一种基于概念优化的船舶分舱设计方法与流程

1.本发明涉及一种基于概念优化的船舶分舱设计方法，属于船舶设计及制造技术领域。


背景技术：

2.现有技术中，通常船舶的分舱采用常规分舱形式(如图1)或特殊的分舱形式(如图2、3、4)。图1为常规分舱形式；图中两舷区域等宽式的压载舱分布在货仓区两侧。图2设置中压载舱的形式是在船中附近向货仓区方向两侧各增加了一个压载舱。图3中第一压载舱为空舱的形式是将原第一压载舱设置为空舱。图4中阶梯型压载舱的宽度由中间向两边递减。(参考中国专利，专利号cn103129702b；“基于阶梯型压载舱的船舶”)；不同的舱室划分形式会对静水弯矩产生重要的影响，从而影响船舶结构尺寸，影响船舶经济性及绿色环保性。常规的分舱形式通常会造成较大的静水弯矩，而特殊的分舱形式又极度依赖于设计师个人的能力，且适用范围有限。因此，本技术领域亟需获得一种可使普通设计师也能针对不同的船分别设计出理论最优的分舱形式的方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为解决如何获得一种可使普通设计师也能针对不同的船分别设计出理论最优的分舱形式的方法的技术问题。
4.为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种基于概念优化的船舶分舱设计方法，将各段横舱壁的纵向位置以及货舱段内货舱、压载舱和空舱所占货仓容积的比例作为优化变量，以船体梁静水弯矩极值最小作为目标函数，以各规范准则的要求及有利于货物装卸和减轻空船重量的划分原则为约束条件，采用优化算法进行分舱优化。
5.优选地，所述方法包括以下步骤，
6.步骤1：依据船东要求及各规范准则，确定货舱段个数n，则横舱壁数量为n+1；
7.步骤2：将各横舱壁的位置作为自变量，根据船体型线，建立每个货舱段的总容积与横舱壁位置的函数关系；
8.步骤3：将每个货舱段内货舱、压载舱、空舱所占货仓容积的比例作为自变量，分别建立货舱、压载舱、空舱容积与每个货舱段总容积的函数关系；
9.步骤4：依据规范要求的不同装载工况，建立所有装载工况下各舱的重量重心分布与货舱、压载舱、空舱所占货舱段容积的比例及横舱壁位置的函数关系；在此基础上，建立每个装载工况下船体梁静水弯矩与每个货舱段中货舱、压载舱、空舱所占货仓段容积的比例及横舱壁位置的函数关系；
10.步骤5：将船东要求、各规范准则的要求及有利于货物装卸和减轻空船重量的划分原则作为约束条件，将所有装载工况的静水弯矩极值最小作为优化目标，对横舱壁位置、每个货舱段中货油舱、压载舱、空舱所占货仓容积的比例进行优化，得到理论最优的分舱设计
方案；
11.步骤6：在步骤5的基础上，可得到工程初始方案，后续可进行合理的调整。
12.优选地，上述步骤3中建立货舱、压载舱、空舱容积与每个货舱段总容积的函数关系为建立货舱、压载舱、空舱容积与横舱壁位置的函数关系。
13.优选地，上述步骤2中将各横舱壁的位置作为自变量，根据船体型线，建立每个货舱段的总容积与横舱壁位置的函数关系；以单纵舱壁的油船为例，假定根据破损要求确定货舱段个数为n，计货舱段编号i＝1，2
…
n；记第i个货舱段前后舱壁位置分别为x
bh
(i-1)和x
bh
(i)，根据船体型线，建立第i个货舱段的总容积v(i)与舱壁位置的函数关系，v(i)＝f(x
bh
(i-1)，x
bh
(i))。
14.优选地，上述步骤3中将每个货舱段内货舱、压载舱、空舱所占货仓容积的比例作为自变量，分别建立货舱、压载舱、空舱容积与每个货舱段总容积的函数关系；记货舱容积占货舱段总容积比例为k
cot
(i)、压载舱容积占货舱段总容积比例为k
bwt
(i)、空舱容积占货舱段总容积比例为k
emp
(i)，k
cot
(i)+k
bwt
(i)+k
emp
(i)＝1；可以得到，货舱容积v
cot
(i)＝k
cot
(i)*v(i)、压载舱容积v
bwt
(i)＝k
bwt
(i)*v(i)、空舱容积v
emp
(i)＝k
emp
(i)*v(i)；总的货舱容积为∑v
cot
(i)。
15.优选地，上述步骤3中建立货舱、压载舱、空舱容积与横舱壁位置的函数关系；货舱体积v
cot
(i)＝k
cot
(i)*v(i)＝k
cot
(i)*f(x
bh
(i-1)，x
bh
(i))，压载舱体积v
