1.一种基于数字孪生技术的船用柴油机性能评估方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1:构建船用柴油机数据感知系统,所述船用柴油机数据感知系统由柴油机实体、数据采集设备、柴油机运行的物理环境组成;所述船用柴油机数据感知系统通过在柴油机实体和柴油机运行的物理环境布置传感器,实时采集柴油机在物理空间上的运行数据信息;
所述船用柴油机数据感知系统的具体实现方法如下:
数据感知系统Ts以柴油机实体Di为对象,对柴油机实体的静态信息Sts和动态信息Dys进行感知;
静态信息Sts包括排气系统信息Es、调速器信息Pc、涡轮增压器信息Tb,静态信息与柴油机的型号标签相对应;动态信息Dys由数据采集设备Sc、柴油机运行的物理环境Pv组成,数据采集设备Sc包括转速传感器、温度传感器、热电偶、振动加速度传感器、声仪计;物理环境Pv是柴油机运行过程中环境因素;
步骤2:依据数据感知系统采集到的实时数据和性能评估相关的历史数据,创建船用柴油机性能评估数字孪生模型,所述数字孪生模型由船用柴油机虚拟模型、实时感知数据和虚实映射机制组成;
所述船用柴油机性能评估数字孪生模型具体实现方法如下:
所述性能评估数字孪生模型通过构建虚拟模型,同时通过虚实映射规则将感知数据与虚拟模型关联,实现船用柴油机性能评估数字孪生模型的创建;所述虚拟模型Vm由柴油机几何模型Gm、性能指标模型Pm、规则模型Rm和行为模型Bm组成;
所述几何模型Gm确定柴油机的相关几何参数,这些数据从数据感知系统Ts中的静态信息Sts中获取;所述性能指标模型Pm则是柴油机性能指标的数字化描述,包括经济性指标、动力性指标、振动噪声指标;在柴油机运行过程中,由于零部件磨损造成性能退化,所述规则模型Rm则是对相应零部件的磨损退化进行量化描述,即设置退化和磨损相应的边界条件;所述行为模型Bm即柴油机的输入,包括柴油机的转速、喷油量、负载以及柴油机所处的环境因素;
步骤3:依据船用柴油机性能评估数字孪生模型,构建信息交互系统,所述信息交互系统不仅作为虚拟模型与数据感知系统的联系,实现虚拟模型与数据感知系统之间的数据交互;还连接了数据感知系统、虚拟模型与信息服务系统;
所述信息交互系统具体实现方法如下:
所述信息交互系统Ie由柴油机的实体输入信息和信息流通渠道组成;其中柴油机的实体输入信息Ip由退化信息和和模型更新函数Us组成;由于柴油机长时间运行会造成一定的性能退化,这些性能退化信息Rs经过数据处理反应到虚拟模型Vm中,并作为船用柴油机性能评估的信息源;模型更新函数Us是柴油机经过维修、保养处理后的性能更新输入函数,实现柴油机实体经过维修后,通过模型更新函数Us将柴油机更新信息反映到虚拟模型Vm中,保证柴油机实体与虚拟模型的高保真度与实时映射;
信息流通渠道Cs用于连接柴油机实体Di与虚拟模型Vm、数据感知系统Ts与虚拟模型Vm、数据感知系统Ts与信息服务系统Is、信息服务系统Is与虚拟模型Vm;信息流通渠道为柴油机实体、数据感知系统、虚拟模型、信息服务系统之间的数据流通提供一条通道,实现数字孪生模型中的虚实映射;
步骤4:依据性能评估数字孪生模型和信息交互系统,添加信息服务系统,所述信息服务系统由信息管理子系统和评估服务子系统组成;其中,信息管理子系统对数据感知系统和虚拟模型的实时数据进行数据计算、数据分析,为评估服务子系统奠定基础;评估服务子系统对虚拟模型进行仿真、调试和检测,根据信息管理子系统提供的数据对虚拟模型进行更新;
所述信息服务系统具体实现方法如下:
信息服务系统Is由信息管理子系统Im和评估服务子系统Es组成,在柴油运行过程中,柴油机信息管理子系统Im处理来自虚拟模型Vm、信息交互系统Ie和数据感知系统Ts的信息;评估服务子系统通过信息管理子系统处获得来自数据感知系统的柴油机性能指标的影响参数,对性能指标仿真模型进行调整更新,保证性能指标仿真模型的仿真精度,评估服务子系统Es涉及的信息包括虚拟模型的输入数据IN、虚拟模型更新策略Op和更新后模型的输出结果OUT;
步骤5:利用信息服务系统中信息管理子系统,实现船用柴油机的性能评估,首先对船用柴油机单个性能进行评估;然后对单个性能评估结果进行数据融合,从而实现船用柴油机整机性能评估;
所述船用柴油机的性能评估具体实现方法如下:
首先通过数据感知系统对柴油机的静态信息及动态信息进行实时感知,得到柴油机实体性能相关参数;其次通过信息服务系统对船用柴油机性能评估数字孪生模型中的虚拟模型进行更新,获取关键性能指标数据;继而构造白化权函数计算性能指标的灰类隶属度,获得船用柴油机单项性能指标状态;同时为了评估船用柴油机整机性能,对多个性能指标进行灰类聚类分析,获得多性能指标的灰类隶属度;并进一步通过DS证据理论对多性能指标的灰类隶属度进行融合,最终获得船用柴油机的整机性能评价结果。