述反馈数据调用修改数据库对所述船舶设备模型进行修改；
对修改后的所述船舶设备模型进行再次仿真并获取反馈结果，直至所述反馈结果低于预设阈值时输出对应的所述船舶设备模型。
2.根据权利要求1所述的基于虚实交互的船舶设备建模方法，其特征在于，所述获取创建船舶设备的需求管理数据包，具体包括：
获取创建船舶设备的采购方需求以及其他利益相关者的需求；
获取创建船舶设备的规格化评审需求以及规格基线化需求；
获取创建船舶设备的功能架构与逻辑架构的需求。
3.根据权利要求2所述的基于虚实交互的船舶设备建模方法，其特征在于，所述基于所述需求管理数据包自动调用部件模型库创建船舶模型，包括：
基于所述需求管理数据包完成船舶设备功能架构的定义；
基于所述需求管理数据包完成船舶设备逻辑架构的定义；
待所述船舶设备功能架构与所述船舶逻辑架构定义完成后，调用所述部件模型库以创建所述船舶设备模型。
4.根据权利要求1所述的基于虚实交互的船舶设备建模方法，其特征在于，所述利用预设的仿真软件对所述船舶模型进行仿真，具体包括：
利用所述仿真软件对所述船舶设备模型的功能组件进行仿真；
利用所述仿真软件对所述船舶设备模块的逻辑组件进行仿真；
基于所述功能组件与所述逻辑组件的仿真结果，对所述船舶设备模型的动态行为进行仿真。
5.根据权利要求4所述的基于虚实交互的船舶设备建模方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述仿真结果进行对比记录以更新仿真经验数据库。
6.根据权利要求1所述的基于虚实交互的船舶设备建模方法，其特征在于，所述方法还包括将仿真结果发送给用户端，供其创建所述实物样机。
7.根据权利要求6所述的基于虚实交互的船舶设备建模方法，其特征在于，若所述再次仿真的是反馈结果大于所述预设阈值，则将再次仿真后的所述仿真结果继续发送给所述用户端，供其更新所述实物样机，并获取更新后的所述实物样机的反馈数据。
8.一种基于虚实交互的船舶设备建模系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取创建船舶设备的需求管理数据包；
仿真模块，用于基于所述需求管理数据包自动调用设备部件模型库创建船舶模型，并利用预设的仿真软件对所述船舶设备模型进行仿真；
修改模块，用于获取实物样机的反馈数据，基于所述反馈数据调用修改数据库对所述船舶设备模型进行修改；
输出模块，用于对修改后的所述船舶模型进行再次仿真并获取反馈结果，直至所述反馈结果低于预设阈值时输出对应的所述船舶设备模型。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至7任一项所述基于虚实交互的船舶设备建模方法。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：存储器与处理器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述电子设备执行如权利要求1至7中任一项所述基于虚实交互的船舶设备建模方法。
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2021
- 2021-09-24 CN CN202111123455.9A patent/CN113821874A/zh active Pending
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