阅读说明：本技术 船舶总布置的参数化舱室区域化布局方法 (Regional layout method for parameterized cabin of ship general arrangement ) 是由 姜文英 牟立伟 周华伟 肖海松 侯远杭 于 2020-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种船舶总布置的参数化舱室区域化布局方法,其特征在于,包括以下步骤：步骤1,设计主要甲板和横纵舱壁；步骤2,通过主要甲板和横纵舱壁,对主船体进行分隔,从而形成主要功能区域；步骤3,以各舱室之间的相邻关系为依据,在各主要功能区域内布局相应重点舱室和通道；步骤4,通过使用基于灰色关联度的评估计算方法,对各功能区域内的重点舱室区域化布局进行优化。本发明的参数化舱室区域化布局方法对船舶的舱室区域化布局进行优化,使作业流程能够有序和高效的进行,并提升船舶作业的总体功效。(The invention discloses a regional layout method of a parameterized cabin of a ship general layout, which is characterized by comprising the following steps of: step 1, designing a main deck and transverse and longitudinal bulkheads; step 2, separating the main ship body through a main deck and transverse and longitudinal bulkheads so as to form a main functional area; step 3, based on the adjacent relation between the cabins, corresponding key cabins and channels are distributed in each main functional area; and 4, optimizing the regional layout of the key cabins in each functional region by using an evaluation calculation method based on the grey correlation degree. The regional layout method of the parameterized cabin optimizes the regional layout of the cabin of the ship, so that the operation process can be performed orderly and efficiently, and the overall efficiency of the ship operation is improved.)

船舶总布置的参数化舱室区域化布局方法

技术领域

本发明涉及一种船舶总布置的参数化舱室区域化布局方法，属于船舶技术领域。

背景技术

随着对船舶作业功效要求的逐渐提高。基于作业功效的船舶设计研究，对船舶设计研发能力的提升、行业的进步和科技的发展都将具有重要的意义。

船舶总布置是在主船体内部有限的空间范围内，合理的布局舱室和通道，以实现船舶的航行和作业等功能。舱室布局的主观性和不确定性较强，传统布局方式为在母型船舶的布局方案基础上，依靠总设计师的主观经验，经过设计螺旋的多次反复修改完成。

船舶总布置设计过程中，舱室区域化布局的特征主要体现为，将功能相近的舱室集中同一区域布局，将不宜相邻的舱室不同区域布局，从而提高船舶功能功效。而且船舶舱室区域化布局问题，还需要兼容空间与功能需求、兼顾空间与性能要求等问题。但是当前设计方式，虽然已经体现区域化布局的思想，但是缺乏有效的理论依据对舱室的区域化布局进行优化。

特别是大型水面船舶，因其任务功能复杂和多样，使各类型舱室和通道众多，且舱室功能存在一定交叉，进一步增加了舱室区域化布局的难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何对舱室的区域化布局进行优化。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种船舶总布置的参数化舱室区域化布局方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，设计主要甲板和横纵舱壁；

步骤2，通过主要甲板和横纵舱壁，对主船体进行分隔，从而形成主要功能区域；

步骤3，以各舱室之间的相邻关系为依据，在各主要功能区域内布局相应重点舱室和通道；

步骤4，通过使用基于灰色关联度的评估计算方法，对各功能区域内的重点舱室区域化布局进行优化。

优选地，所述的步骤1中，使用参数化方法定义主要甲板和横纵舱壁，公式如下：

式中：DK_i表示第i层甲板；NO_D表示第i层甲板的编号；Z_D表示第i层甲板所在垂向高度；X₁和X₂分别表示第i层甲板纵向的起始位置和终止位置；Mark_D表示第i层甲板的说明信息；BH_j表示第j个横舱壁；NO_B表示第j个舱壁的编号； X_B表示第j个横舱壁所在纵向位置；Z₁和Z₂分别表示第j个舱壁垂向的起始位置和终止位置；Mark_B表示第j个横舱壁的说明信息；LH_k表示第k个纵舱壁； NO_L表示第k个纵舱壁的编号；Y_B表示第k个舱壁所在横向位置；Z₁和Z₂分别表示第k个纵舱壁垂向的起始位置和终止位置；Mark_L表示第k个纵舱壁的说明信息。

优选地，所述的横纵舱壁为防撞舱壁或机舱前壁或机舱后壁。

优选地，所述的步骤3中，布置所述的重点舱室和通道时，将功能相近的舱室集中区域进行布局，将不宜相邻的舱室分区域进行布局，从而形成舱室的区域化布局方案。

优选地，所述的步骤4中对各功能区域内的重点舱室区域化布局进行优化为建立船舶舱室区域化布局的评价和优化的数学模型，通过灰色关联度关系表达各舱室之间的关联程度；影响灰色关联度关系的影响因素为环境载荷。

优选地，所述的环境载荷包括机械噪声、推进器引起振动、船舶的运动幅值。

优选地，所述的舱室区域化布局的目标函数的公式如下：

opt minU(x,L)＝min[1-(β₁U_global+β₂U_rel+β₃U_we)] (2)

