高技术船舶科研项目指南(2014年版).
IACSRec47（Chinese）（4）
IACS Rec.47（47号建议案）船舶建造及修理质量标准A 部分船舶建造及修理质量标准1. 适用范围2. 新造船一般要求3. 焊工及工艺认可3.1 焊工资格3.2 焊接工艺认可3.3 无损探伤人员资格4. 材料4.1 构件材料4.2 厚度负偏差4.3 表面质量5. 切割5.1 气割6. 组装要求6.1 折边纵骨和折边肘板6.2 组装型材6.3 槽型舱壁6.4 支柱、肘板、扶强材6.5 表面最高线加热温度6.6 分段组装6.7 特殊预组装6.8 成型6.9 肋骨间板的平整度6.10 带有骨材的板的平整度6.11低温下船体焊接结构用钢的预热7. 校准8. 焊接8.1 典型对接焊缝坡口加工(手工焊)8.2 典型角接焊缝坡口加工(手工焊)8.3 典型对接和角接焊缝尺寸(手工焊)8.4 搭接、塞焊、长孔焊8.5 焊缝间距8.6 自动焊9. 修理9.1 典型不校准的修理9.2 典型对接焊缝坡口加工修理(手工焊)9.3 典型角接焊缝坡口加工修理(手工焊)9.4 典型角接、对接焊缝外型修理(手工焊)9.5 修理焊缝间的距离9.6 错误开孔的修理9.7 嵌入板修理9.8 焊缝表面修理参考文献：1. IACS“散货船船体结构检验、评估和修理指导性文件”2. TSCF“双壳油船结构检查和维修指南”3. TSCF“油船结构检查、状态评估指导手册”4. IACS UR w7“船体及机械用锻钢件”5. IACS UR W8“船体及机械用铸钢件”6. IACS UR W11“普通及高强度船体结构钢”7. IACS UR W13“钢板及宽扁钢许用厚度负偏差”8. IACS UR W14“具有改善厚度方向性能的钢板及宽扁钢”9. IACS UR w l 7“普通及高强度船体结构钢焊材认可”10. IACS UR Z10.1“油船船体检验”和Z10.2“散货船船体检验”附录I11. IACS 建议12“热轧板材、宽扁钢表面质量要求指南”12. IACS 建议20“船体焊缝检查指南”1. 范围1.1 本标准对新造船舶船体结构的建造质量做出了规定，并且规定了不满足建造质量标准的修理标准。
工业和信息化部发高技术船舶科研计划方案
工业和信息化部发高技术船舶科研计划方案一、总体关键技术（一）新型液化天然气船液货围护系统预先研究1．研究目标：通过对IMO B型液货围护系统进行研究，开发出一型能承受液体晃荡载荷、操作与维护方便的新型LNG运输船液货围护系统，掌握其设计建造关键技术，并完成一型新型LNG 运输船的概念设计。
2．主要研究内容：（1）新型液货围护系统结构和强度研究；（2）减少液货舱中液体晃荡措施研究；（3）新型液货围护系统操作与维护措施研究；（4）新型液货围护系统低温绝缘材料和绝缘方式研究；（5）新型液货围护系统模拟舱工艺研究；（6）新型液货围护系统模拟舱低温试验研究。
3．成果形式：（1）相关技术研究报告；（2）完成新型液货围护系统模拟样舱并通过船级社审核；（3）新型液货围护系统的设计指导性文件；（4）完成一型新型LNG运输船的概念设计并通过船级社审核；（5）形成相关专利。
（二）全冷式液化石油气船菱形液舱关键技术及船型基本设计技术研究1．研究目标：突破全冷式液化石油气船菱形液舱设计建造的关键技术，完成一型大型全冷式液化石油气船的基本设计。
2．主要研究内容：（1）菱形液舱结构设计技术研究；（2）菱形液舱支承系统结构设计技术研究；（3）菱形液舱低温材料焊接和试验工艺技术研究；（4）菱形液舱绝缘材料及敷设工艺技术研究；（5）货物系统及配套设计技术研究；（6）菱形液舱建造技术研究；（7）采用菱形液舱的全冷式液化石油气船基本设计研究。
3．成果形式：（1）相关技术研究报告；（2）完成一型全冷式液化石油气船基本设计并通过船级社审核；（3）1:1菱形液舱舱段模型；（4）菱形液舱设计指导性文件；（5）形成相关专利。
（三）采用C型液舱的小型LNG运输船液舱及船型总体设计技术研究1．研究目标：针对LNG二程转运任务的船型需求，通过对IMO C 型液舱进行研究,突破C型压力式LNG液舱设计技术，完成一型采用C型液舱的小型LNG运输船基本设计方案。
最新高技术船舶科研项目指南
高技术船舶科研项目指南（2013年版）为贯彻落实《工业转型升级规划（2011-2015）》和《船舶工业“十二五”发展规划》，促进船舶工业科技发展，提升自主创新能力，推动产业转型升级，提高国际市场竞争力，按照《船舶工业“十二五”科技重点发展方向与重点》的任务部署，特制定本指南。
一、工程与专项（一）超级节能环保船示范工程1．总目标根据船舶节能减排相关国际公约、规范的要求，结合船舶技术发展和国内外航运市场需求，在油船、散货船、集装箱船三大主流船型中分别选择一型作为超级节能环保示范工程船，通过节能减排环保技术及装备的综合开发，突破清洁能源与可再生能源应用关键技术，全面提升我国船舶节能环保整体技术水平。
示范船舶须有具体工程依托并由船东实际订造，与现有同类船型相比节能环保水平大幅提高，单船平均日油耗降低40%以上，船舶能效设计指数（EEDI）比国际海事组织（IMO）EEDI基线值下降30%以上，同时须满足IMO船舶噪声新规则、涂层性能标准、硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）排放指标等相关法规要求。
2．重点研究方向（1）船型节能环保概念设计与技术经济性论证研究；（2）低阻船体型线与上层建筑设计技术研究；（3）最低压载量的分舱优化配置及航行中纵倾优化技术研究；（4）波浪中失速控制与波浪增阻预报技术研究；（5）新型结构轻量化设计技术研究；（6）船体表面减阻技术应用研究；（7）高效推进系统与水动力节能装置优化匹配设计研究；（8）轮机节能环保设备集成应用研究；（9）货油挥发（VOC）回收及再利用系统技术研究（仅适用于油船）；（10）LNG燃料动力船型风险设计技术研究；（11）LNG供气系统应用开发技术研究；（12）太阳能、风能等清洁辅助能源在船上的应用研究；（13）船舶舱室噪声控制关键技术研究；（14）货油舱涂装关键技术研究（仅适用于油船）；（15）建造工艺关键技术研究；（16）节能、减排、环保、降噪验证试验技术研究。
《中国制造2025》：中国高端装备制造产业相关政策解析
《中国制造2025》中国高端装备制造产业相关政策解析高端装备制造业是装备制造业的核心，是以高新技术为引领、处于价值链高端和产业链核心环节、决定整个产业链综合竞争力的战略性新兴产业。
我国高度重视发展高端装备制造业，《中国制造2025》部署了高端装备创新工程，引领制造业向高端方向发展。
各地方政府也积极行动，落实国家有关政策文件。
目前，我国高端装备制造业基本形成了以战略为引领、以规划为支撑、以政策措施为配套保障的政策体系。
同时，着力创新政策工具，引导产业健康可持续发展。
一产业相关主要政策进展（一）高端装备制造业总体政策现状《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》（国发〔2010〕32号，以下简称《决定》）提出，高端装备制造领域要重点发展以干支线飞机和通用飞机为主的航空装备，做大做强航空产业。
积极推进空间基础设施建设，促进卫星及其应用产业发展。
依托客运专线和城市轨道交通等重点工程建设，大力发展轨道交通装备。
面向海洋资源开发，大力发展海洋工程装备。
强化基础配套能力，积极发展以数字化、柔性化及系统集成技术为核心的智能制造装备。
根据“十二五”规划纲要和《决定》的部署和要求，国务院印发了《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》，提出高端装备制造业要重点发展航空装备产业、卫星及应用产业、轨道交通装备产业、海洋工程装备产业、智能制造装备产业五大产业，并制定了各领域的产业发展线路图，分别提出了到2015年和2020年的发展目标、重大行动及重大政策。
进一步地，工业和信息化部印发《高端装备制造业“十二五”发展规划》，从产业规模、创新能力、基础配套能力、产业组织结构四个方面提出了高端装备制造业到2015年的主要发展目标，明确了“十二五”期间，航空装备、卫星及应用、轨道交通装备、海洋工程装备和智能制造装备发展的重点任务，部署了重大工程与区域发展重点，安排了金融财税政策支持、技术改造、技术创新、优化产业组织结构、质量品牌建设、加大市场培育力度、加强人才队伍建设以及提升对外合作水平等保障措施。
高技术船舶科研项目指南(2014年版)
高技术船舶科研项目指南(2014年版)【法规类别】船舶【发布部门】工业和信息化部【发布日期】2014【实施日期】2014【时效性】现行有效【效力级别】部门规范性文件高技术船舶科研项目指南（2014年版）（工业和信息化部）为贯彻落实《船舶工业加快结构调整促进转型升级实施方案（2013-2015）》和《船舶工业“十二五”发展规划》，促进船舶工业科技发展，引导建立产学研用协同创新机制，提升自主创新能力，推动技术、产品结构升级，提高国际市场竞争力，按照《船舶工业“十二五”科技发展方向与重点》的任务部署，特制定本指南。
一、工程与专项（一）节能环保示范工程1.总目标根据船舶节能环保相关国际公约、规范的要求，结合船舶技术的发展和国内外航运市场需求，通过风帆、混合对转推进系统等节能环保装备的实船应用示范以及江海直达环保示范船型的开发，突破清洁能源与节能装备应用关键技术，全面提升我国船舶节能环保整体技术水平。
2.重点研究方向（1）风帆技术示范应用开发研究目标：针对国际公约对船舶节能环保的新要求与当前船舶节能技术发展的水平，以超大型油船（VLCC）为目标船型，通过对风帆-主机混合动力推进技术的研究，掌握风帆设计、制造与应用关键技术，完成风帆在大型油船上的示范应用。
