上海交通大学学报 ›› 2021, Vol. 55 ›› Issue (10): 1219-1227.doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.136
所属专题: 《上海交通大学学报》2021年“交通运输工程”专题; 《上海交通大学学报》2021年12期专题汇总专辑
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王运龙( ), 姜云博, 管官, 邢佳鹏, 于光亮
收稿日期:
2020-05-17
出版日期:
2021-10-28
发布日期:
2021-11-01
作者简介:
王运龙(1978-),男,山东省诸城市人,副教授,主要从事船舶与海洋平台智能优化设计技术的科研.电话(Tel.):0411-84706497;E-mail: 基金资助:
WANG Yunlong(), JIANG Yunbo, GUAN Guan, XING Jiapeng, YU Guangliang
Received:
2020-05-17
Online:
2021-10-28
Published:
2021-11-01
摘要:
船舶机舱设备布局设计属于密闭有限空间多目标优化设计问题,作为船舶的心脏,机舱设备的布局效果会影响到整条船舶各方面的性能.通过CATIA软件和知识工程技术对一艘多用途载货船舶机舱设备进行三维布局设计研究,建立船舶机舱分类规则以提高知识获取效率;建立设备虚拟面积增加规则来控制设备间距;运用参数化装配完成知识推理.最后,对生成的布局方案通过横倾力矩、干涉检查及逃生时间3项规则进行专家校验,结果符合预期,验证了知识工程在船舶机舱三维布局设计中的可行性和有效性.
中图分类号:
U661.4
U674.38
王运龙, 姜云博, 管官, 邢佳鹏, 于光亮. 基于知识工程的船舶机舱设备三维布局设计[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(10): 1219-1227.
WANG Yunlong, JIANG Yunbo, GUAN Guan, XING Jiapeng, YU Guangliang. Design of Three-Dimensional Layout of Ship Engine Room Equipment Based on Knowledge Based Engineering[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2021, 55(10): 1219-1227.
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图1
知识工程流程图
图2
基于知识工程的船舶机舱三维布局设计流程图
表1
多用途船主要尺度和参数
主要尺度和参数 | 数值 |
---|---|
总长/m | 199.80 |
垂线间长/m | 189.00 |
机舱长度/m | 42.00 |
型宽/m | 27.80 |
型深/m | 15.50 |
设计吃水/m | 10.30 |
机舱上甲板高度/m | 11.38 |
机舱下甲板高度/m | 7.70 |
机舱底层甲板高度/m | 3.65 |
载重量/t | 约26700.00 |
表2
机舱设备布局知识总结
名称 | 位置 |
---|---|
主机 | 单主机,中央轴线,大概率位于机舱1/2~2/3处 |
柴油发电机组 | 均位于上层甲板的主机后部,靠近中轴线烟囱部位 |
废气锅炉 | 均位于上层甲板的主机后部并且紧挨主机,对准烟囱口部位 |
燃油锅炉 | 均位于上层甲板的主机和发电机组后部,靠近中轴线烟囱部位 |
灰水泵 | 经常紧挨灰水舱,位于底层机舱甲板,靠近船壳内壁 |
消防泵组 | 一般位于主机前部,放置于底层甲板、海水箱与轴线中间 |
污水泵 | 紧挨生活污水存放舱,位于底层机舱甲板,靠近船壳内壁 |
油渣泵 | 位于主机周围,下层甲板的柴油舱底部船壳边缘,即底层甲板 |
排水泵 | 位于主机周围,紧挨澄清舱,位于底层甲板 |
中央冷却器 | 均位于机舱前部,放置下层甲板,接近货舱风道 |
供油单元 | 均位于机舱前部,远离主机,靠近机舱前壁和船壳外壁 |
燃油冷却机组 | 经常位于主机前部,靠近中轴线,靠近主机 |
主空气瓶 | 经常位于机舱尾部,关于中轴线对称,位于下甲板 |
辅空气瓶 | 经常位于机舱尾部,在主空气瓶周围,贴近舱壁 |
消防压力水柜 | 一般位于主机前部,靠近中轴线,远离主机 |
热井 | 均紧挨锅炉设备,位于机舱尾部舱壁处,位于主机后部 |
造水机 | 经常位于主机前部空地处,远离舱壁 |
滑油泵 | 经常位于主机滑油储藏舱后部,紧挨舱室外壁 |
表3
船舶机舱设备分类知识
设备分类 | 上平台(ωU=0.6) | 下平台(ωL=0.4) | 底层(ωF=0.8) | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
设备名称 | ω | 设备名称 | ω | 设备名称 | ω | ||||
A类(ωA=0.9) | 柴油发电机组 | 0.54 | 主辅机供油单元、轻柴油机冷却机组 | 0.36 | 主机和传动装置 | 0.72 | |||
B类(ωB=0.7) | 废气锅炉、燃油锅炉 | 0.42 | 中央冷却器、空气瓶组、辅助空气瓶组、消防压力水柜、热井、造水机 | 0.28 | 0.56 | ||||
C类(ωC=0.3) | 0.18 | 滑油泵 | 0.12 | 灰水泵、消防泵组、污水泵、油渣泵、排水泵 | 0.24 |
表4
多用途船机舱设备物理属性知识总结
名称 | a/m | b/m | h/m | m/kg |
---|---|---|---|---|
