VS483海洋平台三用工作船主机及轴系安装工艺虚拟仿真
海洋平台姿态模拟与监测系统
海洋平台姿态模拟与监测系统Attitude Simulation and Monitoring System for Offshore Platform拯伴今絲0 2邦明机踩岩踩左子婷婷(江苏科技大学电子信息学院，江苏镇江212003)摘要：受风、浪、流的影响，海洋平台在纵荡、横荡、升沉、横摇、纵摇和首摇6个自由度产生运动，严重时将威胁其安全。
为分析与控 制海洋平台，设计了由监控台、虚拟仿真机和模拟平台组成的模拟与监测系统。
采用LabVIEW、M atlab/Sim ulink和3D M A X完成系统研发工作，监控台具有实时显示参数、报警和3D模型，查询历史记录等功能，虚拟仿真机可产生不同虚拟海况，模拟平台能反映姿态变化。
系统具有结构配置灵活、使用方便等特点。
仿真表明，系统满足功能要求。
关键词：海洋平台姿态模拟虚拟仿真参数监测L a b V I E W建模中图分类号：TP23 文献标志码： A DO I：10.16086/j. cnki. issnlOOO -0380.201510013Abstract：Affected by wind, wave, and water flow, the offshore platform is in motion in six degrees of freedom, i. e. , surge, sway, heave, roll, pitch and yaw, these seriously threat to its security. In order to analyze and control the offshore platform, the simulation and monitoring system is designed, the system consists of the monitoring console, virtual simulator, and emulated platform. The job of system development is accomplished by using LabVIEW, Matlab/Simulink and 3DMAX. The monitoring console undertakes functions of real time display of parameters, alami and 3D model, historical records inquiry, etc. the virtual simulator generates various virtual sea conditions,加platform reflects attitude change. The system features flexible configuration and easy to operate. The simulation shows that the system meets functional requirements.Keywords ：Offshore platform Attitude simulation Virtual simulation Parameters monitoring LabVIEW Modeling〇引言 1系统结构与功能加速海洋油气资源开发已是各国未来能源战略的 重中之重。
海洋工程装备的虚拟仿真与模拟技术研究
海洋工程装备的虚拟仿真与模拟技术研究随着科技的不断进步和应用的推广，虚拟仿真与模拟技术在海洋工程装备领域的应用越来越广泛。
海洋工程装备的虚拟仿真与模拟技术研究旨在通过计算机技术模拟真实海洋环境，提供高效、安全、低成本的工程解决方案。
