WO2023054039A1 - 船舶の実船モニタリング解析による性能評価方法、性能評価プログラム、及び性能評価システム - Google Patents
船舶の実船モニタリング解析による性能評価方法、性能評価プログラム、及び性能評価システム Download PDFInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
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- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B71/00—Designing vessels; Predicting their performance
- B63B71/10—Designing vessels; Predicting their performance using computer simulation, e.g. finite element method [FEM] or computational fluid dynamics [CFD]
Definitions
- the present invention relates to a performance evaluation method, a performance evaluation program, and a performance evaluation system based on actual ship monitoring analysis for evaluating the performance of a ship through actual ship monitoring analysis.
- Actual ship monitoring is performed by measuring data on the operational status of a ship and the surrounding environment, analyzing the acquired data, and acquiring the performance of the ship based on the analysis results.
- measurement data should be extracted under conditions where the influence of waves and wind can be considered small, and disturbance correction should be performed.
- Performance has been estimated by curve fitting to data extracted without prior knowledge.
- an appropriate propeller operating point cannot be obtained if the accuracy of the propeller independent performance data used is insufficient.
- Patent Document 1 discloses a communication device that acquires surrounding sea weather data during ship navigation, a ship's performance in calm water under the influence of normal water, a ship's performance in waves under the influence of waves, and a wind An individual ship performance database that stores individual ship performance in the wind under the influence of , sea weather data acquired by communication equipment, and stored in the individual ship performance database, calm water performance, wave performance, and optimal state estimation means for estimating a state in which fuel consumption, which is the amount of fuel consumed during a voyage, is minimized based on wind performance.
- Patent Document 2 discloses a condition input means for inputting ship conditions and evaluation information conditions for requesting performance evaluation of a ship to be evaluated, and a ship evaluation in an actual sea area based on the ship conditions and evaluation information conditions.
- Patent Document 3 it is created based on the past operation performance data of the ship, the navigation state quantity of the ship is the objective variable, and a plurality of related elements that affect the navigation state quantity are used as explanatory variables.
- a data estimator that uses multiple regression analysis models to estimate the ship's navigational state quantities under operating conditions that include assumed values for each relevant factor, and a ship's one or more physical models that Equipped with a theoretical estimating unit for estimating the ship's navigational state quantity, and an estimation integration unit for calculating an estimated value of the ship's navigational state quantity under operating conditions based on the estimation result of the data estimating unit and the estimation result of the theoretical estimating unit.
- a ship performance estimation device is disclosed.
- a measurement data acquisition means for acquiring a series of measurement data indicating a certain physical quantity continuously measured on a ship as a certain series of measurement data
- a data series evaluation means for evaluating the reliability of a certain series according to a standard for evaluating the reliability of the series, and associating reliability data indicating the result of the evaluation with each measurement data of a certain series.
- Patent Documents 1 to 4 do not disclose how to correct data that cannot be corrected for disturbance when there is data that cannot be corrected for disturbance. Therefore, the present invention provides a performance evaluation method, a performance evaluation program, and a performance evaluation system by actual ship monitoring analysis that can appropriately correct disturbances and improve the accuracy of ship performance evaluation by actual ship monitoring analysis. aim.
- the method of evaluating the performance of the ship by the actual ship monitoring analysis the actual ship for the actual ship monitoring analysis from the navigation data of the ship
- Output at least one of the tuning step for tuning based on the actual ship data and propeller independent performance, the disturbance corrected data, and the tuned disturbance corrected data as disturbance corrected data.
- the disturbance when it is not possible to correct the disturbance to the calm water performance due to insufficient accuracy of the actual ship data or propeller performance alone, the disturbance can be corrected by tuning. It is possible to improve the accuracy of ship performance evaluation by actual ship monitoring analysis.
- the present invention according to claim 2 is a model test of a ship, computational fluid dynamics (CFD), simple performance estimation, sister ship actual ship data, and trial run data. further comprising a data assimilation step of performing data assimilation using an acquisition step and disturbance corrected data including at least one of the main engine output and the main engine rotation speed outputted in the acquired pre-estimated data and the disturbance corrected data output step.
- CFD computational fluid dynamics
- the accuracy of pre-estimated data obtained in advance by ship model tests, computational fluid dynamics calculations, simple performance estimation, actual operation of sister ships, or trial runs is measured as disturbance corrected data can be improved by data assimilation using
- the determination of whether or not there is actual ship data for which disturbance correction cannot be performed in the disturbance correction determination step is performed by calculating the torque coefficient based on the actual ship data and comparing it with the propeller independent performance. characterized by performing According to the third aspect of the present invention, it is possible to easily determine whether or not disturbance correction is possible by comparing the calculated torque coefficient with the performance of the propeller alone.
- the fourth aspect of the present invention there is actual ship data for which disturbance correction cannot be performed based on the intersection of the torque coefficient K Qmeas calculated based on the actual ship data and the torque coefficient K Q as propeller independent performance on the graph. It is characterized by determining whether or not. According to the fourth aspect of the present invention, whether or not disturbance correction is possible can be determined by whether or not a significant propeller operating point can be obtained using the torque coefficient.
- the tuning step includes a tuning parameter setting step of setting tuning parameters for actual ship data, a tuning disturbance correction step of performing disturbance correction using the set tuning parameters, and a predetermined number of A disturbance correction success determination step for determining whether or not disturbance correction has succeeded in the actual ship data, a residual calculation step for calculating the residual when a predetermined number of successful corrections have been made, and the calculation is completed for the set tuning parameters. and a tuning parameter update step of updating the tuning parameter if the result in the disturbance correction success determination step or the calculation end determination step is negative. According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to obtain the optimum tuning parameters for determining the tuning disturbance correction data.
- the torque coefficient is calculated using the tuning parameter for each parameter constituting the torque coefficient formula, the disturbance is corrected, and the optimum tuning parameter is searched for.
- the optimum tuning parameter for disturbance correction can be obtained from the tuning parameter for each parameter used in the torque coefficient formula.
- a seventh aspect of the present invention is characterized in that when calculating the torque coefficient using the tuning parameters, the equation (1) is used. According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to appropriately calculate the torque coefficient using the tuning parameter and correct the disturbance.
- K Qmeas Torque coefficient
- P meas Horsepower (measured value)
- ⁇ M Main engine transmission efficiency
- ⁇ R Propeller efficiency ratio
- ⁇ s Seawater density
- C ⁇ Tuning parameter
- N meas Rotational speed (measured value)
- D p Propeller diameter
- any one of the equations (1) to (3) is used.
- P meas Horsepower (measured value)
- ⁇ M Main engine transmission efficiency
- ⁇ R Propeller efficiency ratio
- ⁇ s Seawater density
- C ⁇ , C KQ , C DP Tuning parameter
- N meas Rotational speed (measured value)
- D p Propeller diameter
- the present invention according to claim 9 is characterized in that the search for the optimum tuning parameter is performed by selecting the tuning parameter that minimizes the residual of the effective wake coefficient. According to the ninth aspect of the present invention, the optimum tuning parameter for calculating the torque coefficient can be obtained appropriately.
- the calculation of the residual of the effective wake coefficient is performed based on the equation (8).
- R residual 1-w s : effective wake coefficient (1-w s ) i est : 1-w s by simple estimation (1-w s ) i inter : 1-w s as intermediate output
- N number of data
- the program for evaluating the performance of the ship by actual ship monitoring analysis wherein the computer, in the performance evaluation method by actual ship monitoring analysis of the ship , an actual ship data acquisition step, a related performance acquisition step, a disturbance correction step, a disturbance correction determination step, a tuning step, and a disturbance corrected data output step are executed.
- the eleventh aspect of the present invention it is possible to appropriately perform disturbance correction, etc. by tuning by a computer, and to quickly and accurately evaluate the performance of a ship by highly accurate actual ship monitoring analysis.
- the present invention according to claim 12 is characterized by causing the computer to further execute a data assimilation step.
- data assimilation is performed by a computer using disturbance corrected data, and ship model tests, computational fluid dynamics calculations, simple performance estimation, sister ship actual operation, or trial operation can improve the accuracy of pre-estimated data obtained in advance.
- the computer comprises the tuning parameter setting step, the tuning disturbance correction step, the disturbance correction success determination step, the residual calculation step, the calculation end determination step, and the tuning parameter setting step according to claim 5. It is characterized by executing a parameter update step.
- the tuning step is executed by a computer, so that optimum tuning parameters for obtaining tuning disturbance correction data can be obtained quickly and accurately.
- a performance evaluation system by actual ship monitoring analysis corresponding to claim 14 is a system that executes a performance evaluation method by actual ship monitoring analysis of a ship, and acquires a computer and at least actual ship data for actual ship monitoring analysis. and output means for outputting at least disturbance-corrected data, an actual ship data acquisition step, a related performance acquisition step, a disturbance correction step, a disturbance correction determination step, a tuning step, It is characterized by executing a disturbance corrected data output step.
- the output means outputs a result of data assimilation.
- the user of the system can easily obtain the data assimilation result of the disturbance corrected data and the pre-estimated data.
- At least one of the data acquisition means and the output means is connected to an information communication network to acquire actual ship data, output disturbance-corrected data, and output results of data assimilation. At least one is performed via an information communication network. According to the sixteenth aspect of the present invention, it is possible to smoothly exchange information with a remote location via an information communication network, thereby improving the convenience of the system.
- a pre-estimated performance acquisition step for acquiring pre-estimated data including any one of ship model tests, computational fluid dynamics (CFD), simple performance estimation, sister ship actual ship data, and trial run data, and the acquired pre- If it further comprises a data assimilation step of performing data assimilation using the estimated data and the disturbance corrected data including at least one of the main engine output and the main engine rotation speed output in the disturbance corrected data output step, the ship model test Data assimilation using disturbance-corrected data can improve the accuracy of pre-estimated data obtained in advance through computational fluid dynamics calculations, simple performance estimation, actual operation of sister ships, or trial runs.
- the disturbance correction determination step whether or not there is actual ship data for which disturbance correction cannot be performed is determined by calculating the torque coefficient based on the actual ship data and comparing it with the propeller independent performance. By comparing the torque coefficient and the performance of the propeller alone, it is possible to easily determine whether or not disturbance correction is possible.
- the tuning step includes a tuning parameter setting step for setting tuning parameters for actual ship data, a tuning disturbance correction step for performing disturbance correction using the set tuning parameters, and a disturbance correction step for a predetermined number of actual ship data.
- Disturbance correction success determination step to determine whether or not successful
- residual calculation step to calculate residual when predetermined number of successes
- calculation end to determine whether calculation has been completed for the set tuning parameters
- the torque coefficient is calculated using the tuning parameters for each parameter that make up the torque coefficient formula, and disturbance correction is performed.
- Optimal tuning parameters for disturbance correction can be obtained by tuning parameters for each parameter used in .
- the torque coefficient when the torque coefficient is calculated using the tuning parameter and the formula (1) is used, the torque coefficient can be appropriately calculated using the tuning parameter to perform disturbance correction.
- the torque coefficient can be appropriately calculated according to the number of tuning parameters to correct the disturbance.
- the optimum tuning parameter for calculating the torque coefficient can be obtained appropriately. can.
- the residual of the effective wake coefficient is calculated based on the formula (8), the residual of the effective wake coefficient can be obtained accurately.
- the computer performs disturbance correction etc. by tuning appropriately, and the performance evaluation of the ship by the highly accurate actual ship monitoring analysis is quickly and quickly. can be done accurately.
