数字孪生如何使海军在船舶维护方面保持领先

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编译 /杜神甫
初步计划是建立船的数字孪生体,以便水面作战中心的维护工程师可以更快地识别损坏、腐蚀和对准问题,并在舰船进入港口时更加主动地进行维护。

有了舰船的数字孪生,海军可以在海上进行舰船的维修和保养,从而确保战斗系统的就绪状态而无需停靠。

位于加利福尼亚州韦尼姆港的海军水面作战中心(NSWC)一直在与一家无人航空系统公司Aerial Alchemy合作,研究如何使用数字孪生和无人机,达成上述目标。 2018年6月签署的《合作研究与开发协议》列出了具体细节,该公司生产了“独立”号研究船的数字孪生体。

初步计划是建立船的数字孪生体,以便水面作战中心的维护工程师可以更快地识别损坏、腐蚀和对准问题,并在舰船进入港口时更加主动地进行维护。

传统上,船舶检查是人工进行的,这通常意味着船只必须停靠在港口。然而,使用数字孪生,无人机收集的传感器数据可以分发给岸上的人员以进行检查,反之亦然。另外,海军可以确保当船驶入港口时,有合适的人员和工具来修理故障。

Aerial Alchemy公司创始人和CEO斯波丁说:“由于是海军,在海上发生的事情,可能导致某些东西受损,或是某些东西失灵。通过这种方式,他们可以开始更快地将这些信息反馈给维护命令,然后有一个可以立即评估的工具,即数字孪生。”

根据联邦实验室技术转让联合会的说法,无人机扫描和舰载摄影测绘用来创建基于时间的、带有地理标记的、元数据密集型独立模型,对于维护工程师而言,这些是更可操作的数据集。由于船上和岸上的专家可以查看相同的可靠数据,并在退化达到故障点之前做出决策,因此使用这种数字孪生可以降低维护成本和人为错误。

海军海洋系统司令部研究和技术应用办公室主任艾伦·杰格(Alan Jaeger)表示:“作为现役工程师,我们目前需要大量的现场人员来支持舰队,以识别配置、损坏、腐蚀和其他机械问题。‘数字孪生’概念或水面舰艇的成品模型为舰队提供了广泛的更好的服务机会。想象一下,这样不仅能够在不把维修人员置于潜在危险的情况下,收集有价值的信息,而且还能在船舶航行过程中获得更好、更准确的数据。”

在创建数字孪生时,该公司从发现阶段开始,以确定合适的遥感技术,并设计一个专用的UAS(无人机系统),这个UAS可以以最实用的方式收集最有用的数据。该公司使用激光雷达(LiDAR)和高光谱成像技术,分析整个电磁频谱中的信息,并且可以检测到腐蚀,因为如果存在潜在的锈蚀,涂料对辐射的反射会有所不同。

数字孪生也创建了关于船舶真相的单一来源,这是一种同步所有信息的方式,这样每个人都知道在谈论同样的问题。

此外,3D扫描对于数字工程支持海军战备至关重要。

Aerial Alchemy公司的研究结合了无人机定制、高分辨率扫描传感器和计算密集型后置处理,是创新和独特的,需要进一步与政府和行业合作,使这些成果在项目生命周期内可重复和可重用。

这个项目是NSWC海军创新科学和工程技术研究的一部分,该技术研究可以推进在役工程的未来发展。1986年的联邦技术转让法案允许作战中心和研究实验室与工业界和学术界在研究、工程和技术开发方面进行合作。

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