一种船舶蒸汽动力系统MBSE设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种船舶蒸汽动力系统MBSE设计方法，该方法包括以下步骤：1)在设计阶段，利用概念模型体对概念方案进行多方案论证、评估和权衡设计，综合形成蒸汽动力系统最优设计方案；2)利用设计模型体和生产建造模型体迭代验证系统方案设计、技术设计、施工设计和生产建造工艺流程，不断迭代细化系统方案，实现系统设计的验证决策；3)在完成实际系统建造后，采用试验模型体、运维模型体和退役模型体进行系泊航行试验验证、在役运维修护和退役分析处置，实现实船系统试验及保障支持的确认决策。本发明专利技术的一种船舶蒸汽动力系统MBSE设计方法，能提高船舶动力系统总体协同设计效率，缩短船舶蒸汽动力系统的全生命研制周期。舶蒸汽动力系统的全生命研制周期。舶蒸汽动力系统的全生命研制周期。

【技术实现步骤摘要】
一种船舶蒸汽动力系统MBSE设计方法


[0001]本专利技术涉及船舶蒸汽动力系统设计领域，尤其涉及一种船舶蒸汽动力系统MBSE设计方法。

技术介绍

[0002]船舶蒸汽动力系统具有协同专业多、设计周期长、研发难度大、人机料法环复杂等全要素、全过程、全周期特点的复杂系统工程。船舶动力系统总体设计一般采用母型设计法、统计资料法、逐次近似法及规范设计法等系统集成方法，多数基于文档进行多专业的协同设计，且复杂动力系统的设计需求时动态变化，但系统方案变化响应慢，这也造成了总体设计过程协调反复迭代，带来系统设计信息孤岛、更改设计周期长、开发效能低。另外，在实船在航运维保障阶段，由于实船蒸汽动力系统数字化水平低，在船员操作运行、备件储备、设备维护等方面带来较多人力、物力和经费的投入。
[0003]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，基于模型的系统工程(Model Based Systems Engineering,MBSE)是现代工业领域引领数字化设计的关键技术之一，特别是在飞行器、发动机和系统领域，全面推广MBSE理论、方法、知识体系和信息化平台建设，建立了以V形模型和系统工程流程集为指导的产品开发体系。MBSE方法是基于模型的系统工程是通过形式化的建模手段,从概念设计阶段就能够支持系统需求、设计、分析、验证和确认等活动，并持续贯穿整个开发过程和后续的生命周期阶段。
[0004]因此，亟需提出一种船舶蒸汽动力系统MBSE设计方法，提高船舶动力系统总体协同设计的效能，缩短船舶周期动力系统全生命设计周期，也为相关船舶动力系统的总体设计储备技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种船舶蒸汽动力系统MBSE设计方法。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种船舶蒸汽动力系统MBSE设计方法，包括以下步骤：
[0007]1)在设计阶段，利用概念模型体对概念方案进行多方案论证、评估和权衡设计，综合形成蒸汽动力系统最优设计方案
[0008]1.1)需求分析；
[0009]识别系统设计的任务需求和系统需求，开展任务场景和目标定义，分析及细化任务需求，将提出的详细任务需求；
[0010]1.2)架构设计
[0011]利用架构设计模型，进行系统功能架构设计、逻辑架构设计、物理架构设计和行为架构设计；
[0012]1.3)系统评估
[0013]通过系统评估模型，对备选多方案进行论证评估，对最优系统构架方案进行系统功能和性能指标分配，提出系统主要组成、原理、流程、接口和布置方案，并对各个子系统指标进行权衡设计，提出优化合理的系统性能指标；
[0014]2)利用设计模型体和生产建造模型体迭代验证系统方案设计、技术设计、施工设计和生产建造工艺流程，不断迭代细化系统方案，实现系统设计的验证决策；
[0015]具体如下：
[0016]2.1)利用设计模型体验证系统集成设计方案；
[0017]所述系统设计模型体包括：设备外特性模型、热力机械特性模型、监控特性模型、系统全特性模型；
[0018]根据动力系统关键属性的工艺设备和控制设备外特性参数，构建单机工艺和控制设备外特性模型，按照动力系统原理形成热力、机械和监控系统集成模型；
[0019]利用热平衡分析模型和流阻分析模型，分析热力系统汽水能量和流动阻力的平衡，迭代校核热力系统原理设计；
[0020]通过结构强度分析模型和抗冲击分析模型，分析系统管路强度和桨轴系统强度及振动，迭代校核热力系统原理、桨轴系统原理及系统管路工艺设计；
[0021]通过监控性能模型，校核监测、控制、联锁及保护系统的设计策略和原理，测试监控系统DCS、传感器、执行器、电控箱的功能；
[0022]通过动力系统全特性模型，迭代校核系统接口、总布置、运行工况及六性指标；
[0023]2.2)利用设生产建造模型体验证系统生产建造工艺流程；
[0024]所述生产建造模型体包括工艺模型、工序模型、制造模型、装配模型和检测模型；
[0025]首先，采用工艺模型下属的工艺设计模型、工艺过程模型、工艺信息模型，确定实船各层级蒸汽动力系统工艺参数和验证工艺方案可制造性；