利用风帆技术，可实现VLCC在相同航速下平均日油耗降低12%以上。
主要研究内容：1）风帆-主机混合动力VLCC总布置及航行性能研究；2）风帆模型风洞、水池试验技术研究；3）风帆-主机混合动力VLCC推进系统关键技术研究；4）风帆-主机混合动力船舶控制策略及系统开发；5）风帆工程样机研制与试验技术研究；6）风帆-主机混合动力VLCC结构设计关键技术研究；7）大型风帆实船安装工艺及精度控制技术研究；8）风帆-主机混合动力VLCC节能指标与经济性分析；9）风帆-主机混合动力VLCC实船验证技术研究。
主要成果形式：1）相关技术研究报告及试验报告；2）相关设计图纸和计算书；3）经实船应用的风帆及控制系统样机；4）相关专利及技术标准研究报告。
国家高技术研究发展计划(863计划)海洋技术领域2014年备选项目申请指南
国家高技术研究发展计划（863计划）海洋技术领域2014年备选项目申请指南一、指南内容（一）深远海海洋动力环境监测关键技术与系统集成重大项目1. 海上移动观测平台及组网应用技术（1）波浪滑翔器无人自主观测系统研制一型以波浪能为主驱动力的远程海洋环境观测系统，具有通信、定位和自主航行控制能力，能够实现大范围、远距离的海表温度、盐度、流场及海面风、温、湿、气压等环境参数的实时测量。
提交工程样机3台，并完成海上试验，考核续航能力大于2000公里，连续工作时间大于180天。
本方向拟支持1项，国拨经费控制额1200万元，实施期限为3年，要求企业牵头申报。
（2）远程复合动力快速无人艇监测系统研制可用于浅海、油气平台周边及特定海域测绘、海洋环境监测的远程复合动力快速无人综合监测艇工程样机。
最高航速不小于50节，续航能力不低于1000公里；搭载能力不少于300公斤，可实现多波束测深及水文气象参数测量，具有视频监视、实时通信、定位及无人自主和无线电遥控航行控制功能，可工作于3级海况，完成海上试验。
本方向拟支持1项，国拨经费控制额1000万元，实施期限为3年，要求企业牵头申报。
（3）船载无人机海洋观测系统针对特定区域海洋观测的需求，以海洋环境和海上目标机动快速监测为目标，研制船载基于无人机平台的观测系统工程样机。
重点研究小型化、低功耗测量技术和无人机平台传感器适装及配平集成技术；系统具有实时监测、通信和自主飞行能力，无人机平台飞行高度不低于3000米，巡航半径100公里。
完成海上船载飞行试验。
本方向拟支持1项，国拨经费控制额1000万元，实施期限为3年，要求企业牵头申报。
（4）自主航行潜水器（AUV）组网观测关键技术利用已有成熟的AUV平台，研究水下移动观测系统智能控制、多水下移动平台协同通信、导航、定位及协作观测技术，开发水下移动平台组网观测控制软件，形成相关技术标准；完成组网观测系统海上试验，组网系统平台数量≥3个。
我国船舶工业发展面临的技术挑战分析与对策
企业 的积 极作 为是 基础 。企业 要积 极跟 踪 新规 范 、
新 标； 隹的进 展情 况 ，参 与到新 规范 、新 标准 的研 究 与制
订 工作 中去 ，尽 早做 好 各项； 隹备工 作 ；加 大研 发投 入 ， 积 极开 发满 足 要求 的新技 术 、新产 品 ，以便 在 新规 范 、 新 标准 实施 后从容 应对 。
牺牲 者 。 （ ）油船货 油舱 耐 腐蚀 钢板 四 Ｉ ５ 会议 上 ，完 成 了油船 货油舱 （ ＯＴ）耐 ＭＯ ＤＥ ３ Ｃ 蚀钢 性 能标 准和 试 验程 序 的制订 工 作 ，并 将其 作 为Ｃ ＯＴ 涂层 标； 隹的唯一 等 效替 代 方案 。Ｃ 耐 蚀 钢 的 目标 使 用 ＯＴ
在海 事标 准领 域 的话 语 权 ，必须 对 安全和 环保 理念 有 深 刻理 解 ，对船 舶及 相 关产业 发展 趋 势高 瞻远瞩 ，加强 技
我 国要 积极 应对 新形 势下 的技 术难题 与挑 战 ，强 化
时 ， 日本相 关 企业还 在 我 国 申请 耐腐 蚀钢 的技 术专 利 ，
阻碍 我 国钢铁 企业 的技 术进 步 。相 比之 下 ，我 国 配套 钢 铁 企 业 的耐腐 蚀钢 的技 术成 熟度 低 ，尚无法 制造 出满 足 要 求 的钢 板 ，经 由中 国钢铁 研 究 总 院在 对８ 主 要船 板 个
定。 在 ＧＢ 的要 求 下 ，涉及 ｎａ 级 社规 范 、船 舶标 ； Ｓ ，＃ ｔ ｊ 隹等
寿命 为２ 年 ，大体 与船 舶 使用 年 限一 致 ，其具体 使 用部 ５
位 主 要包括 货油舱 的 甲板 、舱底 、 支撑 架等 。 据 统 计 ，油 船 货 油 舱 用 钢 量 约 占油 船 用 钢 总 量 的
船 舶 能 效 设 计 指 数 是 衡 量 船 舶 能 效 水 平 的一 个 指
中国和平利用军工技术协会第四届三次理事会议在京召开
中国和平利用军工技术协会第四届第三次理事会议在京召开本刊讯（记者曹福成 韩正坤）12月16日，中国和平利用军工技术协会第四届第三次理事会议在京召开。
依照国防科工局关于精简会议的有关要求及协会章程有关规定，此次理事会采取现场和通讯相结合的形式召开，现场部分为副理事长和常务理事单位代表，共40人出席会议。
理事单位采取通讯形式。
中国和平利用军工技术协会理事长兼秘书长李东海向与会代表做《2013年工作总结及2014年的工作设想》的工作报告。
报告回顾了2013年，在国家有关部委和总装备部的指导下，在国家国防科技工业局的直接领导下，在各军工集团、各省市国防工办和会员单位的大力支持帮助下，协会按照年度工作计划要求，以党的十八大精神为指引，努力做好政府、军队委托的工作任务，积极拓展新的业务领域，探索新的会员服务模式，较好地发挥了桥梁和纽带作用，推动军民技术相互转化和军民融合产业发展等方面取得新成绩，协会建设发展出现新局面的基本情况。
报告列举了协会发挥参谋和助手作用，做好政府交办任务：努力推进国产高档数控机床在军工能力建设项目中的应用工作。
协会与机床协会共同承办了由国家发改委、工信部、国防科工局和国家能源局主办的2013年“军工行业与能源装备领域国产数控机床应用座谈会”，介绍《高档数控机床与基础制造装备》科技重大专项实施进展情况、主要成果；通报供需合作最新进展情况；表彰军工行业、能源装备领域国产数控机床优秀合作项目；发布《军工行业高档数控机床需求指南》，指导军工单位与机床企业之间的交流，提高军工单位对国产高档数控机床的直接认知度。
组织专家，对军工企业拟进口机床进行国产化审查论证工作，提出国内采购的建议，推动了国产高档数控机床进入军工市场的进程。
开展以航空等军工重点、重大项目为牵引等多种形式的关键制造装备供需互动对接交流活动；组织航空、船舶及兵器等领域重点用户企业分别走访国内骨干机床企业；组织航空发动机关键件工艺技术培训活动。
高技术船舶科研项目-中华人民共和国工业和信息化部
高技术船舶科研项目指南（2013年版）为贯彻落实《工业转型升级规划（2011-2015）》和《船舶工业“十二五”发展规划》，促进船舶工业科技发展，提升自主创新能力，推动产业转型升级，提高国际市场竞争力，按照《船舶工业“十二五”科技重点发展方向与重点》的任务部署，特制定本指南。
一、工程与专项（一）超级节能环保船示范工程1．总目标根据船舶节能减排相关国际公约、规范的要求，结合船舶技术发展和国内外航运市场需求，在油船、散货船、集装箱船三大主流船型中分别选择一型作为超级节能环保示范工程船，通过节能减排环保技术及装备的综合开发，突破清洁能源与可再生能源应用关键技术，全面提升我国船舶节能环保整体技术水平。
示范船舶须有具体工程依托并由船东实际订造，与现有同类船型相比节能环保水平大幅提高，单船平均日油耗降低40%以上，船舶能效设计指数（EEDI）比国际海事组织（IMO）EEDI基线值下降30%以上，同时须满足IMO船舶噪声新规则、涂层性能标准、硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）排放指标等相关法规要求。
2．重点研究方向（1）船型节能环保概念设计与技术经济性论证研究；（2）低阻船体型线与上层建筑设计技术研究；（3）最低压载量的分舱优化配置及航行中纵倾优化技术研究；（4）波浪中失速控制与波浪增阻预报技术研究；（5）新型结构轻量化设计技术研究；（6）船体表面减阻技术应用研究；（7）高效推进系统与水动力节能装置优化匹配设计研究；（8）轮机节能环保设备集成应用研究；（9）货油挥发（VOC）回收及再利用系统技术研究（仅适用于油船）；（10）LNG燃料动力船型风险设计技术研究；（11）LNG供气系统应用开发技术研究；（12）太阳能、风能等清洁辅助能源在船上的应用研究；（13）船舶舱室噪声控制关键技术研究；（14）货油舱涂装关键技术研究（仅适用于油船）；（15）建造工艺关键技术研究；（16）节能、减排、环保、降噪验证试验技术研究。
海洋工程结构与船舶的腐蚀防护_现状与趋势_韩恩厚
船舶与海洋工程结构主要采用金属材料 。 在海洋环境这种高腐蚀环境中长期服役的金属材料必须采取腐蚀防护措施 。 文章概 述了目前我国海洋工程结构 和船 舶的腐 蚀 现 状，介绍了目前采用的腐蚀防护技术的现状与问题，包括 常 用 的 多 种 涂 料 （ 油 漆） 、 包覆技术 、 电化学保护（ 牺牲阳极和外加电流阴极保护技术） 以及表面处理技术 、 缓蚀剂 、 结构健康监测与检测 、 寿命 评价与可靠性评估等 。 指出了各类技术的发展趋势，例如以涂料为例，追求高固体份 、 无（ 弱） 溶剂化 、 水性化 、 无重金属 化 、 高性能化 、 多功能化 、 低表面处理化 、 节省资源化 、 智能化 、 低成本是涂料发展的国际趋势 。 提出了我国应该采取的措 施和建议 。
