CN117341900A - 一种船舶自动配载工况的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种船舶自动配载工况的方法，先在NAPA软件中预定义计算需要的变量，计算调整货油密度或货油装载量并配载配平至目标吃水。再进行迭代计算后完成中间工况货油密度或货油装载量的定义并配载，最后依据中间工况的定义作为变量导入衍生工况货油密度的定义完成配载即可。在装载工况配载的过程中，中间工况不仅能够自动配平，同时也能根据中间工况自动得到其他衍生工况，使配载过程程序化以避免错误的发生。即使有些衍生工况出现错误，也只需修改相应部分即可。能够快速配平中间工况，确保提取和分配的工况信息准确无误，大幅缩短工况的处理时间，降低操作人员的人工成本。

Description

一种船舶自动配载工况的方法

技术领域

本发明涉及一种船舶自动配载工况的方法，属于船舶稳性和强度计算的技术领域。

背景技术

现代航运中为把控风险，前期针对于船舶稳性和总纵强度的评估过程中，常常需要计算大量的装载工况。其中，船舶稳性是指船舶在外力矩作用下偏离其初始平衡位置而倾斜，船舶自身具有抵抗外力并当外力矩消除后船舶还具有恢复原来平衡状态的能力。由于船舶在停泊或航行中，经常遇到风浪等各种外力干扰，船舶平衡状态会破坏。当船舶在受到外力矩作用下发生倾斜时，具有适当稳性的船舶会在浮力和自身重力的共同作用下，使船舶产生复原力矩以抵消外力矩以避免倾斜继续扩大。而当外力矩消除后，复原力矩会使船舶经过一定的周期性摇摆后恢复到原先的平衡位置。船舶的这种复原能力就是我们所研究的船舶稳性问题。稳性过大船舶摇摆剧烈，容易造成船员的不适、航海仪器使用不便、船体结构容易受损、舱内货物容易移位以致危及船舶安全。稳性过小船舶抗倾覆能力交差，容易出现较大的倾角，恢复缓慢，以至于航行不力影响航行安全。然而在航运实践中，船舶稳性的好坏并不是简单的凭船舶的这种复原能力大小来判断。任何时候，船舶都需要结合自身及环境因素，保留一个适当的稳性。

而船体总纵强度指船体结构抵抗纵向弯曲，不使整体结构遭受破坏或不允许的变形能力。船体的重力沿船舶长度方向是不均匀的，同时船舶首尾形状尖瘦、中部肥大，各部排开水的体积也不同，那么所产生的浮力也不同。船舶沿着船长方向的重力和浮力在船长方向分布不均匀，所以产生了总纵弯曲力。船体产生总纵弯曲有两种情况：一种是在船舶船体中段发生上拱，容易造成甲板纵向构件受拉、船底纵向构件受压；另一种是船体中段下垂，容易造成甲板纵向构件受压、船底纵向构件受拉。因此需要计算船舶在各种状态下的总纵弯曲情况，及总纵弯矩及剪力，使其处于许用范围内。

对于油船来说，油船是指运载石油及石油产品的船舶，根据油船中运载的相关要求，需要将货舱内装载定量的燃油和淡水，然后根据调整各个货舱的货油密度从而使船舶浮态能够在设计范围内，这时就能得到一个中间工况。然后根据得到的中间工况就能推算出出港工况、到港工况等等，因此在一种空船重量下就会衍生出许多工况。因而在进行船舶性能的预估计算时，为了把所有可能的情况都包含进去，需要计算空船重量和重心多种变化和组合下船舶的稳性，因此会使衍生的工况成倍的增加。然而，通常我们在进行中间工况的配载配平时，需要在装载工况中一点点的调整货油密度或装载量来使船舶达到设计浮态。但是这样的做法非常耗费工时，并且在配载衍生工况时，由于配载的工况数量众多，极易出现错误和混淆，那么就容易导致船舶的运行存在安全隐患。因此，亟需一种便捷高效且精度较高的船舶工况配载的方法。

发明内容

本申请的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本申请的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。

针对现有技术中存在的问题与不足，本发明目的在于提供一种船舶自动配载工况的方法。使用NAPA软件通过分组定义相关变量，迭代计算得到中间工况的配载信息，并自动生成相应其他衍生工况的配载信息，轻松实现中间工况及相应衍生工况在许用纵倾范围内的自动配载。且整个过程为自动化完成，并能确保配平后的准确度较高，上百个工况配平时间大大缩短，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开一种船舶自动配载工况的方法，主要包括如下步骤：