海洋工程装备包括潜水器、遥操作机器人、海底设备、海上平台等，这些设备常常需要在极端的海洋环境下工作，如高温、高压等。
因此，对其进行虚拟仿真与模拟技术研究，有助于提前发现问题、优化设计，并降低实际操作中的风险。
首先，海洋工程装备的虚拟仿真与模拟技术可以提供设备的性能测试和优化设计。
通过建立设备的三维数学模型，并将其导入虚拟仿真软件中，可以模拟设备在不同的海洋环境中的工作情况。
这样的仿真不仅可以模拟设备的运动轨迹和受力情况，还可以模拟不同工作场景下的情况，如海浪冲击、海水压力等。
通过对仿真结果的分析和比对，可以提前发现设备存在的问题，并进行设计上的调整和优化，从而提高设备的性能和可靠性。
其次，海洋工程装备的虚拟仿真与模拟技术可以提供室内外培训和操作模拟。
在实际操作过程中，海洋工程装备的操作人员需要面对复杂的操作环境和情况。
通过虚拟仿真技术，可以将真实的操作情景模拟在计算机软件中，操作人员可以在虚拟环境中进行训练和模拟操作。
这样的培训和操作模拟能够提高操作人员的技能水平，减少操作失误，降低事故风险。
另外，虚拟仿真与模拟技术还可以用于海洋工程装备的维护和故障诊断。
海洋工程装备在使用过程中，由于长时间的海洋侵蚀、物理作用等原因，会出现磨损、腐蚀、故障等问题。
通过虚拟仿真与模拟技术，可以建立设备的数学模型，并模拟设备在不同的运行情况下的维护和故障诊断过程。
这样的仿真和模拟可以帮助维修人员更好地理解设备的工作原理和故障模式，并采取相应的维修措施，提高维修效率和质量。
虚拟仿真技术在海洋工程装备领域还可以提供虚拟设备的操控和遥感监测。
通过虚拟仿真技术，可以建立设备的操纵系统模型，并模拟真实的操纵过程。
船舶与海洋工程专业仿真平台-FINE_Marine介绍
船舶与海洋工程专业仿真平台 FINE/MarineNUMECA-BEIJING目录一、引言 (1)二、NUMECA公司介绍 (1)2.1 NUMECA 国际公司 (1)2.2 NUMECA-BEIJING公司 (2)三、船舶与海洋工程专业仿真平台FINE/Marine简介 (2)3.1 全六面非结构网格 (3)3.1.1 HEXPRESS快速、高自动化的网格生成 (4)3.1.2 HEXPRESS生成网格实例： (5)3.2 界面捕捉法处理自由表面 (6)3.3 Stokes数值波浪模型 (7)3.4 6DOF运动 (7)3.5 船桨耦合 (8)3.6 弹性锚定 (8)3.7丰富的湍流模型 (9)四、NUMECA其它产品介绍 (10)五、工程咨询和技术支持 (13)六、NUMECA公司联系方式 (13)一、 引言理论分析、水上实验研究及数值仿真研究是船舶乃至所有航行器的研制过程中三种密不可分的方法。
然而，随着计算机技术和CFD软件的快速发展，三者之间的比重关系也在发生重大变化。
据专家预测，在未来的航行器气、水动力设计中，从最佳费效比出发，CFD 研究应约占整个设计工作量的70％，而水上实验的工作量将只占30％。
无论从节省研制费用、缩短设计时间考虑，还是从提高设计水平出发，CFD的发展都将给水动力设计带来一场革命。
未来船舶及跨介质航行性能的确定，在很大程度上将依赖于在“虚拟水上试验（即CFD）”数据，这将是船舶与海洋工程研制的主要发展方向。
对于船舶及跨介质的飞行器水动力的CFD模拟，目前国内一般都采用通用的计算流体力学软件，这些通用的计算流体力学软件虽然也可以初步的模拟船舶的水动力，由于其不是专门针对船舶与海洋工程的软件平台，对船舶海洋工程放入水动力问题模拟，需要通过接口函数及二次开发功能来实现，给工程师的工作造成了很大的不方便；并且普遍没有专门来考虑船舶的风浪等外力作用，以及相应作用下产生的各种摇荡运动的给定与求解，其应用不能够很好的满足船舶海洋工程的需求。
船舶仿真体系与研发信息化建设方案
02