［2 ］物约有 50 ～ 100 种 ，包括固着生物（ 如藤壶、 牡蛎、 苔
藓虫、水螅类、花筒螅、石灰虫、海鞘等） 、粘附微生物 （ 如细菌、 硅藻、 真菌和原生动物等） 、 附着植物（ 如藻 类，浒苔、水云、丝藻） 等。这些海洋生物附着在船底生 长和繁殖会使船底污损和发生腐蚀，造成船底粗糙，摩 擦力增大，从而降低船舶航行的速度，增加燃耗。 据国外统计分析，海洋生物污损每年给全球造成的 经济损失为
［2 ］
2
2. 1
海洋工程结构与船舶的腐蚀现状
海洋腐蚀的危害和损失 海洋约覆 盖 了 71% 的 地 球 表 面，航 海 和 海 洋 产 业
船模Z形操纵试验不确定度分析
,
P
f f l l 误差示意图
测 量 系 统 通 常 由 试 验 环 境 、测 量 设 备 、数据采
集等组成，对 独 立 变 量 进 行 测 量 ，误差源的影响 用精度限P ,和偏差限S ,表示，再通过数据简缩方程
将这些不同的独立变量数据结合起来计算，从而得
到 结 果 A•. 数据简缩方程的一般表达式为
Uncertainty analysis of ship model Zig-zag tests
WU Zixin CHEN Jianting CHEN Weimin
(a. Key Laboratory of Marine Technology Ministry of Communications；b. State Key Laboratory of Navigation and Safety Technology, Shanghai Ship and Shipping Research Institute, Shanghai 200135, China)
国 际 拖 曳 水 池 会 议 (I T T C )从 1987年开始组织 对不确 定度分析问 题的研究，近 年 来 I T T C 各成员 为了提高实船性能预报的精度，对试验测试的要求 越 来 越 严 格 ，都 在 不 断 采 取 各 种 措 施 提 高 测 量 设 备
收 稿 日 期 2020-11-05. 作 者 简 介 吴 梓 蠢 (1989-)，男，助理研究员，E-mail: wu.zixin@. 基 金 项 目 高 技 术 船 舶 科 研 项 目 (工信部联装(2016)23号).
+ 左 10-2
26
•右 10-2
ere ere
3 26
高技术船舶科研项目-中华人民共和国工业和信息化部
高技术船舶科研项目指南（2013年版）为贯彻落实《工业转型升级规划（2011-2015）》和《船舶工业“十二五”发展规划》，促进船舶工业科技发展，提升自主创新能力，推动产业转型升级，提高国际市场竞争力，按照《船舶工业“十二五”科技重点发展方向与重点》的任务部署，特制定本指南。
一、工程与专项（一）超级节能环保船示范工程1．总目标根据船舶节能减排相关国际公约、规范的要求，结合船舶技术发展和国内外航运市场需求，在油船、散货船、集装箱船三大主流船型中分别选择一型作为超级节能环保示范工程船，通过节能减排环保技术及装备的综合开发，突破清洁能源与可再生能源应用关键技术，全面提升我国船舶节能环保整体技术水平。
示范船舶须有具体工程依托并由船东实际订造，与现有同类船型相比节能环保水平大幅提高，单船平均日油耗降低40%以上，船舶能效设计指数（EEDI）比国际海事组织（IMO）EEDI基线值下降30%以上，同时须满足IMO船舶噪声新规则、涂层性能标准、硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）排放指标等相关法规要求。
2．重点研究方向（1）船型节能环保概念设计与技术经济性论证研究；（2）低阻船体型线与上层建筑设计技术研究；（3）最低压载量的分舱优化配置及航行中纵倾优化技术研究；（4）波浪中失速控制与波浪增阻预报技术研究；（5）新型结构轻量化设计技术研究；（6）船体表面减阻技术应用研究；（7）高效推进系统与水动力节能装置优化匹配设计研究；（8）轮机节能环保设备集成应用研究；（9）货油挥发（VOC）回收及再利用系统技术研究（仅适用于油船）；（10）LNG燃料动力船型风险设计技术研究；（11）LNG供气系统应用开发技术研究；（12）太阳能、风能等清洁辅助能源在船上的应用研究；（13）船舶舱室噪声控制关键技术研究；（14）货油舱涂装关键技术研究（仅适用于油船）；（15）建造工艺关键技术研究；（16）节能、减排、环保、降噪验证试验技术研究。
船闸水域船舶列队协同停船预测控制器
第３３卷第４期中国机械工程V o l ．３３㊀N o ．４２０２２年２月C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N Gp p．４２１Ｇ４３１船闸水域船舶列队协同停船预测控制器雷超凡１,２,３㊀初秀民１,２㊀柳晨光１,２㊀吴文祥１,２,３㊀李松龙１,２,３１．武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心,武汉,４３００６３２．武汉理工大学智能交通系统研究中心,武汉,４３００６３３．武汉理工大学交通与物流工程学院,武汉,４３００６３摘要:为提高船舶在闸室水域的航行效率和安全性,开展了船闸水域船舶列队协同停船控制方法的研究.建立了闸室水域船舶列队直航运动模型,基于模型预测控制原理分别提出了速度Ｇ时间法和速度Ｇ位移法两种船舶停船控制方法.针对船舶列队协同停船控制需求,结合停船经济性和平顺性设计了船舶列队停船控制目标函数,以船舶纵向间距保持㊁输入为约束,提出了基于集中式模型预测控制的船舶列队协同停船控制器.仿真结果表明,所设计的单船停船控制器和船舶列队停船控制器均具有较好的控制效果.相对而言,速度Ｇ时间法在平顺性上具有明显优势,速度Ｇ位移法则在经济性上表现更好,且有更高的控制精准度和稳定性.关键词:船舶闸室;船舶列队;纵向模型;停船控制;模型预测控制中图分类号:U ６４１．７８D O I :１０．３９６９/j．i s s n ．１００４ １３２X．２０２２．０４．００６开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):P r e d i c t i v eC o n t r o l l e r o fC o o p e r a t i v eD o c k i n g f o r S h i p Pl a t o o n i nL o c k W a t e r w a yL E IC h a o f a n １,２,３㊀C HU X i u m i n １,２㊀L I U C h e n g u a n g １,２㊀WU W e n x i a n g １,２,３㊀L I S o n g l o n g１,２,３１．N a t i o n a l E n g i n e e r i n g R e s e a r c hC e n t e r f o rW a t e rT r a n s p o r t S a f e t y ,W u h a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,W u h a n ,４３００６３２．I n t e l l i g e n tT r a n s p o r t a t i o nS y s t e m R e s e a r c hC e n t e r ,W u h a nU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y,W u h a n ,４３００６３３．S c h o o l o fT r a n s p o r t a t i o na n dL o g i s t i c sE n g i n e e r i n g ,W u h a nU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y,W u h a n ,４３００６３A b s t r a c t :I no r d e r t o i m p r o v e t h en a v i g a t i o ne f f i c i e n c y a n ds a f e t y o f t h e s h i ps i n t h e l o c kw a t e r Ｇw a y ,t h e c o n t r o lm e t h o do f t h ec o o r d i n a t e ds t o p p i n g o f t h es h i pp l a t o o ni nt h e l o c k w a t e r w a y wa s s t u d i e dh e r e i n ．B a s e do n t h em o d e l p r e d i c t i v e c o n t r o l p r i n c i p l e ,t w om e t h o d s o f s h i p s t o p p i n g co n t r o l w e r e p r o p o s e d ,n a m e l y ,v e l o c i t y Ｇt i m em e t h o da n dv e l o c i t y Ｇd i s p l a c e m e n tm e t h o d ．