[发明专利]船舶装载性能优化系统

说明书

技术领域

本发明涉及船舶营运管理领域，具体涉及一种船舶装载性能优化系统。

背景技术

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，在七八十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以及造船技术的不断进步，船舶发展趋于标准化、大型化，由早期小吨位至六七十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。

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。

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以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

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，以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。

一种船舶装载性能优化系统，包括：

船舶性能参数计算模块，用于计算空船重量、空船重心坐标、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；

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；

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三维响应面，在对应每个航速的三维响应面分别搜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；

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。

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_s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，V₀为当前航速，D₀为当前平均吃水值，T₁为当前允许最小纵倾值，T₂为当前允许最大纵倾值；

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 之间关系的三维响应面y为主机功率P_s，变量x_i为{T,D,V}，变量个数k＝3，β₀为常数项，β_i为线性系数，β_ii为二阶系数，β_ij为耦合系数，ε为计算残余；

将采样值(P_s,T,D,V)代入所述三维响应面确定各项系数，从而完成响应面三维数学模型的建立；

在对应每个航速的三维响应面分别搜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。

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、合理吃水差以及最佳的航行姿态，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

图1为本发明船舶装载性能优化系统整体框架图；

图2为船舶初稳性计算示意图；

图3为船舶静稳性力臂曲线图；

图4为船舶浮态图；

图5为船舶强度曲线图；

图6船舶最佳纵倾显示图；

图7为纵倾优化响应面示意图；

图8为船舶装载优化过程示意图。