故障处理流程：发现故障、分析原因、制定方案、实施维修等
03
故障处理注意事项：确保安全、遵守操作规程、记录维修过程等
04
数据备份与恢复
备份策略：定期备份，重要数据实时备份
备份介质：选择可靠的备份介质，如硬盘、光盘等
备份方法：采用增量备份、全量备份等方式
恢复方法：制定详细的恢复计划，确保数据丢失时能够快速恢复
培训方式：采用线上和线下相结合的方式，如视频教程、在线答疑、现场培训等
支持服务：提供技术支持和售后服务，包括系统故障排除、软件升级、技术咨询等
培训内容：包括系统操作、维护和管理等方面的培训
5
应急处理措施
故障处理
船舶故障分类：机械故障、电气故障、液压故障等
01
故障诊断方法：观察法、测量法、分析法等
大数据：对海量数据进行分析和挖掘，提供决策支持
物联网：实现船舶设备、系统和数据的互联互通和实时监控
数据管理技术
数据采集：通过各种传感器和设备，实时采集船舶运行数据
数据存储：将采集到的数据存储到数据库中，便于分析和处理
数据分析：利用数据分析技术，对船舶运行数据进行深入挖掘，发现潜在问题
数据可视化：将数据分析结果以图表、图形等方式展示，便于理解和决策
仿真技术包括数值仿真、物理仿真和半实物仿真等多种方法。
仿真技术在船舶研发信息化建设中具有重要作用，可以帮助企业实现数字化、智能化的研发和管理。
仿真技术可以帮助船舶设计师和工程师在设计阶段就发现并解决潜在问题，提高设计质量和效率。
信息化技术
云计算：提供强大的计算能力和存储能力
人工智能：实现自动化、智能化的船舶仿真和研发
网络需求：高速网络连接，保证数据传输的稳定性和速度
航海类专业船舶虚拟仿真实训平台建设
是学
是技能培
训 。相 比 于 以 英 国 为 代 表 的 因 船 设 校 的 航 海 类 专 业 教
育 模 式 ，我 国 高
院 校 普 遍 采 用 的 先 在 校 学 习 、获 得
学 位 ，然 后
工作的模式，
学
和实船环境
离 。因学院不具
学实
，学 院 的 教 学 器 材 一
般均按功能分类陈设和管理， 体现设备之间的系
ISCSNN3110-0617-7071/6T7
RESEARCH AND EXPLORATION IN LABORATORY
第 37卷 第 7 期 2018年 7 月 Vol.37 No.7 Jul. 2018
航海类专业船舶虚拟仿真实训平台建设
张 如 凯 ， 陈 永 利 ， 代 广 树 ， 吴泽亮 ( 天 津 海 运 职 业 学 院 航 海 技 术 系 ，天 津 3 0 03 5 0 )
计 ，实 现 V R 实 训 平 台 的 网 络 拓 展 。船 体 、船 尾 和 船 舶 驾 驶 台 作 为 虚 拟 现 实 的 3
区 域 ，以 不 同 的 形 式 包 含 了 大 部 分 涉 及 船 体 结 构 的 专 业 知 识 。
L
^ 关 键 词 ：虚 拟 仿 真 ；虚 拟 船 舶 ；实 训 平
平 台 解 决 教 学 资 源 不 足 等 问 题 的 方 法 。 利 用 Multigen C re a to r建 模 ，经 过 模 型 优
化和
，由 跨 平 台 虚 拟 现 实 应 用 程 序 开 发 引 擎 U n ity 3 D 进 行 视 景 驱 动 ，完成
虚 拟 化 船 舶 平 台 搭 建 。借 助 U n ity 3 d 的 跨 平 台 特 点 ，分 别 进 行 P C 端 和 移 动 端 程 序
海洋石油平台工作船协同设计仿真平台架构设计
设计 与 并行协 同。通 过优 化船 舶 设计流 程和
制 定相 关标准 规 范 ，并 结合船 舶产 品设计 开 展 ｌ 化验证 ，形 成并行 协 同可 视化 的系统 ： 程
Ｉ 作模 式 ，实现 对海 洋石 油平 台工作船 设计 过 程和 产 品数 据 的有效 管 理和控 制 。 ２２ 功 能要求 ． 利 用 可 视 化 的 计 算 机 仿 真 技 术 和 虚 拟