A i m i n g at t h ed e Ｇm a n d s o f t h e c o o r d i n a t e ds t o p p i n g c o n t r o l o f s h i pp l a t o o n ,t h eo b je c t i v ef u n c t i o no f t h ec o o r d i n a t e d s t o p p i ng c o n t r o l o f shi p f o r m a t i o nw a s d e s i g n e d i nc o m b i n a t i o nw i t h t h e e c o n o m y a n d s m o o t h n e s s o f t h e s t o p ．T h e c o o r d i n a t e d s t o p p i n g c o n t r o l o f s h i p p l a t o o nw a s p r o p o s e d b a s e d o n t h e c e n t r a l i z e dm o d Ｇe l p r e d i c t i v e c o n t r o lw i t ht h ec o n s t r a i n t so f t h e l o n g i t u d i n a l s p a c i n g a n dt h e i n p u to f t h es h i p ．T h e s i m u l a t i o n r e s u l t s s h o wt h a tb o t ht h es i n g l e Ｇs h i pp a r k i n g c o n t r o l l e ra n dt h e f l e e t p a r k i n g co n t r o l l e r h a v e g o o d c o n t r o l e f f e c t i v e n e s s ．I n c o n t r a s t ,t h ev e l o c i t y Ｇt i m em e t h o dh a so b v i o u s a d v a n t a ge s i nr i d e c o mf o r t ,t h ev e l o c i t y Ｇd i s p l a c e m e n t l a w p e r f o r m sb e t t e r i ne c o n o m y ,a n dh a sh igh e r c o n t r o l a c c u r a c ya n d s t ab i l i t y．K e y wo r d s :s h i p l o c kc h a m b e r ;s h i pp l a t o o n ;l o n g i t u d i n a lm o d e l ;s t o p s h i p c o n t r o l ;m o d e l p r e Ｇd i c t i v e c o n t r o l收稿日期:２０２１０７３０基金项目:国家自然科学基金(５２００１２４０);重庆市自然科学基金(c s t c ２０２１j c y j Ｇm s x m X １２２０);湖北省自然科学基金(２０２０C F B ３０７);绿色智能内河船舶创新专项(M C Ｇ２０２００２ＧC ０１);工业和信息化部高技术船舶科研项目(M C Ｇ２０１９２０ＧX ０１)０㊀引言作为沟通水系㊁提高航道等级㊁改善水流条件的通航建筑物,船闸一直是内河航运基础性控制节点[１].船闸水域航运智能化水平的不足会严重制约内河智能航运的发展.提高过闸安全性和效率是船闸智能化的重要目标.由于船闸水域船舶航行具有区域受限㊁间距紧密㊁操纵困难等特点,因船舶操控失误而引发的闸室浮式系船柱损坏㊁闸门被撞等事故时有发生.此外,目前广泛采用人工操控船舶依次进出闸室的过闸方式,缺少对船闸内各船舶的集中调控,这种过闸方式是制约船舶过闸效率提升的重要原因[１Ｇ２].在闸室内多船协同精确停船控制能够显著缩短船舶在船闸水１２４ Copyright ©博看网. All Rights Reserved.域的滞留时间,增加闸室空间的利用率,也能减少因人为操作失误导致的安全事故发生.L I U 等[１]提出了一种将领导Ｇ跟随法与基于行为法相结合的过闸编队控制系统,并设计了可切换的不同控制模式,利用实船平台验证了该系统能够提高船舶过闸安全性和效率;胡亚安等[３]通过在三峡船闸对４．５m吃水船舶进行同步移舶过闸试验,得出停泊安全是制约船闸通过能力的主要因素的结论;张勃等[２]对葛洲坝船闸船舶出闸运动进行了研究,提出了 全同步出闸 和 半同步出闸 方式,验证了同步出闸可以缩短船舶出闸时间.船舶在闸室水域内的停船运动可归结为直航减速运动,船舶列队停船运动可归结为直航协同运动.目前对直行协同运动的研究以车辆的自适应巡航控制系统最为典型,该系统在车辆领域已经能够成熟地应用.谢辉等[４]利用模型预测控制(m o d e l p r e d i c t i v e c o n t r o l,M P C)算法设计了两层控制器,分别用来计算期望加速度和协调驱动与制动,实现了无人驾驶车辆的横纵向运动控制;孙涛等[５]针对交通灯场景下的车辆协同自适应巡航控制问题,利用M P C算法设计了可切换的控制器,提高了舒适性和燃油经济性.在航行器控制方面,李振福等[６]针对北极冰区航行环境,研究了船舶跟航模式下北极冰区的船舶安全间距;干伟东等[７]针对通航隧洞中的船舶跟驰问题,提出了一种船舶跟驰安全间距计算方法,发现其安全间距与船舶所处位置有关;吴文祥等[８]设计了基于M P C的船舶直航协同控制方法,能够实现对预定变加速度目标船的跟随.利用M P C算法解决非线性系统及多约束问题的独特优势,可完成对单体船舶运动及多船舶编队航行的有效控制[９].但现有研究中针对闸室停船行为进行描述的报道较少,且对闸室内船舶协同停船的整体性考虑不足[１０].本文在建立闸室水域船舶列队直航运动模型的基础上,采用速度Ｇ时间法和速度Ｇ位移法两种方法设定参考速度,完成单船停船动作M P C控制器设计,并在领航船按照上述两种方法完成停船的前提下,加入跟随船运动,设计三船协同停船运动M P C控制器,最后对停船控制的有效性进行了仿真验证.１㊀闸室水域船舶列队直航运动模型１．１㊀船闸场景描述船闸水域通常包括引航道水域和闸室水域,如图１所示.过闸航行的船舶一般会经过引航道航行㊁进闸航行㊁停船系泊㊁闸间移泊㊁出闸航行等阶段.引航道是连接主航道和闸室的过渡性航道,保证船舶安全进入闸室.闸室水域是指上下闸首和两侧闸壁围成的空间.闸壁上设有浮式系船柱,供船舶在闸室内停泊系缆.在闸室内设有禁停线,所有船舶不能越过禁停线停船.图１㊀船闸示意图F i g．１㊀L o c kd i a g r a m为更清楚地描述闸室内船舶运动,以列队中尾船的船尾位置为坐标零点,以NＧS坐标系中正北方向作为入闸方向,并以入闸方向为船舶直航运动坐标正方向建立坐标轴X.１．２㊀船舶三自由度运动模型船舶运动需６个自由度描述,即前进㊁横漂和起伏用来描述船舶的位置信息,首摇㊁横摇和纵摇用来描述船舶的运动速度信息[１１].一般研究船舶轨迹或路径运动问题时,仅使用前进㊁横漂和首摇三自由度模型描述如下:x ＝T(ψ)vM v ＋C(v)v＋D(v)v＝τc＋τD}(１)T＝c o sψ－s i nψ０s i nψc o sψ００００éëêêêùûúúúM＝m１１０００m２２m２３０m３２m３３éëêêêùûúúúC＝００－c３１００c２３c３１－c２３０éëêêêùûúúú㊀㊀D＝d１１０００d２２d２３０d３２d３３éëêêêùûúúúc２３＝m１１u㊀㊀c３１＝m２２v＋０．５(m２３＋m３２)其中,x＝(x,y,φ)T表示惯性坐标系下船舶的位置和方向;v＝(v u,v v,v r)T表示随体坐标系下船舶的速度和角速度;τc＝(τu,τd,τr)T表示控制输入的力和力矩;τD＝(f d u,f d v,t d r)T表示干扰力和力矩;T表示坐标变换矩阵,用于实现随体坐标系向惯性坐标系的转换;M表示惯性矩阵;C表示科氏向心矩阵;D表示阻尼矩阵.将s(t)＝(x,y,φ,v u,v v,v r)T设定为系统的状态变量,u(t)＝(τu,τd,τr)T设定为控制输入,τD(t)＝(f d u,f d v,t d r)T设定为干扰,则其状态空间方程可表示为２２４中国机械工程第３３卷第４期２０２２年２月下半月Copyright©博看网. All Rights Reserved.㊀s(t )＝T (q １s (t ))(q ２s (t ))M －１(－C (q２s (t ))－D (q ２s (t ))＋u (t )＋τD (t ))éëêêùûúú(２)q１＝[００１０００]q２＝０００１００００００１００００００１éëêêêùûúúú㊀㊀本文利用生成均匀分布的随机数来设置干扰,表示为τD ＝σ r a n d i ( )σ r a n d i ( )σ r a n d i ()éëêêêùûúúú(３)式中,r a n d i ( )为均匀分布的随机整数;σ为权重参数.１．３㊀船舶直航运动模型１．３．１㊀直航运动解耦船舶列队是指多艘船舶按照航行方向形成单向队列,船舶三自由度模型是船舶平面运动的总体描述,针对闸室内船舶直航列队运动进行研究,可以将三自由度模型进行解耦,转化为直航运动模型,本文利用解耦矩阵p i 来完成.船舶直航运动模型坐标关系见图２.图２㊀坐标关系F i g ．