式中：U为舱室区域化布局的目标函数；x为设计变量，代表舱室区域化布局方案；L为环境载荷的随机变量。

优选地，使用所述的基于灰色关联度的评估计算方法，通过参数化方法表达大表面和舱室的设计内容，以及各舱室之间的相邻关系的设计属性，作为输入条件。

优选地，所述的建立船舶舱室区域化布局的评价和优化的数学模型之后，设置全船各主要功能区域的环境载荷效用值，定义各舱室的环境载荷，选择合适的迭代计算方法，按照设计要求将待分配的各个舱室分配到不同的功能区域。

优选地，所述的迭代计算方法为粒子群算法。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明的参数化舱室区域化布局方法使用参数化方法，表达船舶总体布局的设计内容和设计属性，在通过图纸和文档体现设计方案的基础上，又增加了数据库储存方式，从而实现设计的信息化，并为后续的优化设计和三维设计提供数据基础。

2、本发明的参数化舱室区域化布局方法使用基于灰色关联度的评估计算方法，为船舶总布置的舱室区域化优化布局提供理论依据。

3、本发明的参数化舱室区域化布局方法对船舶的舱室区域化布局进行优化，使作业流程能够有序和高效的进行，有效提高舱室的使用的效率，并提升船舶作业的总体功效。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明提供了一种船舶总布置的参数化舱室区域化布局方法，其包括以下步骤：

步骤1，使用参数化方法定义主要甲板和横纵舱壁，公式如下所示。

式中：DK_i表示第i层甲板；NO_D表示第i层甲板的编号；Z_D表示第i层甲板所在垂向高度；X₁和X₂分别表示第i层甲板纵向的起始位置和终止位置；Mark_D表示第i层甲板的说明信息；BH_j表示第j个横舱壁；NO_B表示第j个舱壁的编号； X_B表示第j个横舱壁所在纵向位置；Z₁和Z₂分别表示第j个舱壁垂向的起始位置和终止位置；Mark_B表示第j个横舱壁的说明信息；LH_k表示第k个纵舱壁； NO_L表示第k个纵舱壁的编号；Y_B表示第k个舱壁所在横向位置；Z₁和Z₂分别表示第k个纵舱壁垂向的起始位置和终止位置；Mark_L表示第k个纵舱壁的说明信息。

步骤2，在满足规范约束条件要求下，如防撞舱壁位置，机舱长度和水密舱壁之间最小距离等，通过主要甲板和横纵舱壁，对主船体进行分隔，从而形成主要功能区域；以各舱室之间的相邻关系为依据，在各主要功能区域内布局相应重点舱室和通道；

其中，将功能相近的舱室集中区域进行布局，将不宜相邻的舱室分区域进行布局，从而形成舱室的区域化布局方案。

步骤3，建立船舶舱室区域化布局的评价和优化的数学模型，对各功能区域内的重点舱室区域化布局进行优化，通过灰色关联度关系表达各舱室之间的关联程度，影响该关联关系的影响因素即为环境载荷，包括机械噪声，推进器引起振动，船舶的运动幅值等。通过参数化方法表达大表面和舱室等设计内容，以及各舱室之间的相邻关系等设计属性。以此作为输入条件，使用基于灰色关联度的评估计算方法，对船舶的舱室区域化布局进行优化。舱室区域化布局的目标函数公式如下所示：

opt minU(x,L)＝min[1-(β₁U_global+β₂U_rel+β₃U_we)] (2)

式中：U为舱室区域化布局的目标函数；x为设计变量，代表舱室区域化布局方案；L为环境载荷的随机变量；U_global为全局位置参数；舱室分布的相对位置参数U_rel表示舱室之间邻近或远离的约束限制；U_we为舱室的重量分布参数；β_i (i＝1,2,3)为各子目标的权重系数，由设计者而定。

步骤4，设置全船各主要功能区域的环境载荷效用值，定义各舱室的环境载荷，选择合适的迭代计算方法(如粒子群算法)，按照设计要求将待分配的各个舱室分配到不同的功能区域。

本发明将功能相同舱室和关联程度紧密的舱室，集中进行布局形成舱室区域化布局，使作业流程能够有序和高效进行，有效提高舱室的使用的效率，并提升船舶作业的总体功效。

通过本发明的舱室区域化布局方法，有效提高舱室和通道的使用功效，为船舶舱室区域化布局优化设计提供理论依据。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

实施例1

通过垂向3层甲板和纵向6个隔断，对主船体进行分隔，从而形成18个主要功能区域；在该18个区域中对已知75个舱室进行优化布局，按照设计要求将各个舱室分配到不同的独立空间中去。

通过仿真得到每个独立空间的环境载荷参数(噪声、振动、运动幅值)的理论预报值，并将其归一化处理得到效用值，全船环境载荷效用值如下表1所示。

表1：全船各独立空间的环境载荷参数效用值(阴影区数字代表独立空间序号，每个方格中的三行数据由上至下分别为噪声、振动、运动幅值)

采用粒子群(PSO)算法对进行寻优计算，针对认知不确定性工况设定参数，经优化计算后，75个舱室的认知不确定性分配结果如下表2所示。

表2：基于认知不确定性的舱室布局结果(每个方格中的两行数据由上至下分别为工况1#和工况2#的参数)。