步骤1，在NAPA软件中预定义计算所需要的变量；

步骤2，提取与货油量相关的变量，通过计算调整货油密度或货油装载量并配载配平至目标吃水；

步骤3，提取纵倾度变量进行纵倾的判定；

步骤4，进行迭代计算完成中间工况的配载；

步骤5，再根据所述中间工况完成其他衍生工况的配载。

进一步的，步骤1中所述在NAPA软件中预定义计算所需的变量，包括满载排水量、出港时的油水、途中消耗的油水、假定货油密度、迭代步长、纵倾度等。

进一步的，步骤2中所述通过计算调整货油密度或货油装载量并配载配平至目标吃水，在船舶载况为均匀装载时为调整货油密度，在船舶载况为非均匀装载时为调整货油装载量。

进一步的，步骤3中所述提取纵倾度变量进行纵倾的判定，若纵倾度超过许用范围，则回退一个迭代步长的货油密度或货油装载量；若纵倾度在理想范围内，则继续进行下一个工况的迭代计算。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的一种船舶自动配载工况的方法，能够快速配平中间工况，并根据提取中间工况的信息分别定义衍生工况，可确保提取和分配的工况信息准确无误，大幅缩短工况的处理时间从而节省工时，大大降低操作人员的人工成本。先在NAPA软件中预定义计算需要的变量，计算调整货油密度或货油装载量并配载配平至目标吃水。再进行迭代计算后完成中间工况货油密度或货油装载量的定义并配载，最后依据中间工况的定义作为变量导入衍生工况货油密度的定义完成配载即可。因而在装载工况配载的过程中，中间工况不仅能够自动配载，同时也能根据中间工况自动得到衍生工况。使得配载过程程序化避免错误的发生，即使有些衍生工况出现错误，也只需修改相应部分即可。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

在附图中：

图1：为本发明实施例中船舶自动配载工况的步骤流程框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例

本发明公开了一种船舶自动配载工况的方法，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

根据油船的相关要求需要将燃油和淡水装载一定的量(出港98％油水，中间工况50％油水，到港10％油水)，通常油船的装载工况大致分为均匀装载和非均匀装载(Segregation)两大类。对于均匀装载，可以通过调整货油舱的货油密度来使船舶达到指定的结构吃水或者设计吃水。而对于非均匀装载工况，可将船舶上所有货油舱进行分组，通常分为三组，分别进行单组和两两组合装载。通过迭代计算调整货油装载量，来使中间工况达到设计的吃水和纵倾范围。由此将中间工况的配载完成，之后再进行衍生工况的配载。本发明主要针对非均匀装载的工况调节。

参照图1所示，本发明的主要包括如下步骤：

步骤1，在NAPA软件中预定义计算所需要的变量；

步骤2，提取与货油量相关的变量，通过计算调整货油密度或货油装载量并配载配平至目标吃水；

步骤3，提取纵倾度变量进行纵倾的判定；

步骤4，进行迭代计算完成中间工况的配载；

步骤5，再根据中间工况完成其他衍生工况的配载。

我们基于船舶的稳性和总纵强度的性能，通过NAPA软件进行编程从而实现船舶衍生工况的自动配载。NAPA软件是由芬兰NAPA公司开发的三维设计的大型船舶CAD软件，NAPA软件主要用于船舶初步设计和基本设计，特别擅长处理船舶设计早期阶段所必须的众多设计变量和不可避免的大量设计更改和多方案对比。NAPA软件也可以用来进行各种船舶性能计算并生成完工文件。利用NAPA软件生成的三维船型，可以在船舶设计全过程中使用。NAPA软件普遍适用于各种类型船舶设计，具有灵活多样的输人输出格式、直观友好的用户界面，既可以用于船舶初步设计也可以生成完工文件，对于电脑软、硬件环境的宽泛适用性。

船舶吃水是指船舶浸在水里的深度，它间接反应了船舶在行驶过程中所受的浮力。船舶吃水的大小不仅取决于船舶和船载所有物品，如货物、压载物、燃料和备件的重量，而且还取决于船舶所处水的密度。船舶吃水可以理解成水线面与船底基平面之间的垂直距离，根据量取的方法不同吃水可以分成实际吃水和型吃水两种。实际吃水指水线面至船底龙骨板下缘的垂直距离，通常为船舶进出港、过浅滩、系靠码头和装卸货物时应考虑的吃水。而型吃水指水线面至船底龙骨板上缘的垂直距离，与实际吃水相差一个龙骨板的厚度，通常为船舶设计和进行性能计算时考虑的吃水。