- the data assimilation is executed by the computer using the disturbance corrected data, and the model test of the ship, computational fluid dynamics calculation, simple performance estimation, sister ship realization, etc. It is possible to improve the accuracy of pre-estimated data obtained in advance through operation or trial operation.
- the tuning step is Computer execution can obtain optimum tuning parameters for obtaining tuning disturbance correction data quickly and accurately.
- the output means outputs the result of data assimilation
- the user of the system can easily obtain the result of data assimilation of the disturbance-corrected data and the pre-estimated data.
- At least one of the data acquisition means and the output means is connected to an information communication network, and at least one of the acquisition of the actual ship data, the output of the disturbance corrected data, and the output of the result of data assimilation is performed by the information communication.
- the exchange of information with a remote location can be performed smoothly via the information communication network, so that the convenience of the system can be improved.
- Flow chart of a performance evaluation method by actual ship monitoring analysis of a ship in an embodiment of the present invention Configuration diagram of the performance evaluation system based on the same actual ship monitoring analysis Flow diagram showing the division of roles between the preprocessing computer and the analysis computer Image diagram of disturbance correction to the same calm water A diagram showing an example of using the propeller operating point to determine whether or not there is actual ship data that cannot be corrected for the same disturbance. A diagram showing an example of using the propeller operating point to determine whether or not there is actual ship data that cannot be corrected for the same disturbance.
- Flow chart of tuning parameter search by the same analysis computer A diagram showing an example of obtaining the propeller operating point by applying the selected optimal tuning parameters. Image of data assimilation
- Fig. 1 is a flow diagram of a performance evaluation method by actual ship monitoring analysis
- Fig. 2 is a configuration diagram of a performance evaluation system by actual ship monitoring analysis
- Fig. 3 is a flow chart showing the division of roles between a preprocessing computer and an analysis computer.
- the performance evaluation system includes a computer (analysis computer (analysis PC)) 10 , data acquisition means 20 for acquiring actual ship data for actual ship monitoring analysis, related performance, etc., and output means 30 .
- a preprocessing computer (preprocessing PC) 11, propeller independent performance derivation means 40, external force response derivation means 50, and pre-estimated performance derivation means 60 are connected to the performance evaluation system via an information communication network 70 such as the Internet. Vessels A to Z and users X and Y can transmit and receive data to and from the performance evaluation system and each means through the information communication network .
- the analysis computer 10, the preprocessing computer (preprocessing PC) 11, the propeller single performance derivation means 40, the external force response derivation means 50, and the pre-estimated performance derivation means 60 are located at separate locations or on the web as shown in FIG. It may be operated at the site, but it is also possible to operate by combining them arbitrarily.
- the analysis computer 10 has an actual ship data acquisition section, a related performance acquisition section, a disturbance correction section, a tuning section, and an output section. Normally, these actual ship data acquisition section, related performance acquisition section, disturbance correction section, tuning section, and output section are executed as functions of a computer program.
- a performance evaluation program is installed in the analysis computer 10, and the performance evaluation program executes each step of a performance evaluation method for evaluating the performance of the ship by actual ship monitoring analysis.
- the preprocessing computer 11 derives actual ship data for actual ship monitoring analysis based on the obtained ship voyage data. Then, the performance evaluation system acquires actual ship data via the data acquisition means 20 (S1: actual ship data acquisition step). In addition, the preprocessing computer 11 performs all processed actual ship data necessary for actual ship monitoring analysis, such as cleansing processing, statistical processing, classification processing, association processing, etc. of the voyage data acquired from each ship A to Z. is derived. The acquired actual ship data is transmitted to the analysis computer 10 upon request from the actual ship data acquisition unit.
- Vessel voyage data includes operational performance and weather and sea conditions encountered. include. Actual ship data includes main engine rotation speed, main engine output, and the like.
- the performance evaluation system acquires the propeller independent performance and the external force response of the ship derived using the propeller independent performance derivation means 40 and the external force response derivation means 50 as related performance via the data acquisition means 20 ( S2: Related Performance Acquisition Step).
- the acquired propeller independent performance and external force response are read into the analysis computer 10 upon request from the relevant performance acquisition section.
- the propeller independent performance derived by the propeller independent performance derivation means 40 using a water tank test or the like indicates the response of the thrust coefficient K T , the torque coefficient K Q , and the propeller independent efficiency EtaO to the advance coefficient J.
- the external force response indicates a change in hull resistance due to disturbance, that is, how much the hull resistance changes due to the influence of waves and wind, and can be obtained using the external force response deriving means 50 .
- the external force response deriving means 50 derives the external force response based on, for example, numerical calculations, water tank tests, and the like.
- FIG. 4 is an image diagram of disturbance correction in calm water
- FIG. 4(c) shows an image of disturbance correction of the main engine output.
- the main engine rotation speed and the main engine output of the actual ship data will be corrected to the normal water performance.
- the evaluation sea state is most often considered to be flat water without waves and wind, but sea state with waves and wind can also be used. As shown in FIG.
- FIGS. 5 and 6 are diagrams showing examples in which the propeller operating point is used to determine whether or not there is actual ship data for which disturbance correction cannot be performed.
- the judgment in the disturbance correction judgment step S4 can be made by calculating the torque coefficient based on the actual ship data and comparing it with the independent propeller performance. This makes it possible to easily determine whether or not disturbance correction is possible.
- a torque coefficient is calculated by the following formula (9).
- K Qmeas is torque coefficient
- P meas horsepower (measured value)
- ⁇ M main engine transmission efficiency
- ⁇ R propeller efficiency ratio
- ⁇ s seawater density
- N meas speed (measured value)
- D p propeller diameter is.
- the main engine transmission efficiency ⁇ M , propeller efficiency ratio ⁇ R , and propeller diameter D p are ship specific values.
- the advance coefficient J, the thrust coefficient K T , the torque coefficient K Q , and the propeller single efficiency EtaO are all positive values, and the intersection point of the curve of J ⁇ 10K Q and 10K Qmeas is significant. propeller operating point.
- Insufficient accuracy of measured values, insufficient accuracy of hull eigenvalues, or insufficient accuracy of independent propeller performance can be considered as causes for excessive or insufficient torque coefficient KQmeas . This is a common occurrence for anyone other than the shipyard who holds the relevant data. In this way, it is determined whether or not there is actual ship data for which disturbance correction cannot be performed, based on the intersection of the torque coefficient K Qmeas calculated based on the actual ship data and the torque coefficient K Q as propeller independent performance. can be determined by whether or not a significant propeller operating point can be obtained using the torque coefficient.
- the analysis computer 10 determines in the disturbance correction determination step S4 that there is no actual ship data for which disturbance correction cannot be performed (no)
- the analysis computer 10 replaces the disturbance corrected data with the disturbance corrected data. is transmitted from the output unit to the output means 30, and the output means 30 outputs the disturbance corrected data (S6: disturbance corrected data output step).
- the tuning section performs tuning based on the actual ship data and propeller independent performance
- the tuned disturbance correction data is transmitted from the output section to the output means 30 (S5: tuning step).
- the output means 30 outputs the tuning disturbance corrected data as disturbance corrected data in the disturbance corrected data output step S6.
- a tuning parameter is introduced when calculating the torque coefficient.
- the following equation (1) is used, for example.
- K Qmeas is the torque coefficient
- P meas is the horsepower (measured value)
- ⁇ M is the main engine transmission efficiency
- ⁇ R is the propeller efficiency ratio
- ⁇ s is the seawater density
- C ⁇ is the tuning parameter
- N meas is the rotation speed (measured value).
- D p is the propeller diameter.
- tuning parameter setting step S11 tuning parameter setting step.
- a tuning parameter is set for each parameter constituting the equation of the torque coefficient. If one tuning parameter is set for each parameter, the formula (1), the following formula (2), or the following formula (3) is used.
- the formula (1), the following formula (2), or the following formula (3) is used.
- the formula (3) is used.
- the formula (3) is used when setting two tuning parameters.
- calculation is performed using the following formula (7), or calculation is performed by combining formulas (1) to (7).
- the torque coefficient can be appropriately calculated according to the number of tuning parameters to be set, and disturbance correction can be performed.
- K Qmeas is the torque coefficient
- P meas is the horsepower (measured value)
- ⁇ M is the main engine transmission efficiency
- ⁇ R is the propeller efficiency ratio
- ⁇ s is the seawater density
- C ⁇ is related to the cubic power of the denominator.
- Tuning parameters CKQ is a tuning parameter related to the denominator or the first power of the numerator
- CDP is a tuning parameter related to the propeller diameter and is related to the fifth power in the denominator
- N meas is the number of revolutions (measured value)
- Dp is the is the propeller diameter.
- Tuning parameters are set for unknown parameters. Therefore, the number of tuning parameters to be set depends on the number of unknown parameters. For example, if the unknown parameters relate to the main engine speed and propeller diameter, the number of tuning parameters is set to two, C ⁇ and CDP .
- the disturbance correction unit performs disturbance correction using the set tuning parameters (S12: tuning disturbance correction step).
- a plurality of tuning parameters are prepared, and disturbance correction is performed using all parameters.
- the disturbance correction in the tuning disturbance correction step S12 is performed in the same manner as the disturbance correction step S3 described above, except that the tuning parameter is introduced when calculating the torque coefficient.
- the tuning parameters are updated (tuning parameter update step S16), and the process proceeds to the tuning parameter setting step S11. Go back and set the updated tuning parameters for the actual ship data.
- the tuning parameter updating step S16 which is performed when it is determined that the disturbance correction has not been successful, only the set values are changed without changing the types of tuning parameters (C ⁇ , C KQ , C DP ).
- the residual is calculated (S14: residual calculation step). For example, when calculating the residual of the effective wake coefficient, it is calculated based on the following formula (8). This makes it possible to accurately determine the residual of the effective wake coefficient.
- R is the residual
- 1-w s is the effective wake coefficient
- (1-w s ) i est is 1-w s by simple estimation
- (1-w s ) i inter is 1-w s as intermediate output
- N is the number of data.
- the process proceeds to the tuning parameter update step S16 to update the tuning parameters.
- the tuning parameter update step S16 which is performed when it is determined that the calculation has not ended, the type of tuning parameter is changed. If one tuning parameter is set in the tuning parameter setting step S11, there is only one type of tuning parameter, so it is not determined in the calculation end determination step S15 that the calculation has not been completed.
- the optimum tuning parameter is selected (S17: optimum tuning parameter selection step).
- the tuning step S5 includes the tuning parameter setting step S11, the tuning disturbance correction step S12, the disturbance correction success determination step S13, the residual calculation step S14, the calculation end determination step S15, and the tuning parameter update step S16.
- the optimal tuning parameters for determining the tuning disturbance correction data can be obtained.
- the tuning parameter for each parameter used in the torque coefficient formula can obtain the optimum tuning parameters for disturbance correction.
- FIG. 8 is a diagram showing an example in which the propeller operating point is obtained by applying the selected optimum tuning parameters. If the torque coefficient K Qmeas is too small to obtain a significant propeller operating point as shown in FIG. 8(a), the residual is calculated as shown in FIG. is evaluated and the optimum tuning parameter is introduced when calculating the torque coefficient, a significant propeller operating point can be obtained with an appropriate torque coefficient K Qmeas as shown in FIG. 8(c). In this way, when it is not possible to correct the disturbance to the calm water performance due to insufficient accuracy of the actual ship data or propeller performance alone, tuning is performed to correct the disturbance. performance evaluation accuracy can be improved.
- the data assimilation step S8 is performed.
