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)備的正常運行。科學合理的油水管理信息系統(tǒng)，能幫助管理者準確、清晰、科學的做好油水的管理工作，實現(xiàn)油水管理信息化、精細化，同時實現(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)后都要進行一次手動測量油水艙，并進行計算和統(tǒng)計，由于計算和統(tǒng)計的工作量比較大，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)更好的對油水測量數(shù)據(jù)進行處理、計算和統(tǒng)計，使得油水管理更加準確、快速和高效。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計

將系統(tǒng)主要分為數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理和計算、數(shù)據(jù)匯總顯示和系統(tǒng)功能集成四個子模塊，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)對數(shù)據(jù)進行處理和計算，計算的基本依據(jù)主要是船舶的艙容表和裝載手冊，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)，從而實現(xiàn)船舶油水艙容的計算，船舶穩(wěn)性的計算等各項功能。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

2.1 艙容的自動查詢和計算

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，查詢計算液艙容積時，需要進行插值計算。人工計算時，相對的計算量和計算誤差在所難免。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數(shù)據(jù)進行查詢，得到液艙深度數(shù)值最近的兩個艙容數(shù)值，再利用深度進行線性插值計算，得到精確值。

2.2 船舶穩(wěn)性的計算

在得到各液艙的深度和體積時，設(shè)定了水和油的密度后，利用裝載手冊則可以計算出各個液艙在不同深度時相對于重心的力矩，這樣利用初穩(wěn)性高的計算公式可以計算出初穩(wěn)性高。

其中Δ， Xg， Yg， Zg分別為全船當前狀態(tài)的排水量、重心坐標;Wi， Xi， Yi， Zi分別為當前載況時各項固體載荷及液體載荷的重量、重心坐標，各液艙液體重量及重心按修正后的液體高度計算?？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，重心垂向坐標

自由液面修正量為

Δh = ∑ ρi， I xi /Δ

其中ρi， I xi為第i個艙柜的液體密度，第i個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劃，即要確定在現(xiàn)有的油水儲存量的基礎(chǔ)上加多少油水量，分別加到哪個艙，先加哪個艙和每個艙加多少的問題。這是一個多約束條件的優(yōu)化問題，以加油作業(yè)為例，目標是為：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或者多個可行解或者最優(yōu)解，崗位人員再根據(jù)這些可行方案進行進一步篩選，使得最后結(jié)果符合個性化的要求。

2.4 油水管理系統(tǒng)的專業(yè)練習功能

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平臺，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)，并制定加油計劃，關(guān)鍵在于制定完加油計劃后，崗位人員能在系統(tǒng)中得到檢驗，可以檢驗油水加注量是否計算正確，加注過程是否科學。油水管理信息系統(tǒng)提供給崗位人員一個模擬的平臺，允許崗位人員不斷的進行加油練習，進行加油計劃的試錯和優(yōu)化。

3 油水管理信息系統(tǒng)的特點

3.1 數(shù)據(jù)顯示的直觀和科學

本油水管理信息系統(tǒng)的主要作用就是對液艙的深度和容積進行錄入和顯示，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。當管理者對某一類油水特別感興趣時，只需點擊某一類油水，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液艙的裝載情況。

3.2 實現(xiàn)油水信息的共享

相對于原來的壓載臺單獨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)終端上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，船領(lǐng)導和其他船員能通過網(wǎng)絡(luò)查看基本的油水信息。同時油水管理員可以在不同的網(wǎng)絡(luò)終端上進行數(shù)據(jù)的管理。數(shù)據(jù)庫中錄入的數(shù)據(jù)也為油水消耗的計算提供了數(shù)據(jù)支撐。

3.3 實現(xiàn)系統(tǒng)的可移植性

油水管理信息系統(tǒng)的各個模塊相對獨立，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

（1） 油水管理日趨精細化和精準化，手動測量的次數(shù)不斷增多，油水管理信息系統(tǒng)不僅節(jié)省了大量的人力計算同時避免了計算可能帶來的錯誤。

（2）數(shù)字化的數(shù)據(jù)更容易進行處理，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)管理者對油水記錄進行查詢，同時大量的油水數(shù)據(jù)給管理者進行油水精細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）實時的計算功能能輔助崗位人員更科學的精確的管理全船的油水，為合理調(diào)配壓載并做出精準的管理決策。

（4） 油水管理信息系統(tǒng)又是一個很好的專業(yè)練習的平臺，能準確模擬一個船舶環(huán)境，便于崗位人員對油水管理特別是油水加注計劃的制定和油水調(diào)配進行專業(yè)練習。

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，重點講述了如何實現(xiàn)艙容查詢、穩(wěn)性計算、穩(wěn)性預估、輔助決策和信息系統(tǒng)在崗位練習中發(fā)揮的作用，采用編碼的方式實現(xiàn)液艙使用策略、加油作業(yè)的輔助決策功能等創(chuàng)新點解決了實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的一個平臺，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）