２㊀C o o r d i n a t e r e l a t i o n s h i p状态变量x l (t )设定为船舶直航方向坐标位置和航行方向速度:x l (t )＝p １x (t )v (t )éëêêùûúú＝x (t )v u (t )éëêêùûúú(４)p １＝１００００００００１００éëêêùûúú㊀㊀控制输入变量u l (t )设定为船舶直航推进力:u l (t )＝p ２τc (t )＝τu (t )(５)p ２＝[１００]㊀㊀干扰量e l (t )设定为直航运动方向上的干扰力:e l (t )＝p ２τD (t )＝f d u (t )(６)则状态空间方程变为直航运动状态空间方程:xl (t )＝p ３x l (t )(－d １１p ３x l (t )＋u l (t )＋e l (t ))/m １１éëêêùûúú(７)p ３＝[０１]１．３．２㊀模型线性化针对非线性系统,可以直接利用非线性M P C 求解最优控制序列,但非线性求解过程复杂,不能保证实时性,而船闸航行环境对算法实时性要求高,故本文的仿真采用对模型线性化后求解最优控制序列的方法.假设参考系统给出的参考状态量能够完整完成目标航行任务,在获取航行路径上每一时刻状态量和控制量的基础上,构造真实状态量与参考量的偏差,利用偏差设计控制器完成目标航行任务.参考量方程表示为x s e e d ＝f (x l r ,u l r )(８)㊀㊀对船舶航行任意时刻的直航运动状态空间方程在参考点处进行一阶泰勒展开,去掉高阶项并代入参考系统,得xl ＝f (x l r ,u l r )＋∂f ∂x lx l ＝x l ru l ＝u l r(x l －x l r )＋∂f ∂u lx l ＝x l r u l ＝u l r(u l －u l r )(９)㊀㊀将式(９)与式(８)相减得到需要的偏差表达式:x ~＝A (t )x ~＋p ３B (t )u ~(１０)x ~＝x l －x l r u ~＝u l －u l r A (t )＝∂f ∂x lx l ＝x ru l ＝u r㊀㊀B (t )＝∂f ∂u lx l ＝x ru l ＝u r１．３．３㊀模型离散化采用近似离散化方法对状态空间方程进行离散化处理,近似离散化方法计算公式为A d i s (k )＝I ＋T s A (k )B d i s (k )＝T s B (k )}(１１)式中,T s 为离散化步长;A d i s ㊁B d i s 分别为离散化后的状态矩阵和输入变量.离散化后的状态空间方程可用作预测模型,表示为x ~l (k ＋１)＝A d i s x ~l (k )＋p ３B d i s u ~l (k )(１２)１．４㊀船舶列队间距模型建立３艘船舶列队航行的间距模型,其状态变量x h (t )和控制变量u h (t )设定见下式:x h (t )＝(d １(t ),d ２(t ))Tu h (t )＝(v ２(t ),v ３(t ))T }(１３)式中,d １(t )㊁d ２(t )分别为首船与中间船㊁中间船与尾船的船间距.根据协同入闸船舶的直航运动关系,建立入闸船队运动的状态空间方程:xh (t )＝g (x l i (t ))(１４)式中,x l i (t )为入闸船队中第i 艘船舶的直航运动状态变量.３２４ 船闸水域船舶列队协同停船预测控制器雷超凡㊀初秀民㊀柳晨光等Copyright ©博看网. All Rights Reserved.为提高控制实时性,采用欧拉法进行离散化.根据编队运动关系,将式(１４)离散化后可以得到入闸停船控制系统船间距模型的离散状态方程:x ~h (k ＋１)＝x ~h (k )＋B h u ~h (k )＋C h v １(k )(１５)B h ＝０－T s ００T s－T s éëêêùûúú㊀㊀C h ＝T s ０éëêêùûúú㊀㊀领航船在完成单船控制时的控制误差会对上层控制器带来不必要的计算量,并且影响上层控制器对跟随船的控制效果.为了削弱这种影响,将领航船的真实航速与参考航速按照一定权重混合后作为上层控制器的输入值:v i n t (t )＝γv r e f (t )＋(１－γ)v １(t )(１６)式中,γ为权值.式(１５)可变为x ~h (t ＋１)＝x ~h (t )＋B h u ~h (t )＋C h v i n t (t )(１７)㊀㊀综上所述,船舶列队运动模型的建立过程可用图３表示.图３㊀模型建立流程F i g ．３㊀M o d e l b u i l d i n gpr o c e s s ２㊀单船停船模型预测控制器模型预测控制采用滚动优化机制[６],具有显式处理约束的能力,算法利用预测能力可以解决系统误差和不确定环境的参数等问题,具有良好的鲁棒性.２．１㊀参考状态设计结合船舶直航运动模型的状态量为控制系统设计参考状态量x l r e f :x l r e f (k )＝x r e f (k )v u r e f (k )éëêêùûúú(１８)式中,x r e f (k )为位置参考量;v u r e f (k )为速度参考量.本节采用速度Ｇ时间法和速度Ｇ位移法这两种方法设置速度参考量.２．１．１㊀速度Ｇ时间法速度Ｇ时间法是指在停船航行运动过程中,每一个时间对应一个参考航速值.在停船动作连续的情况下,按照停船时间进行匀减速停船是一种保证船内平顺性和节能性的理想方法.但实际停船所用时间往往不能固定,故本文设定以０．５倍初速度匀速航行完成停船距离所用时间作为预设航行时间.仿真环境中,船舶运动的参考量设定为x r e f (t )＝x a i mv u r e f (t )＝v ０－a s t }(１９)式中,x a i m 为目标停船坐标;v ０为初速度;a s 为设定加速度.将参考量进行离散化处理后得到每一控制时刻的参考量:x r e f (k )＝x a i mv u r e f (k )＝v ０－a s N r e f T s }(２０)式中,N r e f 为参考时刻点的个数.２．１．２㊀速度Ｇ位移法速度Ｇ位移法是指在停船航行位移线上,每一个位移值对应一个参考航速值,参考值可按照到停船线距离匀减速设置.速度参考量设置可描述为u r e f ＝v ０－ρx (２１)式中,ρ为匀变速常数,ρ＝v ０/x a i m .由于在实际停船过程中往往是通过停船线位置来衡量停船行为的,故将式(２１)作差值形式转换如下:u r e f ＝ρ(x a i m －x )(２２)㊀㊀速度Ｇ位移法是更贴合驾驶员行为的一种停船方式,人们在驾驶时往往通过判断与前方障碍物的距离选择驾驶的制动尺度,与前方障碍物距离越近,则使用越强的制动力.在仿真中,建立速度随距停船线距离变化的函数,在预测步长内,取每一步的船舶位置信息,利用函数得到对应的参考速度来构成当前时刻的速度参考矩阵.２．２㊀目标函数设计结合式(４)㊁式(１８),构造k 时刻系统偏差量:D e (k )＝x l (k )－x l r e f (k )(２３)㊀㊀在预测时域中,以系统偏差量为控制目标,设置一个加权形式的目标函数来描述待优化问题:J s i n g (k )＝ðN pi ＝１D e (k ＋i )２Q＋ðN c －１i ＝０Δu l (k ＋i )２R(２４)式中,J s i n g 为单船入闸停船运动的目标函数;N p 为预测步长;N c 为控制步长;Q 为权重矩阵;R 为权值;Δu 为控制量偏差(本文参考控制量取０).通过上述变化,单船入闸停船运动控制的优化问题就可描述为求解约束条件下使目标函数J s i n g 值最小的控制量ul (k ).考虑到船舶受动力机构机械性能的影响,对４２４ 中国机械工程第３３卷第４期２０２２年２月下半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.控制量和控制增量的约束设置如下:u l m i n (k ＋i )ɤu l (k ＋i )ɤu l m a x (k ＋i )Δu l m in (k ＋i )ɤΔu l (k ＋i )ɤΔu l m a x (k ＋i )i ＝０,１, ,N c３㊀船舶列队停船模型预测控制器３．１㊀场景描述以３艘船协同入闸停船航行为例,如图４所示,经过引航道后,船S １㊁S ２㊁S ３沿直线列队入闸停船.A n ㊁B n 和L n 分别表示船S n 的船首㊁船尾位置和船长(n ＝１,２,３).在入闸任务的任意时刻k ,船S １㊁S ２㊁S ３的航速分别表示为V u １(k )㊁V u ２(k )和V u ３(k ).船S １㊁S ２的间距B １A ２为d １(k ),船S ２㊁S ３的间距B ２A ３为d ２(k ).图４㊀协同入闸场景示意F i g ．４㊀S y n e r g i s t i c g a t e e n t r ys c e n e ３艘船列队入闸,它们分别要完成直线入闸停船的任务.在协同入闸场景下,船舶间距小,航行操纵频繁,控制器既要完成每艘船的停船任务,又要保持动态船间距,保证航行安全性.将单船运动仿真中的船舶位置定义为船首位置,结合船长可得到船间距:d １(k )＝B １(k )－A ２(k )－L １d ２(k )＝B ２(k )－A ３(k )－L ２}(２５)３．２㊀控制器设计如图５所示,协同入闸系统的控制器设计分为上层控制器和下层控制器.图５㊀列队停船控制器结构F i g ．５㊀S h i pp l a t o o n p a r k i n g co n t r o l s t r u c t u r e 上层控制器是集中控制器,用于计算船舶列队的协同控制信息.对于船闸水域,集中式上层控制器可以被看作岸基对入闸船舶的集中调配.集中式控制器是指由一个控制器求解整个系统的优化问题,将输出量发送给各子系统.与分散式和分布式控制器相比,集中式控制器得到的控制输出和系统性能都是最优的,但对集中控制器的依赖较强且控制器的计算负担较重.