一种船舶设计重量重心实时监测与控制平台的制作方法

1.本发明涉及船舶重量检测技术领域，具体地说是一种使用简单、监测效果好、监测效率高的船舶设计重量重心实时监测与控制平台。


背景技术：

2.船舶设计与建造中,重量重心是关键参数,对船舶稳定性、性能和安全性至关重要。传统的计算方法耗时费力且容易出错。随着计算机技术的发展,越来越多的研究者开始利用cad/cae技术实现船舶重量重心的计算和控制。
3.基于aveva软件的船舶重量重心实时监控系统是热门研究方向之一。aveva软件是一种集成化的cad/cae软件,广泛应用于船舶、海洋平台和海洋工程等领域。它提供强大的建模、分析和优化功能,用于模拟和分析船舶的设计、建模、制造等过程。
4.船舶重量重心的准确计算和控制对船舶设计和建造至关重要,直接影响稳定性、速度、荷载能力等因素。然而,传统方法存在耗时费力和误差的问题。aveva软件作为领先的cad/cae软件,能够在设计阶段进行重量统计和重心计算,确保船舶设计满足各项要求。
5.然而,目前市场上较少采用船舶重量重心监控系统的,或者计算船舶重量重心的方式还是统计汇总等较为传统的方式,,目前市场上的船舶设计重量监测系统存在以下问题:统计方式较为传统,主要依靠人工进行汇总,效率低下;使用excel等表格进行统计分析,无法对三维模型进行全面准确的解析,获得包括坐标在内的详细重量信息;无法实时监测重量数据,存在一定时间延迟,影响设计调整的及时性;缺乏直观的重量分布可视化功能,不便于重量分析。
6.这种汇总方式主要是利用excel表格进行按主要设备或者系统进行汇总,并不能真正准确的提取重量和重心,而且这种统计存在误差和缺乏实时监控功能的问题，也不能进行可视化。因此,需要基于aveva软件开发一种先进的船舶重量重心实时监控系统来解决这些问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种系统简单、监测效果好、监测效率高的船舶设计重量实时监测与控制平台。
8.分发明包含以下几个模块本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种船舶设计重量重心实时监测与控制平台，其特征在于该控制平台包括计算机程序重量和坐标信息提取和采集模块、服务器和数据库模块、数据计算模块、数据展示和报告模块，计算机程序重量和坐标信息提取和采集模块、服务器和数据库模块、数据计算模块、数据展示和报告模块依次相连，所述的计算机程序重量和坐标信息提取和采集模块为从船舶三维设计模型的各个构造模块中的所有子项元素提取重量和重心数据,通过调用模型解析接口,采用遍历算法逐个提取模型元素信息。遍历算法针对不同类型元素(面体、管
道等)采用不同的定制化提取方法。提取内容包括元素名称、类别、重量、坐标等构成采集记录，并以易于理解和使用的方式清理和汇总数据，所述的服务器和数据库模块为采集后的数据存储于服务器中，服务器采用客户端-服务器模型架构,应用程序可以充当客户端，连接到本地mysql数据库，并从数据库检索数据,数据库实现数据的持久化存储，定义了一个专用数据库，包含一系列列名，以元素类型、名称、重量、坐标等为字段建表，数据计算模块为根据采集到数据库的内容作为输入,调用算法模块,可以进行等重心计算、重量汇总等多种计算，包括计算全部重量和各模块的重量和重心，所述的数据展示和报告模块为根据计算和定制的结果，根据所有模块的子项元素在3d 空间坐标组成的散点图，生成相应的数据展示和报告，包括以可视化方式展示3d散点图的数据看板或图表，以及生成详细的报告文档，以满足船舶设计人员对数据分析和决策的需求。
