一种船舶传动构型的多方案评估方法及系统

本发明涉及产品方案评估，具体为一种船舶传动构型的多方案评估方法及系统。

背景技术：

1、由于船舶传动系统构型设计是一个复杂、多因素且需要大量计算比较的过程，即使船舶的机、桨类型和数量均相同，但其采用的动力传动形式却是不同的，因此需要设计一套方法能够从不同类型的传动系统构型方案快速中选择最优的方案。虽然近些年我国研究人员在船舶传动系统设计方面取得了长足的进步，但目前国内传动系统的构型较为单一，许多关键技术还未解决，不能满足目前完全自主研制新型船舶的需求，因此应用在船舶方面的综合评价方法的研究数量很少，不能实现对复杂的船舶传动系统进行综合的评价。

技术实现思路

1、本发明提出了一种船舶传动构型的多方案评估方法，解决了现有的船舶传动系统的评价指标体系匮乏，评价手段单一的问题，以及船舶传动系统中的多方案对比评价不足的问题。

2、本发明提供一种船舶传动构型的多方案评估方法，包括：

3、确定多个不同船舶传动系统构型方案，构成方案集；

4、确定用于对每个方案进行评估的多个指标，构成指标集；所述指标集包括定量指标集和定性指标集；

5、分别计算每个方案的各个定量指标的初始参数值；

6、构建专家资格评价指标体系，并依据该体系分别对每个方案中的各个定性指标分别进行量化打分，得到每个方案的各个定性指标的初始参数值；

7、对各个指标的初始参数值分别进行预处理，使其均转化为可度量参数值，并确定转化后的指标集中参数值最大的指标，分别计算指标集中每个指标的参数值与参数值最大的指标的参数值的比值，得到每个指标的评估值；

8、根据指标集中两个指标之间的相对重要程度建立判断矩阵，并根据判断矩阵确定指标集中各个指标的重要程度的序列关系，计算每个指标的权重系数；

9、根据多个不同船舶传动系统构型方案分别在每个指标下的评估值、权重系数，计算各个方案在各个指标下的评分并进行汇总，得到各个方案的总评分，对各个方案的总评分进行排序，实现对不同船舶传动系统构型方案的评估。

10、进一步地，所述定量指标包括质量、功率、尺寸、振动、噪声、效率、耗油量；所述定性指标包括可靠性、可操作性、可维性、机动性。

11、所述分别计算每个方案的各个定量指标的初始参数值，包括：

12、使用willis法对齿轮系统进行质量指标值估算；

13、使用船舶传动构型最大负载工况下主机的输入、输出功率总和进行功率指标值估算；

14、计算传动构型方案三维模型中主机与螺旋桨的平面垂直距离，将其作为尺寸指标值；

15、根据三维模型中齿轮单元位置及其设计参数建立动力学方程，分析齿轮啮合刚度和传递误差输出振动指标值；

16、通过拟合方式建立修正的噪声经验公式，计算船舶传动系统的耦合噪声，将其作为噪声指标值；

17、根据船舶传动构型中齿轮参数计算齿轮啮合功率损失，结合输入功率计算出船舶传动系统的效率指标值；

18、根据船舶传动构型中齿轮箱的输入轴功率、转速，以及齿轮箱中齿轮、轴承和齿轮箱的设计参数，计算出齿轮箱单位时间内所需的滑油量，并将其作为船舶传动系统的耗油量指标值。

19、进一步地，所述构建专家资格评价指标体系，并依据该体系分别对每个方案中的各个定性指标分别进行量化打分，得到每个方案的各个定性指标的初始参数值，包括：

20、确定专家打分标准，以及参与打分的专家的个数；

21、通过多个方面确定专家的打分指标r，其中，其中每个打分指标所对应的权重为，且；

22、根据专家对任意定性指标在每个打分指标下所给分数以及该打分指标对应的权重，计算任意定性指标的专家综合评分：

23、                          （1）

24、通过对每个方案中的各个定性指标分别进行量化打分，得到每个方案的各个定性指标的量化参数值。

25、进一步地，所述对各个指标的初始参数值分别进行预处理，使其均转化为可度量参数值，包括：

26、对各个指标的初始参数值分别进行指标转化；将效率、可靠性、可操作性、可维性和机动性转换为极大型指标，将质量、尺寸、耗油量、振动、噪声转换为极小型指标，将功率转换为居中型指标；

27、对极大型指标、极小型指标、居中型指标，进行指标一致化处理，包括：

28、规定极小型指标、居中型指标的上、下限分别为m、m，则按照下式将极小型指标转换为极大型指标：

29、                      （2）

30、当居中型指标满足时，则按照下式将居中型指标转换为极大型指标：

31、                   （3）

32、当居中型指标满足时，则按照下式将居中型指标转换为极大型指标：

33、                   （4）

34、对完成指标一致化处理的指标使用极值法进行无量纲化处理。

35、进一步地，所述确定转化后的指标集中参数值最大的指标，分别计算指标集中每个指标的参数值与参数值最大的指标的参数值的比值，得到每个指标的评估值，包括：

36、确定经过转化后的指标集中参数值最大的指标，则每个指标的评估值的计算式如下：

37、                   （5）

38、其中， 为指标集中的各个指标转化后的参数值集合；

39、，其为指标集中的各个指标的评估值集合；

40、为指标集中转化后的参数值最大的指标的参数值。

41、进一步地，所述根据指标集中两个指标之间的相对重要程度建立判断矩阵，包括:

