基于輕量級框架的船舶技術(shù)性能數(shù)字化試驗平臺的設(shè)計與實現(xiàn)的開題報告

基于輕量級框架的船舶技術(shù)性能數(shù)字化試驗平臺的設(shè)計與實現(xiàn)的開題報告一、研究背景和意義船舶技術(shù)性能數(shù)字化試驗平臺以計算機模擬、虛擬仿真技術(shù)為核心，建立數(shù)字化船舶模型，并在虛擬“海洋”中進行仿真實驗，評估船舶性能。數(shù)字化試驗平臺不僅可以在設(shè)計和生產(chǎn)前快速預(yù)測船舶性能，也可以在實際使用中進行性能優(yōu)化調(diào)整。當前，全球船舶制造業(yè)正逐漸向數(shù)字化、信息化、智能化方向發(fā)展。船舶技術(shù)性能數(shù)字化試驗平臺是推進船舶制造數(shù)字化轉(zhuǎn)型的技術(shù)手段之一，可以提高船舶設(shè)計、生產(chǎn)和使用效率，減少研發(fā)成本，提高競爭力。此外，由于船舶的復(fù)雜性和成本，實際船舶試驗受到很多制約，如試驗條件限制、試驗時間長、試驗費用高等問題。數(shù)字化試驗平臺可以實現(xiàn)數(shù)字化仿真，可以克服上述問題，提高試驗效率和準確度，為船舶研發(fā)提供實驗驗證的可靠手段。因此，設(shè)計和實現(xiàn)基于輕量級框架的船舶技術(shù)性能數(shù)字化試驗平臺，對于船舶研發(fā)和制造具有重要意義。二、研究內(nèi)容和目標本課題旨在設(shè)計和實現(xiàn)基于輕量級框架的船舶技術(shù)性能數(shù)字化試驗平臺。其主要包括以下內(nèi)容：（1）船舶CAD建模技術(shù)采用數(shù)字化技術(shù)對船舶進行建模，采用先進的CAD技術(shù)編輯并導(dǎo)出數(shù)字化船舶模型。（2）虛擬化技術(shù)建立數(shù)字化船舶模型后，采用虛擬化技術(shù)在計算機中生成虛擬的“海洋”環(huán)境，包括波浪、風力、海流等物理特性。（3）船舶運動方程實現(xiàn)利用數(shù)學物理模型和計算力學原理，建立船舶運動方程，實現(xiàn)仿真船舶在虛擬“海洋”中航行。（4）船舶性能評估對仿真船舶進行性能評估，包括速度、穩(wěn)定性、船體結(jié)構(gòu)應(yīng)力等指標的計算和分析。（5）優(yōu)化調(diào)整根據(jù)實驗結(jié)果進行優(yōu)化調(diào)整，提出性能改善建議，為實際船舶研發(fā)和制造提供參考。實現(xiàn)以上內(nèi)容的目標是，開發(fā)出一款基于輕量級框架的船舶技術(shù)性能數(shù)字化試驗平臺，可以在計算機上進行數(shù)字化仿真實驗，為船舶研發(fā)和制造提供數(shù)字化、信息化、智能化的技術(shù)支持，推進船舶制造數(shù)字化轉(zhuǎn)型。三、研究方法和技術(shù)路線本課題的研究方法主要包括：（1）理論研究通過文獻資料調(diào)研，了解船舶CAD建模技術(shù)、虛擬化技術(shù)、計算力學原理，為數(shù)字化試驗平臺的設(shè)計和實現(xiàn)提供理論基礎(chǔ)。（2）軟件開發(fā)采用Java、HTML5等輕量級開發(fā)框架，實現(xiàn)數(shù)字化試驗平臺的功能模塊，如CAD建模、虛擬化、船舶運動方程實現(xiàn)等。（3）仿真實驗驗證通過數(shù)字化試驗平臺建立數(shù)字化船舶模型，進行虛擬仿真實驗，并對仿真結(jié)果進行分析和評估，得出結(jié)論并進行優(yōu)化調(diào)整。技術(shù)路線如下：（1）船舶CAD建模技術(shù)采用Java語言編寫封裝的CAD工具庫，實現(xiàn)基本繪圖功能。通過對點、線、面的管理，生成船舶數(shù)字化模型。（2）虛擬化技術(shù)采用OpenGL渲染庫，實現(xiàn)虛擬化技術(shù)，建立虛擬的海洋環(huán)境。（3）船舶運動方程實現(xiàn)通過船舶運動學和船舶力學專業(yè)知識，建立船舶運動方程，利用計算力學原理實現(xiàn)仿真船舶在虛擬“海洋”中航行。（4）船舶性能評估利用Java語言進行船速、穩(wěn)性、應(yīng)力等船舶性能指標的計算和分析。（5）優(yōu)化調(diào)整根據(jù)仿真結(jié)果進行優(yōu)化調(diào)整，給出性能改善建議。四、預(yù)期成果本課題的預(yù)期成果包括：（1）設(shè)計和實現(xiàn)基于輕量級框架的船舶技術(shù)性能數(shù)字化試驗平臺，可以在計算機上進行數(shù)字化仿真實驗，為船舶研發(fā)和制造提供數(shù)字化、信息化、智能化的技術(shù)支持。（2）研究船舶CAD建模技術(shù)、虛擬化技術(shù)、計算力學原理，提高研發(fā)人員的技能水平，促進船舶研發(fā)和制造數(shù)字化轉(zhuǎn)型。（3）通過數(shù)字化試驗平臺建立數(shù)字化船舶模型，進行虛擬仿真實驗，并對仿真結(jié)果進行分析和評估，得出結(jié)論并進行優(yōu)化調(diào)整。五、研究進度和計劃（1）2022年6月-8月：進行需求分析和系統(tǒng)設(shè)計，確定數(shù)字化試驗平臺的功能模塊和技術(shù)路線。（2）2022年9月-2023年3月：開發(fā)數(shù)字化試驗平臺的關(guān)鍵模塊，如CAD建模、虛擬化、船舶運動方程實現(xiàn)等。（3）2023年4月-2023年10月：建立數(shù)字化船舶模型，進行虛擬仿真實驗，并對仿真結(jié)果進行分析和評