bwt
(i)＝k
bwt
(i)*v(i)＝k
bwt
(i)*f(x
bh
(i-1)，x
bh
(i))，空舱体积v
emp
(i)＝k
emp
(i)*f(x
bh
(i-1)，x
bh
(i))。
16.优选地，上述步骤4中船体梁静水弯矩是根据船体型线提供的静水浮力分布、各舱容积、舱室位置及规范规定的装载工况计算不同工况下的船体梁静水弯矩m(j)，j为规范规定的装载工况数量。
17.优选地，上述步骤5中将船东要求、各规范准则的要求及有利于货物装卸和减轻空船重量的划分原则作为约束条件，以所有装载工况的静水弯矩极值(max(abs(m(j))))最小作为优化目标，对横舱壁位置x
bh
(i)、每个货舱段中货舱、压载舱、空舱所占货仓容积的比例k
cot
(i)、k
bwt
(i)、k
emp
(i)进行优化，得到理论最优的分舱设计方案。
18.优选地，所述约束条件可视具体目标船的设计要求确定。
19.优选地，所述约束条件包括当船东要求最小货舱容积为v
cot-targ
，则有约束条件∑v
cot
(i)≥v
cot-targ
；当防污染规范要求最大货舱容积为v
cot-lim
，则有约束条件∑v
cot
(i)≤v
cot-lim
。
20.相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
21.本发明为船舶分舱设计提供了一种基于概念优化的设计方法，可根据每一条船的船型特点、船东要求及规范规则要求，提供更为合理的分舱。使船体梁静水弯矩尽可能小，有效控制船舶结构尺寸，提高船舶经济性及绿色环保性。此外，该方法分舱结果由优化计算所得，降低了对设计人员专业技能的要求，可降低企业用工成本。
附图说明
22.图1为常规分舱结构示意图。
23.图2为特殊分舱设置的中压载舱结构示意图。
24.图3为特殊分舱设置的第一压载舱为空舱结构示意图。
25.图4为特殊分舱设置的阶梯型压载舱结构示意图。
26.图5为理论分舱最优解工程初始方案一示意图。
27.图6为理论分舱最优解工程初始方案二示意图。
28.附图标记：1.压载舱；2.货舱；3.横舱壁。
具体实施方式
29.为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：
30.如图1-6所示，本发明提出了一种基于概念优化的船舶分舱设计方法，将各段横舱壁的纵向位置、各段货舱内货舱2和压载舱1的比例关系、各段内压载舱1的装载率都作为可优化变量，通过优化算法自动优化，给出使船体梁静水弯矩极值最小的理论最优分舱方案，使普通设计师也能针对不同的船分别设计出理论最优的分舱形式。
31.本发明将各段横舱壁3的纵向位置以及货舱段内货舱2、压载舱1、空舱所占货仓容积的比例作为优化变量，以船体梁静水弯矩极值最小作为目标函数，以各规范准则的要求及有利于货物装卸和减轻空船重量的划分原则为约束条件，采用优化算法进行分舱优化；优化算法是通用的算法，通用的优化算法均可实现。
32.具体步骤如下：
33.(1)依据船东要求及各规范准则，确定货舱段个数n，则横舱壁数量为n+1。
34.(2)将各横舱壁3的位置作为自变量，根据船体型线，建立每个货舱段的总容积与横舱壁3位置的函数关系；
35.(3)将每个货舱段内货舱2、压载舱1、空舱所占货仓容积的比例作为自变量，分别建立货舱2、压载舱1、空舱容积与每个货舱段总容积的函数关系，进一步地，即与横舱壁3位置的函数关系。
36.(4)依据规范要求的不同装载工况，建立所有装载工况下各舱的重量重心分布与货舱2、压载舱1、空舱所占货舱段容积的比例及横舱壁3位置的函数关系；在此基础上，建立每个装载工况下船体梁静水弯矩与每个货舱段中货舱2、压载舱1、空舱所占货仓段容积的比例及横舱壁3位置的函数关系。
37.(5)将船东要求、各规范准则的要求及有利于货物装卸和减轻空船重量的划分原则作为约束条件，将所有装载工况的静水弯矩极值最小作为优化目标，对横舱壁3位置、每个货舱段中货舱2、压载舱1、空舱所占货仓容积的比例进行优化，得到理论最优的分舱设计。
38.在此基础上，可得到工程初始方案，后续可进行合理的调整。
39.以单纵舱壁的油船为例，假定根据破损要求确定货舱段个数为6，计货舱段编号i＝1，2
…
6。
40.记第i个货舱段前后舱壁位置分别为x
bh
(i-1)和x
bh