- pre-estimated data of ship performance derived by the pre-estimated performance deriving means 60 is acquired (S7: pre-estimated performance acquisition step).
- the acquired pre-estimated data is read into the analysis computer 10 .
- the pre-estimated data is obtained in advance using the pre-estimated performance derivation means 60 by performing ship model tests (tank tests), computational fluid dynamics (CFD) calculations, simple performance estimation, actual operation of sister ships, trial runs, etc. This is predicted performance data.
- the pre-estimated data used in the data assimilation step S8 includes any one of a ship model test, computational fluid dynamics (CFD), simple performance estimation, sister ship actual ship data, and trial run data, so that the ship model Data assimilation can improve the accuracy of pre-estimated data obtained from tests, computational fluid dynamics calculations, simple performance estimation, actual operation of sister ships, or trial runs.
- CFD computational fluid dynamics
- the analysis computer 10 performs data assimilation using the pre-estimated data obtained in the pre-estimated performance obtaining step S7 and the disturbance-corrected data output in the disturbance-corrected data output step S6.
- the disturbance-corrected data used in the data assimilation step S8 includes at least one of the main engine output and the main engine rotation speed
- the general main engine output and the main engine rotation speed are used as the disturbance-corrected data in ship performance evaluation. Can be used for data assimilation.
- FIG. 9 is an image diagram of data assimilation, FIG.
- FIG. 9(a) shows the data assimilation of the main engine speed
- FIG. 9(b) shows the data assimilation of the main engine output.
- the analysis computer 10 transmits the data assimilation result from the output section to the output means 30.
- FIG. The output means 30 outputs the result of data assimilation (S9: result output step).
- users X and Y of the system can easily obtain high-precision performance data as a result of data assimilation of the disturbance-corrected data and the pre-estimated data.
- the data acquisition means 20 and the output means 30 are connected to the information communication network 70, at least one of acquisition of actual ship data, output of disturbance corrected data, and output of data assimilation results can be performed. , through the information communication network 70.
- information can be smoothly exchanged with a remote location via the information communication network 70, so that the convenience of the system can be improved.
- the analysis computer 10 includes an actual ship data acquisition step S1, a related performance acquisition step S2, a disturbance correction step S3, a disturbance correction determination step S4, and a tuning step.
- the analysis computer 10 By executing S5 and the disturbance corrected data output step S6, the analysis computer 10 appropriately performs disturbance correction by tuning, etc., and the performance evaluation of the ship can be quickly and accurately performed by highly accurate actual ship monitoring analysis. can. Further, by causing the analysis computer 10 to further execute the data assimilation step S8, it is possible to improve the accuracy of the pre-estimated data obtained in advance by a water tank test, numerical calculation, or the like. Further, the analysis computer 10 executes a tuning parameter setting step S11, a tuning disturbance correction step S12, a disturbance correction success determination step S13, a residual calculation step S14, a calculation end determination step S15, and a tuning parameter update step S16. Optimal tuning parameters for obtaining tuning disturbance correction data quickly and accurately can be obtained.
- a performance evaluation system based on actual ship monitoring analysis includes an analysis computer 10, data acquisition means 20, and output means 30, and by executing a performance evaluation program or performance evaluation method, searching for optimal tuning parameters, tuning
- a system can be provided that can perform disturbance correction, disturbance corrected data output, data assimilation, and the like.
- the program can also be used by recording it in various storage media.
- the preprocessing computer 11 and the analysis computer 10 are described as separate computers in the above embodiment, they can be the same computer.
- the present invention can correct disturbances with practical accuracy. This will lower the hurdles and contribute to the further spread of on-board monitoring analysis.
- the present invention can be used not only for actual ship performance, but also for evaluation of propeller and paint performance, verification of weather routing and the like.
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Abstract
船舶の航海データから実船モニタリング解析のための実船データを取得するステップS1と、船舶のプロペラ単独性能と外乱による船体抵抗の変化を示す外力応答を取得するステップS2と、取得した実船データに基づいて船舶のプロペラ単独性能と外力応答を用いて船舶の平水中性能への外乱修正を行うステップS3と、外乱修正ができない実船データがあるか否かの判別を行うステップS4と、外乱修正ができない実船データがある場合に実船データとプロペラ単独性能とに基づいてチューニングを行うステップS5と、外乱修正ができた外乱修正データ、及びチューニングを行ったチューニング外乱修正データの少なくとも一方を外乱修正済データとして出力するステップS6を備える。これにより、外乱修正を適切に行い実船モニタリング解析による船舶の性能評価精度を高めることができる。
Description
本発明は、船舶の性能を実船モニタリング解析により評価する、船舶の実船モニタリング解析による性能評価方法、性能評価プログラム、及び性能評価システムに関する。
船舶の運航状況及び周辺環境に関するデータを計測し、取得したデータを解析し、解析結果に基づいて船舶の性能を取得する実船モニタリングが行われている。
実船モニタリングによる平水中性能の評価においては、風速又は風速と波高について閾値を設定することにより、波、風の影響が小さいと見做せる状況での計測データを抽出し、外乱修正を実施せずに抽出したデータに対するカーブフィッティングにより性能を推定することが行われてきた。また、外乱修正により波、風の影響を除去する際、使用するプロペラ単独性能データの精度が不十分な場合に、適切なプロペラ作動点が得られないという問題があった。
また、特許文献1には、船舶航行時の周囲の海気象データを取得する通信装置と、平水の影響下での船の平水中性能、波浪の影響下での船の波浪中性能、及び風の影響下での船の風中性能のそれぞれの個船性能を記憶する個船性能データベースと、通信装置で取得した海気象データ、個船性能データベースに記憶した、平水中性能、波浪中性能、及び風中性能に基づいて、航海での燃料消費量である燃費が最小となる状態を推定する最適状態推定手段とを備える運航支援装置が開示されている。
また、特許文献2には、評価対象の船舶の性能評価を依頼するための船舶条件及び評価情報条件を入力する条件入力手段と、船舶条件及び評価情報条件に基づいて実海域での船舶の評価を行う評価手段と、評価手段を用いた評価結果を、依頼を行った依頼者に提供する評価結果提供手段とを備えた船舶性能評価・提供システムが開示されている。
