船舶壓載水艙流水孔選型的模糊綜合評判

張言才，宋建榮

(1.江蘇省鎮(zhèn)江船廠(集團(tuán))有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000；2.湖州市港航管理局，浙江 湖州 313000)

船舶壓載水艙流水孔選型的模糊綜合評判

張言才1，宋建榮2

(1.江蘇省鎮(zhèn)江船廠(集團(tuán))有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000；2.湖州市港航管理局，浙江 湖州 313000)

在對壓載艙流水孔工藝性及使用性能分析的基礎(chǔ)上建立了模糊綜合評判數(shù)學(xué)模型，通過該模型對壓載艙的流水孔進(jìn)行綜合評判，獲得了評估指標(biāo)的滿意度函數(shù)，采用分級模糊評判方式將模糊綜合評判應(yīng)用于流水孔的綜合研究。其評判結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)和運(yùn)用相一致，其評判方法，可以應(yīng)用于其他項(xiàng)目的評判。

壓載水艙;流水孔;選型;模糊決策

0 引言

在船舶壓載艙流水孔的設(shè)計和選用過程中，設(shè)計人員通常很少進(jìn)行工藝性能及使用性能的分析，而是直接按照有關(guān)規(guī)范及相應(yīng)的流水孔標(biāo)準(zhǔn)選取流水孔的形式和尺寸。但是,不同形式的壓載艙流水孔具有不同的結(jié)構(gòu)工藝性，對生產(chǎn)效率、勞動條件、施工周期的影響各不相同，對壓載水艙的殘存水影響也不相同，因此合理選擇流水孔、透氣孔的結(jié)構(gòu)形式，對船舶建造過程的涂裝質(zhì)量控制及效率的提高具有一定的實(shí)際意義。

本文對CB/T 3184-2008中的幾種形式的流水孔，結(jié)合船舶壓載艙涂裝要求，并考慮其結(jié)構(gòu)的工藝性和使用性，采用模糊綜合評判進(jìn)行研究分析。

1 流水孔的形式和尺寸

圖1為CB/T 3184-2008標(biāo)準(zhǔn)中給出的幾種標(biāo)準(zhǔn)流水孔的形式,從左向右依次為圓形、半圓形、腰圓形、半腰圓形、橢圓形。圖中,h為型材高度,Φ為流水孔直徑,R為半圓孔半徑,d為流水孔寬度,L為流水孔長度。

圖1 流水孔形式

CB/T 3184-2008標(biāo)準(zhǔn)中給出了各種流水孔的尺寸規(guī)定。本文以200 mm≤h<300 mm的結(jié)構(gòu)各種流水孔進(jìn)行討論。圖2所示為各種流水孔面積距艙底高度的變化情況。

圖2流水孔面積

2 流水孔的安全性

基于流水孔都是按規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)選取的，是長期經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)用的總結(jié)，因此本文視其局部應(yīng)力和結(jié)構(gòu)形式為安全和合規(guī)的，不對其進(jìn)行討論和分析。

3 流水孔工藝性分析

船舶壓載水艙流水孔的工藝性可從以下幾個方面來考慮：

(1)便于鋼板切割后的打磨。流水孔切割后，構(gòu)件安裝之前要進(jìn)行打磨，包括磨去切割的痕跡及孔周圍的尖角、毛刺等。不同形式的流水孔打磨的難易程度不同，圓形的流水孔由于操作空間受到孔的限制，其打磨難度顯然比半圓形流水孔的打磨難度要大。

(2)便于壓載水艙涂裝前的除銹、自由邊的打磨。在進(jìn)行涂裝作業(yè)之前，流水孔的自由邊需按涂裝工藝的要求，打磨成過渡圓角，以便于連續(xù)漆膜的形成及良好的干膜結(jié)合力。

(3)便于涂裝前流水孔區(qū)域焊縫的打磨。在進(jìn)行涂裝作業(yè)之前，流水孔區(qū)域的焊縫需按涂裝工藝的要求進(jìn)行打磨。圓形、腰圓形、橢圓形流水孔區(qū)域除了與艙底之間的結(jié)構(gòu)焊縫之外，流水孔區(qū)域沒有包角焊。半圓形、半腰圓形的流水孔區(qū)域有包角焊存在，需對包角焊縫進(jìn)行打磨。