具体而言，先在NAPA软件中预定义计算所需要的变量，这些变量包括有满载排水量、出港时的油水、途中消耗的油水、假定货油密度、迭代步长和纵倾度、货舱总容积、各个货舱的单舱容积等。其中，满载排水量又包括结构吃水下的满载排水量和设计吃水下的满载排水量，满载吃水通常是指夏季海水中载重水线的吃水深度，因此满载排水量常指海水夏季载重水线以下船体的总排水量。设计吃水下的满载排水量是指船舶装载设计载重量货物情况下达到的吃水深度，吃水是船舶浸在水里的深度，根据船舶设计的不同而不同。满载排水量是船舶在规定满载吃水时水下船体排水的重量，而设计吃水下的满载排水量即是指船舶设计载重货物达到夏季载重水线以下船体的总排水量。结构吃水下的满载排水量为结构吃水用来计算结构强度，也就是用于结构设计，是结构所能承受的最大吃水，是船舶在任何装载状态下的吃水都不允许超过结构吃水。而设计吃水下的满载排水量是指船舶结构设计载重货物达到夏季载重水线以下船体的总排水量。出港时的油水为船舶出港时所装载的油水重量，途中消耗的油水为船舶的形式途中所消耗的油水重量，另外货舱总容积和单个货舱的容积也需要做出相应定义。

然后根据预定义变量中的相关变量进行计算，并配载配平至目标吃水，从而实现中间工况的配载。具体而言，从NAPA软件中提取与货油量相关的变量，迭代计算调整整体货油密度或货油装载量，即通过改变货油重量使其配载到目标的平吃水。而在本发明中还需提取纵倾度变量进行纵倾的判定。纵倾是指左右吃水相等而首尾吃水不等的情况，船首吃水大于船尾水叫首倾，船尾吃水大于船首吃水叫尾倾。若无纵倾，直接实现中间工况的配载完成。若有纵倾，则调节部分特定舱室的货油密度，以实现中间工况的配载完成。最后依据中间工况来配载其他衍生子工况即可完成。需要注意，在定义衍生子工况的时候，可根据需要将油水等信息一并写入NAPA程序中。

具体实施过程

首先定义结构吃水下满载排水量lddisp、设计吃水下的满载排水量fdisp、出港时的油水wbk10、途中消耗的油水wbkred、假定货油密度dens1和迭代步长denstep的值。并按照假定的货油密度进行配载，通过计算装载货油量配载至船舶目标吃水，具体对应其NAPA中程序命令如下：

@lddisp＝xxx **定义结构吃水下满载排水量的值

@fdisp＝xxx **定义设计吃水下满载排水量的值

@wbk10＝xxx **定义出港油水及耗品装载量的值

@wbkred＝xxx **定义途中油水及耗品消耗量的值

@wbk01＝xxx **定义到港油水及耗品装载量的值

@dens1＝xxx **定义假定货油密度

@denstep＝xxx **定义迭代步长

load cal v＝*1dens＝@cdens

@mass＝0

@hold＝'cal2c'

asg hyd

@deltdisp＝lddisp-fdisp+wbk10-wbkred

！type@deltdisp

@mass＝ld.lqnt('mass',hold)-deltdisp

load cal@mass@hold dens＝@dens1

在上述程序命令中，“xxx”表示为根据船舶实际情况定义的具体数值。由上述程序命令可得知，其中配载到满载排水量计算方法为：结构吃水下的满载排水量-设计吃水下的满载排水量+出港时的油水-途中消耗的油水。根据配载到满载排水量计算得出其所需的货油密度，再将假定的货油密度变量带入计算，即可得出中间工况货油密度的定义。这里我们分为两种不同的载况作为考虑，分别为均匀布置的船舶载况和非均匀布置的船舶载况，对于船舶均匀载况为调整货油密度，而对于船舶非均匀载况则为调整货油装载量。