また、特許文献3には、船舶の過去の運航実績データに基づいて作成され、船舶の航行状態量を目的変数とし、航行状態量に影響を与える複数の関連要素を説明変数とする1つまたは複数の回帰分析モデルを用いて、各々の関連要素の想定値を含む運航条件における船舶の航行状態量を推定するデータ推定部と、船舶の1つまたは複数の物理モデルを用いて、運航条件における船舶の航行状態量を推定する理論推定部と、データ推定部の推定結果と理論推定部の推定結果とに基づいて、運航条件における船舶の航行状態量の推定値を算出する推定統合部を備える船舶性能推定装置が開示されている。
また、特許文献4には、船舶において継続的に計測される或る物理量を示す一連の計測データを或る系列の計測データとして取得する計測データ取得手段と、或る系列の信頼度を、或る系列の信頼度を評価するための基準に従い評価し、当該評価の結果を示す信頼度データを、或る系列の計測データの各々に対応付けるデータ系列評価手段とを備えるデータ処理装置が開示されている。
実船モニタリングによる平水中性能の評価においては、風速又は風速と波高について閾値を設定することにより、波、風の影響が小さいと見做せる状況での計測データを抽出し、外乱修正を実施せずに抽出したデータに対するカーブフィッティングにより性能を推定することが行われてきた。また、外乱修正により波、風の影響を除去する際、使用するプロペラ単独性能データの精度が不十分な場合に、適切なプロペラ作動点が得られないという問題があった。
また、特許文献1には、船舶航行時の周囲の海気象データを取得する通信装置と、平水の影響下での船の平水中性能、波浪の影響下での船の波浪中性能、及び風の影響下での船の風中性能のそれぞれの個船性能を記憶する個船性能データベースと、通信装置で取得した海気象データ、個船性能データベースに記憶した、平水中性能、波浪中性能、及び風中性能に基づいて、航海での燃料消費量である燃費が最小となる状態を推定する最適状態推定手段とを備える運航支援装置が開示されている。
また、特許文献2には、評価対象の船舶の性能評価を依頼するための船舶条件及び評価情報条件を入力する条件入力手段と、船舶条件及び評価情報条件に基づいて実海域での船舶の評価を行う評価手段と、評価手段を用いた評価結果を、依頼を行った依頼者に提供する評価結果提供手段とを備えた船舶性能評価・提供システムが開示されている。
また、特許文献3には、船舶の過去の運航実績データに基づいて作成され、船舶の航行状態量を目的変数とし、航行状態量に影響を与える複数の関連要素を説明変数とする1つまたは複数の回帰分析モデルを用いて、各々の関連要素の想定値を含む運航条件における船舶の航行状態量を推定するデータ推定部と、船舶の1つまたは複数の物理モデルを用いて、運航条件における船舶の航行状態量を推定する理論推定部と、データ推定部の推定結果と理論推定部の推定結果とに基づいて、運航条件における船舶の航行状態量の推定値を算出する推定統合部を備える船舶性能推定装置が開示されている。
また、特許文献4には、船舶において継続的に計測される或る物理量を示す一連の計測データを或る系列の計測データとして取得する計測データ取得手段と、或る系列の信頼度を、或る系列の信頼度を評価するための基準に従い評価し、当該評価の結果を示す信頼度データを、或る系列の計測データの各々に対応付けるデータ系列評価手段とを備えるデータ処理装置が開示されている。
外乱修正を実施せずに抽出したデータに対するカーブフィッティングにより性能を推定する手法は、簡便であるが閾値を適切に設定する必要があり、実際は恣意性が入り容易ではない。
また、特許文献1~4は、外乱修正できないデータがある場合に、その外乱修正できないデータをどのように修正するかを開示するものではない。
そこで本発明は、外乱修正を適切に行い実船モニタリング解析による船舶の性能評価精度を高めることができる船舶の実船モニタリング解析による性能評価方法、性能評価プログラム、及び性能評価システムを提供することを目的とする。
また、特許文献1~4は、外乱修正できないデータがある場合に、その外乱修正できないデータをどのように修正するかを開示するものではない。
そこで本発明は、外乱修正を適切に行い実船モニタリング解析による船舶の性能評価精度を高めることができる船舶の実船モニタリング解析による性能評価方法、性能評価プログラム、及び性能評価システムを提供することを目的とする。
請求項1記載に対応した船舶の実船モニタリング解析による性能評価方法においては、船舶の性能を実船モニタリング解析により評価する方法であって、船舶の航海データから実船モニタリング解析のための実船データを取得する実船データ取得ステップと、船舶のプロペラ単独性能と外乱による船体抵抗の変化を示す外力応答を取得する関連性能取得ステップと、取得した実船データに基づいて船舶のプロペラ単独性能と外力応答を用いて船舶の平水中性能への外乱修正を行う外乱修正ステップと、外乱修正ができない実船データがあるか否かの判別を行う外乱修正判別ステップと、外乱修正ができない実船データがある場合に実船データとプロペラ単独性能とに基づいてチューニングを行うチューニングステップと、外乱修正ができた外乱修正データ、及びチューニングを行ったチューニング外乱修正データの少なくとも一方を外乱修正済データとして出力する外乱修正済データ出力ステップを備えることを特徴とする。
請求項1に記載の本発明によれば、実船データやプロペラ単独性能の精度不足等により平水中性能への外乱修正ができない場合は、チューニングを行って外乱修正できるため、外乱修正を適切に行い実船モニタリング解析による船舶の性能評価精度を高めることができる。
請求項1に記載の本発明によれば、実船データやプロペラ単独性能の精度不足等により平水中性能への外乱修正ができない場合は、チューニングを行って外乱修正できるため、外乱修正を適切に行い実船モニタリング解析による船舶の性能評価精度を高めることができる。
請求項2記載の本発明は、船舶の模型試験、数値流体力学(CFD)、簡易性能推定、姉妹船実船データ、及び試運転データのいずれか一つを含む事前推定データを取得する事前推定性能取得ステップと、取得した事前推定データと外乱修正済データ出力ステップで出力される主機出力及び主機回転数の少なくとも一方を含む外乱修正済データとを用いてデータ同化を行うデータ同化ステップをさらに備えることを特徴とする。
請求項2に記載の本発明によれば、船舶の模型試験、数値流体力学計算、簡易性能推定、姉妹船の実運航、又は試運転によって予め得られた事前推定データの精度を、外乱修正済みデータを用いたデータ同化により向上させることができる。また、船舶の性能評価において一般的な主機出力や主機回転数を外乱修正済データとしてデータ同化に用いることができる。
請求項2に記載の本発明によれば、船舶の模型試験、数値流体力学計算、簡易性能推定、姉妹船の実運航、又は試運転によって予め得られた事前推定データの精度を、外乱修正済みデータを用いたデータ同化により向上させることができる。また、船舶の性能評価において一般的な主機出力や主機回転数を外乱修正済データとしてデータ同化に用いることができる。
請求項3記載の本発明は、外乱修正判別ステップにおける外乱修正ができない実船データがあるか否かの判別は、実船データに基づいてトルク係数を算出し、プロペラ単独性能と比較することにより行うことを特徴とする。
請求項3に記載の本発明によれば、算出したトルク係数とプロペラ単独性能との比較により、外乱修正の可否を簡便に判別することができる。
請求項3に記載の本発明によれば、算出したトルク係数とプロペラ単独性能との比較により、外乱修正の可否を簡便に判別することができる。
請求項4記載の本発明は、実船データに基づいて算出したトルク係数KQmeasと、プロペラ単独性能としてのトルク係数KQとのグラフ上の交点に基づいて外乱修正ができない実船データがあるか否かの判別を行うことを特徴とする。
請求項4に記載の本発明によれば、外乱修正の可否を、トルク係数を用いて有意なプロペラ作動点が求められるか否かによって判別することができる。
請求項4に記載の本発明によれば、外乱修正の可否を、トルク係数を用いて有意なプロペラ作動点が求められるか否かによって判別することができる。
請求項5記載の本発明は、チューニングステップは、実船データに対してチューニングパラメータを設定するチューニングパラメータ設定ステップと、設定されたチューニングパラメータを用いた外乱修正を行うチューニング外乱修正ステップと、所定数の実船データにおいて外乱修正が成功したかを判別する外乱修正成功判別ステップと、所定数が成功した場合に残差を計算する残差計算ステップと、設定されたチューニングパラメータに対して計算を終了したかを判別する計算終了判別ステップと、外乱修正成功判別ステップ又は計算終了判別ステップで否定された場合にチューニングパラメータを更新するチューニングパラメータ更新ステップを含むことを特徴とする。
請求項5に記載の本発明によれば、チューニング外乱修正データを求めるための最適なチューニングパラメータを得ることができる。
請求項5に記載の本発明によれば、チューニング外乱修正データを求めるための最適なチューニングパラメータを得ることができる。
請求項6記載の本発明は、外乱修正ができない場合に、トルク係数の式を構成するパラメータごとのチューニングパラメータを用いてトルク係数を算出して外乱修正を行い、最適なチューニングパラメータを探索することを特徴とする。
請求項6に記載の本発明によれば、トルク係数の式で用いられるパラメータごとのチューニングパラメータにより、外乱修正に最適なチューニングパラメータを得ることができる。
請求項6に記載の本発明によれば、トルク係数の式で用いられるパラメータごとのチューニングパラメータにより、外乱修正に最適なチューニングパラメータを得ることができる。
請求項7記載の本発明は、チューニングパラメータを用いてトルク係数を算出するに当たり式(1)を用いて算出することを特徴とする。
請求項7に記載の本発明によれば、チューニングパラメータを用いてトルク係数を適切に算出して外乱修正を行うことができる。
KQmeas :トルク係数
Pmeas :馬力(計測値)
ηM :主機伝達効率
ηR :プロペラ効率比
ρs :海水密度
Cγ :チューニングパラメータ
Nmeas :回転数(計測値)
Dp :プロペラ直径
請求項7に記載の本発明によれば、チューニングパラメータを用いてトルク係数を適切に算出して外乱修正を行うことができる。
Pmeas :馬力(計測値)
ηM :主機伝達効率
ηR :プロペラ効率比
ρs :海水密度
Cγ :チューニングパラメータ
Nmeas :回転数(計測値)
Dp :プロペラ直径
請求項8記載の本発明は、チューニングパラメータを用いてトルク係数を算出するに当たり、パラメータごとのチューニングパラメータを1つに設定する場合は、式(1)から式(3)のいずれか一つを用い、2つに設定する場合は、式(4)から式(6)のいずれか一つを用い、3つに設定する場合は、式(7)を用いて算出する、又は式(1)から式(7)を組み合わせて算出することを特徴とする。
KQmeas :トルク係数
Pmeas :馬力(計測値)
ηM :主機伝達効率
ηR :プロペラ効率比
ρs :海水密度
Cγ、CKQ、CDP :チューニングパラメータ
Nmeas :回転数(計測値)
Dp :プロペラ直径
請求項8に記載の本発明によれば、チューニングパラメータを設定する数に応じトルク係数を適切に算出して外乱修正を行うことができる。
Pmeas :馬力(計測値)
ηM :主機伝達効率
ηR :プロペラ効率比
ρs :海水密度
Cγ、CKQ、CDP :チューニングパラメータ
Nmeas :回転数(計測値)
Dp :プロペラ直径
請求項8に記載の本発明によれば、チューニングパラメータを設定する数に応じトルク係数を適切に算出して外乱修正を行うことができる。
請求項9記載の本発明は、最適なチューニングパラメータの探索は、有効伴流係数の残差が最小となるチューニングパラメータを選出することにより行うことを特徴とする。
請求項9に記載の本発明によれば、トルク係数を算出するための最適なチューニングパラメータを適切に求めることができる。
請求項9に記載の本発明によれば、トルク係数を算出するための最適なチューニングパラメータを適切に求めることができる。
請求項10記載の本発明は、有効伴流係数の残差の算出は、式(8)に基づいて行うことを特徴とする。
R :残差
1-ws :有効伴流係数
(1-ws)i est :簡易推定による1-ws
(1-ws)i inter :中間出力としての1-ws
N :データ数
請求項10に記載の本発明によれば、有効伴流係数の残差を正確に求めることができる。
1-ws :有効伴流係数
(1-ws)i est :簡易推定による1-ws
(1-ws)i inter :中間出力としての1-ws
N :データ数
請求項10に記載の本発明によれば、有効伴流係数の残差を正確に求めることができる。
請求項11記載に対応した船舶の実船モニタリング解析による性能評価プログラムにおいては、船舶の性能を実船モニタリング解析により評価するプログラムであって、コンピュータに、船舶の実船モニタリング解析による性能評価方法における、実船データ取得ステップと、関連性能取得ステップと、外乱修正ステップと、外乱修正判別ステップと、チューニングステップと、外乱修正済データ出力ステップを実行させることを特徴とする。
