遠(yuǎn)洋魷魚釣漁船主尺度分析及船型優(yōu)化

， ，

(1.大連海洋大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，遼寧 大連 116023；2.江蘇省運(yùn)河航運(yùn)公司船廠,江蘇 淮安 223002)

隨著我國(guó)保護(hù)近海漁業(yè)資源戰(zhàn)略的實(shí)施，近年來(lái)，越來(lái)越多的漁船開始進(jìn)行遠(yuǎn)洋捕撈作業(yè)，魷魚釣漁船就是其中的主力船型之一。魷魚釣漁船最早在日本發(fā)展，因其漁法簡(jiǎn)單、漁獲質(zhì)量好而得到推廣。我國(guó)自上世紀(jì)末開始發(fā)展遠(yuǎn)洋魷魚釣漁船，初期的船型以舊的拖網(wǎng)漁船改裝而成，隨著作業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和新漁場(chǎng)的開拓，有必要對(duì)其船型優(yōu)化進(jìn)行深入研究。

1 型船數(shù)據(jù)的收集

我國(guó)遠(yuǎn)洋魷魚釣漁船的主要作業(yè)漁場(chǎng)最初是日本海漁場(chǎng)，后逐漸開發(fā)了北太平洋漁場(chǎng)、新西蘭漁場(chǎng)、阿根廷漁場(chǎng)等，并形成了相當(dāng)規(guī)模的專業(yè)性生產(chǎn)隊(duì)伍，遠(yuǎn)洋魷魚釣業(yè)已成為中國(guó)遠(yuǎn)洋漁業(yè)的一大支柱產(chǎn)業(yè)[1]。近年來(lái)設(shè)計(jì)的一批魷魚釣漁船，同最初的改裝漁船相比，明顯體現(xiàn)了對(duì)遠(yuǎn)洋捕撈作業(yè)的適應(yīng)性，具體分析如下。

1)自持力明顯增加，一般不小于50 d，更適應(yīng)去遠(yuǎn)海資源較好的漁場(chǎng)進(jìn)行漁撈作業(yè)，且補(bǔ)給次數(shù)明顯減少，減輕了漁業(yè)輔助船的負(fù)擔(dān)。

2)對(duì)于魷魚釣船來(lái)說(shuō)，其漁撈甲板上的主要設(shè)備有釣機(jī)、海錨起放絞車等[2]。近年來(lái)，我國(guó)自行設(shè)計(jì)和建造的專業(yè)魷魚釣船，在船長(zhǎng)上有不斷增大的趨勢(shì)[3]。船長(zhǎng)增大，既滿足了漁撈作業(yè)對(duì)甲板面積的需要，又滿足了艙容的需要，且改善了船員的居住條件和漁船的性能，尤其是漁船的抗風(fēng)能力，使?jié)O船更能滿足遠(yuǎn)洋作業(yè)的要求。

3)速凍加工能力明顯增強(qiáng)，一般每船配備冷凝壓縮機(jī)組三臺(tái)，速凍加工能力為30 t/d以上，且速凍溫度低，漁獲品質(zhì)好。同時(shí)，極大改善了魚艙及船員生活區(qū)的衛(wèi)生條件，從而提高了漁獲的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，可以供應(yīng)國(guó)際市場(chǎng)。

在研究分析時(shí)，搜集了100余艘近10年來(lái)建造的、具有代表性的魷魚釣漁船基本資料。

2 主要參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

2.1 魚艙容積

遠(yuǎn)洋魷魚釣漁船屬于布置地位型船，其艙容的大小是決定能否滿足裝載的關(guān)鍵。漁船在營(yíng)運(yùn)中主要裝載的為燃油、淡水以及漁獲物[4]，因此，漁船的艙容為燃油艙、淡水艙及魚艙的艙容之和。

其中魚艙不僅是儲(chǔ)存漁獲物的處所，還要維持艙內(nèi)較低的溫度以達(dá)到對(duì)漁獲物進(jìn)行保鮮的目的，這點(diǎn)對(duì)遠(yuǎn)洋魷魚釣漁船尤其重要，因此首先應(yīng)該考慮滿足魚艙容積的需要。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，得到遠(yuǎn)洋魷魚釣漁船的魚艙容積V與主尺度立方數(shù)之間的回歸結(jié)果見圖1，回歸方程為

(1)

式中：LPP——船長(zhǎng)，m；

B——型寬，m；

H——艙深，m。

2.2 船長(zhǎng)(垂線間長(zhǎng)LPP)

