船舶压载水舱流水孔选型的模糊综合评判

张言才，宋建荣

(1.江苏省镇江船厂(集团)有限公司，江苏 镇江 212000；2.湖州市港航管理局，浙江 湖州 313000)

船舶压载水舱流水孔选型的模糊综合评判

张言才1，宋建荣2

(1.江苏省镇江船厂(集团)有限公司，江苏 镇江 212000；2.湖州市港航管理局，浙江 湖州 313000)

在对压载舱流水孔工艺性及使用性能分析的基础上建立了模糊综合评判数学模型，通过该模型对压载舱的流水孔进行综合评判，获得了评估指标的满意度函数，采用分级模糊评判方式将模糊综合评判应用于流水孔的综合研究。其评判结果与实际生产和运用相一致，其评判方法，可以应用于其他项目的评判。

压载水舱;流水孔;选型;模糊决策

0 引言

在船舶压载舱流水孔的设计和选用过程中，设计人员通常很少进行工艺性能及使用性能的分析，而是直接按照有关规范及相应的流水孔标准选取流水孔的形式和尺寸。但是,不同形式的压载舱流水孔具有不同的结构工艺性，对生产效率、劳动条件、施工周期的影响各不相同，对压载水舱的残存水影响也不相同，因此合理选择流水孔、透气孔的结构形式，对船舶建造过程的涂装质量控制及效率的提高具有一定的实际意义。

本文对CB/T 3184-2008中的几种形式的流水孔，结合船舶压载舱涂装要求，并考虑其结构的工艺性和使用性，采用模糊综合评判进行研究分析。

1 流水孔的形式和尺寸

图1为CB/T 3184-2008标准中给出的几种标准流水孔的形式,从左向右依次为圆形、半圆形、腰圆形、半腰圆形、椭圆形。图中,h为型材高度,Φ为流水孔直径,R为半圆孔半径,d为流水孔宽度,L为流水孔长度。

图1 流水孔形式

CB/T 3184-2008标准中给出了各种流水孔的尺寸规定。本文以200 mm≤h<300 mm的结构各种流水孔进行讨论。图2所示为各种流水孔面积距舱底高度的变化情况。

图2流水孔面积

2 流水孔的安全性

基于流水孔都是按规范和标准选取的，是长期经验和运用的总结，因此本文视其局部应力和结构形式为安全和合规的，不对其进行讨论和分析。

3 流水孔工艺性分析

船舶压载水舱流水孔的工艺性可从以下几个方面来考虑：

(1)便于钢板切割后的打磨。流水孔切割后，构件安装之前要进行打磨，包括磨去切割的痕迹及孔周围的尖角、毛刺等。不同形式的流水孔打磨的难易程度不同，圆形的流水孔由于操作空间受到孔的限制，其打磨难度显然比半圆形流水孔的打磨难度要大。

(2)便于压载水舱涂装前的除锈、自由边的打磨。在进行涂装作业之前，流水孔的自由边需按涂装工艺的要求，打磨成过渡圆角，以便于连续漆膜的形成及良好的干膜结合力。

(3)便于涂装前流水孔区域焊缝的打磨。在进行涂装作业之前，流水孔区域的焊缝需按涂装工艺的要求进行打磨。圆形、腰圆形、椭圆形流水孔区域除了与舱底之间的结构焊缝之外，流水孔区域没有包角焊。半圆形、半腰圆形的流水孔区域有包角焊存在，需对包角焊缝进行打磨。

(4)便于油漆的预涂。为了保证油漆涂装后的漆膜均匀，油漆难以喷涂到的地方都要进行手工预涂，因此流水孔还应便于油漆的预涂。

(5)具有最短的切割长度。流水孔的切割长度应尽可能短，特别是当流水孔为手工或仿形切割时，其割口质量很差，因此切割长度越短越好。

4 流水孔使用性分析

(1)是否有剩余残存水。船舶建造过程中，压载舱需进行强度及密性试验，有时下雨等舱内都会有积水，需将这些积水清除之后才可以继续施工。在船舶使用的过程中，若要进行压载舱底部涂装修补时，同样要进行清仓。因此对于压载舱而言，希望舱底的残存水量越少越好。

(2)最大流通面积。为了便于最后水舱内的水完全从流水孔流向水泵的吸口，同一结构上不同形式的流水孔，其流通面积越大越好。

(3)流通面积距流水孔底边高度的平均增量。不同形式的流水孔，流水孔的流通面积随水位距其下边缘的变化而不同，在最大流通面积相同的情况下，希望流通面积随着距流水孔底边高度的增加而迅速增大。

