Simulationsplattform zur digitalen Gesamtsystemanalyse und energetischen Betriebsoptimierung komplexer Passagierschiffe: SimPleShip - Simulation platform for efficient ship operation; Teilvorhaben: Simulation und Integration von Leistungsbedarfen des Schiffsantriebes beim Manövrieren und während der Überfahrt - SigMa

Abstract

Im Verbundprojekt SimPleShip verfolgte das Teilvorhaben „SigMa“ das Ziel, hydrodynamische Schiffsbewegungsmodelle in eine virtuelle Gesamtschiffsumgebung zu integrieren und für eine energetische Bewertung komplexer Passagierschiffmanöver nutzbar zu machen. Hierzu wurden vorhandene Modelle, Messdaten und Softwarewerkzeuge des ISSIMS-Instituts systematisch aufgearbeitet und in ein FMI-basiertes Framework überführt, das die Kopplung von Schiffsbewegungsmodellen mit antriebsbezogenen Teilmodellen der Partner sowie einer schnellen Manöverplanung und -prädiktion ermöglicht. Kern war die Nutzung der erweiterten Fast-Time-Simulation (RAPIT), die mit denselben 3- bzw. 6-Freiheitsgrad-Schiffsmodellen arbeitet und Schiffsbewegungen vielfach schneller als in Echtzeit berechnet, wobei realitätsnahe Leistungs- und Energiekennwerte mitgeführt werden. Ein Ship-Handling-Simulator wurde ergänzend im Abschlussworkshop eingesetzt, um die praktische Umsetzbarkeit und Plausibilität der mit RAPIT geplanten und bewerteten Manöver im realitätsnahen Simulationsumfeld zu verifizieren. Die hydrodynamischen Modelle wurden mit Hilfe der Software SIMOPT so angepasst und kalibriert, dass das Bewegungsverhalten des Kreuzfahrtschiff-Versuchsträgers über den relevanten Geschwindigkeitsbereich konsistent abgebildet wird. Parallel wurden FMI-/FMU-Schnittstellen geschaffen, um die Schiffsbewegung mit den maschinenseitigen Modellen der Projektpartner in Dymola zu koppeln und damit gemeinsame Energie- und Leistungsanalysen zu ermöglichen. Auf dieser Basis entstand ein Werkzeugverbund aus Manöverplanungstool, Transition-Tool und FMU-Schnittstelle, mit dem Manöverpläne mit zugehörigen Antriebsbefehlen erstellt, in die gekoppelte Simulationsumgebung überführt und deren Energiebedarf detailliert aufgeschlüsselt werden können. Die Projektpartner können diese Umgebung nutzen, um unterschiedliche Antriebs- und Betriebsstrategien zu vergleichen, Komponenten auszulegen und Energiemanagement-Konzepte zu optimieren, insbesondere für Nullemissions-Szenarien wie den Betrieb eines Kreuzfahrtschiffs im Geirangerfjord. Die Ergebnisse zeigen, dass sich energieoptimierte Fahrpläne ableiten lassen, die auch unter anspruchsvollen Umweltbedingungen sicher realisierbar sind. Insgesamt steht damit eine praxisnahe Simulationsumgebung zur Verfügung, die sowohl für die Entwicklung und Verwertung der Partnermodelle als auch für Ausbildung und zukünftige Entscheidungsunterstützung im Betrieb eingesetzt werden kann.