9.本发明所述的计算机程序重量和坐标信息提取和采集模块包括船体结构模块、管系模块、设备模块、电气模块、内装模块、舾装模块，所述的船体结构模块为根据船体的设计模型，将船体细分为各个分段，从每个分段中提取相关的重量数据，并记录子项的目录、名称、代号的重量以及三维坐标（xpos、ypos、zpos）等信息，管系模块为分析管路系统的设计模型，提取管道、管系的重量数据，并记录子项的目录、名称、代号的重量以及三维坐标（xpos、ypos、zpos）等信息，设备模块为根据设备模块的设计模型，提取各种设备的重量数据，并记录子项的目录、名称、代号的重量以及三维坐标（xpos、ypos、zpos）等信息，电气模块为从电气设备模块中提取相关设备的重量数据，并记录子项的目录、名称、代号的重量以及三维坐标（xpos、ypos、zpos）等信息，内装模块为分析船舶内装的设计模型，提取内装部件的重量数据，并记录子项的目录、名称、代号的重量以及三维坐标（xpos、ypos、zpos）等信息，舾装模块为根据舾装模块的设计模型，提取舾装部件的重量数据，并记录子项的目录、名称、代号的重量以及三维坐标（xpos、ypos、zpos）等信息。
10.本发明由于采用上述结构，具有系统简单、监测效果好、监测效率高等优点。
附图说明
11.图1是本发明的结构示意图。
12.图2是船舶三维设计模型的各个构造专业模块中提取重量数据流程图。
13.图3是采集后的csv数据存储刀服务器的过程图。
14.图4是重量中心3d散点分布图。
15.图5是看板显示图。
具体实施方式
16.下面结合附图对本发明进一步说明：如附图所示，一种船舶设计重量重心实时监测与控制平台，其特征在于该控制平台包括计算机程序重量和坐标信息提取和采集模块s1、服务器和数据库模块s2、数据计算模块s3、数据展示和报告模块s4，计算机程序重量和坐标信息提取和采集模块s1、服务器和数据库模块s2、数据计算模块s3、数据展示和报告模块s4依次相连，所述的计算机程序重量和坐标信息提取和采集模块s1为从船舶三维设计模型的各个构造模块中的所有子项元素提取重量和重心数据,通过调用模型解析接口,采用遍历算法逐个提取模型元素信息。遍历
算法针对不同类型元素(面体、管道等)采用不同的定制化提取方法。提取内容包括元素名称、类别、重量、坐标等构成采集记录，并以易于理解和使用的方式清理和汇总数据，所述的服务器和数据库模块s2为采集后的数据存储于服务器中，服务器采用客户端-服务器模型架构,应用程序可以充当客户端，连接到本地mysql数据库，并从数据库检索数据,数据库实现数据的持久化存储，定义了一个专用数据库，包含一系列列名，以元素类型、名称、重量、坐标等为字段建表，数据计算模块s3为根据采集到数据库的内容作为输入,调用算法模块,可以进行等重心计算、重量汇总等多种计算，包括计算全部重量和各模块的重量和重心，所述的数据展示和报告模块s4为根据计算和定制的结果，根据所有模块的子项元素在3d 空间坐标组成的散点图，生成相应的数据展示和报告，包括以可视化方式展示3d散点图的数据看板或图表，以及生成详细的报告文档，以满足船舶设计人员对数据分析和决策的需求。
17.本发明所述的计算机程序重量和坐标信息提取和采集模块s1包括船体结构模块、管系模块、设备模块、电气模块、内装模块、舾装模块，所述的船体结构模块为根据船体的设计模型，将船体细分为各个分段，从每个分段中提取相关的重量数据，并记录子项的目录、名称、代号的重量以及三维坐标（xpos、ypos、zpos）等信息，管系模块为分析管路系统的设计模型，提取管道、管系的重量数据，并记录子项的目录、名称、代号的重量以及三维坐标（xpos、ypos、zpos）等信息，设备模块为根据设备模块的设计模型，提取各种设备的重量数据，并记录子项的目录、名称、代号的重量以及三维坐标（xpos、ypos、zpos）等信息，电气模块为从电气设备模块中提取相关设备的重量数据，并记录子项的目录、名称、代号的重量以及三维坐标（xpos、ypos、zpos）等信息，内装模块为分析船舶内装的设计模型，提取内装部件的重量数据，并记录子项的目录、名称、代号的重量以及三维坐标（xpos、ypos、zpos）等信息，舾装模块为根据舾装模块的设计模型，提取舾装部件的重量数据，并记录子项的目录、名称、代号的重量以及三维坐标（xpos、ypos、zpos）等信息。
