水下應急維修半物理仿真方法及系統(tǒng)應用

目錄
叢書序
前言
第1章 概述 1
第2章 水下應急維修半物理仿真原理 4
2.1　水下應急維修半物理仿真系統(tǒng)總體架構(gòu) 4
2.2　水下應急維修半物理仿真系統(tǒng)硬件集成原理 4
2.3　水下應急維修半物理仿真系統(tǒng)軟件集成原理 7
2.4 水下應急維修半物理分布式仿真原理 9
2.4.1 分布式虛擬仿真 10
2.4.2 場景管理和資源管理 13
2.4.3　并行場景繪制 14
2.5　水下應急維修半物理仿真系統(tǒng)通信與控制原理 17
2.6　運動控制模擬子系統(tǒng)集成原理 20
2.7 水下應急維修半物理仿真系統(tǒng)測試原理 25
2.7.1 測試指標體系與測試方法 26
2.7.2 系統(tǒng)單元測試 27
2.7.3 系統(tǒng)集成測試 30
2.7.4 系統(tǒng)測試平臺 31
第3章 水下應急維修半物理仿真系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 32
3.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù) 32
3.1.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本概念 32
3.1.2　虛擬現(xiàn)實的3I特性 33
3.1.3　虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)分類 34
3.1.4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展 37
3.1.5 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)組成 38
3.1.6 典型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng) 39
3.1.7 虛擬現(xiàn)實交互技術(shù) 40
3.1.8　增強現(xiàn)實技術(shù) 43
3.2　水下應急維修半物理仿真系統(tǒng)軟件 46
3.2.1　虛擬現(xiàn)實建模語言 46
3.2.2 虛擬現(xiàn)實建模軟件 47
3.2.3 虛擬現(xiàn)實開發(fā)軟件 47
3.2.4 虛擬現(xiàn)實軟件接口 54
3.2.5 虛擬現(xiàn)實平臺對接方案 56
3.3 水下應急維修半物理仿真系統(tǒng)硬件 58
3.3.1 輸入設(shè)備 58
3.3.2 輸出設(shè)備 65
3.3.3 服務器 72
3.3.4 圖像邊緣融合與無縫拼接設(shè)備 73
3.3.5 主被動立體信號轉(zhuǎn)換器 73
3.3.6 圖像數(shù)字幾何矯正設(shè)備 74
3.4 多通道三維視景仿真原理 75
3.4.1 三維立體視景仿真 75
3.4.2 三通道分布式繪制 75
第4章 水下應急維修半物理仿真系統(tǒng)軟硬件集成 79
4.1 分布式仿真系統(tǒng)網(wǎng)絡開發(fā)及集成 79
4.1.1 HLA技術(shù)簡介 79
4.1.2　面向分布式仿真的開發(fā)框架 82
4.1.3　分布式仿真中的數(shù)據(jù)管理體系結(jié)構(gòu) 84
4.1.4 分布式仿真中的交互數(shù)據(jù)管理 88
4.1.5　聯(lián)邦成員內(nèi)部的數(shù)據(jù)管理 91
4.1.6 分布式網(wǎng)絡的測試 94
4.2 三維視景仿真原理 96
4.2.1 三維視景系統(tǒng)總體設(shè)計 96
4.2.2 三維視景系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境 98
4.2.3 水下維修三維視景 101
4.2.4 三維視景系統(tǒng)開發(fā)路線 104
4.2.5 維修工具三維視景仿真建模技術(shù) 112
4.3　動力學仿真原理 118
4.3.1　基于Vortex的實時動力學仿真 118
4.3.2 動力學仿真的實現(xiàn) 128
4.4　水下應急維修半物理仿真系統(tǒng)硬件平臺 138
第5章 水下應急維修半物理仿真系統(tǒng)接口設(shè)計方法 140
5.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法 140
5.1.1 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計 140
5.1.2 聯(lián)邦成員的功能劃分 140
5.2 分布式動力學仿真的交互設(shè)計方法 141
5.3 第三方軟件接口 144
第6章 水下應急維修方法及工機具 146
6.1 水下應急維修方法 146
6.1.1 海底管道點泄漏的夾具快速止漏法 146
6.1.2 海底管道破損段的跨接管替換方法 148
6.1.3 海底管道破損段的不停產(chǎn)搶修方法 151
6.1.4 海底管道法蘭連接修復方法 153
6.1.5 立管點泄漏的夾具快速止漏法 155
6.1.6 立管斷裂應急處理搶修方法 156
6.1.7 水下管匯密封泄漏的應急維修方法 158
6.1.8 剛性跨接管破壞的應急處理與搶修方法 160
6.1.9 柔性跨接管破壞的應急處理與搶修方法 162
6.1.10 水下采油樹各部件失效的快速置換方法 163
6.1.11 海底管道破損的緊急封堵方法 167
6.1.12 海底管道漏油應急收集方法 170
6.2 水下應急維修工機具功能和結(jié)構(gòu) 172
6.2.1 作業(yè)船 172