5 流水孔工艺性指标

结合工艺性分析，得到表1中的流水孔的工艺性及使用性能指标。表中，相对切割长度是结构上有流水孔和没有流水孔时切割长度的增量。

流通面积随着距流水孔底边高度的平均增量可参见图2计算出。

6 流水孔工艺性的模糊综合评判

综合评判是对给定对象综合考虑多种因素进行评价和判决的问题。如果在评判过程中涉及到模糊因素，则必须借助于模糊集合论方法才能得到有效的解决，这便是模糊综合评判。

流水孔的合理选择，涉及相互制约的安全性、工艺性、使用性指标及其他很多复杂的影响因素，需要经过细致的分析、比较，才能从中选择出一个较为满意的方案。在这类工作中，专家的经验和意见，用户的要求愿望，起着十分重要的作用。但这些意见和要求往往都具有模糊性，如果把这些模糊性加以解析化和定量化，则使船舶流水孔的选择建立在科学的基础上，具有非常重要的实际意义。

表1 流水孔结构工艺性及使用性能指标

通过对表1的分析，发现影响流水孔的因素较多，这些因素可分为2个层次。为此采用二级模糊综合评判，即首先对影响工艺性和使用性能的因素进行一级综合评判，然后在此基础上对安全性、工艺性、使用性等进行二级模糊综合评判，得到最终的评判结果。

6.1 建立因素集

取表1的安全性、工艺性、使用性作为3项指标，组成因素集U可表示为：

U={U1,U2,U3}

式中：U1为安全性；U2为工艺性；U3为使用性。

U2={U21，U22，U23，U24，U25}

U3={U31，U32，U33}

式中：U21为切割后打磨方便性；U22为涂装前的除锈及自由边打磨方便性；U23为流水孔区域焊缝打磨方便性；U24为流水孔是否便于预涂；U25为具有流水孔的构建相对切割长度增加量；U31为舱内残余水；U32为流水孔最大流通面积；U33为流水孔流通面积的增量。

6.2 建立因素权重集

在模糊综合评判中，权重系数的确定十分重要，它可直接影响综合评判的结果。确定权数的方法很多，本文采用常用的排序成对比较法,具体为：将所有的因素按重要性大小自上而下排列，即第i+1个因素仅与前面的第i个因素(假定其重要性为1)进行比较，得到Ui+1,i∈[0,1](i=1,2,……，n-1)，最后得到各因素的权数值ai为：

表2、表3、表4为排序成对比较法得到第一层次及第二层次的因素权数的过程，最后得到权重向量为：

第一层次的因素权重集A1=(0.01, 0.90, 0.09)；

第二层次工艺性的因素权重集A22=(0.221, 0.448, 0.314, 0.013，0.004)，使用性能的因素权重集A23=(0.369, 0.332, 0.299)。

6.3 建立备择集

建立流水孔的备择集并表示为：

V={V1,V2，V3，V4，V5}

式中：V1为圆形流水孔；V2为半圆形流水孔；V3为腰圆形流水孔；V4为半腰圆形流水孔；V5为椭圆形流水孔。

表2 第一层次排序成对比较计算表

表3 工艺性第二层次排序成对比较计算表

表4 使用性第二层次排序成对比较计算表

6.4 评估指标的量化

在评估指标中，对便于流水孔区域焊缝打磨、切割后打磨、便于油漆预涂、是否有残存水采用专家评分法进行量化，评分标准见表5。其余指标的量化采用满意度函数法，以容许值、期望值、满意度变化趋势的方式，分别对其余3项指标给予量化，给出满意度函数，见表6。

表5 专家评估指标的量化

6.5 一级模糊综合评判

将表1中指标U22、U25、U32的实际值代入表6中的相应满意度表达式中，可得到2个单项指标的评判集。综合表5的结果，得到5个工艺性指标评判集和3个使用性能指标评判集为：

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项指标的量化

工艺性指标评判矩阵为：

使用性能指标评判矩阵为：

本文的模糊综合判断采用(·，+)模型，于是得到一级模糊工艺性评判集B2为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 二级模糊综合评判

利用同样的方法，可得到二级模糊综合评判的3个单项指标评判集：

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)

评判矩阵为：

二级模糊综合评判集为：

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

7 结语

从上述的二级模糊综合评判结果可以看出，船舶压载水舱流水孔的形式中半圆形流水孔最优，圆形流水孔次之，其余依次为半腰圆形流水孔、椭圆形流水孔、腰圆形流水孔。船舶生产实际中也以半圆形流水孔居多，说明评判结果与实际生产和运用相一致，评判方法和结果可信。本文的评判结果，对其他液舱流水孔的选择，具有一定的参考意义。

[1] CB/T 3184-2008，船体结构流水、透气孔、通焊孔和密封性焊段孔[S].

[2] 徐昌文.模糊数学在船舶工程中的应用[M].北京:国防工业出版社,1992.

[3] 尹群,谢祚水.舰船相贯结构切口形式的力学分析[J].船舶工程，1997，(5)：11-13.

2013-07-28

张言才(1965-)，男，高级工程师，工学硕士，主要研究方向为船舶设计及项目管理；宋建荣(1970-)，男，工程师，从事海事管理工作。。

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