18.针对现有技术的上述不足,本发明的船舶设计重量重心实时监测与控制平台具有以下改进和创新点:提出了集成化的监测系统,能够自动高效采集三维模型的重量和坐标数据;应用服务器数据库存储采集的数据,对数据进行集中化管理,实现多方位计算和分析;数据计算模块s3可以根据需求对数据进行多样化的计算处理;应用电子看板的方式实时可视化展示重量分布,直观反映重心;系统实现了自动化的数据采集、计算、分析和实时展示,极大提升了工作效率。
19.相比现有技术,该系统自动化程度高、精确度高、实时性强、直观性好,能有效解决当前船舶设计重量监测的痛点,具有明显的进步性。总体上提升了船舶设计的科学性、安全性和稳定性。
20.实施例1一种船舶设计重量实时监测与控制平台，其特征在于该控制平台包括计算机程序重量和坐标信息提取和采集模块s1、服务器和数据库模块s2、数据计算模块s3、数据展示和报告模块s4，计算机程序重量和坐标信息提取和采集模块s1：从船舶三维设计模型的各个构造模块中提取重量数据，并以易于理解和使用的方式清理和汇总数据。
21.计算机程序：从船舶三维设计模型的各个构造专业模块中提取重量数据，并以易于理解和使用的方式清理和汇总数据的过程如图2所示。
22.船体结构模块：根据船体的设计模型，将船体细分为各个分段，例如机舱区域、货舱区域、艉部区域、艏部区域等。从每个分段中提取相关的重量数据，并记录子项的目录、名称、代号的重量以及三维坐标（xpos、ypos、zpos）等信息。
23.管系模块：分析管路系统的设计模型，提取管道、管系的重量数据，并记录子项的目录、名称、代号的重量以及三维坐标（xpos、ypos、zpos）等信息。
24.设备模块：根据设备模块的设计模型，提取各种设备的重量数据，并记录子项的目录、名称、代号的重量以及三维坐标（xpos、ypos、zpos）等信息。
25.电气模块：从电气设备模块中提取相关设备的重量数据，并记录子项的目录、名称、代号的重量以及三维坐标（xpos、ypos、zpos）等信息。
26.内装模块：分析船舶内装的设计模型，提取内装部件的重量数据，并记录子项的目录、名称、代号的重量以及三维坐标（xpos、ypos、zpos）等信息。
27.舾装模块：根据舾装模块的设计模型，提取舾装部件的重量数据，并记录子项的目录、名称、代号的重量以及三维坐标（xpos、ypos、zpos）等信息。
28.在每个模块中，计算机程序会解析三维设计模型的数据，并识别特定的子项类型（如block、pipe、stru、equi等），提取相应的重量数据和位置信息。这些数据将被汇总，以便后续的数据计算和展示。
29.以上过程可以根据实际情况进行细化和整理，确保从各个构造专业模块中准确提取重量数据，并记录必要的子项信息和三维坐标。
30.具体的解析步骤如下：1. 定义一个文件列表对象myfiles，用于存储所有模型目录文件的路径。
31.（myfiles解释：在这一步中，定义了一个文件列表对象，命名为myfiles。该对象的作用是存储所有模型目录文件的路径。可以将这个文件列表对象想象成一个容器，类似于一个文件夹，用于集中保存多个文件的路径信息。通过将模型的目录路径存储在myfiles对象中，可以轻松地管理和访问这些文件。在后续的步骤中，将使用这个文件列表对象来逐个处理这些文件的内容。）2. 遍历myfiles中的每个文件路径：
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打开当前文件，逐行读取文件内容，将每行的数据存储到一个变量中。
32.‑ꢀ
对文件内容进行遍历，逐个处理每个元素。
33.3. 获取元素类型：根据元素的内容或其他特征，判断该元素属于哪个模块，例如船体结构模块block、管系模块pipe、设备模块equi等。
