船舶装载性能优化系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及船舶营运管理领域，具体设及一种船舶装载性能优化系统。
【背景技术】
[0002] 船舶的设计与建造由来己久，由于其运输能力强、经济性能好等优点，在屯八十年 代得到较快的发展，尤其是大型散货船和集装箱船发展迅速。由于货物运输需求的不断增 加W及造船技术的不断进步，船舶发展趋于标准化、大型化，由早期小吨位至六屯十年代万 吨级再至今天的十几万吨级，而且还有继续增大的趋势。
[0003] 然而海上船舶事故始终伴随着船队的发展，保障船舶运输的安全是船舶运输的一 项重要工作。从大量的船舶事故调查分析看，配载不合理会形成船舶严重的中拱或中垂， 特别是在涌浪作用下就会产生强大的剪力和弯矩、扭曲力矩，造成肋骨脱焊、钢板破裂等危 急现象，导致船舶在恶劣的气候条件下装重货或隔舱装载时发生船体结构损坏甚至从中断 裂。同时，随着船舶能源成本的提高和船队规模的扩大，降低船舶运输能耗和提高船舶运输 效率也变得十分重要。
[0004] 由此可见，对船体进行合理细致的检查校核，对船舶进行合理装载W及对船舶进 行航行阻力优化是保障船舶运输安全，提高船舶运输效率和降低船舶运输能耗的重要途 径。
【发明内容】
阳〇化]针对现有技术的迫切需求，本发明提供一种船舶装载性能优化系统，其目的在于， 采用计算机辅助手段对船舶的稳性、浮态和强度进行有效校核，W及对船舶装载和航行阻 力进行仿真优化，从而保障船舶运输安全，提高船舶运输效率和降低船舶运输能耗。
[0006] 一种船舶装载性能优化系统，包括：
[0007] 船舶性能参数计算模块，用于计算空船重量、空船重屯、坐标、配载后船舶的初稳性 高度值、配载后静稳性力臂、配载后船舶首吃水、配载后船舶尾吃水、配载后船舶横剖面的 剪力和弯矩；
[0008] 船舶性能校核模块，用于将初稳性高度值、静稳性力臂与稳性目标值比较，完成船 舶的稳性校核；将船舶首吃水、船舶尾吃水与浮态目标值比较，完成船舶的浮态校核；将船 舶横剖面的剪力和弯矩与强度目标值对比，完成船舶强度校核；
[0009] 船舶纵倾优化模块，用于构建纵倾优化模型，将纵倾优化模型近似为表达吃水、航 速和纵倾角与实船主机功率之间关系的=维响应面，在对应每个航速的=维响应面分别捜 索一条实船主机功率最小的曲线记为最佳纵倾曲线，该纵倾曲线与每条吃水线的交点即为 该航速下主机功率最小的最佳纵倾值；
[0010] 船舶装载优化模块，用于实时接收船舶配载信息，调用船舶性能参数计算模块和 船舶性能校核模块完成船舶稳性、浮态、强度校核，如果校核结果安全，则继续装载；如果校 核结果危险，则停止当前装载，对配载位置和配载量进行调整，再次校核，直至所有货物装 载完毕。 W11] 进一步地，所述船舶纵倾优化模块用于构建纵倾优化模型：
P.为主机功率，T为纵倾值，D表示平均吃水值，平均吃水值等于配载 后船舶首吃水与尾吃水的均值，V表示航速变量，V。为当前航速，D。为当前平均吃水值，Ti为当前允许最小纵倾值，T2为当前允许最大纵倾值；
[0012] 将所述纵倾优化模型近似为表达吃水、航速和纵倾角与实船主机功率之间关 系的S维响应面
y为主机功率Ps，变量为 {T，D，V}，变量个数k=3，P。为常数项，P1为线性系数，P11为二阶系数，P1,为禪合系数，e为计算残余；
[0013] 将采样值（Ps，T，化V)代入所述S维响应面确定各项系数，从而完成响应面S维数 学模型的建立；
[0014] 在对应每个航速的=维响应面分别捜索一条实船主机功率最小的曲线记为最佳 纵倾曲线，该纵倾曲线与每条吃水线的交点即为该航速下主机功率最小的最佳纵倾值。
