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【科技成果】面向智能柴油机的数字孪生建模与互联技术

合作方式:许可转让
所属行业:新技术与创新创业服务,其他
技术价格:面议
对接状态: 未对接
军方技术: 否

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发布人:junrong@csscip.com

单 位:广东军荣知识产权运营有限公司

  • 在智能化为主导的工业4.0背景下,智能船舶已经成为船舶工业发展的主导方向,而智能柴油机的发展将成为船舶智能化的最大助力。在智能柴油机的多个应用场景,如智能控制、能效优化、故障诊断,都需要高精度的数字孪生模型,因此面向智能柴油机的数字孪生建模和互联技术是船舶柴油机走向智能化的关键技术。
            数字孪生建模技术是面向柴油机不同智能化场景构建多尺度模型的共性技术,通过机电液热多科学分析,基于先进的多科学建模技术构建船用柴油机模型元件库;分析不同应用场景的模型复杂度和实时性要求,构造面向多尺度仿真的建模工作流与模板库;面向典型应用场景,如智能制造、智能控制、智能运维,进行应用模型构建,影响因子分析和模型接口封装,开发面向智能柴油机典型应用的数字孪生模型产品。
            数字孪生互联技术是沟通数字世界与物理世界的桥梁,通过在混合场景中运用云和边缘的计算资源,将孪生模型部署到工业物联网的运行环境;通过物联网环境收集柴油机时间序列数据、进行数据处理和模型计算、分析模型计算数据,将计算和分析结果传递给下游的智能化功能模块;并进行模型配置管理和模型数据管理,提高复用效率。

  • (1)船舶中速柴油机市场需求强劲
            船用中速柴油机指应用于包括三大主力船型在内的各类船舶发动机组原动机,并且覆盖几千吨级及以上船用主机,转速在400~1200r/min之间的各档功率柴油机。
            现阶段国际船海市场仍处于相对低谷,未来风险与机遇并存。从风险来看,全球经济与海运贸易发展已进入新阶段。未来2020-2025年,全球经济发展有望保持3-4%的年均增速水平,不过由于中国经济结构转型升级,加之“贸易保护主义”的抬头,全球经济增长对海运贸易的支撑作用明显减弱。从机遇来看,航线的重新调整、国际能源潜在新格局、IMO环保新规的落地以及智能船舶技术新变革等均将给国际船舶市场带来新机遇。
            基于2013-2019年全球船队数据,综合考虑航运及造船市场波动情况、船队结构演变、不同船机配比等要素,针对中速机目标船型,中船重工经济研究中心预测了未来6年(2020-2025年),国内、国外传统船舶对中速机的需求量。
            对于国内船舶中速主机,主要应用于大型海工船、中大型拖船及用于支线运输的原油和成品油船等。根据中船重工经济研究中心预测,未来6年共交付此类型船舶1230艘,对应中速主机需求量为2830台。
            对于国外船舶中速主机,主要应用于小型豪华游轮、LNG船、大型海工船和中大型拖船等。根据中船重工经济研究中心预测,未来6年共交付此类型船舶1590艘,对应中速主机需求量为3948台。
            对于国内中速辅机,主要应用于干线远洋运输船(散货船、集装箱船、原油及成品油船)、大型豪华游轮等。根据中船重工经济研究中心预测,未来6年共交付此类型船舶1636艘,对应中速辅机需求量为4765台。
            对于国外船舶中速辅机,主要应用于大型远洋运输船舶(散货船、集装箱船、化学品船、原油和成品油船)、大型LPG运输船、大型汽车运输船、客滚船等。根据中船重工经济研究中心预测,未来6年共交付此类型船舶2522艘,对应中速辅机需求量为7318台。
            综上所述,未来6年,全球船用中速机市场需求为18861台,年均需求约为3144台,市场需求强劲。
    (2)智能中速机的具有可观的社会和经济价值
            降排增效已成为全球船舶行业主流。国际方面,在排放控制区(ECA)运行的国际航行船舶已实施IMO Tier III法规,并且2020年新造船舶需满足船舶设计指数(EEDI)三阶段要求,碳排放需在2013年基础上降低30%。国内方面,国家生态环境部和国家质量监督检验检疫总局联合发布国家强制标准(GB15097),要求至2021年,国内船机NOx排放在现有基础上降低30%,2018年底国家交通运输部发布新规,将在2022年对沿海海域及长江、西江干线对单缸排量大于或等于30升的船用柴油机执行IMO Tier III排放限值要求。然而,国内造机企业目前掌握的设计技术普遍仅可达标IMO Tier II法规要求,并且油耗偏高,采用智能化技术的中速柴油机完全可以满足国际、国内法规要求,对改善大气污染起到重要作用,社会价值高,并且在全生命周期经济性、可靠性及安全性上有绝对优势。
            根据中船重工经济研究中心预测,未来6年,预计新造传统船舶中速柴油机数量可达18861台以上,装机功率3000万kW,可以推广应用智能化技术,市场价值约300亿元人民币(按1000元/kW计算)。2022年国内排放法规强制实施以前,保有的不能符合未来排放及能耗要求的船舶通过智能控制系统及智能化改造升级全面提升性能,预计5000台以上,改造功率750万kW以上,产值近40亿元人民币(按500元/kW计算)。而全球智能船舶预计在2030年以前产量可达2050艘,全部需要装备智能柴油机,其中智能中速机需求约为4900台,需求功率为750万kW,价值约110亿元人民币(按1500元/kW计算)。