34.4. 处理船体结构模块：对于船体结构模块的元素，根据其特定的结构模型，提取相关的重量数据和坐标信息，可以使用系统软件的重量计算方法来获取。（系统软件的重量计算方法通常为软件自带，会根据材料的规格和密度自动计算，本文使用的是aveva设计软件，根据命令q nwei和q ncofg即可获取重量和坐标信息）5. 处理其他构造专业模块：对于其他构造专业模块的元素，遍历其子项，并提取每个子项的重量数据和坐标信息。具体的提取方法可以根据子项的特征和数据结构来确定。
35.6. 存储子项信息：将提取的子项的类型、重量数据以及三维坐标等信息存储到一个数据结构中，例如字典或对象。
36.7. 将数据保存为csv文件：将整理好的数据保存为csv文件，以便后续的数据计算和展示。
37.从而提取并导出成功信息。
38.下表是提取采集后的部分csv文件内容展示（部分采集表如下表所示）：服务器和数据库存储：把采集后的csv数据存储于服务器中，定义了一个专用数据库，包含一系列列名，如采集元素的类型、描述、重量、坐标等信息。
39.将采集后的csv数据存储到服务器的过程涉及的算法和思路如下：1. 创建数据库表：根据给定的表名，在数据库中创建一个新的表格，并定义表格的列名和数据类型，例如元素类型type、描述desc、重量totwt、坐标（xpos，ypos，zpos）等信息。
40.2. 读取csv文件：打开csv文件并逐行读取文件内容。对于每一行，使用逗号作为分隔符将行拆分为字段，并提取所需的元素类型、描述、重量、坐标等值。将这些值存储在内存或变量中供后续使用。
41.3. 导入数据到mysql：连接到mysql数据库，并对于每个记录的提取值，构造一个sql insert语句，将记录插入到指定的表中。通过执行sql insert语句将数据导入到mysql数据库中。
42.4. 验证导入结果：连接到mysql数据库，执行select查询来获取导入的数据。检查导入的数据是否与csv文件中的数据匹配。如果数据匹配，则显示成功消息；否则，显示错误消息。
43.以上算法和思路描述了将采集的csv数据存储到服务器的过程。这些步骤涉及到了数据库表的创建、文件读取、数据导入和结果验证等操作。通过执行这些步骤，可以将csv数据导入到mysql数据库，并验证导入的结果是否正确，图3是采集后的csv数据存储刀服务器的过程图。
44.数据计算：根据采集到数据库的内容，利用计算机进行数据计算，包括以下步骤：1. 从数据库读取数据:读取需要分析的数据,包括各个部件的名称、坐标（xpos，ypos，zpos）和重量totwt。
45.2. 数据清洗:检查数据是否完整,修正任何错误。
46.清洗方法如下：2.1.检查缺失的值
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看数据表里是否有空值,有多少空值。 可以用计算机辅助检查出来。
47.2.2.找出异常值
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计算数据的最大值、最小值、平均值、标准差等。
48.‑ꢀ
根据这些计算结果,看数据表里是否有超出正常范围的怪异值。
49.2.3.删除重复的数据
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用计算机找出重复的那些行,然后删掉他们。2.4.统一数据的格式
‑ꢀ
让文本在大小写、空格上统一。使得数据更加整洁。
50.2.5.分割混合的列
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如果一个字段有多种类型的值混在一起,把他们分成多个字段。
51.2.6.补充缺失的值