[0015]本发明采用计算机辅助手段，优化配载，充分利用船舶的装载能力，并使船舶具有 适当的稳性、足够的强度、合理吃水差W及最佳的航行姿态，达到确保船舶航行安全，优化 船舶装载作业和降低船舶能耗的目的。船舶纵倾优化模块无需更改船舶线型及增加其他船 用设备，使用方便可靠，只需调整船舶的纵倾角度即可达到节约能源、减少排放的效果。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明船舶装载性能优化系统整体框架图；
[0017] 图2为船舶初稳性计算示意图； 阳〇1引图3为船舶静稳性力臂曲线图；
[0019] 图4为船舶浮态图；
[0020] 图5为船舶强度曲线图；
[0021] 图6船舶最佳纵倾显示图；
[0022] 图7为纵倾优化响应面示意图；
[0023] 图8为船舶装载优化过程示意图。
【具体实施方式】
[0024]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例， 对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明， 并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所设及到的技术特征只 要彼此之间未构成冲突就可W相互组合。
[00对如图1所示，本发明提供了一种船舶装载性能优化系统，包括船舶性能参数计算 模块、船舶性能校核模块、船舶纵倾优化模块和船舶配载优化模块，下面对各模块详细说 明。
[0026] 1、船舶性能参数计算模块
[0027] (1)船舶重量及重屯、坐标的计算
[0028]
[0029] 其中，A即为船舶总重量（t)，W历空船重量（t)历空船重屯、的坐标（m)， Pi为各类装载重量（t)，包括货物重量、燃油、润滑油、淡水、压载水、食品等，Xi、Yi、Zi为相 应各项的重屯、坐标（m)，C为船舶常数（t)，xc、y。zc为常数重屯、的坐标（m)，（Xg，y,，Zg)为 船舶总的重屯、坐标。
[0030] (2)船舶初稳性计算 阳03U 如图2所示，船舶初始水线面为WL，船舶横倾后的水线面为W山，船舶稳屯、为M，重 屯、为G，0为船舶横倾角，船舶正浮浮屯、为B，横倾后浮屯、为Bi，横倾前后两浮力作用线的交 点为M，GZ为稳性力臂。
[0032] 初稳性方程式
[0033] Mr= 9. 18AGMsin0
[0034] 其中Mk表示稳性力矩（KN'm)，0表示船舶横倾角（°)，GM为初稳性高度（m)。
[0035] GM是衡量船舶初稳性大小的基本标志。初稳性高度GM的表达式
[0036] GM=KM-KG
[0037] 式中KM为横稳屯、距船舶基线的高度，可根据船舶装载后的排水量查取静水力曲 线表或通过静水力计算得到，KG为船舶重屯、距船舶基线的高度，也即为船舶重屯、的垂向坐 柄Zg。
[0038] 船上各液体舱柜，在液体未充满整个舱内空间时，随船舶横倾向倾斜一侧移动， 该液体表面称为自由液面。当船舶倾斜时，舱柜内的液体随之流动，使液体的重屯、向倾斜一 方移动，产生一横倾力矩，从而减少了原有的稳性力矩，也即降低了初稳性高度。其减小值 为
[0039]
[0040] 式中，P为某液体舱柜所装载的液体密度（t/m3)，iy为某液体舱柜内自由液面对 液面中屯、轴的面积惯性矩（m4)。
[0041] 若液舱内液体未装满，初稳性高度应进行自由液面修正，经自由液面修正后的初 稳性高度值为
[0042] G〇M=KM-KG- 5GMf
[0043] (3)船舶大倾角稳性计算
[0044] 船舶在外力作用下发生大倾角横倾，当外力消失后，船舶重力和浮力形成一力偶， 其力矩即为静稳性力矩
[0045]Ms=A.GZ
[0046] 船舶在排水量一定的条件下，静稳性力矩Ms大小取决于船舶