6.2.2 吊機 173
6.2.3 絞車 174
6.2.4 ROV 175
6.2.5 多功能切割機具 184
6.2.6 提管架 190
6.2.7 ADS 194
6.2.8 封堵機 198
6.2.9 HOV 202
6.2.10 控油罩 205
第7章 水下應急維修水動力分析及風險評估方法 207
7.1 水下設(shè)備在海洋環(huán)境中的水動力仿真 207
7.2 水下設(shè)備的風險評估 211
第8章 水下應急維修半物理仿真運動控制模擬方法 215
8.1 吊機仿真模擬器系統(tǒng)架構(gòu) 215
8.2 吊機仿真模擬器系統(tǒng)硬件平臺開發(fā) 215
8.2.1 硬件系統(tǒng)的組成 215
8.2.2 吊機仿真模擬器設(shè)計 216
8.2.3 元件選擇與功能實現(xiàn) 221
8.2.4 PLC系統(tǒng)配置與選型 223
8.2.5 控制柜內(nèi)PLC布局設(shè)計 224
8.2.6 數(shù)據(jù)庫服務器 224
8.2.7 模型解算服務器 225
8.3 吊機仿真模擬器軟件平臺開發(fā) 225
8.3.1 吊機仿真模擬器軟件功能介紹 225
8.3.2 吊機仿真模擬器軟件架構(gòu) 226
8.3.3 吊機仿真模擬器軟件實現(xiàn) 228
8.3.4 數(shù)據(jù)通信協(xié)議OPC(通信模塊) 230
8.3.5 OPC轉(zhuǎn)換程序詳細設(shè)計 232
8.3.6 系統(tǒng)網(wǎng)絡配置圖 232
8.3.7 系統(tǒng)主要軟件配置 232
8.4 絞車仿真子系統(tǒng)總體架構(gòu) 234
8.5 絞車仿真子系統(tǒng)硬件平臺開發(fā) 237
8.5.1 絞車仿真子系統(tǒng)硬件組成 237
8.5.2 模擬器設(shè)計 237
8.5.3 元件選擇與功能實現(xiàn) 241
8.5.4 PLC控制系統(tǒng)配置與選型 241
8.6 絞車仿真子系統(tǒng)軟件系統(tǒng)開發(fā) 242
8.7 水下機器人運動模擬系統(tǒng)設(shè)計 244
第9章 水下應急維修半物理仿真模型庫管理方法 250
9.1 模型庫管理子系統(tǒng)程序系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 250
9.2 模型庫管理子系統(tǒng)詳細設(shè)計 251
9.2.1 程序設(shè)計 251
9.2.2 功能 254
9.2.3 性能 256
9.2.4 輸入項 257
9.2.5 輸出項 258
9.2.6 算法 258
9.2.7 流程邏輯 258
9.2.8 接口 263
9.2.9 注釋設(shè)計 263
9.2.10 限制條件 263
9.2.11 測試計劃 264
第10章 水下應急維修半物理仿真考核評分方法 266
10.1 考核評分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 266
10.2 考核評分系統(tǒng)功能設(shè)計 266
10.3 考核評分系統(tǒng)工作流程 267
10.4 考核評分系統(tǒng)軟件實現(xiàn) 268
10.4.1 典型案例步驟分解 268
10.4.2 評分方法 269
10.5 系統(tǒng)開發(fā)平臺 271
10.5.1 MFC 271
10.5.2 Microsoft SQL Sever 272
10.5.3 HLA 273
第11章 水下應急維修半物理仿真系統(tǒng)教練員站 274
11.1 教練員站系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)交互設(shè)計 274
11.2 教練員站系統(tǒng)詳細設(shè)計 275
11.2.1 程序設(shè)計 275
11.2.2 功能 281
11.2.3 性能 282
11.2.4 輸入項 284
11.2.5 輸出項 284
11.2.6 算法 284
11.2.7 流程邏輯 284
11.2.8 接口 286
11.2.9 注釋設(shè)計 286
11.2.10 限制條件 286
11.2.11 測試計劃 287
第12章 水下應急維修半物理仿真的應用 288
12.1 水下應急維修半物理仿真系統(tǒng)主場景配置 288
12.2 海底管道破損段的不停產(chǎn)搶修的仿真實施 289
12.2.1 主場景配置 289
12.2.2 仿真所需模型 289
12.2.3 作業(yè)工序 290
12.3 水下采油樹底部密封失效應急維修的仿真實施 301
12.3.1 主場景配置 301
12.3.2 仿真所需模型 302
12.3.3 作業(yè)工序 302
第13章 水下應急維修半物理仿真測試 319
13.1 系統(tǒng)集成測試 319
13.1.1 系統(tǒng)測試所用的設(shè)備 319
13.1.2 系統(tǒng)測試科目及技術(shù)指標 324
13.1.3 系統(tǒng)運行檢測 325
13.1.4 系統(tǒng)功能測試 325
13.1.5 系統(tǒng)實時性測試 326
13.1.6 系統(tǒng)時空一致性測試 327
13.1.7 系統(tǒng)仿真精度測試 327
13.1.8 系統(tǒng)穩(wěn)定性測試 331
13.2 系統(tǒng)評價指標體系 333
13.2.1 指標體系的建立遵循的原則 333
13.2.2 指標體系架構(gòu)及系統(tǒng)總體評價方法 334
13.2.3 單元評價體系 335
13.2.4 系統(tǒng)評價體系 338
參考文獻 341
彩圖