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.江蘇省鎮江船廠(集團)有限公司，江蘇 鎮江 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.江蘇省鎮江船廠(集團)有限公司，江蘇 鎮江 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上建立了模糊綜合評判數學模型，通過該模型對壓載艙的流水孔進行綜合評判，獲得了評估指標的滿意度函數，采用分級模糊評判方式將模糊綜合評判應用于流水孔的綜合研究。其評判結果與實際生產和運用相一致，其評判方法，可以應用于其他項目的評判。

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計和選用過程中，設計人員通常很少進行工藝性能及使用性能的分析，而是直接按照有關規范及相應的流水孔標準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構工藝性，對生產效率、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、透氣孔的結構形式，對船舶建造過程的涂裝質量控制及效率的提高具有一定的實際意義。

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

1 流水孔的形式和尺寸

圖1為CB/T 3184-2008標準中給出的幾種標準流水孔的形式,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標準中給出了各種流水孔的尺寸規定。本文以200 mm≤h<300 mm的結構各種流水孔進行討論。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范和標準選取的，是長期經驗和運用的總結，因此本文視其局部應力和結構形式為安全和合規的，不對其進行討論和分析。

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，構件安裝之前要進行打磨，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。在進行涂裝作業之前，流水孔的自由邊需按涂裝工藝的要求，打磨成過渡圓角，以便于連續漆膜的形成及良好的干膜結合力。

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

(4)便于油漆的預涂。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行手工預涂，因此流水孔還應便于油漆的預涂。

(5)具有最短的切割長度。流水孔的切割長度應盡可能短，特別是當流水孔為手工或仿形切割時，其割口質量很差，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，壓載艙需進行強度及密性試驗，有時下雨等艙內都會有積水，需將這些積水清除之后才可以繼續施工。在船舶使用的過程中，若要進行壓載艙底部涂裝修補時，同樣要進行清倉。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的水完全從流水孔流向水泵的吸口，同一結構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

結合工藝性分析，得到表1中的流水孔的工藝性及使用性能指標。表中，相對切割長度是結構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、使用性指標及其他很多復雜的影響因素，需要經過細致的分析、比較，才能從中選擇出一個較為滿意的方案。在這類工作中，專家的經驗和意見，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的基礎上，具有非常重要的實際意義。

表1 流水孔結構工藝性及使用性能指標

通過對表1的分析，發現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行一級綜合評判，然后在此基礎上對安全性、工藝性、使用性等進行二級模糊綜合評判，得到最終的評判結果。

6.1 建立因素集

取表1的安全性、工藝性、使用性作為3項指標，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為流水孔區域焊縫打磨方便性；U24為流水孔是否便于預涂；U25為具有流水孔的構建相對切割長度增加量；U31為艙內殘余水；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 建立因素權重集

在模糊綜合評判中，權重系數的確定十分重要，它可直接影響綜合評判的結果。確定權數的方法很多，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)進行比較，得到Ui+1,i∈[0,1](i=1,2,……，n-1)，最后得到各因素的權數值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數的過程，最后得到權重向量為：

第一層次的因素權重集A1=(0.01, 0.90, 0.09)；

第二層次工藝性的因素權重集A22=(0.221, 0.448, 0.314, 0.013，0.004)，使用性能的因素權重集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 評估指標的量化

在評估指標中，對便于流水孔區域焊縫打磨、切割后打磨、便于油漆預涂、是否有殘存水采用專家評分法進行量化，評分標準見表5。其余指標的量化采用滿意度函數法，以容許值、期望值、滿意度變化趨勢的方式，分別對其余3項指標給予量化，給出滿意度函數，見表6。

表5 專家評估指標的量化

6.5 一級模糊綜合評判

將表1中指標U22、U25、U32的實際值代入表6中的相應滿意度表達式中，可得到2個單項指標的評判集。綜合表5的結果，得到5個工藝性指標評判集和3個使用性能指標評判集為：

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項指標的量化

工藝性指標評判矩陣為：

使用性能指標評判矩陣為：

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個單項指標評判集：

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 結語

從上述的二級模糊綜合評判結果可以看出，船舶壓載水艙流水孔的形式中半圓形流水孔最優，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。船舶生產實際中也以半圓形流水孔居多，說明評判結果與實際生產和運用相一致，評判方法和結果可信。本文的評判結果，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，船體結構流水、透氣孔、通焊孔和密封性焊段孔[S].

[2] 徐昌文.模糊數學在船舶工程中的應用[M].北京:國防工業出版社,1992.

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

2013-07-28

張言才(1965-)，男，高級工程師，工學碩士，主要研究方向為船舶設計及項目管理；宋建榮(1970-)，男，工程師，從事海事管理工作。。

U663.85

A