岸基上层控制器接收各入闸船舶发送的当前位置㊁速度,根据式(２５)计算得到船间距,代入船间距模型中得到预测时域内船间距预测值,进而计算出各船舶的期望速度向量并传递给各船舶的下层控制器.下层控制器的设计采用单船停船模型预测控制器,下层控制器将上层控制器的控制输出量作为下层控制器的参考量,计算得到所需的推力u l 并作为输出量传递到船舶,船舶执行后将新的位置㊁速度等信息反馈到上㊁下层控制器中.３．３㊀上层控制器目标函数设计船舶列队入闸控制的控制目标为保持期望船间距并精准停船.其中,精准停船问题可利用领航船的下层控制器完成,上层控制器则负责保持期望船间距,因此,在预测时域中,上层控制器的目标函数设计如下:J g l o b ＝ðN p ti ＝１Δd p２H ＋ðN c t －１i ＝０C ２K(２６)式中,J g l o b 为协同控制的目标函数;H ㊁K 为权重矩阵;N p t 为上层控制器的预测步长;N c t 为上层控制器的控制步长;C 为上层控制器输出控制量.第p 个船间距与设定船间距之差Δd p 为Δd p ＝d p －d p a i m式中,d p 为船间距的真实值,可由式(２５)得到;d p a i m 为船间距的目标值.船舶列队入闸停船运动控制的优化问题可描述为求解约束条件下使目标函数J g l o b 值最小的控制向量C (t ),即每艘入闸船舶的下层控制器提供参考速度.考虑到每艘船舶的动力机构机械性能的不同,按照第２节中停船方式航行的要求,对于各船舶控制量和控制增量的约束设置如下:C m i n (k ＋i )ɤC (k ＋i )ɤC m a x (k ＋i )ΔC m i n (k ＋i )ɤΔC (k ＋i )ɤΔC m a x (k ＋i )i ＝０,１, ,N c －１４㊀仿真实验４．１㊀仿真模型本文选择一艘３５００t 油化船实船作为研究５２４ 船闸水域船舶列队协同停船预测控制器雷超凡㊀初秀民㊀柳晨光等Copyright ©博看网. All Rights Reserved.对象,船长为９４．６m,船宽为１７．２m,设计吃水深度为５m,螺旋桨在最大转速下的推力为１８０k N.该模型对应的系统参数为m１１＝m r b＋m a＝５９９０９２９＋２９７６７０＝６２８８５９０(k g)式中,m r b为船舶直航质量;m a为直航附加质量.d１１采用经验公式拟合的方法,其大小随航速变化,变化关系如图６所示.图６㊀阻力曲线F i g．６㊀R e s i s t a n c e c u r v e４．２㊀单船停船控制仿真实验４．２．１㊀最短停船距离计算采用MA T L A B软件对本文控制方法进行仿真验证.为保证停船的安全性,首先验证在最大制动力下不同初速度v０船舶的最短停船距离d m i n,在所选船型实际航行过程中,螺旋桨产生的推进或制动力一般满足区间－１８０k N＜τu＜１８０k N,故在不同初速度下给定τu＝－１８０k N 进行实验,初速度在０~１．５m/s间每隔０．０５m/s 取一个样本点,取T s＝２s,得到３０组初速度Ｇ最短停船距离的关系,然后用五次函数进行函数拟合,得到的函数关系如下:d m i n＝２．４４１７v５０－５．０２８９v４０＋５．０２１０v３０＋１５．４５６９v２０＋０．２３５７v０－０．０１０１(２７)㊀㊀其函数图像如图７所示.根据该函数可计算出在不同初速度下船舶完成停船的安全距离,函数平均拟合误差为０．０１６１m.利用两种参考速度的设置方法对初速度为１m/s的模型船入闸停船行为进行仿真,给定停船距离为２９０m .图７㊀船舶初速度Ｇ最短停船距离关系F i g．７㊀T h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n i n i t i a l s p e e da n dm i n i m u ms t o p p i n g d i s t a n c e ４．２．２㊀速度Ｇ时间法根据１m/s初速度,本次仿真时间预设为５８０s.离散化后的参考量设定为x r e f＝２９０u r e f＝v０－N r e f T s/５８０}(２８)式中,N r e f取２９０.目标函数中权重矩阵及权值分别设置为Q１＝０．０００５００１４０éëêêùûúúR１＝１．５ˑ１０－１１㊀㊀船舶动力机构约束设置为－１８０k Nɤu l(k＋i)ɤ１８０k N－３０k NɤΔu l(k＋i)ɤ３０k Ni＝０,１, ,N c－１㊀㊀控制器的控制步数和预测步数设置为N c＝N p＝６㊀㊀干扰大小设置为τDɪ[－３,３]k N㊀㊀仿真运行后得到的距离㊁速度和控制器输入结果分别如图８~图１０所示.图８㊀停船过程中距离动态变化(速度Ｇ时间法)F i g．８㊀D y n a m i c c h a n g e o f d i s t a n c e d u r i n g s t o p p i n g(s p e e dＧt i m em e t h o d )图９㊀停船过程中速度动态变化(速度Ｇ时间法)F i g．９㊀D y n a m i c c h a n g e o f v e l o c i t y d u r i n g s t o p p i n g(s p e e dＧt i m em e t h o d)设定船舶航速小于０．０５m/s时即认为停船任务完成,本次仿真实验完成停船共用时５７２s,６２４中国机械工程第３３卷第４期２０２２年２月下半月Copyright©博看网. All Rights Reserved.图１０㊀停船过程中控制器输出力(速度Ｇ时间法)F i g．１０㊀C o n t r o l o u t p u t f o r c e d u r i n g s t o p p i n g(s p e e dＧt i m em e t h o d)航行距离为２８６．５１m.由图８可以看出,由于初期速度较大,船舶到停船线的距离减小的速度较快,距离小于５０m 后,减小速度趋于平稳,最终能较为准确地停在停船线之前.由图９可以看出,仿真３０s前,由于初始控制量为０,输出推力与阻力的合力暂时难以为船舶提供指定的负加速度值,且位置距停船线较远,距离差数值较大,所以在目标函数的值中,距离差所占比重大.此时为了到达目标位置,船舶在短时间内保持初速度甚至稍有加速航行,同时输出控制力迅速变化,距离随之迅速减小,参考速度在目标函数中的权重开始变大,速度曲线逐渐与参考速度曲线重合.结合图１０,仿真进行２０s时,控制器预测到船舶受力达到期望加速度要求,便不再提供更大的负推力,控制量输出变化早于速度变化,可体现出预测控制的优势.由图１０可以看出,控制器输出力在面对随机干扰时能够做出积极的响应,具有良好的鲁棒性,但在仿真３００s后有一定的短时波动.４．２．３㊀速度Ｇ位移法将速度Ｇ时间法中生成的干扰向量应用到速度Ｇ位移仿真当中,其余仿真参数均与速度Ｇ时间法相同.得到的仿真结果如图１１~图１４所示.同理,设定船舶航速小于０．０５m/s时即认为停船任务完成,本次仿真实验完成停船共用时８６０s,航行距离为２７６．１６m.由图１１可以看出,相比图８的距离变化过程,采用速度Ｇ位移法减速整体距离变化较为平缓,５００s后船舶才到达距离停船线５０m处,且最终的停船位置距停船线更远.由图１２和图１３可以看出,与速度Ｇ时间法仿真类似,采用速度Ｇ位移法的初期同样有一段时间的速度增加,之后速图１１㊀停船过程中距离动态变化(速度Ｇ位移法)F i g．１１㊀D y n a m i c c h a n g e o f d i s t a n c e d u r i n g s t o p p i n g(s p e e dＧd i s p l a c e m e n tm e t h o d )图１２㊀停船过程中速度动态变化(速度Ｇ位移法)F i g．１２㊀D y n a m i c c h a n g e o f v e l o c i t y d u r i n g s t o p p i n g(s p e e dＧd i s p l a c e m e n tm e t h o d )图１３㊀停船过程中速度随位移变化(速度Ｇ位移法)F i g．１３㊀T h e v e l o c i t y v a r i e sw i t hd i s p l a c e m e n t d u r i n gs t o p p i n g(s p e e dＧd i s p l a c e m e n tm e t h o d)度随时间有一段迅速下降过程,速度小于０．３m/s 后减速过程趋于平缓.距离停船线１４０m以内,船舶几乎随到停船线距离的减小做匀减速运动,并在停船运动中后期与参考速度曲线重合.图１４反映了停船过程中控制器输出制动力的变化,在运动初期的一段时间内,系统提供了较大的负推力使船舶达到当前航速的动态平衡,平衡状态在２５s时进入控制器预测时域,并在３５s时达到平衡.仿真进行到２５６s时,控制器输出出现一定波动,并在４７８s后恢复平稳,最终控制器输出７２４船闸水域船舶列队协同停船预测控制器 雷超凡㊀初秀民㊀柳晨光等Copyright©博看网. All Rights Reserved.图１４㊀停船过程中控制器输出力(速度Ｇ位移法)F i g．１４㊀C o n t r o l o u t p u t f o r c e d u r i n g s t o p p i n g(s p e e dＧd i s p l a c e m e n tm e t h o d)趋近于零.相比速度Ｇ时间法,速度位移法在仿真结束时的控制量较小,具有更好的应变能力.４．２．