請求項11に記載の本発明によれば、チューニングによる外乱修正等をコンピュータが実行することで適切に行い、精度の高い実船モニタリング解析による船舶の性能評価を迅速かつ正確に行うことができる。
請求項11に記載の本発明によれば、チューニングによる外乱修正等をコンピュータが実行することで適切に行い、精度の高い実船モニタリング解析による船舶の性能評価を迅速かつ正確に行うことができる。
請求項12記載の本発明は、コンピュータに、データ同化ステップをさらに実行させることを特徴とする。
請求項12に記載の本発明によれば、外乱修正済データを用いてデータ同化をコンピュータに実行させて、船舶の模型試験、数値流体力学計算、簡易性能推定、姉妹船の実運航、又は試運転によって予め得られた事前推定データの精度を向上させることができる。
請求項12に記載の本発明によれば、外乱修正済データを用いてデータ同化をコンピュータに実行させて、船舶の模型試験、数値流体力学計算、簡易性能推定、姉妹船の実運航、又は試運転によって予め得られた事前推定データの精度を向上させることができる。
請求項13記載の本発明は、コンピュータに、請求項5に記載のチューニングパラメータ設定ステップと、チューニング外乱修正ステップと、外乱修正成功判別ステップと、残差計算ステップと、計算終了判別ステップと、チューニングパラメータ更新ステップを実行させることを特徴とする。
請求項13に記載の本発明によれば、チューニングステップをコンピュータが実行することで、迅速かつ正確にチューニング外乱修正データを求めるための最適なチューニングパラメータを得ることができる。
請求項13に記載の本発明によれば、チューニングステップをコンピュータが実行することで、迅速かつ正確にチューニング外乱修正データを求めるための最適なチューニングパラメータを得ることができる。
請求項14記載に対応した実船モニタリング解析による性能評価システムは、船舶の実船モニタリング解析による性能評価方法を実行するシステムであって、コンピュータと、少なくとも実船モニタリング解析用の実船データを取得するためのデータ取得手段と、少なくとも外乱修正済データを出力する出力手段とを備え、実船データ取得ステップと、関連性能取得ステップと、外乱修正ステップと、外乱修正判別ステップと、チューニングステップと、外乱修正済データ出力ステップを実行することを特徴とする。
請求項14に記載の本発明によれば、最適なチューニングパラメータの探索、チューニングによる外乱修正、外乱修正済データの出力、及びデータ同化等を行えるシステムを提供することができる。
請求項14に記載の本発明によれば、最適なチューニングパラメータの探索、チューニングによる外乱修正、外乱修正済データの出力、及びデータ同化等を行えるシステムを提供することができる。
請求項15記載の本発明は、出力手段が、データ同化の結果を出力することを特徴とする。
請求項15に記載の本発明によれば、システムの利用者は、外乱修正済データと事前推定データのデータ同化の結果を簡便に得ることができる。
請求項15に記載の本発明によれば、システムの利用者は、外乱修正済データと事前推定データのデータ同化の結果を簡便に得ることができる。
請求項16記載の本発明は、データ取得手段及び出力手段の少なくとも一方を情報通信網に接続して構成し、実船データの取得、外乱修正済データの出力、及びデータ同化の結果の出力の少なくとも一つを、情報通信網を介して行うことを特徴とする。
請求項16に記載の本発明によれば、遠隔地との情報のやり取りを情報通信網を介してスムーズに行えるため、システムの利便性を向上させることができる。
請求項16に記載の本発明によれば、遠隔地との情報のやり取りを情報通信網を介してスムーズに行えるため、システムの利便性を向上させることができる。
本発明の船舶の実船モニタリング解析による性能評価方法によれば、実船データやプロペラ単独性能の精度不足等により平水中性能への外乱修正ができない場合は、チューニングを行って外乱修正できるため、外乱修正を適切に行い実船モニタリング解析による船舶の性能評価精度を高めることができる。
また、船舶の模型試験、数値流体力学(CFD)、簡易性能推定、姉妹船実船データ、及び試運転データのいずれか一つを含む事前推定データを取得する事前推定性能取得ステップと、取得した事前推定データと外乱修正済データ出力ステップで出力される主機出力及び主機回転数の少なくとも一方を含む外乱修正済データとを用いてデータ同化を行うデータ同化ステップをさらに備える場合には、船舶の模型試験、数値流体力学計算、簡易性能推定、姉妹船の実運航、又は試運転によって予め得られた事前推定データの精度を、外乱修正済みデータを用いたデータ同化により向上させることができる。また、船舶の性能評価において一般的な主機出力や主機回転数を外乱修正済データとしてデータ同化に用いることができる。
また、外乱修正判別ステップにおける外乱修正ができない実船データがあるか否かの判別は、実船データに基づいてトルク係数を算出し、プロペラ単独性能と比較することにより行う場合には、算出したトルク係数とプロペラ単独性能との比較により、外乱修正の可否を簡便に判別することができる。
また、実船データに基づいて算出したトルク係数KQmeasと、プロペラ単独性能としてのトルク係数KQとのグラフ上の交点に基づいて外乱修正ができない実船データがあるか否かの判別を行う場合には、外乱修正の可否を、トルク係数を用いて有意なプロペラ作動点が求められるか否かによって判別することができる。
また、チューニングステップは、実船データに対してチューニングパラメータを設定するチューニングパラメータ設定ステップと、設定されたチューニングパラメータを用いた外乱修正を行うチューニング外乱修正ステップと、所定数の実船データにおいて外乱修正が成功したかを判別する外乱修正成功判別ステップと、所定数が成功した場合に残差を計算する残差計算ステップと、設定されたチューニングパラメータに対して計算を終了したかを判別する計算終了判別ステップと、外乱修正成功判別ステップ又は計算終了判別ステップで否定された場合にチューニングパラメータを更新するチューニングパラメータ更新ステップを含む場合には、チューニング外乱修正データを求めるための最適なチューニングパラメータを得ることができる。
また、外乱修正ができない場合に、トルク係数の式を構成するパラメータごとのチューニングパラメータを用いてトルク係数を算出して外乱修正を行い、最適なチューニングパラメータを探索する場合には、トルク係数の式で用いられるパラメータごとのチューニングパラメータにより、外乱修正に最適なチューニングパラメータを得ることができる。
また、チューニングパラメータを用いてトルク係数を算出するに当たり式(1)を用いて算出する場合には、チューニングパラメータを用いてトルク係数を適切に算出して外乱修正を行うことができる。
また、チューニングパラメータを用いてトルク係数を算出するに当たり、パラメータごとのチューニングパラメータを1つに設定する場合は、式(1)から式(3)のいずれか一つを用い、2つに設定する場合は、式(4)から式(6)のいずれか一つを用い、3つに設定する場合は、式(7)を用いて算出する、又は式(1)から式(7)を組み合わせて算出する場合には、チューニングパラメータを設定する数に応じトルク係数を適切に算出して外乱修正を行うことができる。
また、最適なチューニングパラメータの探索は、有効伴流係数の残差が最小となるチューニングパラメータを選出することにより行う場合には、トルク係数を算出するための最適なチューニングパラメータを適切に求めることができる。
また、有効伴流係数の残差の算出は、式(8)に基づいて行う場合には、有効伴流係数の残差を正確に求めることができる。
また、本発明の船舶の実船モニタリング解析による性能評価プログラムによれば、チューニングによる外乱修正等をコンピュータが実行することで適切に行い、精度の高い実船モニタリング解析による船舶の性能評価を迅速かつ正確に行うことができる。
また、コンピュータに、データ同化ステップをさらに実行させる場合には、外乱修正済データを用いてデータ同化をコンピュータに実行させて、船舶の模型試験、数値流体力学計算、簡易性能推定、姉妹船の実運航、又は試運転によって予め得られた事前推定データの精度を向上させることができる。
また、コンピュータに、チューニングパラメータ設定ステップと、チューニング外乱修正ステップと、外乱修正成功判別ステップと、残差計算ステップと、計算終了判別ステップと、チューニングパラメータ更新ステップを実行させる場合には、チューニングステップをコンピュータが実行することで、迅速かつ正確にチューニング外乱修正データを求めるための最適なチューニングパラメータを得ることができる。
また、本発明の実船モニタリング解析による性能評価システムによれば、最適なチューニングパラメータの探索、チューニングによる外乱修正、外乱修正済データの出力、及びデータ同化等を行えるシステムを提供することができる。
また、出力手段が、データ同化の結果を出力する場合には、システムの利用者は、外乱修正済データと事前推定データのデータ同化の結果を簡便に得ることができる。
また、データ取得手段及び出力手段の少なくとも一方を情報通信網に接続して構成し、実船データの取得、外乱修正済データの出力、及びデータ同化の結果の出力の少なくとも一つを、情報通信網を介して行う場合には、遠隔地との情報のやり取りを情報通信網を介してスムーズに行えるため、システムの利便性を向上させることができる。
本発明の実施形態における船舶の実船モニタリング解析による性能評価方法、性能評価プログラム、及び性能評価システムについて説明する。
図1は船舶の実船モニタリング解析による性能評価方法のフロー図、図2は実船モニタリング解析による性能評価システムの構成図、図3は前処理コンピュータと解析コンピュータの役割分担を示すフロー図である。
性能評価システムは、コンピュータ(解析コンピュータ(解析PC))10と、実船モニタリング解析用の実船データや関連性能等を取得するためのデータ取得手段20と、出力手段30を備えている。性能評価システムには、インターネット等の情報通信網70を介して前処理コンピュータ(前処理PC)11と、プロペラ単独性能導出手段40と、外力応答導出手段50と、事前推定性能導出手段60が接続されており、各船舶A~Z、及び利用者X、Yは、情報通信網70を介して性能評価システムや各手段等とデータの送受信を行うことができる。なお、解析コンピュータ10、前処理コンピュータ(前処理PC)11、プロペラ単独性能導出手段40、外力応答導出手段50、及び事前推定性能導出手段60は、図2に示すように別々の場所、又はウェブサイトで運用してもよいが、これらを任意に組み合わせて運用することも可能である。
例えば、利用者X、Yが船社や舶用メーカー等、実船モニタリング解析において、高精度なプロペラ単独性能データを利用できない立場にあっても、船舶A~Zで得られた航海データや実船データを基に、合理的な範囲で外乱修正が情報通信網70を介して実行可能となり、船舶A~Zの平水中性能の評価が実施できる。
解析コンピュータ10は、実船データ取得部、関連性能取得部、外乱修正部、チューニング部、及び出力部を有する。通常、これらの実船データ取得部、関連性能取得部、外乱修正部、チューニング部、及び出力部は、コンピュータプログラムの機能として実行される。解析コンピュータ10には性能評価プログラムがインストールされており、性能評価プログラムは、船舶の性能を実船モニタリング解析により評価する性能評価方法の各ステップを実行する。
図1は船舶の実船モニタリング解析による性能評価方法のフロー図、図2は実船モニタリング解析による性能評価システムの構成図、図3は前処理コンピュータと解析コンピュータの役割分担を示すフロー図である。
性能評価システムは、コンピュータ(解析コンピュータ(解析PC))10と、実船モニタリング解析用の実船データや関連性能等を取得するためのデータ取得手段20と、出力手段30を備えている。性能評価システムには、インターネット等の情報通信網70を介して前処理コンピュータ(前処理PC)11と、プロペラ単独性能導出手段40と、外力応答導出手段50と、事前推定性能導出手段60が接続されており、各船舶A~Z、及び利用者X、Yは、情報通信網70を介して性能評価システムや各手段等とデータの送受信を行うことができる。なお、解析コンピュータ10、前処理コンピュータ(前処理PC)11、プロペラ単独性能導出手段40、外力応答導出手段50、及び事前推定性能導出手段60は、図2に示すように別々の場所、又はウェブサイトで運用してもよいが、これらを任意に組み合わせて運用することも可能である。
例えば、利用者X、Yが船社や舶用メーカー等、実船モニタリング解析において、高精度なプロペラ単独性能データを利用できない立場にあっても、船舶A~Zで得られた航海データや実船データを基に、合理的な範囲で外乱修正が情報通信網70を介して実行可能となり、船舶A~Zの平水中性能の評価が実施できる。
解析コンピュータ10は、実船データ取得部、関連性能取得部、外乱修正部、チューニング部、及び出力部を有する。通常、これらの実船データ取得部、関連性能取得部、外乱修正部、チューニング部、及び出力部は、コンピュータプログラムの機能として実行される。解析コンピュータ10には性能評価プログラムがインストールされており、性能評価プログラムは、船舶の性能を実船モニタリング解析により評価する性能評価方法の各ステップを実行する。