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用平均数、中位数、最常见的值,来代替缺失 和空值的值。
52.2.7.添加新的字段
‑ꢀ
增加额外的列,来记录数据清洗的情况和存在的问题。
53.3. 分组统计:统计每个模块名称下的总重量和重量为0的数量。
54.在数据采集后数据库的导入过程中，已经把每个部件所属的元素类型进行了归类，此步骤计算机会根据不同的元素类型进行分类计算。
55.4. 计算重心:计算所有子项元素的平均(加权平均)坐标作为重心位置。
56.以设备equi为例，以下是一个简单的重心计算公式示例：公式说明：mi 是元素的每个部件或点的质量（重量），xi、yi、zi 是对应元素或点的 x、y、z 坐标。这个公式通过将每个子项元素或点的质量乘以其坐标，并将所有乘积相加，然后除以总质量来计算重心的位置。
57.数据展示和报告模块s4：根据计算和定制的结果，生成相应的数据展示和报告。这可以包括以可视化方式展示数据的看板或图表，以及生成详细的报告文档，以满足船舶设计人员对数据分析和决策的需求。具体包括以下步骤：1. 视觉化:绘制3d散点图展示所有部件元素的位置。标注重心点。
58.1.1. 导入绘制3d图形的库和模块，此处使用的是python的matplotlib库。
59.1.2. 创建一个三维图形窗口，用来展示展示3d 视图的一个窗口。
60.1.3. 从数据表中取出各部件的三个位置坐标:xpos、ypos、zpos1.4. 在三维图形窗口中,用散点(小点)的形式绘制出所有设备的位置1.5. 在三个方向上 分别 指明 长、宽和高 这三个维度。
61.1.6. 根据重心计算公式，绘制出重心点,使用不同颜色的图形来代表。
62.1.7. 在图中注明 重心点的 精确的x、y、 z坐标。
63.1.8. 优化图形,设置好标题、轴名称、视角角度等。
64.最终效果如图4重量中心3d散点分布图。
65.2. 数据报告: 按用户需求,可导出每个模块名称对应的详细数据报表。
66.3. 用户交互:鼠标点击3d视口中任意元素的散点图，即可显示该元素的详细信息（名称，重量，坐标信息）4. 保存报告:将统计结果和导出内容保存为excel文件。
67.实施方式
在本发明中，计算机程序从船舶三维设计模型的各模块提取重量数据，并将其存储到服务器的数据库中。船舶设计人员可以通过该平台对数据进行计算和定制，然后在电子看板上查看计算后的数据。
68.优点相比传统的重量数据采集方式，本发明的船舶设计重量实时监测与控制平台具有以下优点：提高数据采集效率：自动采集和统计功能，实时获得精确的重量数据。
69.数据存储和管理：通过服务器和数据库，将采集的数据存储于服务器中，方便后续的数据计算和重组。
70.数据计算和定制：根据船舶设计人员的需求，灵活定制各种数据计算和重组。
71.实时展示和监测：通过电子看板，实时展示船舶重量数据，方便船舶设计人员监测船舶重量的分布情况。
72.本发明的船舶设计重量实时监测与控制平台能够提供实时、准确的重量数据，为船舶设计人员提供参考，提高船舶设计的安全性和稳定性。
73.本发明的船舶设计重量实时监测与控制平台具有以下技术效果：实时性：平台能够实时获取和更新船舶设计的重量数据，确保设计人员获得最新的信息。这使得设计人员可以及时监测船舶的重量分布情况，随时了解设计的实际情况。
74.准确性：平台采用精确的数据采集和计算方法，确保所提供的重量数据具有高度的准确性。设计人员可以依靠这些准确的数据进行决策和分析，避免基于不准确数据做出错误的设计决策。
75.可视化：平台通过可视化的方式展示重量数据，使用图表、图形和图像等形式呈现，使得设计人员能够直观地理解和分析重量分布情况。这提供了更清晰的数据展示方式，帮助设计人员更好地理解设计问题和优化方案。
76.控制性：平台不仅提供重量数据的监测，还具备一定的控制功能。设计人员可以根据实时数据进行调整和控制，以实现船舶设计的重量控制目标。这使得设计人员能够及时采取措施，保持船舶的安全性和稳定性。
