在 ShipFive Design & Shipbuilding 又是漫长的一天1.设计工程团队经过无数次反复试验，开发出最新的创新技术，对一批成功的老式近海供应船进行改装。
在安装了更节能的方位吊舱驱动装置并改变了船身长度以改善新推进和转向装置的流入量之后，有必要采用新的舭龙骨设计。昂贵的模型测试表明，该船在急转弯时会出现不利的翻滚运动，这让团队越来越沮丧。
他们已经想到了一个解决方案，可以整合所有设计参数之间相互冲突的要求。他们只需要 CFD 分析师的最终确认，即新设计使滚转运动恢复正常不会影响推进性能。
坏消息。CFD 部门的一位同事报告说，对于最新的设计，在急转弯运动时，在高漂移角度下，船底龙骨会产生明显的涡流。吊舱流入平面的尾流数下降到了可接受的临界值以下。”该团队的一位工程师补充说：”如果没有 CFD 的流场数据，我们就不会发现这一点。
他接着说：”如果我们现在不解决这个设计问题，我们将面临重大的处罚”。房间里充满了沉默和绝望。”我们还有三个月的时间来完成最终设计。另一位同事说：”如果我们不加快新设计的迭代速度，我们可能只能再考虑一次设计修改–如果是这样的话”。
进入降阶建模（ROM）和可执行数字孪生体（xDT）
仿真团队的一位成员插话道：”如果我们能使用一种快速仿真模型，只针对关键的设计变化，给出正确的响应趋势，会怎么样呢？他继续解释道他继续解释道：”我们可以定义一个 ROM，以解决最重要的物理问题。这将是某种基于系数的方程系统，其中的系数代表了每种设计的独特流体动力学特性。一旦我们拥有了这些系数的数据库，我们就可以在几分钟内求解整个设计包络线。
首席设计工程师叹了口气回答道：”我们没有任何预算了，更没有时间去等待牵引槽的空档。我们就是这样得到系数的，对吗？”
“不完全是。我们可以使用现有的仿真工具，在使用云中的资源时动态申请并支付费用。没有等待时间。我们现在就可以开始！”
“我不相信。我们怎么知道模拟输出是否准确？”
模拟工程师信心十足：”我们已经根据海上试验的历史数据对比和失败设计的模型测试，验证了我们的流量模拟。因此，这些工具是可靠的。
“你说得很有道理。真正的船舶一旦建成，将成为我们可以连接仿真基础设施的实物资产，只要船舶还在服役，真实系统和数字孪生系统就会相互促进。这将帮助我们提高船舶性能，完善模拟船舶的数值工具。首席设计工程师开始看到这一解决方案的附加值。”这条路不仅能让我们摆脱眼前的困境，而且我们还可能像你描述的那样，接受这个数字孪生概念，继续前进。”
“事实上，这将是一个 可执行 数字孪生。我们必须分而治之，找出最关键的领域问题，并为其开发封装模型。这方面的好消息是，一旦我们有了基于这些封装模型的可部署应用程序，不一定受过工程工具培训或不一定是工程工具专家的工程师也可以使用这些软件包，这将使我们作为造船厂的发展速度更快。您最清楚，我们的模拟小组规模很小。
什么是 xDT？
数字孪生的价值主张在于数字模型与物理资产的连接。物理资产运行过程中的测量数据将用于验证、确认和改进其数字孪生模型，而无法测量的数据则可通过数字孪生模型进行计算和分析。从设计之初到物理资产退役，都会产生双边数据流和改进。 Van der Auweraer 和 Hartmann（2022 年） 是 xDT 的主要参考文献。根据他们的观点，xDT 可定义如下：
“当从数字孪生中提取专用封装以模拟特定情境中的特定行为集时，提供独立的可执行表示，如实例化和自足的模型，被称为可执行数字孪生”。
ShipFive Design & Shipbuilding 团队如何使用 ROM 解决设计问题并为未来构建 xDT
问题-解决方案概念如图 3 所示。ShipFive Shipbuilding 已在企业规模部署了西门子数字线程，这有助于增加所需的基于 ROM 的工作流程和长期 xDT 解决方案。使用西门子 NX 几何图形，可在已参数化的模型上轻松完成对船底龙骨的修改。HEEDS 工作流程协调了所有 Simcenter 工具之间的信息和数据交换。
然后，新的几何图形将通过 Simcenter STAR-CCM+ 中的虚拟拖曳水槽管道进行搅动，并在其中配置稳定漂移、偏航、平面运动机制 (PMM)、滚动衰减和强制滚动振荡测试矩阵。设计工程模型创建流程已完成。由此产生的船舶受力和力矩数据库以及具体的流场信息被输入机器学习（ML）数据分析模块，以填充基于系数的 ROM。这些数据可以方便地链接到内部或 Simcenter 解决方案（如 Simcenter Amesim ROM 生成器）。这是模型执行启用阶段。首先使用 Simcenter Amesim 海洋库对船舶的流体力学性能进行检查，以确保没有缺陷的设计进入概念设计故障排除迭代的主要目标阶段，即确保可接受的滚动运动特性。这些研究是在部署平台（笔记本电脑或平板电脑）上的设计团队会议上进行的。
1 虚构的造船厂