船舶油水管理信息系統(tǒng)的研究和開發(fā)

黃振華 蔡鵬飛 高潤(rùn)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。科學(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(cè)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(cè)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(cè)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(yǔ)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(zhǎng)為10厘米，而測(cè)量液艙深度的量尺精度為0.1厘米，因此在測(cè)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(kù)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?？梢缘玫匠醴€(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(yè)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(kù)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(kù)，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(shì)。

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(cè)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(cè)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(yǔ)

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(guó)衛(wèi)星海上測(cè)控部）