一种用于油船液货补给监控的数字孪生系统的制作方法

本发明涉及一种用于油船液货补给监控的数字孪生系统，属于海上补给和接收领域。

背景技术：

1、油船、集装箱船、散货船并称三大主力船型，随着油船的液货装载能力提升，补给液货对安全性、高效性的要求不断提升，船员对液货管理任务逐渐加重。因此，建立一套先进、完善的油船液货补给监控系统，在任务开始前形成液货补给与配载方案，在任务中基于多种传感器对液货装载进行监测和利用遥控阀门补给全流程自动控制，在日常维护中对系统设备状态进行趋势预测和对使用人员进行操作训练，从设备维护保养、船员工作强度，液货补给效率三个方面，都显得尤为重要和必不可少。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：油船液货补给监控系统的性能主要问题包括液货补给任务与配载方案是相对独立，存在不匹配的情况；液货存储和补给过程配置仪表监测不具备预警功能，设备状态缺少趋势预测。所以液货补给作业的安全性和高效性高度依赖于液货补给操作人员的经验。反过来，经验的形成又需时间和任务的积累，监控系统又缺乏日常模拟训练的能力。

2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种用于油船液货补给监控的数字孪生系统，其特征在于，包括液货任务辅助模块、液货自动控制模块、液货监测辅助模块以及液货模拟训练模块四个功能模块，其中：

3、液货任务辅助模块，利用数字孪生液货舱室模型，结合船体装载情况和液货补给任务，模拟和验证液舱液位变动过程及配载的可行性，计算在液货补给过程中船舶稳性及总强度变化情况，确保实船液货补给任务的安全性；

4、液货自动控制模块，利用数字孪生管路系统，将液货补给总体方案转化为可执行的液货自动控制任务方案，并在液货补给过程中通过监测元件和执行机构与数字孪生系统实时对比；

5、液货监测辅助模块，通过对温度、液位和压力传感器的数据进行监测，结合数字孪生系统仿真结果，实现各参数的趋势分析和短时预报。

6、液货模拟训练模块，可存储液货自动控制模块的实船液货补给任务结果，也可调用历史方案数据，反馈至液货自动控制模块进行船员训练。

7、优选地，液货任务辅助模块包括：液货任务收发模块、任务方案模块、液舱配载模块、全船稳性及总强度计算模块。

8、优选地，所述液货任务收发模块用于接收补给任务管理系统的补给任务信息和反馈补给任务总体方案，任务总体方案是以带有格式的xml文件传递；

9、所述任务方案模块形成的液货补给总体方案中，包括了液货补给的目标值、任务执行预计时间、各液舱液位变化情况及全船稳性及总强度情况；

10、所述任务方案模块将所述液货任务收发模块的信息进行预处理，并传递给数字孪生系统的所述液舱配载模块和所述全船稳性及总强度计算模块，再利用所述液舱配载模块和所述全船稳性及总强度计算模块的计算结果形成液货补给总体方案，传递给所述液货任务收发模块。

11、优选地，所述液舱配载模块中的液舱装载模型是与实船状态保持一致的数字孪生模型。

12、优选地，全船稳性及总强度计算对象是数字孪生模型中的液舱装载模型，方法可采用油船配载的经验公式计算得到。

13、优选地，所述液货自动控制模块包括：自动控制方案模块、数据采集与集中处理模块、监测元件接口模块、执行机构接口模块，其中：

14、所述自动控制方案模块用于生成液货自动控制任务方案，该液货自动控制任务方案是以可驱动执行层的控制设备的毫安电流ma信号的形式传递，再由控制设备通过电机、液压等方式驱动执行机构，且该液货自动控制任务方案主要包括了泵的启停运转时间和阀门开闭调整操作详细步骤；

15、所述数据采集与集中处理模块是在液货补给过程中收集监测元件和执行机构的反馈数据，并与数字孪生系统中仿真的数据进行实时对比；反馈数据以执行层的控制设备的毫安电流ma反馈信号的形式传递；实船数据的传递通过监测元件接口模块和执行机构接口模块实现。