性能評価システムを用いた性能評価方法においては、まず、取得した船舶の航海データに基づいて前処理コンピュータ11が実船モニタリング解析のための実船データを導出する。そして性能評価システムは、実船データをデータ取得手段20を介して取得する(S1:実船データ取得ステップ)。なお、前処理コンピュータ11は、各船舶A~Zから取得した航海データのクレンジング処理、統計処理、分類処理、関連付け処理等、凡そ実船モニタリング解析のために必要な全ての処理された実船データの導出を行う。取得した実船データは、実船データ取得部からの要求により解析コンピュータ10へ送信される。船舶の航海データは、運航性能や遭遇した気象海象等であり、船舶A~Zに搭載された各種センサーA~Z等を使用して運航中の船舶A~Zから収集されるすべてのデータを含む。実船データは、主機回転数や主機出力等である。
また、プロペラ単独性能導出手段40及び外力応答導出手段50を用いて船舶のプロペラ単独性能と外力応答を導出したものを、性能評価システムは、関連性能として、データ取得手段20を介して取得する(S2:関連性能取得ステップ)。取得したプロペラ単独性能及び外力応答は、関連性能取得部からの要求により解析コンピュータ10に読み込まれる。水槽試験等を利用したプロペラ単独性能導出手段40により導出されるプロペラ単独性能は、前進係数Jに対する推力係数KT、トルク係数KQ、プロペラ単独効率EtaOの応答を示したものである。外力応答は、外乱による船体抵抗の変化、すなわち波や風の影響により船体の抵抗がどの程度変化するかを示したものであり、外力応答導出手段50を用いて得ることができる。外力応答導出手段50は、例えば数値計算や水槽試験等に基づいて外力応答を導出する。
また、プロペラ単独性能導出手段40及び外力応答導出手段50を用いて船舶のプロペラ単独性能と外力応答を導出したものを、性能評価システムは、関連性能として、データ取得手段20を介して取得する(S2:関連性能取得ステップ)。取得したプロペラ単独性能及び外力応答は、関連性能取得部からの要求により解析コンピュータ10に読み込まれる。水槽試験等を利用したプロペラ単独性能導出手段40により導出されるプロペラ単独性能は、前進係数Jに対する推力係数KT、トルク係数KQ、プロペラ単独効率EtaOの応答を示したものである。外力応答は、外乱による船体抵抗の変化、すなわち波や風の影響により船体の抵抗がどの程度変化するかを示したものであり、外力応答導出手段50を用いて得ることができる。外力応答導出手段50は、例えば数値計算や水槽試験等に基づいて外力応答を導出する。
次に、解析コンピュータ10は、受信した実船データに基づいて、船舶のプロペラ単独性能と外力応答を用いて、外乱修正部により船舶の平水中性能への外乱修正を行う(S3:外乱修正ステップ)。
ここで、図4は平水中への外乱修正のイメージ図であり、図4(a)は主機回転数と主機出力の修正値の算出式を示し、図4(b)は主機回転数の外乱修正のイメージを示し、図4(c)は主機出力の外乱修正のイメージを示している。
評価海象における性能評価のため、実船データの主機回転数及び主機出力について、平水中性能への外乱修正を行う。なお、評価海象は、波や風のない平水中とすることが最も多いが、波や風のある海象とすることもできる。
図4(a)に示すように、主機回転数の修正値Ncordは、計測値をNmeas、修正量をΔNとすると、Ncorr=Nmeas-ΔNで求めることができ、主機出力の修正値Pcorrは、計測値をPmeas、修正量をΔPとすると、Pcorr=Pmeas-ΔPで求めることができる。
そして、修正値の算出結果を表した図4(b)、(c)より、外乱修正後における任意の船速での主機回転数及び主機出力を把握することができる。
ここで、図4は平水中への外乱修正のイメージ図であり、図4(a)は主機回転数と主機出力の修正値の算出式を示し、図4(b)は主機回転数の外乱修正のイメージを示し、図4(c)は主機出力の外乱修正のイメージを示している。
評価海象における性能評価のため、実船データの主機回転数及び主機出力について、平水中性能への外乱修正を行う。なお、評価海象は、波や風のない平水中とすることが最も多いが、波や風のある海象とすることもできる。
図4(a)に示すように、主機回転数の修正値Ncordは、計測値をNmeas、修正量をΔNとすると、Ncorr=Nmeas-ΔNで求めることができ、主機出力の修正値Pcorrは、計測値をPmeas、修正量をΔPとすると、Pcorr=Pmeas-ΔPで求めることができる。
そして、修正値の算出結果を表した図4(b)、(c)より、外乱修正後における任意の船速での主機回転数及び主機出力を把握することができる。
図1に示すように、解析コンピュータ10は、外乱修正ステップS3の後、外乱修正ができない実船データがあるか否かの判別を行う(S4:外乱修正判別ステップ)。
ここで、図5、図6は外乱修正ができない実船データがあるか否かの判別にプロペラ作動点を利用する例を示す図である。
外乱修正判別ステップS4における判別は、実船データに基づいてトルク係数を算出し、プロペラ単独性能と比較すること等により行うことができる。これにより、外乱修正の可否を簡便に判別できる。トルク係数は下式(9)で算出される。
KQmeasはトルク係数、Pmeasは馬力(計測値)、ηMは主機伝達効率、ηRはプロペラ効率比、ρsは海水密度、Nmeasは回転数(計測値)、Dpはプロペラ直径である。主機伝達効率ηM、プロペラ効率比ηR、及びプロペラ直径Dpは、船舶に固有の値である。
図5の例では、前進係数J、推力係数KT、トルク係数KQ、及びプロペラ単独効率EtaOは、全て正の値となっており、J-10KQの曲線と10KQmeasとの交点を有意なプロペラ作動点として求められる。そして、トルク係数10KQmeasに対応する前進係数Jを求めることで、外乱修正を行うことができる。なお、前進係数Jに基づいて、プロペラのスラストや前進速度、またトルク係数KQ以外にもスラスト係数を知ることが可能となる。
一方、図6の例では、図6(a)においてはトルク係数KQmeasが大きすぎてプロペラ作動点が存在せず、図6(b)においてはトルク係数KQmeasが小さすぎて推力係数KT及びプロペラ単独効率EtaOの値が負になってしまう。このようにトルク係数KQmeasが過大又は過小な場合は、有意なプロペラ作動点が見つからず、このままでは外乱修正を行えない。トルク係数KQmeasが過大又は過小となる原因としては、計測値の精度不足、船体固有値の精度不足、又はプロペラ単独性能の精度不足が考えられるが、船社、メーカー、気象予報会社など、高精度なデータを保有する造船所以外の立場においては、一般的に起こり得るものである。
このように、実船データに基づいて算出したトルク係数KQmeasと、プロペラ単独性能としてのトルク係数KQとのグラフ上の交点に基づいて外乱修正ができない実船データがあるか否かの判別を行うことで、外乱修正の可否を、トルク係数を用いて有意なプロペラ作動点が求められるか否かによって判別することができる。
ここで、図5、図6は外乱修正ができない実船データがあるか否かの判別にプロペラ作動点を利用する例を示す図である。
外乱修正判別ステップS4における判別は、実船データに基づいてトルク係数を算出し、プロペラ単独性能と比較すること等により行うことができる。これにより、外乱修正の可否を簡便に判別できる。トルク係数は下式(9)で算出される。
図5の例では、前進係数J、推力係数KT、トルク係数KQ、及びプロペラ単独効率EtaOは、全て正の値となっており、J-10KQの曲線と10KQmeasとの交点を有意なプロペラ作動点として求められる。そして、トルク係数10KQmeasに対応する前進係数Jを求めることで、外乱修正を行うことができる。なお、前進係数Jに基づいて、プロペラのスラストや前進速度、またトルク係数KQ以外にもスラスト係数を知ることが可能となる。
一方、図6の例では、図6(a)においてはトルク係数KQmeasが大きすぎてプロペラ作動点が存在せず、図6(b)においてはトルク係数KQmeasが小さすぎて推力係数KT及びプロペラ単独効率EtaOの値が負になってしまう。このようにトルク係数KQmeasが過大又は過小な場合は、有意なプロペラ作動点が見つからず、このままでは外乱修正を行えない。トルク係数KQmeasが過大又は過小となる原因としては、計測値の精度不足、船体固有値の精度不足、又はプロペラ単独性能の精度不足が考えられるが、船社、メーカー、気象予報会社など、高精度なデータを保有する造船所以外の立場においては、一般的に起こり得るものである。
このように、実船データに基づいて算出したトルク係数KQmeasと、プロペラ単独性能としてのトルク係数KQとのグラフ上の交点に基づいて外乱修正ができない実船データがあるか否かの判別を行うことで、外乱修正の可否を、トルク係数を用いて有意なプロペラ作動点が求められるか否かによって判別することができる。
図1に示すように、解析コンピュータ10は、外乱修正判別ステップS4において、外乱修正ができない実船データはない(no)と判別した場合は、外乱修正ができた外乱修正データを外乱修正済データとして出力部から出力手段30へ送信し、出力手段30は、外乱修正済データを出力する(S6:外乱修正済データ出力ステップ)。
一方、解析コンピュータ10は、外乱修正判別ステップS4において、外乱修正ができない実船データがある(yes)と判別した場合は、実船データとプロペラ単独性能とに基づいてチューニング部によりチューニングを行い、チューニングを行ったチューニング外乱修正データを出力部から出力手段30へ送信する(S5:チューニングステップ)。出力手段30は、チューニング外乱修正データを、外乱修正済データ出力ステップS6において外乱修正済データとして出力する。
チューニングステップS5においては、トルク係数算出時にチューニングパラメータを導入する。チューニングパラメータを用いてトルク係数を算出するに当たっては、例えば下式(1)を用いる。式(1)を用いることで、チューニングパラメータを用いてトルク係数を適切に算出して外乱修正を行うことができる。これにより、中高速ディーゼル機関や電気推進等で使用されるギアによる回転数の変換も、ギア比の情報が無くてもチューニング可能となり、その値も求まる。
KQmeasはトルク係数、Pmeasは馬力(計測値)、ηMは主機伝達効率、ηRはプロペラ効率比、ρsは海水密度、Cγはチューニングパラメータ、Nmeasは回転数(計測値)、Dpはプロペラ直径である。
一方、解析コンピュータ10は、外乱修正判別ステップS4において、外乱修正ができない実船データがある(yes)と判別した場合は、実船データとプロペラ単独性能とに基づいてチューニング部によりチューニングを行い、チューニングを行ったチューニング外乱修正データを出力部から出力手段30へ送信する(S5:チューニングステップ)。出力手段30は、チューニング外乱修正データを、外乱修正済データ出力ステップS6において外乱修正済データとして出力する。
チューニングステップS5においては、トルク係数算出時にチューニングパラメータを導入する。チューニングパラメータを用いてトルク係数を算出するに当たっては、例えば下式(1)を用いる。式(1)を用いることで、チューニングパラメータを用いてトルク係数を適切に算出して外乱修正を行うことができる。これにより、中高速ディーゼル機関や電気推進等で使用されるギアによる回転数の変換も、ギア比の情報が無くてもチューニング可能となり、その値も求まる。
ここで、チューニングステップS5について図7を用いて説明する。図7は解析コンピュータ10によるチューニングパラメータ探索のフロー図である。
まず、実船データに対してチューニングパラメータを設定する(S11:チューニングパラメータ設定ステップ)。
チューニングパラメータ設定ステップS11においては、トルク係数の式を構成するパラメータごとのチューニングパラメータを設定する。パラメータごとのチューニングパラメータを1つに設定する場合は、式(1)、下式(2)又は下式(3)を用いる。チューニングパラメータを2つに設定する場合は、下式(4)から下式(6)のいずれか一つを用いる。チューニングパラメータを3つに設定する場合は、下式(7)を用いて算出するか、式(1)から式(7)を組み合わせて算出する。これにより、チューニングパラメータを設定する数に応じトルク係数を適切に算出して外乱修正を行うことができる。
KQmeasはトルク係数、Pmeasは馬力(計測値)、ηMは主機伝達効率、ηRはプロペラ効率比、ρsは海水密度、Cγは回転数に関係し分母で3乗に関係するチューニングパラメータ、CKQは分母もしくは分子の1乗に関係するチューニングパラメータ、CDPはプロペラ直径に関係し、分母で5乗に関係するチューニングパラメータ、Nmeasは回転数(計測値)、Dpはプロペラ直径である。
チューニングパラメータは、未知パラメータに対して設定する。よって、チューニングパラメータの数を幾つに設定するかは、未知パラメータの数に拠る。例えば、未知パラメータが主機回転数とプロペラ直径に関係する場合は、チューニングパラメータの数は、CγとCDPの2つに設定する。
まず、実船データに対してチューニングパラメータを設定する(S11:チューニングパラメータ設定ステップ)。
チューニングパラメータ設定ステップS11においては、トルク係数の式を構成するパラメータごとのチューニングパラメータを設定する。パラメータごとのチューニングパラメータを1つに設定する場合は、式(1)、下式(2)又は下式(3)を用いる。チューニングパラメータを2つに設定する場合は、下式(4)から下式(6)のいずれか一つを用いる。チューニングパラメータを3つに設定する場合は、下式(7)を用いて算出するか、式(1)から式(7)を組み合わせて算出する。これにより、チューニングパラメータを設定する数に応じトルク係数を適切に算出して外乱修正を行うことができる。