[0026]采用工序模型下属的物料库模型、工序模型和工艺步模型，确认并验证蒸汽动力系统物料清单、关键工序及工步的可执行性，在通过制造模型实现蒸汽动力设备及管路虚拟制造；
[0027]然后，利用装配布局模型、规划模型和测试模型，分析虚拟工艺装配系统流程运行及约束条件，规划实船装配系统流程及布局；
[0028]最后通过检测模型对实船系统加工、建造及总装的工艺状态进行加工精度、建造公差及生产效率的虚拟检验；
[0029]3)在完成实际系统建造后，采用试验模型体、运维模型体和退役模型体进行系泊航行试验验证、在役运维修护和退役分析处置，实现实船系统试验及保障支持的确认决策。
[0030]3.1)采用试验模型体进行系泊航行试验验证；
[0031]所述试验模型体包括试验需求分析模型、试验系统设计模型、试验流程设计模型、试验运行模型及试验数据评估模型；
[0032]通过试验模型体进行蒸汽动力单机恢复试验、系统冷热态调试试验、系统联调试验、航行试验、性能验证及鉴定试验在内的全过程试验项目验证；
[0033]在试验准备阶段，采用试验需求分析模型分析各项试验大纲的设计，验证试验目的、方法及判据的合理性；
[0034]采用试验系统设计模型，验证各试验项目中参加试验的系统设计，校核参试试验
系统的完备性；
[0035]采用试验流程设计模型，验证各项试验指令、操作细则及应急预案的准确性，提前化解试验风险；
[0036]在试验实施阶段，采用试验运行模型进行虚拟试验分析，针对蒸汽动力装置单机恢复、主汽轮机组单机恢复、主减速齿轮装置单机恢复及汽轮电动辅机单机恢复等虚拟试验，验证单机设备控制、安保、启停及裕度能力；
[0037]针对蒸汽、凝给水系统、滑油、燃油、控制系统及桨轴系统的虚拟效用试验，检验蒸汽动力系统完整性及接口准确性；
[0038]针对正车稳定航行、倒车稳定航行、起停车机动航行、正倒车转换航行在内的虚拟试验，验证船舶蒸汽动力系统与总体的适配能力；
[0039]在试验验收阶段，利用试验数据评估模型，评估各试验项目结果数据是否满足要求，进行试验项目的鉴定验收；
[0040]3.2)采用运维模型体和退役模型体进行在役运维修护和退役分析处置；
[0041]所述运维模型体包括训练支持模型、健康管理模型、故障预测模型；
[0042]所述退役模型体包括退役决策模型、退役处置模型、退役管理模型；
[0043]在役保障阶段，采用运维模型体进行训练评估、在航保障及修理保障的辅助分析，提前发现运维问题并提高在航保障的任务成功率；
[0044]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船舶蒸汽动力系统MBSE设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在设计阶段，利用概念模型体对概念方案进行多方案论证、评估和权衡设计，综合形成蒸汽动力系统最优设计方案1.1)需求分析；识别系统设计的任务需求和系统需求，开展任务场景和目标定义，分析及细化任务需求，将提出的详细任务需求；1.2)架构设计利用架构设计模型，进行系统功能架构设计、逻辑架构设计、物理架构设计和行为架构设计；1.3)系统评估通过系统评估模型，对备选多方案进行论证评估，对最优系统构架方案进行系统功能和性能指标分配，提出系统主要组成、原理、流程、接口和布置方案，并对各个子系统指标进行权衡设计，提出优化合理的系统性能指标；2)利用设计模型体和生产建造模型体迭代验证系统方案设计、技术设计、施工设计和生产建造工艺流程，不断迭代细化系统方案，实现系统设计的验证决策；3)在完成实际系统建造后，采用试验模型体、运维模型体和退役模型体进行系泊航行试验验证、在役运维修护和退役分析处置，实现实船系统试验及保障支持的确认决策。2.根据权利要求1所述的船舶蒸汽动力系统MBSE设计方法，其特征在于，所述步骤2)具体如下：2.1)利用设计模型体验证系统集成设计方案；所述系统设计模型体包括：设备外特性模型、热力机械特性模型、监控特性模型、系统全特性模型；根据动力系统关键属性的工艺设备和控制设备外特性参数，构建单机工艺和控制设备外特性模型，按照动力系统原理形成热力、机械和监控系统集成模型；利用热平衡分析模型和流阻分析模型，分析热力系统汽水能量和流动阻力的平衡，迭代校核热力系统原理设计；通过结构强度分析模型和抗冲击分析模型，分析系统管路强度和桨轴系统强度及振动，迭代校核热力系统原理、桨轴系统原理及系统管路工艺设计；通过监控性能模型，校核监测、控制、联锁及保护系统的设计策略和原理，测试监控系统DCS、传感器、执行器、电控箱的功能；通过动力系统全特性模型，迭代校核系统接口、总布置、运行工况及六性指标；2.2)利用设生产建造模型体验证系统生产建造工艺流程；所述生产建造模型体包括工艺模型、工序模型、制造模型、装配模型和检测模型；首先，采用工艺模型下属的工艺设计模型、工艺过程模型、工艺信息模型，确定实船各层级蒸汽动力系统工艺参数和验证工艺方案可制造...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨元龙，孙玲，张晓滨，吴金祥，程宁，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：