黃振華 蔡鵬飛 高潤玉
摘要:油水的變化給船舶壓載帶來變化,影響船舶姿態(tài)和穩(wěn)性,也影響著船員的日常生活和設(shè)備的正常運(yùn)行??茖W(xué)合理的油水管理信息系統(tǒng),能幫助管理者準(zhǔn)確、清晰、科學(xué)的做好油水的管理工作,實(shí)現(xiàn)油水管理信息化、精細(xì)化,同時(shí)實(shí)現(xiàn)管理信息共享。
關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)處理;信息系統(tǒng)開發(fā);艙容查詢;船舶油水管理
某船加油水作業(yè)前,加油水作業(yè)后都要進(jìn)行一次手動(dòng)測量油水艙,并進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì),由于計(jì)算和統(tǒng)計(jì)的工作量比較大,為了更加快速測算油水,本文講述了開發(fā)油水管理信息系統(tǒng)的方法和過程,油水管理信息系統(tǒng)更好的對(duì)油水測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、計(jì)算和統(tǒng)計(jì),使得油水管理更加準(zhǔn)確、快速和高效。
1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
將系統(tǒng)主要分為數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理和計(jì)算、數(shù)據(jù)匯總顯示和系統(tǒng)功能集成四個(gè)子模塊,用戶在數(shù)據(jù)管理界面輸入液艙深度的數(shù)據(jù)后,系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算,計(jì)算的基本依據(jù)主要是船舶的艙容表和裝載手冊(cè),經(jīng)過處理后即得到船舶油水總量、穩(wěn)性等基本船舶管理的數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)匯總和顯示的界面中,集中顯示船舶數(shù)據(jù),從而實(shí)現(xiàn)船舶油水艙容的計(jì)算,船舶穩(wěn)性的計(jì)算等各項(xiàng)功能。軟件開發(fā)采用c#語言、VS2010集成開發(fā)環(huán)境。
2 主要的功能設(shè)計(jì)
2.1 艙容的自動(dòng)查詢和計(jì)算
艙容表的步長為10厘米,而測量液艙深度的量尺精度為0.1厘米,因此在測量完深度,查詢計(jì)算液艙容積時(shí),需要進(jìn)行插值計(jì)算。人工計(jì)算時(shí),相對(duì)的計(jì)算量和計(jì)算誤差在所難免。在數(shù)據(jù)庫中錄入艙容表中的數(shù)據(jù),根據(jù)液艙的深度和船舶的縱傾角度對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢,得到液艙深度數(shù)值最近的兩個(gè)艙容數(shù)值,再利用深度進(jìn)行線性插值計(jì)算,得到精確值。
2.2 船舶穩(wěn)性的計(jì)算
在得到各液艙的深度和體積時(shí),設(shè)定了水和油的密度后,利用裝載手冊(cè)則可以計(jì)算出各個(gè)液艙在不同深度時(shí)相對(duì)于重心的力矩,這樣利用初穩(wěn)性高的計(jì)算公式可以計(jì)算出初穩(wěn)性高。
其中Δ, Xg, Yg, Zg分別為全船當(dāng)前狀態(tài)的排水量、重心坐標(biāo);Wi, Xi, Yi, Zi分別為當(dāng)前載況時(shí)各項(xiàng)固體載荷及液體載荷的重量、重心坐標(biāo),各液艙液體重量及重心按修正后的液體高度計(jì)算。可以得到初穩(wěn)心高為
h0 = Zm - Zg
其中Zm, Zg分別為穩(wěn)心垂向坐標(biāo),重心垂向坐標(biāo)
自由液面修正量為
Δh = ∑ ρi, I xi /Δ
其中ρi, I xi為第i個(gè)艙柜的液體密度,第i個(gè)艙柜的自由液面慣性矩,這樣,修正后的初穩(wěn)性高為
h = h0 - Δh
利用以上的關(guān)系式,和裝載手冊(cè)的數(shù)據(jù),就可以得到船舶的修正后的初穩(wěn)性高。
2.3 油水管理系統(tǒng)輔助決策的作用
油水的加注需要制定油水加注計(jì)劃,即要確定在現(xiàn)有的油水儲(chǔ)存量的基礎(chǔ)上加多少油水量,分別加到哪個(gè)艙,先加哪個(gè)艙和每個(gè)艙加多少的問題。這是一個(gè)多約束條件的優(yōu)化問題,以加油作業(yè)為例,目標(biāo)是為:加油完成后修正后的初穩(wěn)性在要求范圍內(nèi);約束條件為:各艙液位深度不超過液艙容積最大值;各液艙油量總和為計(jì)劃的加油量;加油完成后,船舶剪切力和彎矩滿足條件;各液艙的容積和目標(biāo)量一致;加油完成后,縱傾值在要求范圍內(nèi),橫傾值為0。
