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如何在短短幾年內(nèi)將船舶的燃料消耗減少近1/3？諾伯特·布爾登（Norbert Bulten）深諳其道,。“船舶的設(shè)計(jì)起著至關(guān)重要的作用,，尤其是驅(qū)動系統(tǒng),、螺旋槳、傳動裝置,，以及圍繞船舵和螺旋槳的水流,。”他解釋道。布爾登是船用技術(shù)企業(yè)瓦錫蘭集團(tuán)（Wärtsilä）的產(chǎn)品性能經(jīng)理,，在過去的20年中一直致力于優(yōu)化驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì),。從一開始，他便運(yùn)用計(jì)算機(jī)以及西門子的軟件進(jìn)行流量計(jì)算,。這種計(jì)算被稱為計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）,。簡單來說，CFD能夠確定船舶的驅(qū)動系統(tǒng)是否能在船體周圍形成良好水流,，是否存在阻力,，以及發(fā)動機(jī)動力是否有效轉(zhuǎn)化為推進(jìn)力。現(xiàn)在瓦錫蘭用于CFD的軟件平臺是來自西門子的Simcenter STAR-CCM+,。



螺旋槳的設(shè)計(jì)借助了西門子NX平臺上的CAD程序,。之后，計(jì)算機(jī)使用流動模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)過程中提高船只能源效率,。




起初的保守態(tài)度
布爾頓介紹道,，僅在20年前，航運(yùn)公司還對CFD缺乏信心,。“幾十年來，我們行業(yè)的公司一直依賴于在水槽中進(jìn)行測試,。船模在水中拖動行進(jìn),，以此測試船舶設(shè)計(jì)的好壞。”起初,，布爾頓和他的團(tuán)隊(duì)只對單獨(dú)部件進(jìn)行數(shù)據(jù)測算,，例如螺旋槳及其周圍環(huán)境。不過,，他已經(jīng)多次證明,，CFD在測試階段也可以做出很大貢獻(xiàn)。例如,，對于那些還在建造中就已顯示出流動阻力增長的船只,，它可以對其進(jìn)行改善。利用CFD技術(shù),，只需對設(shè)計(jì)進(jìn)行細(xì)微調(diào)整,，并且當(dāng)船只還在干船塢時就對其進(jìn)行相應(yīng)的再焊接。僅幾天的調(diào)試工作就可使船只達(dá)到完備狀態(tài),。“盡管如此,，這些公司很長一段時間仍然對CFD持保留意見。”Bulten說道。不過,，情況迅速發(fā)生了改變,。如今，CFD已經(jīng)被用于按照實(shí)際比例對船舶進(jìn)行整體設(shè)計(jì),。“僅需一臺計(jì)算機(jī),，就可以再現(xiàn)一艘大船在水中運(yùn)行的真實(shí)表現(xiàn)。這讓我們能夠全面了解流量特性,。”其中,，螺旋槳的設(shè)計(jì)起著關(guān)鍵作用。“與汽車制造不同,，每艘船的*性要求我們必須為它定制開發(fā)優(yōu)化的螺旋槳,。設(shè)計(jì)這種螺旋槳是一門藝術(shù)。”螺旋槳是借助西門子NX平臺上的CAD程序設(shè)計(jì)而成,。接著,，計(jì)算機(jī)使用CAD在設(shè)計(jì)中提升船舶的能源效率。



來自馬士基集團(tuán)的“艾瑪·馬士基號”：2006年下水時,，這艘400米的巨輪是有史以來大的集裝箱船,。它的瓦錫蘭發(fā)動機(jī)是世界上強(qiáng)大的往復(fù)式發(fā)動機(jī)之一。



船舶技術(shù)專家：來自美國瓦錫蘭公司的諾伯特·布爾頓,。



來自芬蘭渡輪公司維京游輪（Viking Line）的“Viking Grace號”客輪,。



“Viking Grace號”客輪發(fā)動機(jī)艙內(nèi)部的瓦錫蘭發(fā)動機(jī)。

這種個性化的計(jì)算程序?qū)τ诖暗母脑焱瑯泳哂袃r值,。受到2008年經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響,，航運(yùn)行業(yè)開始采取降低大型集裝箱船運(yùn)行速度的方法來節(jié)省燃油。他們將速度從之前的28海里/小時降低到20海里/小時,。然而,，在低速運(yùn)行時，配備有六個槳葉和巨大表面的傳統(tǒng)螺旋槳效率較低,。“我們終說服了船舶運(yùn)營商使用裝配有四個槳葉和較小表面的新型窄螺旋槳,，同時使用CFD來調(diào)整每艘船的螺旋槳設(shè)計(jì)。日積月累,，這種改造使船廠能夠在幾年內(nèi)節(jié)省大量燃料,。”布爾頓說。

可觀的可靠性

近幾年來,，布爾頓成績斐然,，這要?dú)w功于他計(jì)算真實(shí)尺寸船舶效率的能力。布爾頓的一個客戶近訂購了一艘航速超過13海里/小時的輪船,。水槽中的模型試驗(yàn)結(jié)果預(yù)測該船的設(shè)計(jì)將不能達(dá)到期望的航速,，而在Simcenter STAR-CCM+上運(yùn)行的CFD程序結(jié)果則表明可以實(shí)現(xiàn),。終，客戶決定根據(jù)初始設(shè)計(jì)建造該船,。事實(shí)證明布爾頓是正確的,。在2018年初的一次試航中，這艘船輕松實(shí)現(xiàn)了13海里/小時的速度,。“這向我們和許多行業(yè)專家證明了如今CFD至少與水箱中的測試一樣有效,。”布爾頓說道。