现 实技 术 ，对 船舶产 品的功 能 仿真试验 阶段 ，此协 同设计 仿真 平 台能够在 三维 沉浸
感 的虚拟 环境 中再 现一 个具 体 的工艺 过程 ， 并 且 允 许 实 时操 作 工 艺 设 备 或 改 变 相 关 参 数 ，使 得用 户在 产 品开 发或 生产规 划阶 段对 产 品的工 艺过 程进 行仿 真和评 估 ，同时辅助
使得海 洋 开发活 动不 断加 强 ，国 内、国际对
海 洋 石 油平 台 工 作 船 协 同设 计 仿 真 平 台是在 系统 工程 的思想 指导下 ，以船舶 总体
设计 为核心 ，按照 建立数 字化 设计 体系 、研
与 海 洋 石 油 开 发 相 关 的重 大 海 洋 工 程 装 备 的需 求也 日益 增加 ，特 别 是在 资源 勘探 、采
先 进 设计技术 的核 心 。 以 Ｃ Ｄ Ｓ ＡＤ ５三 维 设计 系 统应 用与 开发成 果 为技术基 础 ，将 能够 进
行船舶初步设计和详细设计的 ＮＰ ＡＡ软件 ， 能够 进 行 生 产 设 计 的 Ｃ Ｄ Ｓ 软 件 ， 以及 ＡＤ ５
Ｗ ｎ ｃ ｉ ｌ 设计管理 平 台等软 件系统 按照 协 ｉｄｈ ｌ
求的船 舶数 字化设计平 台的体系框架及其 系统 组成 ，并对 船舶协 同设 计仿真 平 台建设 的相关技术及其解决途径进行 了分析和研
船舶与海洋工程建造仿真实训中心建设方案及详细要求
附件：船舶建造仿真实训系统详细要求第一部分系统组成船舶建造仿真实训系统由二部分组成，一是演示部分，二是模拟操作部分。
一、演示部分：船舶建造工艺流程子系统内容及要求仿真模拟对象：某典型船厂（中等以上规模）、典型船舶（中型油船或散货船）、常规建造工艺1．船厂厂区及设施演示例举一中等以上规模船厂，以立体效果仿真模拟演示船厂的厂区布置型式、厂区各车间及主要造船设施分布。
要求：船厂各种设施要齐全（如船台和船坞，门式吊车及塔吊均有）。
初始页面上显示“船厂厂区及设施”字样，点击后进入厂区外观画面（可浏览），浏览画面从各角度可视，画面下方有厂区各区域名称按扭，点击名称或厂房等即可进行入车间内部，显示其仿真的典型设备，各车间、设施等要有文字显示其名称。
2．船舶内部结构及布置演示以常规大中型油船(或散货船)，演示整个船舶的三维结构及内部设备系统等布置。
要求：初始页面上显示“船船结构及布置”，点击出现船型画面，其下方显示船型名称，点击不同船型名称即出现该船立体仿真船体外观，其画面下方设置船舶各部位名称按扭。
点击相应按扭或船舶某个部位即能显示该区域船体内部情况（包括内部结构及舾装设备等）。
船舶各部位结构及设备等要有文字显示其名称。
3．船体建造常规工艺流程演示船舶建造工艺流程应选取某典型油船(或散货船)、典型中等以上规模船厂（同船厂厂区演示部分）为例来演示。
以模拟仿真的形式演示船舶从放样、号料、钢材加工（边缘加工、成形加工）、小组立、中组立、大组立或总组立、船台（或船坞）搭载、舾装和涂装、船舶下水及试验等整个建造主要工艺流程。
工艺流程主要过程：钢材进入材料码头，由平板车和桥式起重机送入钢材堆场，钢材在堆场分类整理后通过输送带送入钢材预处理间进行预处理；预处理结束后在理料间对钢材进行分类整理，然后送入钢料加工车间进行切割、成形加工；加工后的零件按照所属组立在理料间进行集配，形成托盘。
将托盘送入装焊场地中的指定工位，进行装焊作业，形成小组立——中组立——大组立——总组立；舾装件加工集配完成后，以托盘的形式送入大组立或总组立装焊阶段进行安装；最后完成船台（船坞）搭载，完成船上舾装涂装后；进行船舶下水及船舶试验、交船等。
三维港口航道与海岸工程仿真实训平台软件需求说明需要满足的