船長(zhǎng)是漁船主尺度中一個(gè)極其重要的尺度，與快速性、穩(wěn)性、耐波性、艙容以及漁撈作業(yè)要求的布置與性能、漁船造價(jià)等密切相關(guān)，因此格外重要。遠(yuǎn)洋魷魚釣漁船不僅要滿足冷凍魚艙艙容的需要，還要滿足釣機(jī)布置的需要，船長(zhǎng)的取值必然增大。船長(zhǎng)增大，布置的釣機(jī)數(shù)量增加，日漁獲量也相應(yīng)增加，但同時(shí)漁船造價(jià)也上升，釣機(jī)數(shù)量增加也導(dǎo)致投入增加。因此，應(yīng)進(jìn)行必要的經(jīng)濟(jì)技術(shù)論證，確定最佳船長(zhǎng)，以確保最佳經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 魚艙容積與主尺度立方數(shù)的關(guān)系

根據(jù)收集的資料，先計(jì)算漁船的主尺度立方數(shù)，然后經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，得到遠(yuǎn)洋魷魚釣漁船的船長(zhǎng)與主尺度立方數(shù)之間的回歸結(jié)果見圖2，回歸方程為

LPP=4.419 3(LPP·B·H)0.315 7

(2)

圖2 船長(zhǎng)與主尺度立方數(shù)的關(guān)系

2.3 型寬B

漁船的型寬，取值較普通船舶為大，這樣有利于布置捕撈設(shè)備、提高初穩(wěn)性。運(yùn)用線性回歸分析，得到遠(yuǎn)洋魷魚釣漁船的型寬與船長(zhǎng)之間的回歸結(jié)果，見圖3，回歸方程為

B=2.282 7+0.132 0LPP

(3)

圖3 型寬與船長(zhǎng)的關(guān)系

2.4 吃水d

從耐波性考慮，“平均吃水”要小些，這會(huì)使得漁船的縱搖周期減小，并有利于緩和縱搖與起伏運(yùn)動(dòng)。但應(yīng)注意不要過(guò)多減小真正的吃水值，吃水值過(guò)小，容易引起漁船前踵出水而產(chǎn)生拍擊現(xiàn)象，對(duì)漁船強(qiáng)度不利。

從穩(wěn)性考慮，吃水減小，大的橫傾角時(shí)船舭部出水較早，穩(wěn)性降低。因此，應(yīng)根據(jù)其他參數(shù)，綜合考慮。運(yùn)用線性回歸分析，得到遠(yuǎn)洋魷魚釣漁船的吃水d與船長(zhǎng)Lpp之間的回歸結(jié)果,見圖4，回歸方程為

d=1.131 3+0.046 1LPP

(4)

圖4 吃水與船長(zhǎng)的關(guān)系

2.5 型深D

在選取漁船型深時(shí)，除了要考慮重心高度外，還要考慮甲板下容積的需要，遠(yuǎn)洋魷魚釣漁船尤其要保證足夠大的魚艙容積。從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，為避免造價(jià)過(guò)高，盡量不增加船長(zhǎng)；從穩(wěn)性角度考慮，為避免大傾角穩(wěn)性不佳，不宜過(guò)多增加型寬。因此，增加型深是增加甲板下容積的惟一有效辦法，所以遠(yuǎn)洋魷魚釣漁船型深的取值也較一般船舶為大。運(yùn)用線性回歸分析，得到遠(yuǎn)洋魷魚釣漁船的型深與船長(zhǎng)之間的回歸結(jié)果，見圖5，回歸方程為

D=1.323 6+0.124 6LPP

(5)

圖5 型深與船長(zhǎng)的關(guān)系

2.6 干舷F

干舷值決定儲(chǔ)備浮力的大小。儲(chǔ)備浮力通常以滿載排水量的百分比表示，漁船約為50%左右[5]，對(duì)于遠(yuǎn)洋魷魚釣漁船這樣類型的船舶，從安全性的角度考慮，其儲(chǔ)備浮力至少要達(dá)到排水量的50%。因此，遠(yuǎn)洋魷魚釣漁船的干舷值也較其他類型的船舶為大。運(yùn)用線性回歸分析，得到遠(yuǎn)洋魷魚釣漁船的干舷與船長(zhǎng)之間的回歸結(jié)果，見圖6，回歸方程為

F=0.078 6LPP-2.454 9

(6)

