船舶裝載性能優化系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及船舶營運管理領域，具體設及一種船舶裝載性能優化系統。
【背景技術】
[0002] 船舶的設計與建造由來己久，由于其運輸能力強、經濟性能好等優點，在屯八十年 代得到較快的發展，尤其是大型散貨船和集裝箱船發展迅速。由于貨物運輸需求的不斷增 加W及造船技術的不斷進步，船舶發展趨于標準化、大型化，由早期小噸位至六屯十年代萬 噸級再至今天的十幾萬噸級，而且還有繼續增大的趨勢。
[0003] 然而海上船舶事故始終伴隨著船隊的發展，保障船舶運輸的安全是船舶運輸的一 項重要工作。從大量的船舶事故調查分析看，配載不合理會形成船舶嚴重的中拱或中垂， 特別是在涌浪作用下就會產生強大的剪力和彎矩、扭曲力矩，造成肋骨脫焊、鋼板破裂等危 急現象，導致船舶在惡劣的氣候條件下裝重貨或隔艙裝載時發生船體結構損壞甚至從中斷 裂。同時，隨著船舶能源成本的提高和船隊規模的擴大，降低船舶運輸能耗和提高船舶運輸 效率也變得十分重要。
[0004] 由此可見，對船體進行合理細致的檢查校核，對船舶進行合理裝載W及對船舶進 行航行阻力優化是保障船舶運輸安全，提高船舶運輸效率和降低船舶運輸能耗的重要途 徑。
【發明內容】
陽〇化]針對現有技術的迫切需求，本發明提供一種船舶裝載性能優化系統，其目的在于， 采用計算機輔助手段對船舶的穩性、浮態和強度進行有效校核，W及對船舶裝載和航行阻 力進行仿真優化，從而保障船舶運輸安全，提高船舶運輸效率和降低船舶運輸能耗。
[0006] 一種船舶裝載性能優化系統，包括：
[0007] 船舶性能參數計算模塊，用于計算空船重量、空船重屯、坐標、配載后船舶的初穩性 高度值、配載后靜穩性力臂、配載后船舶首吃水、配載后船舶尾吃水、配載后船舶橫剖面的 剪力和彎矩；
[0008] 船舶性能校核模塊，用于將初穩性高度值、靜穩性力臂與穩性目標值比較，完成船 舶的穩性校核；將船舶首吃水、船舶尾吃水與浮態目標值比較，完成船舶的浮態校核；將船 舶橫剖面的剪力和彎矩與強度目標值對比，完成船舶強度校核；
[0009] 船舶縱傾優化模塊，用于構建縱傾優化模型，將縱傾優化模型近似為表達吃水、航 速和縱傾角與實船主機功率之間關系的=維響應面，在對應每個航速的=維響應面分別捜 索一條實船主機功率最小的曲線記為最佳縱傾曲線，該縱傾曲線與每條吃水線的交點即為 該航速下主機功率最小的最佳縱傾值；
[0010] 船舶裝載優化模塊，用于實時接收船舶配載信息，調用船舶性能參數計算模塊和 船舶性能校核模塊完成船舶穩性、浮態、強度校核，如果校核結果安全，則繼續裝載；如果校 核結果危險，則停止當前裝載，對配載位置和配載量進行調整，再次校核，直至所有貨物裝 載完畢。 W11] 進一步地，所述船舶縱傾優化模塊用于構建縱傾優化模型：
P.為主機功率，T為縱傾值，D表示平均吃水值，平均吃水值等于配載 后船舶首吃水與尾吃水的均值，V表示航速變量，V。為當前航速，D。為當前平均吃水值，Ti為當前允許最小縱傾值，T2為當前允許最大縱傾值；
[0012] 將所述縱傾優化模型近似為表達吃水、航速和縱傾角與實船主機功率之間關 系的S維響應面
y為主機功率Ps，變量為 {T，D，V}，變量個數k=3，P。為常數項，P1為線性系數，P11為二階系數，P1,為禪合系數，e為計算殘余；
[0013] 將采樣值（Ps，T，化V)代入所述S維響應面確定各項系數，從而完成響應面S維數 學模型的建立；
[0014] 在對應每個航速的=維響應面分別捜索一條實船主機功率最小的曲線記為最佳 縱傾曲線，該縱傾曲線與每條吃水線的交點即為該航速下主機功率最小的最佳縱傾值。