(4)便于油漆的預(yù)涂。為了保證油漆涂裝后的漆膜均勻，油漆難以噴涂到的地方都要進(jìn)行手工預(yù)涂，因此流水孔還應(yīng)便于油漆的預(yù)涂。

(5)具有最短的切割長度。流水孔的切割長度應(yīng)盡可能短，特別是當(dāng)流水孔為手工或仿形切割時，其割口質(zhì)量很差，因此切割長度越短越好。

4 流水孔使用性分析

(1)是否有剩余殘存水。船舶建造過程中，壓載艙需進(jìn)行強(qiáng)度及密性試驗(yàn)，有時下雨等艙內(nèi)都會有積水，需將這些積水清除之后才可以繼續(xù)施工。在船舶使用的過程中，若要進(jìn)行壓載艙底部涂裝修補(bǔ)時，同樣要進(jìn)行清倉。因此對于壓載艙而言，希望艙底的殘存水量越少越好。

(2)最大流通面積。為了便于最后水艙內(nèi)的水完全從流水孔流向水泵的吸口，同一結(jié)構(gòu)上不同形式的流水孔，其流通面積越大越好。

(3)流通面積距流水孔底邊高度的平均增量。不同形式的流水孔，流水孔的流通面積隨水位距其下邊緣的變化而不同，在最大流通面積相同的情況下，希望流通面積隨著距流水孔底邊高度的增加而迅速增大。

5 流水孔工藝性指標(biāo)

結(jié)合工藝性分析，得到表1中的流水孔的工藝性及使用性能指標(biāo)。表中，相對切割長度是結(jié)構(gòu)上有流水孔和沒有流水孔時切割長度的增量。

流通面積隨著距流水孔底邊高度的平均增量可參見圖2計算出。

6 流水孔工藝性的模糊綜合評判

綜合評判是對給定對象綜合考慮多種因素進(jìn)行評價和判決的問題。如果在評判過程中涉及到模糊因素，則必須借助于模糊集合論方法才能得到有效的解決，這便是模糊綜合評判。

流水孔的合理選擇，涉及相互制約的安全性、工藝性、使用性指標(biāo)及其他很多復(fù)雜的影響因素，需要經(jīng)過細(xì)致的分析、比較，才能從中選擇出一個較為滿意的方案。在這類工作中，專家的經(jīng)驗(yàn)和意見，用戶的要求愿望，起著十分重要的作用。但這些意見和要求往往都具有模糊性，如果把這些模糊性加以解析化和定量化，則使船舶流水孔的選擇建立在科學(xué)的基礎(chǔ)上，具有非常重要的實(shí)際意義。

表1 流水孔結(jié)構(gòu)工藝性及使用性能指標(biāo)

通過對表1的分析，發(fā)現(xiàn)影響流水孔的因素較多，這些因素可分為2個層次。為此采用二級模糊綜合評判，即首先對影響工藝性和使用性能的因素進(jìn)行一級綜合評判，然后在此基礎(chǔ)上對安全性、工藝性、使用性等進(jìn)行二級模糊綜合評判，得到最終的評判結(jié)果。

6.1 建立因素集

取表1的安全性、工藝性、使用性作為3項(xiàng)指標(biāo)，組成因素集U可表示為：

U={U1,U2,U3}

式中：U1為安全性；U2為工藝性；U3為使用性。

U2={U21，U22，U23，U24，U25}

U3={U31，U32，U33}

式中：U21為切割后打磨方便性；U22為涂裝前的除銹及自由邊打磨方便性；U23為流水孔區(qū)域焊縫打磨方便性；U24為流水孔是否便于預(yù)涂；U25為具有流水孔的構(gòu)建相對切割長度增加量；U31為艙內(nèi)殘余水；U32為流水孔最大流通面積；U33為流水孔流通面積的增量。

6.2 建立因素權(quán)重集

在模糊綜合評判中，權(quán)重系數(shù)的確定十分重要，它可直接影響綜合評判的結(jié)果。確定權(quán)數(shù)的方法很多，本文采用常用的排序成對比較法,具體為：將所有的因素按重要性大小自上而下排列，即第i+1個因素僅與前面的第i個因素(假定其重要性為1)進(jìn)行比較，得到Ui+1,i∈[0,1](i=1,2,……，n-1)，最后得到各因素的權(quán)數(shù)值ai為：

