本文選題：散貨船 + 配載儀�。� 參考：《大連海事大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：本文研究目標(biāo)是基于散貨船外殼及所有艙室的數(shù)字化3D模型,研究散貨船配載核心算法、智能配載算法及裝貨過(guò)程優(yōu)化問(wèn)題,并將其應(yīng)用于新一代散貨船智能化配載儀的開(kāi)發(fā)中�；诖四繕�(biāo),主要開(kāi)展了以下工作:基于船舶設(shè)計(jì)部門(mén)提供的船舶外殼及所有艙室精確的數(shù)字化3D模型建立船舶3D剖面模型數(shù)據(jù)庫(kù),在此3D數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上完成了配載相關(guān)核心算法研究。首先基于Sutherland-Hodgeman多邊形剪裁算法、多邊形等距偏移算法及Douglas-Peucker多邊形簡(jiǎn)化算法建立船舶3D剖面模型數(shù)據(jù)庫(kù),然后在此數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上計(jì)算船舶浮態(tài)、總縱向強(qiáng)度及破艙進(jìn)水分析。在計(jì)算船舶浮態(tài)時(shí),提出一種"簡(jiǎn)化矩陣法",該方法程序?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單,穩(wěn)定性好;在計(jì)算總縱強(qiáng)度時(shí),基于船舶外殼3D剖面模型計(jì)算浮力分布曲線,基于艙室的"重量分布表"計(jì)算船舶重量分布曲線,可提高計(jì)算精度;在進(jìn)行破艙分析時(shí),基于外殼及所有艙室的3D剖面模型,采用"增加重量法"計(jì)算破損浮態(tài),采用"損失浮力法"計(jì)算破損強(qiáng)度�；跇�(biāo)準(zhǔn)差分進(jìn)化算法實(shí)現(xiàn)散貨船智能配載。綜合考慮船舶安全性及經(jīng)濟(jì)性,并將船舶浮態(tài)控制作為約束條件,建立了散貨船多目標(biāo)約束優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。該模型通用性較好,通過(guò)不同的參數(shù)設(shè)定可滿足不同的實(shí)際需求,如最優(yōu)縱傾下的最佳配載、任意吃水下壓載水調(diào)平及載況優(yōu)化等。在模型求解時(shí),采用雙層優(yōu)化法進(jìn)行求解,將多目標(biāo)約束優(yōu)化轉(zhuǎn)換為雙層單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題。散貨船智能配載充分利用了計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)人工配載的不足,其給出的配載方案可有效改善船舶縱向受力情況�；跇�(biāo)準(zhǔn)差分進(jìn)化算法及離散差分進(jìn)化算法實(shí)現(xiàn)了散貨船裝貨過(guò)程優(yōu)化。散貨船裝貨過(guò)程優(yōu)化本質(zhì)是確定最佳分輪次裝貨方案。本文以"單頭作業(yè),兩輪裝載"裝貨方式為例,采用標(biāo)準(zhǔn)差分進(jìn)化算法及離散差分進(jìn)化算法相結(jié)合的混合差分進(jìn)化算法,對(duì)輪次裝貨量及輪次裝貨順序分別進(jìn)行實(shí)數(shù)編碼和整數(shù)編碼,建立了散貨船裝貨優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,并采用雙層優(yōu)化法進(jìn)行求解,程序會(huì)自動(dòng)給出最佳裝貨方案。該方法可有效提高裝貨效率,保障裝貨安全。最后,基于文中所提出算法開(kāi)發(fā)了一套散貨船智能化配載儀系統(tǒng),該系統(tǒng)對(duì)保證船舶安全、提高裝貨效率、實(shí)現(xiàn)船舶節(jié)能增效具有重要意義。本文是以散貨船為例,其關(guān)鍵技術(shù)同樣適用于其他類(lèi)型船舶,為油船、集裝箱船、多用途船等類(lèi)型船舶的配載儀研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
[Abstract]:The research goal of this paper is to study the key algorithm of bulk carrier loading, intelligent loading algorithm and the optimization of loading process based on the digital 3D model of bulk carrier shell and all compartments. It is applied to the development of the new generation intelligent stowage instrument for bulk carriers. Based on this goal, the following works are mainly carried out: the database of ship 3D profile model is established based on the accurate digital 3D model of ship shell and all compartments provided by ship design department. On the basis of the 3D database, the research on the core algorithms of stowage is completed. Firstly, based on Sutherland-Hodgeman polygon clipping algorithm, polygon offset migration algorithm and Douglas-Peucker polygon simplification algorithm, the ship 3D profile model database is established, and then the ship floating state, total longitudinal strength and the analysis of the breaking water are calculated based on the database. A simplified matrix method is proposed to calculate the floating state of a ship. The program is simple and stable, and the buoyancy distribution curve is calculated on the basis of 3D profile model of ship shell. The calculation of ship weight distribution curve based on the cabin weight distribution table can improve the accuracy of calculation. In the analysis of damage, the damaged floating state is calculated by "increasing weight method" based on the 3D profile model of the shell and all the compartments. The loss buoyancy method is used to calculate the damage strength. Intelligent stowage of bulk carriers is realized based on standard deviation evolutionary algorithm. Considering the safety and economy of the ship and taking the floating state control of the ship as the constraint condition, the mathematical model of multi-objective constrained optimization for bulk carriers is established. The model has good versatility and can meet different practical requirements by setting different parameters, such as optimal stowage under trim, water leveling and load condition optimization under arbitrary intake of ballast under water, and so on. In order to solve the problem, the multi-objective constrained optimization is transformed into a double-level single-objective optimization problem. The intelligent stowage of bulk carriers makes full use of the computing power of the computer and makes up for the deficiency of traditional manual loading. The loading scheme can effectively improve the longitudinal load situation of the ship. The optimization of bulk carrier loading process is realized based on standard deviation evolutionary algorithm and discrete differential evolutionary algorithm. The essence of the optimization of bulk cargo loading process is to determine the optimal loading plan. In this paper, a hybrid differential evolutionary algorithm, which combines standard differential evolutionary algorithm and discrete differential evolutionary algorithm, is used as an example of "single-head operation, two-wheel loading" loading. The mathematical model of bulk carrier loading optimization is established and solved by double layer optimization method. The program will automatically give the best loading scheme. This method can effectively improve loading efficiency and ensure loading safety. Finally, based on the algorithm proposed in this paper, an intelligent stowage system for bulk carriers is developed, which is of great significance to ensure ship safety, improve loading efficiency and achieve energy saving and efficiency gains. This paper takes bulk carrier as an example, its key technology is also applicable to other types of ships, which lays a foundation for the research and development of stowage instrument for oil tanker, container ship, multi-purpose ship and so on.
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：U674.134

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本文編號(hào)：1957018