(i)，根据船体型线，建立第i个货舱段的总容积v(i)与舱壁位置的函数关系，v(i)＝f(x
bh
(i-1)，x
bh
(i))。
41.记货舱2容积占货舱段总容积比例为k
cot
(i)、压载舱1容积占货舱段总容积比例为k
bwt
(i)、空舱容积占货舱段总容积比例为k
emp
(i)，k
cot
(i)+k
bwt
(i)+k
emp
(i)＝1。可以得到，货舱2容积v
cot
(i)＝k
cot
(i)*v(i)、压载舱1容积v
bwt
(i)＝k
bwt
(i)*v(i)、空舱容积v
emp
(i)＝k
emp
(i)*v(i)。总的货舱容积为∑v
cot
(i)。
42.进一步地，建立各货舱段货舱2、压载舱1、空舱容积与横舱壁3位置的函数关系。货舱2体积v
cot
(i)＝k
cot
(i)*v(i)＝k
cot
(i)*f(x
bh
(i-1)，x
bh
(i))，压载舱1体积v
bwt
(i)＝k
bwt
(i)*v(i)＝k
bwt
(i)*f(x
bh
(i-1)，x
bh
(i))，空舱体积v
emp
(i)＝k
emp
(i)*f(x
bh
(i-1)，x
bh
(i))。
43.进一步，根据船体型线提供的静水浮力分布、各舱容积、舱室位置及规范规定的装载工况计算不同工况下的船体梁静水弯矩m(j)，j为规范规定的装载工况数量。
44.将船东要求、各规范准则的要求及有利于货物装卸和减轻空船重量的划分原则作为约束条件，以所有装载工况的静水弯矩极值(max(abs(m(j))))最小作为优化目标，对横舱壁3位置x
bh
(i)、每个货舱段中货舱2、压载舱1、空舱所占货仓容积的比例k
cot
(i)、k
bwt
(i)、k
emp
(i)进行优化，得到理论最优的分舱设计，如表1。其中，约束条件可视具体目标船的设计要求确定。譬如船东要求最小货舱容积为v
cot-targ
，则有约束条件∑v
cot
(i)≥v
cot-targ
。又如，防污染规范要求最大货舱容积为v
cot-lim
，则有约束条件∑v
cot
(i)≤v
cot-lim
。
45.在此基础上，可以得到初始工程设计，如图5、图6所示。
46.表1分舱优化结果表
47.货舱编号123456横舱壁(前)位置(m)5070110170240270货舱占比(％)857592887080压载舱占比(％)15258123020空舱占比(％)000000
48.本发明为船舶分舱设计提供了一种基于概念优化的设计方法，可根据每一条船的船型特点、船东要求及规范规则要求，提供更为合理的分舱。使船体梁静水弯矩尽可能小，有效控制船舶结构尺寸，提高船舶经济性及绿色环保性。此外，该方法分舱结果由优化计算所得，降低了对设计人员专业技能的要求，可降低企业用工成本。
49.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种基于概念优化的船舶分舱设计方法，其特征在于，将各段横舱壁的纵向位置以及货舱段内货舱、压载舱和空舱所占货仓容积的比例作为优化变量，以船体梁静水弯矩极值最小作为目标函数，以各规范准则的要求及有利于货物装卸和减轻空船重量的划分原则为约束条件，采用优化算法进行分舱优化。2.根据权利要求1所述的一种基于概念优化的船舶分舱设计方法，其特征在于，包括以下步骤，步骤1：依据船东要求及各规范准则，确定货舱段个数n，则横舱壁数量为n+1；步骤2：将各横舱壁的位置作为自变量，根据船体型线，建立每个货舱段的总容积与横舱壁位置的函数关系；步骤3：将每个货舱段内货舱、压载舱、空舱所占货仓容积的比例作为自变量，分别建立货舱、压载舱、空舱容积与每个货舱段总容积的函数关系；步骤4：依据规范要求的不同装载工况，建立所有装载工况下各舱的重量重心分布与货舱、压载舱、空舱所占货舱段容积的比例及横舱壁位置的函数关系；在此基础上，建立每个装载工况下船体梁静水弯矩与每个货舱段中货舱、压载舱、空舱所占货仓段容积的比例及横舱壁位置的函数关系；步骤5：将船东要求、各规范准则的要求及有利于货物装卸和减轻空船重量的划分原则作为约束条件，将所有装载工况的静水弯矩极值最小作为优化目标，对横舱壁位置、每个货舱段中货油舱、压载舱、空舱所占货仓容积的比例进行优化，得到理论最优的分舱设计方案；步骤6：在步骤5的基础上，可得到工程初始方案，后续可进行合理的调整。3.根据权利要求2所述的一种基于概念优化的船舶分舱设计方法，其特征在于，所述步骤3中建立货舱、压载舱、空舱容积与每个货舱段总容积的函数关系即为建立货舱、压载舱、空舱容积与横舱壁位置的函数关系。4.根据权利要求3所述的一种基于概念优化的船舶分舱设计方法，其特征在于，所述步骤2中将各横舱壁的位置作为自变量，根据船体型线，建立每个货舱段的总容积与横舱壁位置的函数关系；以单纵舱壁的油船为例，假定根据破损要求确定货舱段个数为n，计货舱段编号i＝1，2