16、优选地，所述数据采集与集中处理模块是在液货补给过程中收集监测元件和执行机构的数据，并与数字孪生系统中仿真的数据进行实时对比。

17、优选地，所述液货监测辅助模块包括：温度监测模块、液位监测模块、压力监测模块、趋势分析模块、短时预报模块，其中：

18、温度监测模块，液位监测模块和压力监测模块，分别对液舱和管路系统的温度、液位和压力数据进行监测，并传递给数字孪生系统的趋势分析模块和短时预报模块；

19、趋势分析模块能够提供过滤器的清洁程度、泵组运行的健康状态、液货管路的流体阻力；

20、短时预报模块能够提供包括液舱液位触发高低位报警的剩余时间、补给任务理论结束时间、阀门开闭在内的操作引起的压力波动。

21、优选地，所述趋势分析模块、短时预报模块的功能实现依赖于数字孪生系统通过积累的历史方案的学习效果，预报数据是以带有时间标记的data文件传递。

22、优选地，所述液货模拟训练模块包括：历史方案存储模块、作业回测模块，其中：

23、历史方案存储模块存储每次液货补给过程中的各传感器测量参数，泵组的运行参数和阀门的启闭参数，补给作业运行时间形成一个历史方案，历史方案是以带有格式的xml文件存储，数据格式与总体方案格式相同；

24、作业回测模块能够调用历史方案存储模块中的历史方案，并可将该方案输入至数字孪生系统中，作为执行方案帮助船员日常训练。

25、本发明利用数字孪生技术，通过对液货系统监测数据与管路系统及液货舱室模型融合，从任务分配、自动执行、执行过程监测、故障短时预警及趋势预报和船员日常训练等多个角度，提升油船液货补给监控系统的技术水平。

26、本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

27、本发明通过液货任务辅助模块，确保作业任务过程中配载方案的可行性和全船稳性及总强度的安全性；

28、本发明通过液货自动控制模块，实现了液货补给全流程的自动控制功能，降低了船员工作强度和难度；

29、本发明通过液货监测辅助模块，实现了液货装置和补给作业的短时预报和趋势预报，提高了设备的可维护性和补给作业的效率；

30、本发明通过液货模拟训练模块，增加了船员日常培训机会，提升了船员操作的技术水平。

技术特征：

1.一种用于油船液货补给监控的数字孪生系统，其特征在于，包括液货任务辅助模块、液货自动控制模块、液货监测辅助模块以及液货模拟训练模块四个功能模块，其中：

2.如权利要求1所述的一种用于油船液货补给监控的数字孪生系统，其特征在于，液货任务辅助模块包括：液货任务收发模块、任务方案模块、液舱配载模块、全船稳性及总强度计算模块。

3.如权利要求2所述的一种用于油船液货补给监控的数字孪生系统，其特征在于，所述液货任务收发模块用于接收补给任务管理系统的补给任务信息和反馈补给任务总体方案，任务总体方案是以带有格式的xml文件传递；

4.如权利要求3所述的一种用于油船液货补给监控的数字孪生系统，其特征在于，所述液舱配载模块中的液舱装载模型是与实船状态保持一致的数字孪生模型。

5.如权利要求3所述的一种用于油船液货补给监控的数字孪生系统，其特征在于，全船稳性及总强度计算对象是数字孪生模型中的液舱装载模型，方法可采用油船配载的经验公式计算得到。

6.如权利要求1所述的一种用于油船液货补给监控的数字孪生系统，其特征在于，所述液货自动控制模块包括：自动控制方案模块、数据采集与集中处理模块、监测元件接口模块、执行机构接口模块，其中：

7.如权利要求6所述的一种用于油船液货补给监控的数字孪生系统，其特征在于，所述数据采集与集中处理模块是在液货补给过程中收集监测元件和执行机构的数据，并与数字孪生系统中仿真的数据进行实时对比。

8.如权利要求1所述的一种用于油船液货补给监控的数字孪生系统，其特征在于，所述液货监测辅助模块包括：温度监测模块、液位监测模块、压力监测模块、趋势分析模块、短时预报模块，其中：

9.如权利要求8所述的一种用于油船液货补给监控的数字孪生系统，其特征在于，所述趋势分析模块、短时预报模块的功能实现依赖于数字孪生系统通过积累的历史方案的学习效果，预报数据是以带有时间标记的data文件传递。

10.如权利要求8所述的一种用于油船液货补给监控的数字孪生系统，其特征在于，所述液货模拟训练模块包括：历史方案存储模块、作业回测模块，其中：

技术总结
本发明公开了一种用于油船液货补给监控的数字孪生系统，其特征在于，包括液货任务辅助模块、液货自动控制模块、液货监测辅助模块以及液货模拟训练模块四个功能模块。本发明利用数字孪生技术，通过对液货系统监测数据与管路系统及液货舱室模型融合，从任务分配、自动执行、执行过程监测、故障短时预警及趋势预报和船员日常训练等多个角度，提升油船液货补给监控系统的技术水平。

技术研发人员：杨铭,徐培哲,黄晴,李翰卿,刘永,张婷婷,毛翔,孟成,刘雨轩
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七○八研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8