圖6 干舷與船長(zhǎng)的關(guān)系

2.7 主機(jī)功率

遠(yuǎn)洋魷魚釣漁船的主機(jī)功率都有所增加，提高了航速，更能適應(yīng)遠(yuǎn)洋作業(yè)的需要，但也有不利的一面，增加了造價(jià)和油耗。怎樣使增大的這部分投入能帶來(lái)有效的收益，是個(gè)值得研究的問(wèn)題。運(yùn)用線性回歸分析，得到遠(yuǎn)洋魷魚釣漁船的主機(jī)功率與船長(zhǎng)之間的回歸結(jié)果,見圖7，回歸方程為

P=15.631 0LPP-80.001 7

(7)

圖7 主機(jī)功率與船長(zhǎng)的關(guān)系

2.8 尺度比

除了主尺度外，還經(jīng)常采用船舶主要尺度間的比值表示船舶幾何特性。遠(yuǎn)洋魷魚釣漁船的只要尺度比值見表1。

表1 遠(yuǎn)洋魷魚釣漁船的尺度比

3 船型優(yōu)化

船型優(yōu)化的目的是為了追求最佳經(jīng)濟(jì)效益。 對(duì)于魷魚釣這樣的捕撈漁船而言，影響其經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)有：漁場(chǎng)資源豐饒程度K、魚價(jià)FP、燃油價(jià)格OP、漁港到漁場(chǎng)的距離S、停港天數(shù)d，及船員工資等，這些因素通常稱為外界環(huán)境因素。

漁場(chǎng)資源豐饒程度K，可歸結(jié)為單網(wǎng)產(chǎn)量Q及主機(jī)功率P的函數(shù)，即K=f(Q,P)，可依據(jù)實(shí)船資料經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析算得。

因?yàn)橥饨绛h(huán)境主要表示漁場(chǎng)特征以及一些與之相關(guān)的漁港與漁業(yè)市場(chǎng)因素，故把外界環(huán)境因素稱為漁場(chǎng)因素，可用式(8)來(lái)表示，即[6]

X=(X1,X2,X3,…,Xn)

(8)

式中：X——這個(gè)漁場(chǎng)的因素矩陣，

其中：X1，X2，X3，…，Xn——漁場(chǎng)資源豐饒程度K、資源質(zhì)量的魚價(jià)FP、油價(jià)OP、漁港到漁場(chǎng)的距離S、停港天數(shù)d,及船員工資等。

漁場(chǎng)因素決定了船型，即：B=f(X)。對(duì)每一個(gè)漁場(chǎng)而言，要找出適應(yīng)這個(gè)漁場(chǎng)條件并獲得最佳效益的船型，需要從眾多的主機(jī)功率與自持力的船型中搜索得到。對(duì)于每個(gè)漁場(chǎng)因素，有且僅有一種能取得最佳經(jīng)濟(jì)效益的船型與之對(duì)應(yīng)，這就是遙求得的“最優(yōu)船型”，尋求最優(yōu)船型的過(guò)程就是船型優(yōu)化的過(guò)程。這種船型可用式(9)來(lái)表示，即

B=(b1，b2，b3，…，bn)

(9)

式中：B——適應(yīng)漁場(chǎng)因素X的船型矩陣；

b1，b2，b3，…，bn——船型的主機(jī)功率、自持力、魚艙容積、航速等。

選擇了主機(jī)與自持力，可根據(jù)漁場(chǎng)資源情況求出艙容，然后可求出主尺度、排水量、航速等，然后以逐步近似的方法得到準(zhǔn)確可行的方案，并計(jì)算經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。關(guān)于漁船經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)的指標(biāo)，應(yīng)選取能全面代表漁船在其整個(gè)生命周期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)效果的指標(biāo)來(lái)作為依據(jù)，這樣才具有說(shuō)服力。因此，選取凈現(xiàn)值NPV。針對(duì)一系列的的主機(jī)功率與自持力分別進(jìn)行計(jì)算，最終比較經(jīng)濟(jì)性，確定最優(yōu)船型。

現(xiàn)代漁業(yè)提出了更高的要求，在漁船的生命周期內(nèi)(一般取15年)，由于資源狀況的變化和新漁場(chǎng)的不斷開發(fā)，捕撈漁船在其生命周期內(nèi)不可能始終在一個(gè)漁場(chǎng)作業(yè)[7]。也就是說(shuō)，為了追求最佳經(jīng)濟(jì)效益，捕撈漁船需要去不同的漁場(chǎng)進(jìn)行漁撈作業(yè)，因此，要求漁船的船型優(yōu)化需針對(duì)多個(gè)漁場(chǎng)進(jìn)行。

要找出最優(yōu)船型，需經(jīng)過(guò)二次搜索。即第一次搜索是對(duì)應(yīng)于m個(gè)漁場(chǎng)的m個(gè)最佳船型，第二次要從這m個(gè)最佳船型的最大與最小主機(jī)功率中，搜索出通過(guò)m個(gè)漁場(chǎng)作業(yè)后獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益的船型。