４㊀结果对比分析以航行经济性㊁平顺性及船闸效率作为评价标准,设计评价指标来衡量停船控制效果.经济性可通过停船运动消耗能量来表示,平顺性可通过最大加速度和加速度方差来表示,船闸效率用闸室单次运行时间来表示:W S＝ðI t i＝１u l i V i T s W C＝a m a x a s T＝I t T s üþýïïïï(２９)式中,W S为运动耗能指标;W C为航行平顺性指标;T为运动总用时;I t为仿真总步数;a m a x㊁a s分别为加速度的最大值和平均值.用上述变量构造评价指标:K P＝(μ１W S＋μ２W C)(T＋T g)(３０)式中,K P为评价指标;T g为船闸停船间歇时间;μ１㊁μ２为权值.取μ１＝０．６,μ２＝８０,T g＝３００s.单船停船运动仿真中两种速度控制方式的运动评价见表１.表１㊀单船停船运动评价指标T a b．１㊀S i n g l e s h i p s t o p p i n g m o t i o n e v a l u a t i o n i n d e x评价指标速度Ｇ时间法速度Ｇ位移法T(s)２８６８６０W S(１０６J)４．９７５８４．２９１３W C(１０５)１．２８７５４．８８２２K P(１０９)７．３７３３３６．０９５㊀㊀评价指标对应数值越小表示该方法在该指标下表现越好,由评价指标数值的对比看出,速度Ｇ时间法在船舶的航行时间和平顺性上具有明显优势;在经济性方面,速度Ｇ位移法具有优势.结合整个船闸通航效率而言,速度Ｇ时间法可以做到更短的过闸航行周期,优势明显.速度Ｇ位移法的优势在于停船任务末期,船舶航速变化已经很小,且推力也趋近于０,这样比较容易控制停船线附近的船舶行为,有利于船舶航行安全性.４．３㊀船舶列队停船控制仿真实验仿真工况如下:３艘船舶列队入闸完成停船运动,开始停船前各船的初速度均为１m/s,且初始船间距为５m,领航船在距停船线２９０m处开始停船,设定目标船间距为５m,后船在上层控制器的控制下跟随领航船完成停船.上层控制器目标函数中的权值及权重矩阵设置如下:H＝８００１éëêêùûúú㊀㊀K＝０．００１０００．００２éëêêùûúú㊀㊀参考权值γ＝０．３.上层控制器的仿真约束设置为(０,０)TɤC(k＋i)ɤ(１．５,１．５)T m/s(－０．０６,－０．０６)T m/sɤΔC(k＋i)ɤ(０．０６,０．０６)T m/si＝０,１, ,N c－１㊀㊀为了既保证领航船控制停船位置,又跟随船更好地执行上层控制器指令,三艘船的下层控制器中权重矩阵及权值设置分别为Q１＝０．６００１４０éëêêùûúú㊀㊀Q２＝Q３＝０００１４０éëêêùûúúR１＝R２＝R３＝１．５ˑ１０－１１㊀㊀用船舶惯性矩阵差异来表示船舶装载量差异,用控制器输出增量约束差异表现动力机构差异.则三艘船的惯性矩阵和仿真约束分别设置为m１１－S１＝６２８８５９０k gm１１－S２＝５３８８５９０k gm１１－S３＝５７８８５９０k g－３０k NɤΔu l１(k＋i)ɤ３０k N－２８k NɤΔu l２(k＋i)ɤ２８k N－３５k NɤΔu l３(k＋i)ɤ３５k Ni＝０,１, ,N c－１㊀㊀领航船按照速度Ｇ时间法完成停船得到的仿真结果如图１５~图１８所示.图１５㊀船间距动态变化(速度Ｇ时间法)F i g．１５㊀D y n a m i c c h a n g e o f s h i p s p a c i n g(s p e e dＧt i m em e t h o d)由图１５可以看出,在列队停船过程中,船间８２４中国机械工程第３３卷第４期２０２２年２月下半月Copyright©博看网. All Rights Reserved.图１６㊀航速动态变化(速度Ｇ时间法)F i g ．１６㊀D y n a m i c c h a n g e o f s pe e d (s p e e d Ｇt i m em e t h o d)图１７㊀上层控制器输出参考速度(速度Ｇ时间法)F i g ．１７㊀U p p e r c o n t r o l l e r o u t p u t r e f e r e n c e s pe e d (s pe e d Ｇt i m em e t h o d)图１８㊀下层控制器输出控制力(速度Ｇ时间法)F i g ．１８㊀L o w e r c o n t r o l l e r o u t pu t f o r c e (s pe e d Ｇt i m em e t h o d )距基本维持在设计跟船距离５m 附近,船间距１位于[４．９８１３,４．９９９２]m 区间,船间距２位于[４．９９３４,５．００１６]m 区间.由图１６可以看出,在仿真进行１０s 内,领航船保持速度航行,跟随船航速围绕在领航船航速附近小范围波动,由于将领航船的参考速度与真实速度按一定权重混合后输入上层控制器,故跟随船避免了部分多余的航行操纵.由图１７可以看出,上层控制器能够有效地根据领航船的航速变化对跟随船的航速进行控制,其输出曲线基本与领航船参考速度曲线相同,其间保持的固定差距是龙格库塔法和欧拉法解算的差距造成的.由图１８可以看出,下层控制器能够有效应对随机干扰对船舶的影响,但同时对比三艘船的曲线后发现,由于跟随船的装载量大,动力机构性能较弱,控制器在进行减速控制时会表现得比较激进.领航船按照速度Ｇ位移法完成停船得到的仿真结果如图１９~图２２所示.图１９㊀船间距动态变化(速度Ｇ位移法)F i g ．１９㊀D y n a m i c c h a n g e o f s h i p s p a c i n g(s p e e d Ｇd i s pl a c e m e n tm e t h o d )图２０㊀航速动态变化(速度Ｇ位移法)F i g ．２０㊀D y n a m i c c h a n g e o f s pe e d (s p e e d Ｇd i s pl a c e m e n tm e t h o d )图２１㊀上层控制器输出参考速度(速度Ｇ位移法)F i g ．２１㊀U p p e r c o n t r o l l e r o u t p u t r e f e r e n c e s pe e d (s p e e d Ｇd i s pl a c e m e n tm e t h o d )由图１９可以看出,按照速度Ｇ位移法完成停９２４ 船闸水域船舶列队协同停船预测控制器雷超凡㊀初秀民㊀柳晨光等Copyright ©博看网. 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高技术船舶科研计划年度项目指南
工业和信息化部发高技术船舶科研计划2012年度指南发布单位:国务院为贯彻落实国务院发布的《工业转型升级规划（2011-2015）》和工业和信息化部发布的《船舶工业“十二五”发展规划》，促进船舶工业科技发展，全面提升自主创新能力，推动产业转型升级，近日，工业和信息化部发布了高技术船舶科研计划2012年度指南。
本指南着眼于船舶科技在节能、环保、安全、高效等方面的市场需求和发展趋势，以突破船舶及船舶配套领域核心关键技术为重点，同时注重全面夯实创新基础，建立健全船舶工业标准体系。
高技术船舶科研计划2012年度项目指南.doc高技术船舶科研计划2012年度项目指南为贯彻落实国务院发布的《工业转型升级规划（2011-2015）》和工业和信息化部发布的《船舶工业“十二五”发展规划》，促进船舶工业科技发展，全面提升自主创新能力，推动产业转型升级，按照《船舶工业“十二五”发展规划》明确的科技发展方向，特制定本指南。
本指南着眼于船舶科技在节能、环保、安全、高效等方面的市场需求和发展趋势，以突破船舶及船舶配套领域核心关键技术为重点，同时注重全面夯实创新基础，建立健全船舶工业标准体系。
本指南按照总体关键技术、配套关键技术、基础共性技术和技术标准等四个方面，提出了2012年船舶科研重点方向。
一、总体关键技术（一）新型液化天然气船液货围护系统预先研究1．研究目标：通过对IMO B型液货围护系统进行研究，开发出一型能承受液体晃荡载荷、操作与维护方便的新型LNG运输船液货围护系统，掌握其设计建造关键技术，并完成一型新型LNG运输船的概念设计。
2．主要研究内容：（1）新型液货围护系统结构和强度研究；（2）减少液货舱中液体晃荡措施研究；（3）新型液货围护系统操作与维护措施研究；（4）新型液货围护系统低温绝缘材料和绝缘方式研究；（5）新型液货围护系统模拟舱工艺研究；（6）新型液货围护系统模拟舱低温试验研究。
3．成果形式：（1）相关技术研究报告；（2）完成新型液货围护系统模拟样舱并通过船级社审核；（3）新型液货围护系统的设计指导性文件；（4）完成一型新型LNG运输船的概念设计并通过船级社审核；（5）形成相关专利。
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高技术船舶科研项目指南（2014年版）为贯彻落实《船舶工业加快结构调整促进转型升级实施方案（2013-2015）》和《船舶工业“十二五”发展规划》，促进船舶工业科技发展，引导建立产学研用协同创新机制，提升自主创新能力，推动技术、产品结构升级，提高国际市场竞争力，按照《船舶工业“十二五”科技发展方向与重点》的任务部署，特制定本指南。
一、工程与专项（一）节能环保示范工程1.总目标根据船舶节能环保相关国际公约、规范的要求，结合船舶技术的发展和国内外航运市场需求，通过风帆、混合对转推进系统等节能环保装备的实船应用示范以及江海直达环保示范船型的开发，突破清洁能源与节能装备应用关键技术，全面提升我国船舶节能环保整体技术水平。