表2、表3、表4為排序成對比較法得到第一層次及第二層次的因素權(quán)數(shù)的過程，最后得到權(quán)重向量為：

第一層次的因素權(quán)重集A1=(0.01, 0.90, 0.09)；

第二層次工藝性的因素權(quán)重集A22=(0.221, 0.448, 0.314, 0.013，0.004)，使用性能的因素權(quán)重集A23=(0.369, 0.332, 0.299)。

6.3 建立備擇集

建立流水孔的備擇集并表示為：

V={V1,V2，V3，V4，V5}

式中：V1為圓形流水孔；V2為半圓形流水孔；V3為腰圓形流水孔；V4為半腰圓形流水孔；V5為橢圓形流水孔。

表2 第一層次排序成對比較計算表

表3 工藝性第二層次排序成對比較計算表

表4 使用性第二層次排序成對比較計算表

6.4 評估指標(biāo)的量化

在評估指標(biāo)中，對便于流水孔區(qū)域焊縫打磨、切割后打磨、便于油漆預(yù)涂、是否有殘存水采用專家評分法進(jìn)行量化，評分標(biāo)準(zhǔn)見表5。其余指標(biāo)的量化采用滿意度函數(shù)法，以容許值、期望值、滿意度變化趨勢的方式，分別對其余3項(xiàng)指標(biāo)給予量化，給出滿意度函數(shù)，見表6。

表5 專家評估指標(biāo)的量化

6.5 一級模糊綜合評判

將表1中指標(biāo)U22、U25、U32的實(shí)際值代入表6中的相應(yīng)滿意度表達(dá)式中，可得到2個單項(xiàng)指標(biāo)的評判集。綜合表5的結(jié)果，得到5個工藝性指標(biāo)評判集和3個使用性能指標(biāo)評判集為：

R121=(0.400，1.000，0.400，1.000，0.400)

R122=(0.389，0.389，0.000，0.304，0.059)

R123=(1.000，0.400，1.000，0.400，1.000)

R124=(1.000, 1.000，1.000，1.000，1.000)

R125=(0.500, 1.000，0.000，0.890，0.075)

R131=(0.800, 1.000，0.800，1.000，0.800)

R132=(0.000, 0.710，0.900，1.000，0.710)

R133=(0.400, 1.000，1.000，1.000，1.000)

表6 3項(xiàng)指標(biāo)的量化

工藝性指標(biāo)評判矩陣為：

使用性能指標(biāo)評判矩陣為：

本文的模糊綜合判斷采用(·，+)模型，于是得到一級模糊工藝性評判集B2為B12=A22R12=(0.891 0.865 0.715 0.800 0.742)

B13=A23R13=(0.415 0.904 0.893 1.000 0.830)

6.6 二級模糊綜合評判

利用同樣的方法，可得到二級模糊綜合評判的3個單項(xiàng)指標(biāo)評判集：

R21=(1.000，1.000，1.000，1.000，1.000)

R22=(0.891，0.865，0.715，0.800，0.742)

R23=(0.415，0.904，0.893，1.000，0.830)

評判矩陣為：

二級模糊綜合評判集為：

B2=A1R2=(0.849，0.870，0.734，0.820，0.753)

7 結(jié)語

從上述的二級模糊綜合評判結(jié)果可以看出，船舶壓載水艙流水孔的形式中半圓形流水孔最優(yōu)，圓形流水孔次之，其余依次為半腰圓形流水孔、橢圓形流水孔、腰圓形流水孔。船舶生產(chǎn)實(shí)際中也以半圓形流水孔居多，說明評判結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)和運(yùn)用相一致，評判方法和結(jié)果可信。本文的評判結(jié)果，對其他液艙流水孔的選擇，具有一定的參考意義。

[1] CB/T 3184-2008，船體結(jié)構(gòu)流水、透氣孔、通焊孔和密封性焊段孔[S].

[2] 徐昌文.模糊數(shù)學(xué)在船舶工程中的應(yīng)用[M].北京:國防工業(yè)出版社,1992.

[3] 尹群,謝祚水.艦船相貫結(jié)構(gòu)切口形式的力學(xué)分析[J].船舶工程，1997，(5)：11-13.

2013-07-28

張言才(1965-)，男，高級工程師，工學(xué)碩士，主要研究方向?yàn)榇霸O(shè)計及項(xiàng)目管理；宋建榮(1970-)，男，工程師，從事海事管理工作。。

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