主机 | 10.2 | 7.8 | 10.650 | 323000 |
柴油发电机组 | 5.6 | 7.92 | 2.700 | 20700 |
废气锅炉 | 6.4 | 2.65 | 3.600 | 49200 |
燃油锅炉 | 1.6 | 1.6 | 5 | 7800 |
灰水泵 | 0.6 | 0.45 | 1 | 40 |
消防泵组,2个 | 0.6 | 0.45 | 1 | 50 |
污水泵 | 0.6 | 0.45 | 1 | 40 |
油渣泵 | 0.6 | 0.45 | 1 | 40 |
排水泵 | 0.6 | 0.45 | 1 | 40 |
中央冷却器 | 0.835 | 1.85 | 2.125 | 100 |
供油单元,2个 | 2.8 | 1.200 | 2 | 150 |
燃油冷却机组 | 2 | 1.200 | 1.750 | 50 |
主空气瓶,2个 | 3.2 | 3.800 | 1.500 | 100 |
辅空气瓶,3个 | 0.4 | 2.400 | 1.700 | 80 |
消防压力水柜 | 1.5 | 1.500 | 2 | 50 |
热井 | 1.35 | 2.500 | 2.240 | 200 |
造水机 | 500 | 1.100 | 1.500 | 180 |
滑油泵 | 1.4 | 0.500 | 0.500 | 40 |
图3
机舱布局边界示意图
表5
设备产生式列表
序号 | 设备名称 | If name= | Then | ||
---|---|---|---|---|---|
1 | 主机和传动装置 | Main_engine | x1=d/2 | y1=0 | z1=3650 |
2 | 柴油发电机组 | Generators | x2=0.6x1 | y2=b2/2±100 | z2=11383 |
3 | 废气锅炉 | Exhaust_boilor | x3=11500 | y3=b3/2±100 | z3=11383 |
4 | 燃油锅炉 | Oil_fired_boilor | x4=x2/2 | y4=b4/2±100 | z4=11383 |
5 | 主辅机供油单元 | Booster_unit | x5=d-3000 | y5=3000±w/2 | z5=7700 |
6 | 柴油机冷却机组 | Diesel cooler | x6=x1+a1+3000 | y6=b6/2±100 | z6=7700 |
7 | 热井 | Hot_well | x7=x1-3000 | y7=b7/2±1500 | z7=7700 |
8 | 中央冷却器 | Centeral_cooler | x8=33000-100 | y8=3650+100 | z8=7700 |
9 | 空气瓶组 | Air_reservior | x9=d/3 | y9=0 | z9=7700 |
10 | 辅空气瓶组 | Aux_air_reservior | x10=x9+b9/2+b10/2 | y10=3500 | z10=7700 |
11 | 消防压力水柜 | Fire_hydrophore | x11=d-a11/2-100 | y11=b11/2±100 | z11=7700 |
12 | 造水机 | Water_generator | x12=d-a12/2-3000 | y12=w/2-3000 | z12=7700 |
13 | 消防泵组 | Fire_pump | x13=x1+a1+3000 | y13=±5000/2 | z13=3650 |
14 | 灰水泵 | Grey_pump | x14=22000+100 | y14=3000+100 | z14=3650 |
15 | 污水泵 | Sewage_pump | x15=18000+100 | y15=2500+100 | z15=3650 |
16 | 油渣泵 | Sludge_pump | x16=20000+100 | y16=-2750-100 | z16=3650 |
17 | 排水泵 | Discharge_pump | x17=25000+100 | y17=-4000-100 | z17=3650 |
18 | 滑油泵 | Lubri_pump | x18=36000+100 | y18=5500+100 | z18=7700 |
表6
设备虚拟面积增加规则
设备 | a | b | p | q |
---|---|---|---|---|
主机和传动装置 | >8000 | >5000 | a/2 | b/2 |
4001~8000 | 3001~5000 | a/2.5 | b/2.5 | |
≤4000 | ≤3000 | a/3 | b/3 | |
柴油发电机组 | >5000 | >2000 | a/4 | b/2 |
3001~5000 | 1201~2000 | a/3 | b/2.5 | |
≤3000 | ≤1200 | a/2.5 | b/1.25 | |
废气锅炉 | >2000 | >2000 | a/3 | b/3 |
≤2000 | ≤2000 | a/2.5 | b/2.5 | |
泵 | - | - | 300 | 300 |
其他 | >3000 | >3000 | a/3.5 | b/3.5 |
2001~3000 | 2001~3000 | a/3 | b/3 | |
1001~2000 | 1001~2000 | a/2.5 | b/2.5 | |
≤1000 | ≤1000 | a/2 | b/2 |
图4
机舱设备三维布局知识表示结果
图5
CATIA软件中机舱布局参数和公式表达
图6
船舶机舱三维布局知识推理结果
图7
检查错误信息
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