チューニングパラメータは、未知パラメータに対して設定する。よって、チューニングパラメータの数を幾つに設定するかは、未知パラメータの数に拠る。例えば、未知パラメータが主機回転数とプロペラ直径に関係する場合は、チューニングパラメータの数は、CγとCDPの2つに設定する。
次に、設定されたチューニングパラメータを用いた外乱修正を外乱修正部により行う(S12:チューニング外乱修正ステップ)。チューニングパラメータは複数準備しておき、全てのパラメータを使って外乱修正を行う。チューニング外乱修正ステップS12における外乱修正は、トルク係数算出時にチューニングパラメータを導入する以外は、上述の外乱修正ステップS3と同様に行う。
次に、所定数の実船データにおいて外乱修正が成功したかを判別する(S13:外乱修正成功判別ステップ)。所定数は、設定したチューニングパラメータが適切か否かを信頼性よく判断できるための十分な数を考慮して定める。
外乱修正成功判別ステップS13において、所定数の実船データにおいて外乱修正が成功していない(no)と判別した場合は、チューニングパラメータを更新し(チューニングパラメータ更新ステップS16)、チューニングパラメータ設定ステップS11に戻り、更新したチューニングパラメータを実船データに対して設定する。外乱修正が成功していないと判別した場合に行われるチューニングパラメータ更新ステップS16では、チューニングパラメータの種類(Cγ、CKQ、CDP)は変えずに設定値だけが変更される。
次に、所定数の実船データにおいて外乱修正が成功したかを判別する(S13:外乱修正成功判別ステップ)。所定数は、設定したチューニングパラメータが適切か否かを信頼性よく判断できるための十分な数を考慮して定める。
外乱修正成功判別ステップS13において、所定数の実船データにおいて外乱修正が成功していない(no)と判別した場合は、チューニングパラメータを更新し(チューニングパラメータ更新ステップS16)、チューニングパラメータ設定ステップS11に戻り、更新したチューニングパラメータを実船データに対して設定する。外乱修正が成功していないと判別した場合に行われるチューニングパラメータ更新ステップS16では、チューニングパラメータの種類(Cγ、CKQ、CDP)は変えずに設定値だけが変更される。
一方、外乱修正成功判別ステップS13において、所定数の実船データにおいて外乱修正が成功した(yes)と判別した場合は、残差を計算する(S14:残差計算ステップ)。
例えば有効伴流係数の残差を計算する場合は、下式(8)に基づいて算出する。これにより、有効伴流係数の残差を正確に求めることができる。
Rは残差、1-wsは有効伴流係数、(1-ws)i
estは簡易推定による1-ws、(1-ws)i
interは中間出力としての1-ws、Nはデータ数である。
例えば有効伴流係数の残差を計算する場合は、下式(8)に基づいて算出する。これにより、有効伴流係数の残差を正確に求めることができる。
残差計算ステップS14の後、設定された全てのチューニングパラメータに対して計算を終了したか否かを判別する(S15:計算終了判別ステップ)。
計算終了判別ステップS15において、設定された全てのチューニングパラメータに対して計算を終了していない(no)と判別した場合は、チューニングパラメータ更新ステップS16に移行してチューニングパラメータを更新した後、チューニングパラメータ設定ステップS11に戻り、更新したチューニングパラメータを実船データに対して設定する。計算が終了していないと判別した場合に行われるチューニングパラメータ更新ステップS16では、チューニングパラメータの種類が変更される。なお、チューニングパラメータ設定ステップS11においてチューニングパラメータを1つに設定した場合は、チューニングパラメータの種類が1つだけなので、計算終了判別ステップS15において計算が終了していないと判別される場合はない。
一方、計算終了判別ステップS15において、設定された全てのチューニングパラメータに対して計算を終了した(yes)と判別した場合は、最適なチューニングパラメータを選出する(S17:最適チューニングパラメータ選出ステップ)。
最適チューニングパラメータ選出ステップS17においては、例えば有効伴流係数の残差が最小となるチューニングパラメータを選出する。これにより、トルク係数を算出するための最適なチューニングパラメータを適切に求めることができる。
このように、チューニングステップS5が、チューニングパラメータ設定ステップS11、チューニング外乱修正ステップS12、外乱修正成功判別ステップS13、残差計算ステップS14、計算終了判別ステップS15、及びチューニングパラメータ更新ステップS16を含むことで、チューニング外乱修正データを求めるための最適なチューニングパラメータを得ることができる。
また、トルク係数の式を構成するパラメータごとのチューニングパラメータを用いてトルク係数を算出して外乱修正を行い、最適なチューニングパラメータを探索することで、トルク係数の式で用いられるパラメータごとのチューニングパラメータにより、外乱修正に最適なチューニングパラメータを得ることができる。
計算終了判別ステップS15において、設定された全てのチューニングパラメータに対して計算を終了していない(no)と判別した場合は、チューニングパラメータ更新ステップS16に移行してチューニングパラメータを更新した後、チューニングパラメータ設定ステップS11に戻り、更新したチューニングパラメータを実船データに対して設定する。計算が終了していないと判別した場合に行われるチューニングパラメータ更新ステップS16では、チューニングパラメータの種類が変更される。なお、チューニングパラメータ設定ステップS11においてチューニングパラメータを1つに設定した場合は、チューニングパラメータの種類が1つだけなので、計算終了判別ステップS15において計算が終了していないと判別される場合はない。
一方、計算終了判別ステップS15において、設定された全てのチューニングパラメータに対して計算を終了した(yes)と判別した場合は、最適なチューニングパラメータを選出する(S17:最適チューニングパラメータ選出ステップ)。
最適チューニングパラメータ選出ステップS17においては、例えば有効伴流係数の残差が最小となるチューニングパラメータを選出する。これにより、トルク係数を算出するための最適なチューニングパラメータを適切に求めることができる。
このように、チューニングステップS5が、チューニングパラメータ設定ステップS11、チューニング外乱修正ステップS12、外乱修正成功判別ステップS13、残差計算ステップS14、計算終了判別ステップS15、及びチューニングパラメータ更新ステップS16を含むことで、チューニング外乱修正データを求めるための最適なチューニングパラメータを得ることができる。
また、トルク係数の式を構成するパラメータごとのチューニングパラメータを用いてトルク係数を算出して外乱修正を行い、最適なチューニングパラメータを探索することで、トルク係数の式で用いられるパラメータごとのチューニングパラメータにより、外乱修正に最適なチューニングパラメータを得ることができる。
図8は選出した最適なチューニングパラメータを適用してプロペラ作動点を求めた例を示す図である。
図8(a)に示すようにトルク係数KQmeasが過小で有意なプロペラ作動点が得られない場合は、図8(b)に示すように残差計算を行い残差が最小となるチューニングパラメータを評価し、トルク係数算出時に最適なチューニングパラメータを導入することで、図8(c)に示すように適切なトルク係数KQmeasによって有意なプロペラ作動点を得ることができる。
このように、実船データやプロペラ単独性能の精度不足等により平水中性能への外乱修正ができない場合は、チューニングを行って外乱修正することで、外乱修正を適切に行い実船モニタリング解析による船舶の性能評価精度を高めることができる。
図8(a)に示すようにトルク係数KQmeasが過小で有意なプロペラ作動点が得られない場合は、図8(b)に示すように残差計算を行い残差が最小となるチューニングパラメータを評価し、トルク係数算出時に最適なチューニングパラメータを導入することで、図8(c)に示すように適切なトルク係数KQmeasによって有意なプロペラ作動点を得ることができる。
このように、実船データやプロペラ単独性能の精度不足等により平水中性能への外乱修正ができない場合は、チューニングを行って外乱修正することで、外乱修正を適切に行い実船モニタリング解析による船舶の性能評価精度を高めることができる。
図1に示すように、外乱修正済データ出力ステップS6の後は、データ同化ステップS8を行う。
データ同化ステップS8を実行する前には、事前推定性能導出手段60により導出した船舶の性能の事前推定データを取得する(S7:事前推定性能取得ステップ)。取得した事前推定データは解析コンピュータ10に読み込まれる。事前推定データは、船舶の模型試験(水槽試験)、数値流体力学(CFD)計算、簡易性能推定、姉妹船の実運航、又は試運転等を行い、事前推定性能導出手段60を用いて予め取得した予測性能データである。
データ同化ステップS8で用いられる事前推定データが、船舶の模型試験、数値流体力学(CFD)、簡易性能推定、姉妹船実船データ、及び試運転データのいずれか一つを含むことで、船舶の模型試験、数値流体力学計算、簡易性能推定、姉妹船の実運航、又は試運転によって得られた事前推定データの精度を、データ同化により向上させることができる。
データ同化ステップS8を実行する前には、事前推定性能導出手段60により導出した船舶の性能の事前推定データを取得する(S7:事前推定性能取得ステップ)。取得した事前推定データは解析コンピュータ10に読み込まれる。事前推定データは、船舶の模型試験(水槽試験)、数値流体力学(CFD)計算、簡易性能推定、姉妹船の実運航、又は試運転等を行い、事前推定性能導出手段60を用いて予め取得した予測性能データである。
データ同化ステップS8で用いられる事前推定データが、船舶の模型試験、数値流体力学(CFD)、簡易性能推定、姉妹船実船データ、及び試運転データのいずれか一つを含むことで、船舶の模型試験、数値流体力学計算、簡易性能推定、姉妹船の実運航、又は試運転によって得られた事前推定データの精度を、データ同化により向上させることができる。
解析コンピュータ10は、データ同化ステップS8において、事前推定性能取得ステップS7で取得した事前推定データと、外乱修正済データ出力ステップS6で出力された外乱修正済データを用いて、データ同化を行う。これにより、水槽試験や数値計算等により予め求めた事前推定データの精度を向上させることができる。
また、データ同化ステップS8で用いられる外乱修正済データが、主機出力及び主機回転数の少なくとも一方を含む場合には、船舶の性能評価において一般的な主機出力や主機回転数を外乱修正済データとしてデータ同化に用いることができる。
ここで、図9はデータ同化のイメージ図であり、図9(a)は主機回転数のデータ同化を示し、図9(b)は主機出力のデータ同化を示している。
外乱修正済データを用い、予測値に対して計測値(外乱修正結果)を適用してデータ同化を行い修正値を得ることで、予測値の精度が向上し事前推定データを高精度化することができる。
データ同化ステップS8の後、解析コンピュータ10は、データ同化の結果を出力部から出力手段30へ送信する。出力手段30は、データ同化の結果を出力する(S9:結果出力ステップ)。これにより、システムの利用者X、Yは、外乱修正済データと事前推定データのデータ同化の結果としての高精度性能データを簡便に得ることができる。
また、データ取得手段20と出力手段30は情報通信網70に接続して構成されているため、実船データの取得、外乱修正済データの出力、及びデータ同化の結果の出力の少なくとも一つを、情報通信網70を介して行うことができる。これにより、遠隔地との情報のやり取りを情報通信網70を介してスムーズに行えるため、システムの利便性を向上させることができる。
また、データ同化ステップS8で用いられる外乱修正済データが、主機出力及び主機回転数の少なくとも一方を含む場合には、船舶の性能評価において一般的な主機出力や主機回転数を外乱修正済データとしてデータ同化に用いることができる。
ここで、図9はデータ同化のイメージ図であり、図9(a)は主機回転数のデータ同化を示し、図9(b)は主機出力のデータ同化を示している。
外乱修正済データを用い、予測値に対して計測値(外乱修正結果)を適用してデータ同化を行い修正値を得ることで、予測値の精度が向上し事前推定データを高精度化することができる。
データ同化ステップS8の後、解析コンピュータ10は、データ同化の結果を出力部から出力手段30へ送信する。出力手段30は、データ同化の結果を出力する(S9:結果出力ステップ)。これにより、システムの利用者X、Yは、外乱修正済データと事前推定データのデータ同化の結果としての高精度性能データを簡便に得ることができる。
また、データ取得手段20と出力手段30は情報通信網70に接続して構成されているため、実船データの取得、外乱修正済データの出力、及びデータ同化の結果の出力の少なくとも一つを、情報通信網70を介して行うことができる。これにより、遠隔地との情報のやり取りを情報通信網70を介してスムーズに行えるため、システムの利便性を向上させることができる。
以上説明したように、船舶の実船モニタリング解析による性能評価方法によれば、実船データやプロペラ単独性能の精度不足等により平水中性能への外乱修正ができない場合は、チューニングを行って外乱修正できるため、実船モニタリング解析による船舶の性能評価精度を高めることができる。また、データ同化により事前推定データの精度を向上させることができる。