盡管CFD相比水箱測試擁有多項(xiàng)優(yōu)勢,，但他們有一個共同點(diǎn)：船只仍然需要在真實(shí)條件下進(jìn)一步測試,。的確，兩種測試方式目前都是在平靜的水中以巡航速度進(jìn)行的,。布爾頓希望使CFD計(jì)算更加動態(tài)化,。他說：“在未來，我們希望為CFD程序提供真實(shí)測量數(shù)據(jù),，這些數(shù)據(jù)來自海上船舶的實(shí)際操作,，包括螺旋槳操作、湍流以及波浪的影響,。為了達(dá)到這個目的,，未來我們將在CFD程序中創(chuàng)建船只的‘數(shù)字化雙胞胎’，并在準(zhǔn)真實(shí)條件下通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行測試,，以便優(yōu)化設(shè)計(jì)效率,。”鑒于這一前景，布爾頓相信CFD如今正處在一個新時代的開始,。他說：“在水箱中進(jìn)行測試可能會越來越多地被計(jì)算機(jī)中的測算所取代,。”
（西門子代理）專業(yè)銷售西門子S7-200/300/400/1200/1500PLC，ET200/O:ET200S,、
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并可提供西門子維修服務(wù),，工程余貨回收
簡單的結(jié)構(gòu)使得 S7-300 使用靈活且易于維護(hù)：
安裝模塊：
只需簡單地將模塊掛在安裝導(dǎo)軌上,，轉(zhuǎn)動到位然后鎖緊螺釘。 集成的背板總線：
背板總線集成到模塊里,。模塊通過總線連接器相連,，總線連接器插在外殼的背面。 模塊采用機(jī)械編碼,，更換極為容易：
更換模塊時,，必須擰下模塊的固定螺釘。按下閉鎖機(jī)構(gòu),，可輕松拔下前連接器,。前連接器上的編碼裝置防止將已接線的連接器錯插到其他的模塊上。 現(xiàn)場證明可靠的連接：
對于信號模塊,，可以使用螺釘型,、彈簧型或絕緣刺破型前連接器。 TOP 連接：
為采用螺釘型接線端子或彈簧型接線端子連接的 1 線 - 3 線連接系統(tǒng)提供預(yù)組裝接線另外還可直接在信號模塊上接線,。 規(guī)定的安裝深度：
所有的連接和連接器都在模塊上的凹槽內(nèi),，并有前蓋保護(hù)。因此,，所有模塊應(yīng)有明確的安裝深度,。 無插槽規(guī)則:
信號模塊和通信處理器可以不受限制地以任何方式連接。系統(tǒng)可自行組態(tài),。
擴(kuò)展
若用戶的自動化任務(wù)需要 8 個以上的 SM,、FM 或 CP 模塊插槽時，則可對 S7-300（除 CPU 312 和 CPU 312C 外）進(jìn)行擴(kuò)展：
控制器和3個擴(kuò)展機(jī)架多可連接32個模塊：
總共可將 3 個擴(kuò)展裝置（EU）連接到控制器（CC）,。每個 CC/EU 可以連接八個模塊,。 通過接口模板連接：
每個 CC / EU 都有自己的接口模塊。在控制器上它總是被插在 CPU 旁邊的插槽中,，并自動處理與擴(kuò)展裝置的通信,。 通過 IM 365 擴(kuò)展：
1 個擴(kuò)展裝置遠(yuǎn)擴(kuò)展距離為 1 米；電源電壓也通過擴(kuò)展裝置提供,。 通過 IM 360/361 擴(kuò)展：
3 個擴(kuò)展裝置,， CC 與 EU 之間以及 EU 與 EU 之間的遠(yuǎn)距離為 10m。 單獨(dú)安裝：
對于單獨(dú)的 CC/EU,，也能夠以更遠(yuǎn)的距離安裝,。兩個相鄰 CC/EU 或 EU/EU 之間的距離：長達(dá) 10m,。 靈活的安裝選項(xiàng)：
CC/EU 既可以水平安裝，也可以垂直安裝,。這樣可以大限度滿足空間要求,。
通信
S7-300 具有不同的通信接口：
連接 AS-Interface、PROFIBUS 和 PROFINET/工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)的通信處理器,。 用于點(diǎn)到點(diǎn)連接的通信處理器 多點(diǎn)接口 (MPI), 集成在 CPU 中,；
是一種經(jīng)濟(jì)有效的方案，可以同時連接編程器/PC,、人機(jī)界面系統(tǒng)和其它的 SIMATIC S7/C7 自動化系統(tǒng),。
PROFIBUS DP進(jìn)行過程通信
SIMATIC S7-300 通過通信處理器或通過配備集成 PROFIBUS DP 接口的 CPU 連接到 PROFIBUS DP 總線系統(tǒng)。通過帶有 PROFIBUS DP 主站/從站接口的 CPU,可構(gòu)建一個高速的分布式自動化系統(tǒng),，并且使得操作大大簡化,。