77.安全性：平台的实时监测和控制功能有助于提高船舶设计的安全性。设计人员可以及时察觉重量分布异常和超过设计限制的情况，并采取相应的措施进行调整和修正，确保船舶在运行时具有良好的稳定性和安全性。
78.图5是看板显示图。
79.本发明提供了一种船舶设计重量实时监测与控制平台，通过计算机程序、服务器和数据库、数据计算以及电子看板的结合，实现了自动采集和统计船舶重量数据，并提供实时展示和监测的功能。该平台能够提高船舶设计的效率和准确性，提供重要的参考数据，确保船舶的安全和稳定性。
80.相比传统的重量数据采集方式，本发明的船舶设计重量实时监测与控制平台具有以下优点：提高数据采集效率：自动采集和统计功能，实时获得精确的重量数据。数据存储和管理：通过服务器和数据库，将采集的数据存储于服务器中，方便后续的数据计算和重组。数据计算和定制：根据船舶设计人员的需求，灵活定制各种数据计算和重组。

技术特征：
1.一种船舶设计重量重心实时监测与控制平台，其特征在于该控制平台包括计算机程序重量和坐标信息提取和采集模块、服务器和数据库模块、数据计算模块、数据展示和报告模块，计算机程序重量和坐标信息提取和采集模块、服务器和数据库模块、数据计算模块、数据展示和报告模块依次相连，所述的计算机程序重量和坐标信息提取和采集模块为从船舶三维设计模型的各个构造模块中的所有子项元素提取重量和重心数据，并以易于理解和使用的方式清理和汇总数据，所述的服务器和数据库模块为采集后的数据存储于服务器中，定义了一个专用数据库，包含一系列列名，数据计算模块为根据采集到数据库的内容，进行数据计算，包括计算全部重量和各模块的重量和重心，所述的数据展示和报告模块为根据计算和定制的结果，根据所有模块的子项元素在3d 空间坐标组成的散点图，生成相应的数据展示和报告，包括以可视化方式展示3d散点图的数据看板或图表，以及生成详细的报告文档，以满足船舶设计人员对数据分析和决策的需求。2.根据权利要求1所述的一种船舶设计重量重心实时监测与控制平台，其特征在于本发明所述的计算机程序重量和坐标信息提取和采集模块包括船体结构模块、管系模块、设备模块、电气模块、内装模块、舾装模块，所述的船体结构模块为根据船体的设计模型，将船体细分为各个分段，从每个分段中提取相关的重量数据，并记录子项的目录、名称、代号的重量以及三维坐标（xpos、ypos、zpos）信息，管系模块为分析管路系统的设计模型，提取管道、管系的重量数据，并记录子项的目录、名称、代号的重量以及三维坐标（xpos、ypos、zpos）信息，设备模块为根据设备模块的设计模型，提取各种设备的重量数据，并记录子项的目录、名称、代号的重量以及三维坐标（xpos、ypos、zpos）信息，电气模块为从电气设备模块中提取相关设备的重量数据，并记录子项的目录、名称、代号的重量以及三维坐标（xpos、ypos、zpos）信息，内装模块为分析船舶内装的设计模型，提取内装部件的重量数据，并记录子项的目录、名称、代号的重量以及三维坐标（xpos、ypos、zpos）信息，舾装模块为根据舾装模块的设计模型，提取舾装部件的重量数据，并记录子项的目录、名称、代号的重量以及三维坐标（xpos、ypos、zpos）信息。

技术总结
本发明涉及船舶重量检测技术领域，具体地说是一种船舶设计重量重心实时监测与控制平台。该程序然后以易于理解和使用的方式清理和汇总数据。本发明还包括一个显示实时重量数据的电子看板,以便船舶设计人员可以监测船舶重量的分布情况，具有系统简单、监测效果好、监测效率高等优点。效率高等优点。效率高等优点。


技术研发人员：朱宝会 欧书博 李玉山 乔学彬 马维峰 庄涛 孙彦刚 孙元璋
受保护的技术使用者：招商局金陵船舶（威海）有限公司
技术研发日：2023.08.29
技术公布日：2023/10/7