三维港口航道与海岸工程仿真实训平台软件需求说明一、需要满足的使用功能要求：1.三维航道工程仿真实训功能模块1.1三维航道工程总览仿真:包含三维虚拟现实全景船闸工程及船舶过闸过程、虚拟现实全景航道疏浚工程、虚拟现实全景航道整治工程；1.2船闸工程总览仿真：通过三维虚拟现实全面展示内河船闸的生产过程，具有固定镜头展示、语音解说、自由漫游等功能。
1.3典型船闸闸门仿真：三维船闸仿真实训中，需要重点对当前三类典型船闸闸门的形态进行动态运作展示，并对三类闸门结构做三维细化，并配置使用情行、优缺点等说明。
1.4典型船闸输水系统仿真：三维船闸仿真实训中，需要针对典型船闸输水系统进行构造的详细讲解展示，到达能使受训者了解船闸输水系统的构造、设计要点，展示船闸输水系统工作状态。
1.5船闸施工过程详细展示：对典型船闸施工过程进行全面的三维展示与解说，包括围堰施工、基坑开挖、闸墙施工、闸门施工等过程。
1.6航道疏浚工程仿真：通过三维虚拟现实全面展示典型航道疏浚工程的过程，具有固定镜头展示、语音解说、自由漫游等功能。
1.7航道疏浚施工工艺仿真：三维航道疏浚仿真实训中，需要对针对河道与海港的不同，展现不同的疏浚工艺，同时动态解说、展示疏浚施工设备。
1.8航道疏浚过程仿真：三维航道疏浚仿真实训中，针对近海工程，对疏浚工程的方量计算、疏浚步骤、疏浚验收标准等环节进行详细的动态展示与说明。
1.9航道疏浚施工过程详细展示：对典型的航道疏浚过程进行全面的三维展示与解说，包括疏浚原因、疏浚过程、疏浚水下效果、疏浚泥土运输等过程。
1.10航道整治工程仿真：通过三维虚拟现实全面展示典型航道整治工程的过程，具有固定镜头展示、语音解说、自由漫游等功能。
1.11航道整治施工过程详细展示：对典型的航道整治施工过程进行全面的三维展示与解说，包括整治原因、整治过程、整治水下效果、整治施工设施设备应用等过程。
2.三维海岸工程仿真实训功能模块2.1港池水域工程仿真：通过逼真的三维海岸工程虚拟现实环境，将海岸工程涉及的水域工程进行实景漫游讲解与展示；同时对港口码头前沿水域内的功能划分进行展示，认识熟知港口海岸水域的水工建筑设施及布局情况。
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７ 高 速 中间轴 、１ 低 速 中 间轴 、 １ 螺 旋 根 根 根
《 技 与 管 理 》２ １ 科 ０ ０年 第 ４期
Ｖ ４３ Ｓ ８ 海洋 平 台三 用工作船 主机及轴 系安装 工艺虚拟仿真
周松 杨 海 尹 晶
拟仿 真手 段 ，运用 计算 机虚 拟 仿真 技术 构造
现实 建造 环境 、模 拟物 体 运动 变化 ，实现 了 主机 及轴 系 安装 工艺 的工 程 可视化 仿真 。 ２仿 真策 划 与 相 关 设 计 人 员交 流 沟 通 消化 轴 系 安 装工 艺 ，明确 各 安装 阶段 船体 的技 术状 态基
求 。通 过主 机轴 系 安装 艺 的研 究 ，结合 虚 一 Ｉ
．
能 发生 的变 化 ，通 过补 偿量 来保 证轴 系 的安 装精 度 ，以期解 决 在这 种安 装方 案下 因船 体
水下 变形 可能造 成 的轴 线偏移 问题 。
４ｌ一
科 技 与 管 理》２ １ ０ ０年 第 ４期
视 化表现手 段 ，运用 Ｐ ｏ ｕ ｔ ｊｗ软 件完整 ｒ ｄ ｃ Ｖ ｅ
的装配 结构 、模型 自动快速 转换 及 可视 化功 能 ，独 立 、快捷 、方 便 的提 取 并转换 所 需模
型 ，提 高 了模 型转换及 仿真 制作 效率 ；通 过
进行安装 ；并完成 高速 中间轴与轴承 的安装 。
摘
要 ：为 了对新 工 艺 的研 究及评 估提
供 可视 化 的验 证 手段 ，并 对 已建造 的 海 洋平
台 工作 船 的 成 熟 工 艺 以 可视化 的 方 式 进 行
固化 ，开展 了 ＶＳ ８ 海 洋平 台三 用 工作 主机 ４３ 及 轴 系安装 工 艺虚拟 仿 真研 究 ，实现 了主机