…
n；记第i个货舱段前后舱壁位置分别为x
bh
(i-1)和x
bh
(i)，根据船体型线，建立第i个货舱段的总容积v(i)与舱壁位置的函数关系，v(i)＝f(x
bh
(i-1)，x
bh
(i))。5.根据权利要求4所述的一种基于概念优化的船舶分舱设计方法，其特征在于，所述步骤3中将每个货舱段内货舱、压载舱、空舱所占货仓容积的比例作为自变量，分别建立货舱、压载舱、空舱容积与每个货舱段总容积的函数关系；记货舱容积占货舱段总容积比例为k
cot
(i)、压载舱容积占货舱段总容积比例为k
bwt
(i)、空舱容积占货舱段总容积比例为k
emp
(i)，k
cot
(i)+k
bwt
(i)+k
emp
(i)＝1；可以得到，货舱容积v
cot
(i)＝k
cot
(i)*v(i)、压载舱容积v
bwt
(i)＝k
bwt
(i)*v(i)、空舱容积v
emp
(i)＝k
emp
(i)*v(i)；总的货舱容积为∑v
cot
(i)。6.根据权利要求5所述的一种基于概念优化的船舶分舱设计方法，其特征在于，所述步骤3中建立货舱、压载舱、空舱容积与横舱壁位置的函数关系；货舱体积v
cot
(i)＝k
cot
(i)*v(i)＝k
cot
(i)*f(x
bh
(i-1)，x
bh
(i))，压载舱体积v
bwt
(i)＝k
bwt
(i)*v(i)＝k
bwt
(i)*f(x
bh
(i-1)，x
bh
(i))，空舱体积v
emp
(i)＝k
emp
(i)*f(x
bh
(i-1)，x
bh
(i))。7.根据权利要求6所述的一种基于概念优化的船舶分舱设计方法，其特征在于，所述步
骤4中船体梁静水弯矩是根据船体型线提供的静水浮力分布、各舱容积、舱室位置及规范规定的装载工况计算不同工况下的船体梁静水弯矩m(j)，j为规范规定的装载工况数量。8.根据权利要求7所述的一种基于概念优化的船舶分舱设计方法，其特征在于，所述步骤5中将船东要求、各规范准则的要求及有利于货物装卸和减轻空船重量的划分原则作为约束条件，以所有装载工况的静水弯矩极值(max(abs(m(j))))最小作为优化目标，对横舱壁位置x
bh
(i)、每个货舱段中货油舱、压载舱、空舱所占货仓容积的比例k
cot
(i)、k
bwt
(i)、k
emp
(i)进行优化，得到理论最优的分舱设计方案。9.根据权利要求8所述的一种基于概念优化的船舶分舱设计方法，其特征在于，所述约束条件可视具体目标船的设计要求确定。10.根据权利要求9所述的一种基于概念优化的船舶分舱设计方法，其特征在于，所述约束条件包括当船东要求最小货舱容积为v
cot-targ
，则有约束条件∑v
cot
(i)≥v
cot-targ
；当防污染规范要求最大货舱容积为v
cot-lim
，则有约束条件∑v
cot
(i)≤v
cot-lim
。

技术总结
本发明涉及一种基于概念优化的船舶分舱设计方法，属于船舶设计及制造技术领域。本发明将各段横舱壁的纵向位置以及货舱段内货舱、压载舱和空舱所占货仓容积的比例作为优化变量，以船体梁静水弯矩极值最小作为目标函数，以各规范准则的要求及有利于货物装卸和减轻空船重量的划分原则为约束条件，采用优化算法进行分舱优化。通过本发明为船舶分舱设计提供了一种基于概念优化的设计方法，可根据每一条船的船型特点、船东要求及规范规则要求，提供更为合理的分舱。使船体梁静水弯矩尽可能小，有效控制船舶结构尺寸，提高船舶经济性及绿色环保性；通过本发明降低了对设计人员专业技能的要求，可降低企业用工成本。可降低企业用工成本。可降低企业用工成本。


技术研发人员：朱文博 徐莹 王元 汤雅敏 韩涛 朱俊侠 徐博 刘亚冲 李平书 吴嘉蒙 蔡诗剑
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/6/12