[0015]本發明采用計算機輔助手段，優化配載，充分利用船舶的裝載能力，并使船舶具有 適當的穩性、足夠的強度、合理吃水差W及最佳的航行姿態，達到確保船舶航行安全，優化 船舶裝載作業和降低船舶能耗的目的。船舶縱傾優化模塊無需更改船舶線型及增加其他船 用設備，使用方便可靠，只需調整船舶的縱傾角度即可達到節約能源、減少排放的效果。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發明船舶裝載性能優化系統整體框架圖；
[0017] 圖2為船舶初穩性計算示意圖； 陽〇1引圖3為船舶靜穩性力臂曲線圖；
[0019] 圖4為船舶浮態圖；
[0020] 圖5為船舶強度曲線圖；
[0021] 圖6船舶最佳縱傾顯示圖；
[0022] 圖7為縱傾優化響應面示意圖；
[0023] 圖8為船舶裝載優化過程示意圖。
【具體實施方式】
[0024]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，W下結合附圖及實施例， 對本發明進行進一步的詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用于解釋本發明， 并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所設及到的技術特征只 要彼此之間未構成沖突就可W相互組合。
[00對如圖1所示，本發明提供了一種船舶裝載性能優化系統，包括船舶性能參數計算 模塊、船舶性能校核模塊、船舶縱傾優化模塊和船舶配載優化模塊，下面對各模塊詳細說 明。
[0026] 1、船舶性能參數計算模塊
[0027] (1)船舶重量及重屯、坐標的計算
[0028]
[0029] 其中，A即為船舶總重量（t)，W歷空船重量（t)歷空船重屯、的坐標（m)， Pi為各類裝載重量（t)，包括貨物重量、燃油、潤滑油、淡水、壓載水、食品等，Xi、Yi、Zi為相 應各項的重屯、坐標（m)，C為船舶常數（t)，xc、y。zc為常數重屯、的坐標（m)，（Xg，y,，Zg)為 船舶總的重屯、坐標。
[0030] (2)船舶初穩性計算 陽03U 如圖2所示，船舶初始水線面為WL，船舶橫傾后的水線面為W山，船舶穩屯、為M，重 屯、為G，0為船舶橫傾角，船舶正浮浮屯、為B，橫傾后浮屯、為Bi，橫傾前后兩浮力作用線的交 點為M，GZ為穩性力臂。
[0032] 初穩性方程式
[0033] Mr= 9. 18AGMsin0
[0034] 其中Mk表示穩性力矩（KN'm)，0表示船舶橫傾角（°)，GM為初穩性高度（m)。
[0035] GM是衡量船舶初穩性大小的基本標志。初穩性高度GM的表達式
[0036] GM=KM-KG
[0037] 式中KM為橫穩屯、距船舶基線的高度，可根據船舶裝載后的排水量查取靜水力曲 線表或通過靜水力計算得到，KG為船舶重屯、距船舶基線的高度，也即為船舶重屯、的垂向坐 柄Zg。
[0038] 船上各液體艙柜，在液體未充滿整個艙內空間時，隨船舶橫傾向傾斜一側移動， 該液體表面稱為自由液面。當船舶傾斜時，艙柜內的液體隨之流動，使液體的重屯、向傾斜一 方移動，產生一橫傾力矩，從而減少了原有的穩性力矩，也即降低了初穩性高度。其減小值 為
[0039]
[0040] 式中，P為某液體艙柜所裝載的液體密度（t/m3)，iy為某液體艙柜內自由液面對 液面中屯、軸的面積慣性矩（m4)。
[0041] 若液艙內液體未裝滿，初穩性高度應進行自由液面修正，經自由液面修正后的初 穩性高度值為
[0042] G〇M=KM-KG- 5GMf
[0043] (3)船舶大傾角穩性計算
[0044] 船舶在外力作用下發生大傾角橫傾，當外力消失后，船舶重力和浮力形成一力偶， 其力矩即為靜穩性力矩
[0045]Ms=A.GZ
[0046] 船舶在排水量一定的條件下，靜穩性力矩Ms大小取決于船舶