属 光泽和 质感 ，取得 良好 的视觉 效果 。为 了 保 证该仿 真 的按时 、保 质完 成 ，结合 以往 仿 真 动画制 作 、渲 染经验 ，利用 网络渲 染技 术 合理 分配 渲染管理 主机上 的任 务优 先 级 ，确 保 了主机 轴系工 艺仿真 结果 的快速 形成 及 快 图 １轴 系 内场 加 工
桨轴 、 １ 只低 速 中间 轴 承 、 １ 只 高 速 中 间轴 ４
承 及 ～套 艉管 。左 舷螺 旋桨 逆 时针 旋转 ，右 舷 螺 旋桨 顺 时针旋 转 。本船 轴系 从 主机 飞轮 端面 至螺 旋桨 中心 ，尺 度长 、轴 系对 中及 安 装 精 度要 求高 ，轴 系 中各运 动件 和 固定件 的 加 工 精度 、轴 系安 装 时的弯 曲状 态 、轴 端法
及 轴 系的 吊装顺 序 、 吊装 状 态 、校 中过 程 等
关键 建 造 工 艺的仿真 演 示 ，为公 司 同类型船
础 ，编 写主机 及轴 系 安装仿 真 动 画脚 本 。根 据 该 工艺 仿真 特 点 ，确 定 仿真 制作 平 台。借 鉴 以往在 军 、 民品工 艺仿真 制 作 的经验 ，并 按照 仿真 脚本 、仿 真技 术状 态 、仿真 场景 等 方面 对仿 真制 作进 行 合理 分工 ，编制 可行 的
分左 右各 一组 ，每 组轴 系包 括 减速 齿轮 箱 、
３ 主 机 轴 系 安 装 工 艺 及 仿 真 制 作 技 术
研 究
工 艺人 员完 成 了主 机轴 系安 装工 艺 的研 究 ，制 定 了作 业指 导书 ，拟 采用 新 工艺 ，把 中 间轴 的轴 承 基座 由原 来 的下水 后 安装提 前 到船 台上 安装 ，通 过工 序前 移 ，缩短 整个 产 品的建造 周期 。开展 了６ 项专 项研 究：长轴 系 施 工 工序工 程 分解 及安 装 阶段划 分 的研究 ； 长 轴 系施工 风 险分 析研 究 ；轴系 安装 精度 控 制 研 究 ；船 体 结构 在船 台 与下水 阶段 的变 形
４ ２ 船 台 施 工 ．
在 主机轴 系 布置 区域 内，主 甲板下 、机
兰 因 自重 下垂 、船体 结构 加工 过 程 以及下 水
前 后 所产 生 的变形 、环 境 的温 度 等 因素对 轴 系 的 安装 都有 较大 影响 。 在建造 周 期紧 、任 务重 、要 求 高的情 况 下 ，～方面 应提 高轴 系 安装 效率 ，另一方 面 还 应 保 证 轴 系 的安 装 精 度 达 到 设 计 指 标 要
工作 计划 ， 保 该工 艺仿 真按 时 、 确 保质 完成 。
舶 产品 的设 计建 造提供 可视化 的技 术参考 。
关 键 词 ：主 机 轴 系 安 装 工 艺 虚拟 仿
真 １概述
Ｖ ４ ３ Ｋ 型 海 洋 平 台 工 作 船 机 舱 位 于 Ｓ ８Ｍ ３ 艏部 ，采用双 机双 桨推 进 方式 。主 推进 轴系
应 用仿真 软件平 台 中半透 明材 质 转换 技术 及 模 型消 隐技术 ，解 决 了船 舱 内外视 角 画面 的 同时展 现 、 激光 经纬仪打 点对 中表现 的难题 ；
通过研 究模 型运动 的 多级绑定 及仿 真 时 间点
控制 技术 ，实现 了轴 、联轴 节 、测 量 仪器等 实体在 同一 时间轴 上的安装 顺序 及 整体 绕轴 承 回转运 动的仿真 ； 过运用各种 材质 技术 ， 通 采用 Ｍ ｌ ｉ Ｌ ｙ ｒ材 质特 征 ，呈 现 了轴 系金 ｕ ｔ— ａ ｅ
参 照主机 轴系 安装 艺指 导 ＝ ，与工 艺 ｝ ５
旋桨 桨ｎ 安装 ；采Ｈ 红套 安装 方式 ，对齿轮 Ｉ ｊ 箱／ 轴带发 电机弹 性联轴节 、轴带 发电机输 入 轴 和高速 中间轴之 间的 ￣ ２ ５ Ｄ齿轮联轴节 Ｉ ０Ｈ Ｔ
人 员 的沟通 了解 的基 础上 ，结合 虚 拟仿 真可