如果有m個(gè)漁場(chǎng)，則漁場(chǎng)因素矩陣X可用下式表示，即

(10)

相應(yīng)于漁場(chǎng)因素矩陣X，則與之對(duì)應(yīng)的船型矩陣B可用下式表示，即

(11)

尋求最優(yōu)船型的過(guò)程可以通過(guò)計(jì)算機(jī)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前計(jì)算機(jī)技術(shù)已普遍應(yīng)用于漁船及相關(guān)領(lǐng)域，尋優(yōu)的方法及編程語(yǔ)言有很多，可根據(jù)具體情況確定。但要注意，在尋優(yōu)過(guò)程中，有時(shí)與初始值步長(zhǎng)的選取有關(guān)，也有可能只得到局部最優(yōu)解而找不到全局的最優(yōu)解，所以，在這些方法搜索終止處要再次擴(kuò)展尋優(yōu)，也可以用搜索終止處的主機(jī)功率為初始點(diǎn)采用某些直接搜索法進(jìn)一步搜索[8]。

由于漁船面臨的上述復(fù)雜情況，真正搜索到適合多漁場(chǎng)作業(yè)的最優(yōu)船型非常困難。如漁場(chǎng)資源豐饒程度K發(fā)生變化，其它條件也相應(yīng)變化，以前求得的最佳船型已不能成為最佳船型，其它條件變化也是如此。因此，遠(yuǎn)洋魷魚釣漁船船型優(yōu)化的最終目的是搜索到“滿意船型”?！傲钊藵M意準(zhǔn)則”由諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Simon提出。他認(rèn)為在某些情況下，應(yīng)當(dāng)用“令人滿意解”來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)意義的最優(yōu)解[9]。這種“令人滿意準(zhǔn)則”同樣適用于漁船，在船型優(yōu)化過(guò)程中，搜索出一個(gè)在大多數(shù)階段或主要階段其經(jīng)濟(jì)性是“滿意”的，所以這個(gè)船型可以稱為“滿意船型”[10]，尋找“滿意船型”的觀點(diǎn)，已越來(lái)越為廣大實(shí)踐工作者所接受。

4 結(jié)論

1)搜集的資料均為近10年來(lái)實(shí)際建造的遠(yuǎn)洋魷魚釣漁船，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析得到的公式具有普遍代表性。

2)統(tǒng)計(jì)分析得到漁船主尺度之間相互關(guān)系之后，由于漁場(chǎng)的變化，需要對(duì)船型進(jìn)一步優(yōu)化，以便得到能適合多漁場(chǎng)作業(yè)的“滿意船型”。

3)得到的公式可為設(shè)計(jì)該類漁船提供參考，并作為船型論證的基礎(chǔ)。

[1] 羅福才，賈 復(fù)，陳 龍.中國(guó)遠(yuǎn)洋魷釣漁業(yè)的發(fā)展與前景[J].大連水產(chǎn)學(xué)院學(xué)報(bào),2000,15(2)：138-144.

[2] 孫文志.遠(yuǎn)洋魷魚釣船總布置特征[J].《大連水產(chǎn)學(xué)院學(xué)報(bào)》1998，13(4)：48-51.

[3] 陳慶義,賈 復(fù).魷魚釣船長(zhǎng)度的確定[J].水產(chǎn)科學(xué)，2002，21(1)：45-46.

[4] 賈 復(fù).漁船設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1990.

[5] 賈 復(fù).船舶原理與漁船結(jié)構(gòu)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1994.

[6] 錢 鴻，賈 復(fù)，楊 槱.多漁場(chǎng)作業(yè)最佳拖網(wǎng)漁船船型[J].船舶工程，1995(2)：24-26.

[7] 劉大路，于 欣，張 亞，等.遠(yuǎn)洋漁船船體加長(zhǎng)設(shè)計(jì)計(jì)算[J].船海工程，2010，39(3)：22-26.

[8] 賈 復(fù).論拖網(wǎng)漁船的最優(yōu)化[J].水產(chǎn)學(xué)報(bào)，1997(21)：118-122.

[9] 陶 冶，呂顯強(qiáng).交互式偏好滿意優(yōu)化在漁船技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證中的應(yīng)用[J].大連海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，26(4)：371-357.

[10] 賈 復(fù)，錢 鴻.論拖網(wǎng)漁船技術(shù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的制定[J].中國(guó)造船，1991(2)：28-36.