ABB、Deltamarin和VTT模拟和优化船舶能量流

增加船舶的载货能力可以降低单位运营成本，但更大的船舶需要更复杂的动力装置，拥有更复杂的机械、电气、液压和热液压子系统。因为这些子系统的行为是相互依赖的，提高一个子系统的性能实际上可能会降低整体效率。因此，对新船和现有船的推进系统、主要动力系统、所有辅助设备以及冷却和加热设备的选择和尺寸标定是一个具有挑战性的优化问题。

在过去，工程师使用电子表格来计算组件尺寸的范围，但他们发现这种方法有几个缺点。电子表格并不总是在项目之间可重复使用，同事们发现它们很难检查和理解。这种方法对于在不同船速和吃水条件下或在风、海况和其他操作条件下分析系统是不切实际的。电子表格不适合进行动态分析，而且它们不能与在海上测量的数据进行比较，也不能用于开发控制系统。

为了理解和识别不同子系统之间的相互作用，Deltamarin、ABB和VTT需要对包含机械、电气、液压、热力、气动和热液压组件的完整船舶能量流进行建模。然后，他们需要模拟这个多域物理模型来执行系统级优化。

一个由ABB、Deltamarin和VTT的工程师组成的小团队使用Simulink和Simscape构建了船舶能量流模拟器。在Simulink中，该团队创建了一个顶级模型，包括主机、柴油发电机、交流电(AC)、螺旋桨、冷却水和蒸汽子系统。

该团队使用来自机械、电气、热、气动和液压领域的Simscape块，基于第一性原理开发组件模型。他们使用实际船舶系统的测量数据来设置模型中的参数值，并验证仿真结果。

VTT的研究科学家邹广荣表示:“基于第一性原理创建模型的一个优点是，模型容易理解。”“我们可以清楚地看到Simscape模型工作得有多好，即使我们没有测量来完全验证它。”

他们使用Simscape语言定义了三个自定义物理域——热流、蒸汽和电气交流，并基于这些域定义构建了新的Simscape组件库，其中包括一个包含50多个组件的新的热流库。

该团队开发了MATLAB脚本来自动化模型配置和仿真运行。他们还使用MATLAB生成了绘图和后处理仿真结果。

为了满足船舶设计师使用电子表格执行能量平衡方程的需求，该团队构建了模拟器的接口，使设计师能够在微软中提供模拟输入和检查模拟输出^®Excel^®．

该集团已经为邮轮、集装箱船和其他类型的船舶建模并进行了能量流模拟，ABB正在使用模拟器及其机载能量监测和管理(EMMA™)系统来了解现有船舶的效率。