针对于均匀布置的船舶载况，在得出中间工况货油密度的定义之后，再在出港中间工况的基础上，完成分离提取其他相应衍生工况货油密度的定义。也就是说将中间工况货油密度的定义作为变量导入衍生工况货油密度的定义，并执行配载到目标吃水。而针对于非均匀布置的船舶载况，则随机选择一至两个货油舱，作为调节船舶纵倾时使用，调出相应货油舱的密度和舱容量供后续计算使用。建立if循环用于判断船舶是否存在纵倾，提取船舶纵倾的变量进行判断。具体对应其NAPA中程序命令如下：

@IF LD.QNT('TR')>xxx THEN**若纵倾大于指定范围值

@WHILE LD.QNT('TR')>0.005DO

！CAL dens1＝dens1-denstep

LOAD Cal v＝*1DENS＝@dens1

asg hyd

@deltdisp＝lddisp-fdisp+wbk10-wbkred

@mass＝ld.lqnt('mass',hold)-deltdisp

load cal@mass@hold dens＝@dens1

@ENDWHILE

@ELSEIF LD.QNT('TR')<xxx THEN**若纵倾小于指定范围值

@WHILE LD.QNT('TR')<0DO

！CAL dens1＝dens1+denstep

LOAD Cal v＝*1DENS＝@den1

asg hyd

@deltdisp＝lddisp-fdisp+wbk10-wbkred

@mass＝ld.lqnt('mass',hold)-deltdisp

load cal@mass@hold dens＝@dens1

@ENDWHILE

@ENDIF

在上述程序命令中，“xxx”表示为根据船舶实际情况定义的纵倾范围。由上述程序命令可得知，如果船舶的纵倾度大于设计范围，这里我们将该值设为0.005。说明船舶整体存在倾斜，需要修改目标货舱的货油装载量。具体方法为将目标货舱的货油装载减去一个迭代步长，同时再计算配载到满载排水量至目标平吃水，对应提取其货油密度。如果船舶的纵倾度小于设计范围，这里我们将改值设为0。则说明船舶整体并没有存在倾斜，将目标货舱的货油装载量继续向下增加一个迭代步长，继续向下执行迭代计算，同时还需要再计算配载到满载排水量至目标平吃水，对应提取其货油密度。直至船舶的纵倾度处于0至0.005之间，则说明船舶整体处于理想浮态，此时停止该if循环以配平好中间工况。

最后，再在出港中间工况的基础上，完成分离提取其他相应衍生工况货油密度的定义，并执行配载到目标吃水。定义中间工况并根据中间工况配平衍生工况，具体对应其NAPA中程序命令如下：

@bc＝.....give the base condition

get@bc

@den＝round(ld.lqnt('dens','load＝cal')，0.001)

@dens＝ld.lqnt('dens','load＝cal')

由上述程序命令可得知，我们将中间工况的名称定义为bc。将提取货油密度的信息保留三位小数用于定义TEXT，并利用这些提取货油密度信息用于定义分配衍生工况。具体对应其NAPA中提取各个舱的货油量程序命令如下：

@1c＝ld.lqnt('mass','cal1p')

@1s＝ld.lqnt('mass','cal1s')

@2c＝ld.lqnt('mass','cal2p')

@2s＝ld.lqnt('mass','cal2s')

……

以上描述仅为本公开的一些较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (4)

1.一种船舶自动配载工况的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，在NAPA软件中预定义计算所需要的变量；

步骤2，提取与货油量相关的变量，通过计算调整货油密度或货油装载量并配载配平至目标吃水；

步骤3，提取纵倾度变量进行纵倾的判定；

步骤4，进行迭代计算完成中间工况的配载；

步骤5，再根据所述中间工况完成其他衍生工况的配载。

2.根据权利要求1所述的一种船舶自动配载工况的方法，其特征在于：步骤1中所述在NAPA软件中预定义计算所需的变量，包括满载排水量、出港时的油水、途中消耗的油水、假定货油密度、迭代步长、纵倾度等。

3.根据权利要求1所述的一种船舶自动配载工况的方法，其特征在于：步骤2中所述通过计算调整货油密度或货油装载量并配载配平至目标吃水，在船舶载况为均匀装载时为调整货油密度，在船舶载况为非均匀装载时为调整货油装载量。

4.根据权利要求1所述的一种船舶自动配载工况的方法，其特征在于：步骤3中所述提取纵倾度变量进行纵倾的判定，若纵倾度超过许用范围，则回退一个迭代步长的货油密度或货油装载量；若纵倾度在理想范围内，则继续进行下一个工况的迭代计算。