摘要：锦纶6切片
虚拟测试技术在工程领域早已用于实际生产过程，尤其是在航空航天、汽车、武器制造等领域，已经部分或全部替代实物测试，节省了大量的人力物力。船舶领域的虚拟测试技术还处在一个起步阶段，不论是国内还是国外，很少有可以运用于工程实践的成熟产品。 关键词：船舶，航行性能，虚拟测试技术，分析研究
1虚拟测试技术
虚拟测试技术是应用虚拟样机技术、仿真建模技术、虚拟现实技术等进行产品功能和性能测试的综合应用技术，是仿真测试技术的延伸和发展，虚拟测试特别强调人机交互和逼真效果。虚拟测试技术特别适用于由试验人员参与的情况，例如虚拟试飞、虚拟打靶、虚拟航行、虚拟操作、虚拟维修等。在这些试验中，虚拟现实技术的交互性、沉浸感和想象力等特征得到充分应用，操作人员既能对产品进行操作，又能切身感受真实试验环境。在安全、经济的情况下，完成对人员操作和产品性能的综合测试。
虚拟测试技术是对真实测试过程的动态模拟，是一种在计算机上进行而不消耗物理资源的模
拟测试的软件技术。它具有建模和仿真功能，是产品从设计过程、生产过程、工艺计划、调度计划、物资采购供应到生产管理全过程的一种集成的、综合的制造环境，在真实产品的制造活动之前，就能预测产品的功能以及制造系统的状态，从而可以做出预先决策和优化实施方案。
虚拟测试的概念衍生出了“软件就是通用测试平台系统”的概念，即通过软件平台的设计，实现虚拟测试系统的开发与硬件平台无关性，体现系统设计的方便性、灵活性、安全性和先进性。在软件设计上，强调系统重构或重组，能够根据被测对象或测试流程不同而动态地进行重组，降低系统重组的费用。以软件技术、信息技术为基础构建而成的虚拟测试系统，能够根据测试任务的不同，灵活的调整测试流程、测试环境，使整个测试过程重复进行而不需要消耗额外的人力物力，能够控制测试过程的进度或暂停测试过程，便于测试人员观察。同时，测试过程中产生的测试信息也更易于收集，不仅丰富了测试信息，还省去了实物测试时所必需的测试信息收集装置。
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2虚拟测试技术的分类
根据虚拟测试三要素即测试环境、测试对象和测试手段的虚拟化程度，虚拟测试可以分为
两种模式：一种是基于虚拟仪器的测试技术，另一种是基于虚拟现实的测试技术。
虚拟仪器称计算机个人仪器，是基于计算机各种软件和硬件设备（包括A/D、D/A采样卡）的数字化测量仪器。它充分利用计算机软件技术，可由用户自己设计和定义。虚拟仪器可以看作是一台计算机控制下的具有全新功能的仪器，通常由仪器模块、软件和计算机三大部分组成。虚拟仪器的主要思想是：采用计算机及各种软硬件技术对传统仪器的部分功能或全部功能进行软件化，并且数据采集、数据分析、测量结果的输出显示和记录均可由计算机的软件系统来完成。虚拟仪器将仪器功能转换为仪器模块，在通用计算机平台上，通过灵活的虚拟仪器软件和良好的仪器软件面板实现对测试对象的测量和控制，从而使虚拟仪器的“人机交互性”大大增强。
虚拟仪器是计算机应用技术发展的产物，也是新一代仪器的发展方向，其主要特点是灵活、多功能、高性能价格比以及良好的人机交互性能。虚拟仪器虽然是虚拟的，但在功能上却是实际和有效的，并且比传统仪器具有更强大的功能。利用虚拟仪器思想建立的测试系统消除了传统测试系统中孤立的测量仪器，减少了测量环节，提高了测试速度和效率。虚拟仪器的测试精度主要由数据采集环节即传感器、调理放大器和A/D、D/A采集卡保证，
因此提高了系统精度以及测量仪器的功能和使用效率。虚拟仪器所建立的系统体积较小、成本低而效率高，且用户可以根据自己的需要重新定义、扩充和修改仪器的功能，因此具有广泛的应用前景。
基于虚拟仪器技术的虚拟测试的核心思想是“软件就是仪器”。虚拟仪器是利用软件来虚拟化和替代传统测量仪器仪表中以硬件形式出现的仪表，使测量仪器仪表的硬件尽可能软件化，且软件尽可能集成一体化。在这种情况下，测试环境和测试对象甚至传感器和采集模块都是真实的，只有仪表是虚拟的。