在不同的約束條件的限制下,我們可以得到不同的一個(gè)或者多個(gè)可行解或者最優(yōu)解,崗位人員再根據(jù)這些可行方案進(jìn)行進(jìn)一步篩選,使得最后結(jié)果符合個(gè)性化的要求。
2.4 油水管理系統(tǒng)的專業(yè)練習(xí)功能
本文中的油水管理信息系統(tǒng)給崗位人員提供了這樣的一個(gè)平臺(tái),系統(tǒng)中允許崗位人員先設(shè)定好油水存量,再想訂加油作業(yè),并制定加油計(jì)劃,關(guān)鍵在于制定完加油計(jì)劃后,崗位人員能在系統(tǒng)中得到檢驗(yàn),可以檢驗(yàn)油水加注量是否計(jì)算正確,加注過程是否科學(xué)。油水管理信息系統(tǒng)提供給崗位人員一個(gè)模擬的平臺(tái),允許崗位人員不斷的進(jìn)行加油練習(xí),進(jìn)行加油計(jì)劃的試錯(cuò)和優(yōu)化。
3 油水管理信息系統(tǒng)的特點(diǎn)
3.1 數(shù)據(jù)顯示的直觀和科學(xué)
本油水管理信息系統(tǒng)的主要作用就是對(duì)液艙的深度和容積進(jìn)行錄入和顯示,所以數(shù)據(jù)的顯示十分重要,直接影響系統(tǒng)的可讀性和人機(jī)交互性。在首頁中利用塊狀區(qū)域顯示各類油水的總量情況,使得使用者能清楚的掌握全船油水基本情況。當(dāng)管理者對(duì)某一類油水特別感興趣時(shí),只需點(diǎn)擊某一類油水,就可以看到該類油水各液艙的裝載情況,包括液艙深度、裝載量和裝滿率,利用顏色的變化使得管理者能夠直觀的感受各個(gè)液艙的裝載情況。
3.2 實(shí)現(xiàn)油水信息的共享
相對(duì)于原來的壓載臺(tái)單獨(dú)的全船油水管理系統(tǒng),油水管理信息系統(tǒng)能在不同的網(wǎng)絡(luò)終端上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享,船領(lǐng)導(dǎo)和其他船員能通過網(wǎng)絡(luò)查看基本的油水信息。同時(shí)油水管理員可以在不同的網(wǎng)絡(luò)終端上進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理。數(shù)據(jù)庫中錄入的數(shù)據(jù)也為油水消耗的計(jì)算提供了數(shù)據(jù)支撐。
3.3 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可移植性
油水管理信息系統(tǒng)的各個(gè)模塊相對(duì)獨(dú)立,只需要改變基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫,就可以將信息系統(tǒng)移植到別的船舶,這樣的低耦合的模塊化設(shè)計(jì)也是信息系統(tǒng)開發(fā)的大趨勢。
4 某船油水管理信息系統(tǒng)的作用和特點(diǎn)
(1) 油水管理日趨精細(xì)化和精準(zhǔn)化,手動(dòng)測量的次數(shù)不斷增多,油水管理信息系統(tǒng)不僅節(jié)省了大量的人力計(jì)算同時(shí)避免了計(jì)算可能帶來的錯(cuò)誤。
(2)數(shù)字化的數(shù)據(jù)更容易進(jìn)行處理,油水管理信息系統(tǒng)記錄下了每次油水測量的結(jié)果,方便后續(xù)管理者對(duì)油水記錄進(jìn)行查詢,同時(shí)大量的油水?dāng)?shù)據(jù)給管理者進(jìn)行油水精細(xì)化管理乃至船舶的綜合管理提供了可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。
(3)實(shí)時(shí)的計(jì)算功能能輔助崗位人員更科學(xué)的精確的管理全船的油水,為合理調(diào)配壓載并做出精準(zhǔn)的管理決策。
(4) 油水管理信息系統(tǒng)又是一個(gè)很好的專業(yè)練習(xí)的平臺(tái),能準(zhǔn)確模擬一個(gè)船舶環(huán)境,便于崗位人員對(duì)油水管理特別是油水加注計(jì)劃的制定和油水調(diào)配進(jìn)行專業(yè)練習(xí)。
5 結(jié)語
本文講述了油水信息系統(tǒng)的相關(guān)研究及其開發(fā)過程,重點(diǎn)講述了如何實(shí)現(xiàn)艙容查詢、穩(wěn)性計(jì)算、穩(wěn)性預(yù)估、輔助決策和信息系統(tǒng)在崗位練習(xí)中發(fā)揮的作用,采用編碼的方式實(shí)現(xiàn)液艙使用策略、加油作業(yè)的輔助決策功能等創(chuàng)新點(diǎn)解決了實(shí)際工作中的空白和不足,油水管理信息系統(tǒng)不僅解決了目前工作中的困難,更是提供了崗位人員練習(xí)的一個(gè)平臺(tái),將是船舶油水管理的利器。
(作者單位:中國衛(wèi)星海上測控部)