42、当评价集为，则所构造的判断矩阵，其中表示评价准则对指标和相对重要程度之比；

43、计算判断矩阵的特征根数n及最大特征根，并依据下式计算一致性指标：

44、                 （6）

45、通过引入平均随机一致性常数ri，并依据下式计算一致性比率cr：

46、                   （7）

47、当cr< 0.1时认为判断矩阵具有满意的一致性，否则需要调整判断矩阵；

48、通过一致性比率对判断矩阵进行迭代调整直至判断矩阵通过一致性检验。

49、进一步地，所述根据判断矩阵确定指标集中各个指标的重要程度的序列关系，并计算每个指标的权重系数，包括：

50、利用通过一致性检验后的所述判断矩阵，确定指标集中的各个指标之间的重要程度，并按照各个指标重要程度对各个指标进行排序；

51、设排序序列中相邻指标和指标间的相对重要程度之比记为，则指标集中的指标的权重系数为：

52、                   （8）

53、且，

54、                   （9）

55、其中，为相邻指标和指标间的相对重要程度之比；

56、为指标集中的指标的权重系数；

57、为指标集中的指标的权重系数；

58、依据式（8）、式（9）得到指标集中各个指标的权重系数。

59、进一步地，所述根据多个不同船舶传动系统构型方案分别在每个指标下的评估值、权重系数，计算各个方案在各个指标下的评分并进行汇总，得到各个方案的总评分，对各个方案的总评分进行排序，实现对不同船舶传动系统构型方案的评估，包括：

60、依据下式计算某一个方案在某一指标下的评分：

61、                   （10）

62、分别计算每个方案在指标集中的所有指标下的评分，并将每个方案在各个指标下的评分进行汇总，并对各个方案汇总后的总评分进行排序，实现对各个不同船舶传动系统构型方案的评估。

63、本发明提供一种船舶传动构型的多方案评估系统，包括：

64、传动构型模块，用于确定多个不同船舶传动系统构型方案，构成方案集；

65、指标构建模块，用于确定用于对每个方案进行评估的多个指标，构成指标集；所述指标集包括定量指标集和定性指标集；

66、参数生成模块，用于分别计算每个方案的各个定量指标的初始参数值；并用于构建专家资格评价指标体系，并依据该体系分别对每个方案中的各个定性指标分别进行量化打分，得到每个方案的各个定性指标的初始参数值；并用于对各个指标的初始参数值分别进行预处理，使其均转化为可度量参数值，并确定指标集中转化后的参数值最大的指标，分别计算指标集中每个指标的参数值与参数值最大的指标的参数值的比值，得到每个指标的评估值；

67、指标权重模块，用于根据指标集中两个指标之间的相对重要程度建立判断矩阵，并根据判断矩阵确定指标集中各个指标的重要程度的序列关系，计算每个指标的权重系数；

68、综合评价模块，用于根据多个不同船舶传动系统构型方案分别在每个指标下的评估值、权重系数，计算各个方案在各个指标下的评分并进行汇总，得到各个方案的总评分，对各个方案的总评分进行排序，实现对不同船舶传动系统构型方案的评估。

69、进一步地，所述参数生成模块，包括：

70、方案对比模块，用于对多个不同船舶传动系统构型方案进行对比；

71、指标计算模块，用于计算多个不同船舶传动系统构型方案的各个定量指标的初始参数值，得到定量指标的初始参数集；并用于对多个不同船舶传动系统构型方案的各个定性指标分别进行量化打分，得到每个方案的各个定性指标的初始参数值；

72、指标预处理模块，用于对各个指标的初始参数值分别进行预处理，使其均转化为可度量参数值，并确定指标集中转化后的参数值最大的指标，分别计算指标集中每个指标的参数值与该参数值最大的指标的参数值的比值，得到每个指标的评估值；

73、所述指标权重模块，包括：

74、一致性检验模块，用于根据指标集中两个指标之间的相对重要程度建立判断矩阵，通过一致性比率对判断矩阵进行迭代调整直至判断矩阵通过一致性检验；

75、权重计算模块，用于根据判断矩阵确定指标集中各个指标的重要程度的序列关系，计算每个指标的权重系数；

76、综合评价模块，包括：

77、评估计算模块，用于根据多个不同船舶传动系统构型方案分别在每个指标下的评估值、权重系数，计算各个方案在各个指标下的评分并进行汇总，得到各个方案的总评分，对各个方案的总评分进行排序，实现对不同船舶传动系统构型方案的评估；

78、可行性验证模块，用于利用bp神经网络对不同船舶传动系统构型方案的评估过程、评估结果进行可行性验证。

79、与现有技术相比，本发明的有益效果：

80、本发明针对船舶传动系统指标系统层次复杂、指标多、指标性质不唯一性等特点，构建了多层级指标体系，其中第一层为船舶传动系统构型方案，第二层为评价方案的技术指标、性能指标、舒适指标、经济指标，第三层为衡量技术、性能、舒适、经济指标的具体指标，包括质量、功率、尺寸、振动、噪声、效率、耗油量、可靠性、可操作性、可维性、机动性，构成指标集，该指标集为船舶多方案的快速评估提供了初始参数计算方法。

81、本发明通过序关系完成的多方案评估层次分析法，具有系统性、简洁性，适用于船舶传动系统构型方案多指标、多准则的特点。

82、本发明通过验证判断矩阵输入的一致性，减少了主观性对评价结果的影响；对于定性指标增加专家打分项，增加了评价数据的客观性；并通过使用bp神经网络验证层次分析法的计算结果，既能验证模型的实用性，也使得评价结果更加客观、准确。

83、本发明提出的船舶传动构型的多方案评估方法，消除了传统指标分析的主观性，可用于生成船舶传动等效构型后，快速从大量构型中做出多方案综合评估，有效缩短船舶传动系统的研制周期、提高船舶传动系统的设计能力。