3系统组成
船舶航行性能虚拟测试系统由基础层、支撑层和应用层三层构成。
离心离合器3.1基础层
基础层是整个测试系统开发应用的基础平台，包括各类数据、通用软件、开发工具和测试规程等。其中，数据库包括船型数据库、模型试验数据库、实船测试数据库、数值模拟数据库、通用规范数据库、海洋环境数据库等。前四个数据库用于存放优秀船型及其试验结
果和经过验证的数值模拟结果，为新船型开发提供可靠的母型，为船舶航行性能的虚拟测试验证提供仿真建模的基础。通用规范数据库中包含军船和民船相关的设计规范，用于检验新船型性能的虚拟测试结果是否满足设计要求。海洋环境数据库主要为仿真建模和视景生成提供相关海域的风浪流和水深等数据。根据设计和测试的要求，上述数据库的内容将不断扩充和更新，甚至可以建立新的数据库。
3.2支撑层
支撑层由一些虚拟测试子系统构成，各子系统针对其所模拟的船舶性能，借助基础层提供的工具和资源，分别应用（或开发）相关的专业软件和各类公式，对船舶的阻力、推进、耐波和操纵等性能进行虚拟测试。这类测试类似于船模数值水池试验，重点模拟船模试验过程和结果，其测试过程可以通过虚拟现实技术演示，测试结果可用于构建综合性能虚拟测试系统。各子系统之间以及子系统与综合系统之间通过网络交换数据。
3.3应用层
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应用层为用于综合性能虚拟测试的航海模拟器平台，其借助基础层提供的工具和资源，应
用各子系统的仿真模型和测试结果，建立可以模拟实际海况下船舶真实航行状态的仿真模型，同时应用虚拟现实技术，构建高精度的、具有真实感、沉浸感和互动性的船舶水动力综合性能虚拟测试系统。
4船舶航行性能虚拟测试
虚拟仿真测试可以在低成本、高效率、零风险的前提下对智能船舶控制算法与航行理论进行研发与测试，单纯的虚拟仿真测试难以得到真实环境干扰下的测试结果，因此提出船舶航行性能虚拟测试。虚拟测试方法中的“虚”指虚拟船舶、虚拟航道环境及虚拟航行场景。通过采用船舶操纵运动分析方法建模，在动态数据融合、采集、解析、验证的基础上，校验、提升虚拟船舶与真实场景下的船舶特性一致性。在此基础上，运用数字孪生技术与半实物仿真技术，把海事雷达、激光雷达、全球定位系统（GPS）、闭路电视（CCTV）等传感器设备采集的实际航行数据，电子航道图等真实地理信息，用数字化的手段进行同步、统一、融合，对真实世界进行镜像仿真，生成虚拟数字孪生世界。最后，将真实、动态的交通流信息导入虚拟航道中，构建弯曲航道、受限水域、开阔水域、连续桥区等航段，设计船舶的对遇、交叉、追越、避让和过桥等航行场景。在此基础上，将虚拟船交由
智能航行算法控制，使其在真实世界投影的虚拟世界中，操控虚拟船舶，进行避障、靠泊、离泊等操纵，最终对智能航行能力水平进行评测。虚拟测试方法克服了真实航道测试方法速度慢、效率低、成本高的缺点，实现了对船舶航行测试验证过程的简化，提高了工作效率，节省了人力与物力成本，具有较好的研究与应用前景。
5结语
鉴于虚拟测试技术在其他工程领域的广泛应用以及虚拟测试技术本身所具备的诸多优点，将虚拟测试概念和技术引入船舶领域，开发一种以船舶为测试对象的虚拟测试集成系统，不仅具有良好的技术发展前景，还具有巨大的经济效益和社会效益，同时对于我国船舶工业向信息化的转变，也具有重要意义。
参考文献
宝商集团陕西辰济药业有限公司
[1]赵昕红,戴翔.装备仿真测试技术研究[J].测控技术,2020,39(03):71-75.
[2]冯波.基于虚拟仪器的电路板测试系统关键技术研究[J].自动化应用,2019(11):11-13.
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