2.重点研究方向（1）风帆技术示范应用开发研究目标：针对国际公约对船舶节能环保的新要求与当前船舶节能技术发展的水平，以超大型油船（VLCC）为目标船型，通过对风帆-主机混合动力推进技术的研究，掌握风帆设计、制造与应用关键技术，完成风帆在大型油船上的示范应用。
利用风帆技术，可实现VLCC在相同航速下平均日油耗降低12%以上。
主要研究内容：1）风帆-主机混合动力VLCC总布置及航行性能研究；2）风帆模型风洞、水池试验技术研究；3）风帆-主机混合动力VLCC推进系统关键技术研究；4）风帆-主机混合动力船舶控制策略及系统开发；5）风帆工程样机研制与试验技术研究；6）风帆-主机混合动力VLCC结构设计关键技术研究；7）大型风帆实船安装工艺及精度控制技术研究；8）风帆-主机混合动力VLCC节能指标与经济性分析；9）风帆-主机混合动力VLCC实船验证技术研究。
主要成果形式：1）相关技术研究报告及试验报告；2）相关设计图纸和计算书；3）经实船应用的风帆及控制系统样机；4）相关专利及技术标准研究报告。
（2）高效混合对转推进系统及节能装置示范应用开发研究目标：针对船舶节能减排技术的发展方向，结合节能环保船型对高效推进系统及节能装置的需求，以灵便型散货船为应用目标，自主研发三叶高效螺旋桨、改进型对转螺旋桨（CRP）以及扇形导管，掌握设计、制造关键技术，具备自主开发设计能力,完成实船示范应用，在加装混合对转推进系统及节能装置后，船舶推进效率提高8%以上，在相同航速下平均日油耗降低6%以上。
主要研究内容：1）三叶螺旋桨和改进型对转螺旋桨设计及优化研究；2）高效推进系统适伴流设计技术研究；3）推进器、节能导管及船体组合系统水动力性能优化匹配技术研究；4）推进系统空泡和激振力研究；5）高效推进器及节能扇形导管模型试验研究；6）推进系统样机制造关键技术研究；7）高效混合对转推进系统及节能装置实船验证。
主要成果形式：1）相关技术研究报告和试验报告；2）推进器及扇形节能导管的设计文件、图纸；3）经实船应用的高效混合对转推进系统及节能装置工程样机；4）相关专利及技术标准研究报告。
（3）江海直达节能环保集装箱船示范船开发研究目标：针对我国沿海航运中心对长江港口辐射的集装箱运力需求，开发一型700箱以上适合江海直达的节能环保型集装箱船，掌握绿色、高效、节能设计关键技术，形成自主设计能力，并实现实船建造，与现有同类营运船舶相比，平均日油耗降低20%以上。
主要研究内容：1）船型概念设计与综合论证；2）低阻高效船型开发；3）高效推进系统与附体节能技术研究；4）结构安全性与轻量化设计技术研究；5）LNG燃料动力应用技术研究；6）内河浅水航道操纵性研究；7）节能环保技术集成及应用。
主要成果形式：1）相关技术研究报告和试验报告；2）经船级社批准的江海直达节能环保集装箱船设计图纸和计算书；3）建造工艺文件；4）相关专利及技术标准研究报告。
（二）船舶动力关重件创新工程1.总目标通过开展船用液化天然气（LNG）发动机燃料储存、供给和燃料喷射系统以及柴油机用增压器、膜式蓄压器、排气阀阀杆及曲轴等产品的开发，完成设计、制造关键技术研究以及典型样机、系统及产品的研制，形成研发能力，提升LNG 发动机和自主品牌柴油机关键、重点及核心零部件的本土化配套水平。
2.重点研究方向（1）船舶LNG发动机燃料储存及供给系统关键技术研究研究目标：针对内河、沿海、远洋LNG燃料动力船舶对燃料储存及供给的需求，重点开展LNG燃料储存、供给系统关键技术研究及核心零部件自主研制，掌握设计、制造技术，实现系统集成并完成实船验证，为LNG动力船舶的普及应用提供技术支撑。
主要研究内容：1）船用LNG燃料储供气系统总体设计研究；2）船用LNG燃料储存装置设计及制造技术研究；3）LNG气化器、潜液泵、低温阀件等核心部件研制；4）LNG燃料供给系统监控和安保系统设计技术研究；5）关键技术集成及试验验证研究。
主要成果形式：1）相关技术研究报告；2）相关设计图纸、计算书及试验报告；3）LNG储存装置试验样机；4）LNG气化器、潜液泵、低温阀件等核心部件试验样机；5）LNG燃料供给系统监控和安保系统试验样机；6）通过装船验证的LNG燃料存储、供给系统工程样机（高压、低压各一套）；7）LNG燃料存储、供给系统设计指导性文件；8）相关专利及技术标准研究报告。
（2）船用低速柴油机轴流涡轮增压器关键技术研究研究目标：针对船用低速柴油机用增压器的市场需求，结合已开展的自主品牌低速柴油机研制，通过对低速柴油机用大流量、高压比轴流涡轮增压器设计及制造技术研究，完成压比4.5以上的轴流涡轮增压器自主开发与试验验证。
主要研究内容：1）轴流涡轮增压器总体设计技术研究；2）单级大流量高效离心式压气机设计及制造技术研究；3）单级高效轴流涡轮设计及制造技术研究；4）高速大推力滑动轴承设计及制造技术研究；5）大流量高压比压气机噪声控制技术研究；6）增压器与低速柴油机匹配技术研究。
主要成果形式：1）相关技术研究报告和试验报告；2）高压比轴流涡轮增压器概念设计方案、设计图纸和计算书；3）轴流涡轮、轴承等零部件样件；4）经装机试验验证的高压比轴流涡轮增压器样机；5）轴流涡轮增压器及关键零部件设计指导性文件；6）相关专利及技术标准研究报告。
（3）气体机和双燃料发动机燃料喷射系统关键技术研究研究目标：针对气体机和双燃料发动机燃料喷射系统的技术发展趋势和市场需求，通过开展柴油微喷引燃、气体燃烧电控多点喷射等关键技术研究，突破核心零部件的设计、生产工艺和制造等关键技术，具备开发性能先进、安全、可靠的燃料喷射系统的能力，形成具有市场竞争力的产品，提高自主配套水平。
主要研究内容：1）进气歧管多点喷射大流量燃气喷射阀、电磁阀及驱动控制模块等部件的总体设计及优化技术研究；2）主燃油及微喷引燃油系统总体设计及优化技术研究；3）燃油电控喷油器、高压油泵、共轨管等核心部件设计及优化技术研究；4）缸内高压燃气直喷喷射阀及驱动控制系统设计技术研究；5）燃料喷射系统生产工艺及制造技术研究；6）燃料喷射系统样件性能试验及配机试验技术研究。
主要成果形式：1）相关研究报告和试验报告；2）相关设计图纸、计算书和试验规范；3）经装机试验验证的进气歧管燃气喷射阀及驱动控制模块，主燃油、微喷引燃油、缸内高压燃气直喷喷射阀及驱动控制系统样件及燃料喷射系统样件；4）相关专利及技术标准研究报告。
（4）大功率船用轴带发电系统关键技术研究研究目标：通过开展1500KW及以上级大功率船用轴带发电系统设计，发电机、励磁控制单元、电力变换装置等核心设备制造技术研究，掌握轴带发电系统设计和试验验证方法，形成系列化产品设计、生产与试验能力，并实现实船应用。
主要研究内容：1）轴带发电机的电、磁设计与优化技术研究；2）励磁控制单元和电力变换装置设计技术研究；3）轴带发电系统制造技术与船用适配性研究；4）轴带发电系统在独立运行、并网运行、独立和并网两种模式过渡情况下的控制与运行保护技术研究；5）轴带发电系统试验方法与试验准则研究。
主要成果形式：1）相关技术研究报告；2）相关设计图纸、计算书和技术文件；3）通过实船应用的轴带发电系统；4）相关专利及技术标准研究报告。
（5）船用低速柴油机膜式蓄压器关键技术研究研究目标：通过对低速柴油机液压系统用膜式蓄压器自主研发，掌握膜式蓄压器的设计、制造、试验等关键技术，研制出系列化膜式蓄压器产品，提升自主配套能力。
主要研究内容：1）膜式蓄压器总体结构、关键性能参数匹配及仿真优化技术研究；2）膜式蓄压器高压气体密封结构设计技术研究；3）膜片材料及制造技术研究；4）膜式蓄压器制造及试验技术研究。
主要成果形式：1）相关技术研究报告和试验报告；2）设计图纸及设计、制造和试验规范等；3）经装机试验验证的膜式蓄压器样机，6升和10升各一套；4）相关专利和认证证书。
（6）船用低速柴油机排气阀阀杆关键技术研究研究目标：通过开展阀杆密封面堆焊及超强滚压、盘端面堆焊工艺与阀杆高硬度喷涂及磨削技术研究，掌握缸径600mm及以上低速柴油机排气阀杆关键制造技术，形成自主配套能力。
主要研究内容：1）阀杆密封面堆焊及超强滚压技术研究；2）盘端面堆焊工艺技术研究；3）阀杆高硬度喷涂及磨削技术研究；4）装机试验验证。
主要成果形式：1）相关研究报告；2）经装机验证的排气阀阀杆样件；3）排气阀杆检验标准与规范；4）相关专利及认证证书。
（7）船用低速大功率柴油机分段曲轴关键技术研究研究目标：针对5万千瓦以上船用低速大功率柴油机（缸数8缸及以上）分段曲轴加工的要求，通过开展曲柄不均匀分布的单段曲轴整体加工、分段曲轴对中校调与对接制造关键技术研究，掌握分段曲轴制造技术，完善自主配套能力。
主要研究内容：1) 曲柄不均匀分布的单段曲轴整体加工技术研究；2）分段曲轴对中校调技术研究；3）分段曲轴对接技术研究；4）分段曲轴检测技术与标准研究。
主要成果形式：1）相关研究报告及试验报告；2）经装机验证的分段曲轴样件；3）对接曲轴校中与检测的行业标准；4）相关专利及认证证书。
（8）船用低速柴油机曲柄锻件关键技术研究研究目标：通过开展船用低速柴油机曲轴曲柄弯模锻成型及火焰热割工艺技术研究，掌握弯模锻在大型曲轴曲柄锻造成型中的关键工艺技术，完成冲程3300mm及以上低速柴油机曲柄锻件制造，加强大型曲轴曲柄锻件自主配套能力。
主要研究内容：1）曲柄冶炼及成型模拟仿真技术研究；2）曲柄弯模锻成型工艺研究；3）曲柄毛坯热割技术研究；4）曲柄热处理变形控制技术研究；5）曲柄半成品试验及检验技术研究。
主要成果形式：1）相关研究报告；2）设计图纸、工艺规范等相关技术文件；3）曲柄样件；4）相关专利及认证证书。
（三）极地船舶与设备开发专项1．总目标针对极地油气资源开采以及北极航道开通对不同航线上货物运输的市场需求，通过开展高等级甲板运输船、原油运输船、多用途集装箱船船型开发及极地甲板机械的设计、制造技术研究，形成自主研发能力。