全回转起重船舶安全作业压载水动态调拨机理与优化理论研究

Ballast water adjustment is one of the key issues to ensure the efficiency and safety of offshore lifting operation for crane ships. In order to deal with the slow load adjustment speed, low control precision and low automation degree of existing ballast systems, this application puts forward to the research on the key technologies and control system of ballast water dynamic allocation, and achieves the ballast technology innovation. It is urgent to meet the needs of national science and technology development planning and offshore operation safety assurance. The characteristics of hoisting system condition, marine environmental load, ballast system configuration and ship state and their influence on ballast water allocation and ballast performance indicators are analyzed, and the dynamic allocation mechanism of various ballast systems is explored. The domain knowledge is excavated, multi field factors are integrated and the dynamic allocation optimization model of ballast water is established. The dynamic allocation solving strategies based on domain knowledge and dynamic programming are studied, and the efficient algorithm of dynamic allocation is established, which promotes the research progress of a kind of unconventional dynamic nonlinear allocation or dynamic layout optimization issues. A ballast monitoring, visual simulation and control system is developed. Software and hardware are integrated to develop the ballast information decision and control system for high-performance and large deep-sea crane ships, which provides technical and theoretical supports for crane ship's intelligent and offshore safe operation.

压载调载是决定起重船海上作业效率和安全保障的关键问题。本申请针对现有船舶压载系统存在调载速度慢、控制精度差、自动化程度低等问题，提出研究具有分析、决策功能信息系统的起重船压载水动态调拨系统关键技术和基础理论，创新压载技术，满足国家科技发展规划和海上作业保障技术的迫切需求。分析吊物系统、海洋环境载荷、压载系统配置和船舶状态等多领域因素特征及其对压载水调拨方案和相关性能指标的影响规律，揭示不同压载系统压载水动态调拨机理；挖掘调拨领域知识，集成多领域因素，建立压载水动态调拨优化模型；研究基于动态规划和调拨领域知识的动态调拨求解策略，建立动态调拨高效求解算法理论，促进一类非常规动态非线性调配或动态布局优化问题研究进展；建立压载监控、可视化仿真与控制系统，软件与硬件相集成，开发高性能大型深海作业起重船舶压载信息决策与控制系统，为起重船舶智能化、海上安全高效作业提供技术和理论支持。

压载调载是决定起重船海上作业效率和安全保障的关键问题。本项目针对压载系统存在调载速度慢、控制精度差、自动化程度低，难以适应起重船舶大型化、深海化和自动化发展需求，研究了全回转起重船压载水动态调拨优化理论与关键技术，提出了压载水动态调拨控制系统及决策仿真系统。.主要研究内容包括：分析了起重船作业过程，以及起重船常用的压载泵、压缩空气、重力自流及其复合压载系统作业机理，挖掘吊物系统、环境载荷、压载系统和船舶状态等因素特征及其对压载水调拨方案和相关性能指标的影响规律，建立了起重船作业动力学模型，揭示了压载水动态调拨作业机理；集成压载水调拨多领域影响因素，建立了多种起重船压载系统的压载水动态调拨优化模型，包括泵压载系统、泵和重力自流复合压载系统、压载水泵-重力自流-压缩空气复合系统压载水调拨以及吊装轨迹与压载水调拨协同匹配优化模型；针对压载水调拨连续的动态决策过程，研究提出了基于动态规划的压载水调拨求解策略和改进算法模型，降低求解难度；挖掘专家经验和现场调拨数据等领域知识，建立了压载水动态调拨领域知识库，提出了基于模糊推理和智能算法的压载水动态调拨优化算法，将领域知识引入优化求解过程，解决基于优化模型和常规算法求解效率不高和优化方案难以实用化问题；基于优化模型和算法，提出了具有信息分析与决策功能的起重船压载控制系统，研制了试验系统，提出了吊机、压载系统协调控制策略，开发了压载水动态调拨决策系统，以及基于Simulink和AQWA的仿真分析系统。通过典型案例仿真和实验分析，对提出模型、算法和系统的有效性进行了分析和验证，并对关键参数影响规律进行了仿真分析。本研究促进了基于领域知识的动态优化算法研究进展，创新压载理论与技术，为高性能船舶压载提供智能化、高效化和安全可靠压载调拨技术和系统，以满足国家海洋开发向深远海发展对海上安全吊装作业的迫切需求。