また、船舶の実船モニタリング解析による性能評価プログラムを用い、解析コンピュータ10に、実船データ取得ステップS1と、関連性能取得ステップS2と、外乱修正ステップS3と、外乱修正判別ステップS4と、チューニングステップS5と、外乱修正済データ出力ステップS6を実行させることで、チューニングによる外乱修正等を解析コンピュータ10が適切に行い、精度の高い実船モニタリング解析による船舶の性能評価を迅速かつ正確に行うことができる。
また、解析コンピュータ10に、データ同化ステップS8をさらに実行させることで、水槽試験や数値計算等により予め求めた事前推定データの精度を向上することができる。
また、解析コンピュータ10に、チューニングパラメータ設定ステップS11と、チューニング外乱修正ステップS12と、外乱修正成功判別ステップS13と、残差計算ステップS14と、計算終了判別ステップS15と、チューニングパラメータ更新ステップS16を実行させることで、迅速かつ正確にチューニング外乱修正データを求めるための最適なチューニングパラメータを得ることができる。
また、実船モニタリング解析による性能評価システムが、解析コンピュータ10、データ取得手段20、及び出力手段30を備え、性能評価プログラム又は性能評価方法を実行することで、最適なチューニングパラメータの探索、チューニングによる外乱修正、外乱修正済データの出力、及びデータ同化等を行えるシステムを提供することができる。なお、プログラムは各種記憶媒体に記録して利用することもできる。
なお、上記の実施形態では、前処理コンピュータ11と解析コンピュータ10を別々のコンピュータとして説明をしたが、同一のコンピュータとすることも可能である。
また、船舶の実船モニタリング解析による性能評価プログラムを用い、解析コンピュータ10に、実船データ取得ステップS1と、関連性能取得ステップS2と、外乱修正ステップS3と、外乱修正判別ステップS4と、チューニングステップS5と、外乱修正済データ出力ステップS6を実行させることで、チューニングによる外乱修正等を解析コンピュータ10が適切に行い、精度の高い実船モニタリング解析による船舶の性能評価を迅速かつ正確に行うことができる。
また、解析コンピュータ10に、データ同化ステップS8をさらに実行させることで、水槽試験や数値計算等により予め求めた事前推定データの精度を向上することができる。
また、解析コンピュータ10に、チューニングパラメータ設定ステップS11と、チューニング外乱修正ステップS12と、外乱修正成功判別ステップS13と、残差計算ステップS14と、計算終了判別ステップS15と、チューニングパラメータ更新ステップS16を実行させることで、迅速かつ正確にチューニング外乱修正データを求めるための最適なチューニングパラメータを得ることができる。
また、実船モニタリング解析による性能評価システムが、解析コンピュータ10、データ取得手段20、及び出力手段30を備え、性能評価プログラム又は性能評価方法を実行することで、最適なチューニングパラメータの探索、チューニングによる外乱修正、外乱修正済データの出力、及びデータ同化等を行えるシステムを提供することができる。なお、プログラムは各種記憶媒体に記録して利用することもできる。
なお、上記の実施形態では、前処理コンピュータ11と解析コンピュータ10を別々のコンピュータとして説明をしたが、同一のコンピュータとすることも可能である。
本発明を適用することで、船社や舶用メーカー、気象予測会社など、高精度なデータを保有していない事業者においても実用的精度で外乱修正を行うことができるため、実船モニタリング解析のハードルが下がり、実船モニタリング解析の一層の普及に寄与する。また、本発明は、実船性能だけでなく、プロペラや塗料性能の評価、ウェザールーティング等の検証にも役立てることができる。
10 コンピュータ(解析コンピュータ)
20 データ取得手段
30 出力手段
70 情報通信網
S1 実船データ取得ステップ
S2 関連性能取得ステップ
S3 外乱修正ステップ
S4 外乱修正判別ステップ
S5 チューニングステップ
S6 外乱修正済データ出力ステップ
S7 事前推定性能取得ステップ
S8 データ同化ステップ
S11 チューニングパラメータ設定ステップ
S12 チューニング外乱修正ステップ
S13 外乱修正成功判別ステップ
S14 残差計算ステップ
S15 計算終了判別ステップ
S16 チューニングパラメータ更新ステップ
20 データ取得手段
30 出力手段
70 情報通信網
S1 実船データ取得ステップ
S2 関連性能取得ステップ
S3 外乱修正ステップ
S4 外乱修正判別ステップ
S5 チューニングステップ
S6 外乱修正済データ出力ステップ
S7 事前推定性能取得ステップ
S8 データ同化ステップ
S11 チューニングパラメータ設定ステップ
S12 チューニング外乱修正ステップ
S13 外乱修正成功判別ステップ
S14 残差計算ステップ
S15 計算終了判別ステップ
S16 チューニングパラメータ更新ステップ
Claims (16)
- 船舶の性能を実船モニタリング解析により評価する方法であって、
船舶の航海データから前記実船モニタリング解析のための実船データを取得する実船データ取得ステップと、
前記船舶のプロペラ単独性能と外乱による船体抵抗の変化を示す外力応答を取得する関連性能取得ステップと、
取得した前記実船データに基づいて前記船舶の前記プロペラ単独性能と前記外力応答を用いて前記船舶の平水中性能への前記外乱修正を行う外乱修正ステップと、
前記外乱修正ができない前記実船データがあるか否かの判別を行う外乱修正判別ステップと、
前記外乱修正ができない前記実船データがある場合に前記実船データと前記プロペラ単独性能とに基づいてチューニングを行うチューニングステップと、
前記外乱修正ができた外乱修正データ、及び前記チューニングを行ったチューニング外乱修正データの少なくとも一方を外乱修正済データとして出力する外乱修正済データ出力ステップを備えることを特徴とする船舶の実船モニタリング解析による性能評価方法。 - 前記船舶の模型試験、数値流体力学(CFD)、簡易性能推定、姉妹船実船データ、及び試運転データのいずれか一つを含む前記船舶の性能の事前推定データを取得する事前推定性能取得ステップと、取得した前記事前推定データと前記外乱修正済データ出力ステップで出力される主機出力及び主機回転数の少なくとも一方を含む前記外乱修正済データとを用いてデータ同化を行うデータ同化ステップをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の船舶の実船モニタリング解析による性能評価方法。
- 前記外乱修正判別ステップにおける前記外乱修正ができない前記実船データがあるか否かの前記判別は、前記実船データに基づいてトルク係数を算出し、前記プロペラ単独性能と比較することにより行うことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の船舶の実船モニタリング解析による性能評価方法。
- 前記実船データに基づいて算出したトルク係数KQmeasと、前記プロペラ単独性能としてのトルク係数KQとのグラフ上の交点に基づいて前記外乱修正ができない前記実船データがあるか否かの前記判別を行うことを特徴とする請求項3に記載の船舶の実船モニタリング解析による性能評価方法。
- 前記チューニングステップは、前記実船データに対してチューニングパラメータを設定するチューニングパラメータ設定ステップと、設定された前記チューニングパラメータを用いた前記外乱修正を行うチューニング外乱修正ステップと、所定数の前記実船データにおいて前記外乱修正が成功したかを判別する外乱修正成功判別ステップと、前記所定数が成功した場合に残差を計算する残差計算ステップと、設定された前記チューニングパラメータに対して計算を終了したかを判別する計算終了判別ステップと、前記外乱修正成功判別ステップ又は前記計算終了判別ステップで否定された場合に前記チューニングパラメータを更新するチューニングパラメータ更新ステップを含むことを特徴とする請求項1から請求項4のうちの1項に記載の船舶の実船モニタリング解析による性能評価方法。
- 前記外乱修正ができない場合に、前記トルク係数の式を構成するパラメータごとの前記チューニングパラメータを用いて前記トルク係数を算出して前記外乱修正を行い、最適な前記チューニングパラメータを探索することを特徴とする請求項3又は請求項4を選択する請求項5に記載の船舶の実船モニタリング解析による性能評価方法。
- 前記チューニングパラメータを用いて前記トルク係数を算出するに当たり、前記パラメータごとの前記チューニングパラメータを1つに設定する場合は、式(1)から式(3)のいずれか一つを用い、2つに設定する場合は、式(4)から式(6)のいずれか一つを用い、3つに設定する場合は、式(7)を用いて算出する、又は式(1)から式(7)を組み合わせて算出することを特徴とする請求項6に記載の船舶の実船モニタリング解析による性能評価方法。
Pmeas :馬力(計測値)
ηM :主機伝達効率
ηR :プロペラ効率比
ρs :海水密度
Cγ、CKQ、CDP :チューニングパラメータ
Nmeas :回転数(計測値)
Dp :プロペラ直径 - 最適な前記チューニングパラメータの探索は、有効伴流係数の残差が最小となる前記チューニングパラメータを選出することにより行うことを特徴とする請求項5から請求項8のいずれか1項に記載の船舶の実船モニタリング解析による性能評価方法。
- 船舶の性能を実船モニタリング解析により評価するプログラムであって、
コンピュータに、
請求項1に記載の船舶の実船モニタリング解析による性能評価方法における、
前記実船データ取得ステップと、前記関連性能取得ステップと、前記外乱修正ステップと、前記外乱修正判別ステップと、前記チューニングステップと、前記外乱修正済データ出力ステップを実行させることを特徴とする船舶の実船モニタリング解析による性能評価プログラム。 - 前記コンピュータに、請求項2に記載の前記データ同化ステップをさらに実行させることを特徴とする請求項11に記載の船舶の実船モニタリング解析による性能評価プログラム。
- 前記コンピュータに、請求項5に記載の前記チューニングパラメータ設定ステップと、前記チューニング外乱修正ステップと、前記外乱
修正成功判別ステップと、前記残差計算ステップと、前記計算終了判別ステップと、前記チューニングパラメータ更新ステップを実行させることを特徴とする請求項11又は請求項12に記載の船舶の実船モニタリング解析による性能評価プログラム。 - 請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の船舶の実船モニタリング解析による性能評価方法を実行するシステムであって、
前記コンピュータと、少なくとも前記実船モニタリング解析用の前記実船データを取得するためのデータ取得手段と、少なくとも前記外乱修正済データを出力する出力手段とを備え、前記実船データ取得ステップと、前記関連性能取得ステップと、前記外乱修正ステップと、前記外乱修正判別ステップと、前記チューニングステップと、前記外乱修正済データ出力ステップを実行することを特徴とする実船モニタリング解析による性能評価システム。 - 前記出力手段が、前記データ同化の結果を出力することを特徴とする請求項14に記載の実船モニタリング解析による性能評価システム。
- 前記データ取得手段及び前記出力手段の少なくとも一方を情報通信網に接続して構成し、前記実船データの取得、前記外乱修正済データの出力、及び前記データ同化の結果の出力の少なくとも一つを、前記情報通信網を介して行うことを特徴とする請求項14又は請求項15に記載の実船モニタリング解析による性能評価システム。
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JP2021161814A JP2023051248A (ja) | 2021-09-30 | 2021-09-30 | 船舶の実船モニタリング解析による性能評価方法、性能評価プログラム、及び性能評価システム |
JP2021-161814 | 2021-09-30 |
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---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN116989653A (zh) * | 2023-09-27 | 2023-11-03 | 康利源科技(天津)股份有限公司 | Lng船用止移块的稳定性监控*** |
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- 2021-09-30 JP JP2021161814A patent/JP2023051248A/ja active Pending
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2022
- 2022-09-20 WO PCT/JP2022/034876 patent/WO2023054039A1/ja unknown
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Cited By (2)
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