一种船舶机舱设备的智能布局设计方法与流程

本技术涉及船舶机舱设备布局设计领域，尤其是一种船舶机舱设备的智能布局设计方法。

背景技术：

1、船舶机舱设备布局设计是一种运用布局设计的理论，目的是提高船舶机舱设备布局设计的效率。通过布局设计，使得船舶机舱设备的布局更加充分合理，有利于提高工作效率。对于智能船舶来说，良好设备布局方案可以使得整个系统更加智能化、高效化。

2、传统船舶机舱设备布局设计方法通过现场实地测量，然后再调整和改进得到最终的布局方案。在这个过程中，需要考虑多方面的设计约束条件，比如船舶的结构形式、机电系统、燃油系统、通风系统、消防系统等。这些约束条件会相互干涉制约，导致设计过程中需要耗费相当大的时间和精力来进行试验与改进，而且还存在布局设计不完全的问题。

技术实现思路

1、本技术针对上述问题及技术需求，提出了一种船舶机舱设备的智能布局设计方法，本技术的技术方案如下：

2、一种船舶机舱设备的智能布局设计方法，包括如下步骤：

3、确定船舶机舱的可布局范围以及各个船舶机舱设备的设备功能；

4、根据各个船舶机舱设备的设备功能构建与各个船舶机舱设备的布局位置相关的总物料运输成本函数；根据各个船舶机舱设备的设备功能确定每个船舶机舱设备所属的系统群，同一个系统群内的船舶机舱设备的设备功能存在关联性；根据系统群关系构建与各个船舶机舱设备的布局位置相关的系统群关联函数；

5、根据总物料运输成本函数和系统群关联函数确定船舶机舱设备布局的综合代价函数，综合代价函数越小，表示在不同船舶机舱设备之间进行物料运输的总成本越低，且同一个系统群内的船舶机舱设备的布局紧凑程度越高；

6、基于船舶机舱设备在可布局范围内的布局间距要求，确定船舶机舱设备布局的约束条件；

7、在约束条件下利用遗传算法求解使得综合代价函数达到最小值时的各个船舶机舱设备的布局位置，得到智能布局设计方案。

8、其进一步的技术方案为，根据各个船舶机舱设备的设备功能构建与各个船舶机舱设备的布局位置相关的总物料运输成本函数包括：

9、根据任意船舶机舱设备i和船舶机舱设备j的设备功能，确定单位时间内船舶机舱设备i和船舶机舱设备j之间的单位距离运输成本g1(i,j)，整数参数i∈[1，n]，整数参数j∈[1，n]且j≠i，n是船舶机舱设备的总数；

10、构建得到单位时间内船舶机舱设备i和船舶机舱设备j的物料运输成本f1(i,j)＝g1(i,j)×d(i,j)，d(i,j)是船舶机舱设备i和船舶机舱设备j之间的运输距离且与船舶机舱设备i和船舶机舱设备j的布局位置相关；

11、构建得到与各个船舶机舱设备的布局位置相关的总物料运输成本函数

12、

13、其进一步的技术方案为，确定单位时间内船舶机舱设备i和船舶机舱设备j之间的单位距离运输成本g1(i,j)包括：根据单位时间内船舶机舱设备i和船舶机舱设备j的设备功能确定船舶机舱设备i和船舶机舱设备j之间的单位距离的物料运输损耗lij和物料运输频率sij，确定单位时间内船舶机舱设备i和船舶机舱设备j之间的单位距离运输成本g1(i,j)＝lijsij。

14、其进一步的技术方案为，根据系统群关系构建与各个船舶机舱设备的布局位置相关的系统群关联函数包括：

15、根据同一个系统群内的各个船舶机舱设备的设备功能之间的关联性关系，构建得到与各个船舶机舱设备的布局位置相关的系统群密切程度函数；

16、以及，根据任意船舶机舱设备i及其所属的系统群的定位点k之间的距离f3(i,k)构建得到系统群距离函数系统群定位点k是同一个系统群内的管路和线路连接的集中点，m是船舶机舱设备i所属的系统群的数量，整数参数i∈[1，n]，n是船舶机舱设备的总数。

17、其进一步的技术方案为，构建系统群密切程度函数包括：

18、根据各个船舶机舱设备的设备功能，确定任意船舶机舱设备i和船舶机舱设备j之间的密切强度系数rij，密切强度系数rij表示船舶机舱设备i和船舶机舱设备j的设备功能的关联关系的密切程度，当船舶机舱设备i和船舶机舱设备j属于同一个系统群且关联关系的密切程度越高时，密切强度系数rij越大，当船舶机舱设备i和船舶机舱设备j不属于同一个系统群时rij＝0；

19、根据密切强度系数rij和关联因子vij，确定任意船舶机舱设备i和船舶机舱设备j之间的密切程度f2(i,j)，关联因子vij表示船舶机舱设备i和船舶机舱设备j的密切强度系数rij与船舶机舱设备i和船舶机舱设备j的布局位置之间的距离的关系，当船舶机舱设备i和船舶机舱设备j之间的密切强度系数rij越大时，船舶机舱设备i和船舶机舱设备j的布局位置之间的距离越近、关联因子vij越大、任意两个船舶机舱设备的密切程度f2(i,j)越高；

20、构建得到系统群密切程度函数整数参数i∈[1，n]，整数参数j∈[1，n]且j≠i，n是船舶机舱设备的总数。

21、其进一步的技术方案为，根据密切强度系数rij和关联因子vij，确定任意船舶机舱设备i和船舶机舱设备j之间的密切程度f2(i,j)＝rijvij。

22、其进一步的技术方案为，确定船舶机舱设备布局的约束条件包括：

23、在船舶机舱的可布局范围内确定各个船舶机舱设备与舱壁之间的距离满足预定阈值h1为第一约束条件，确定任意两个船舶机舱设备之间的距离满足预定阈值h2为第二约束条件。

24、其进一步的技术方案为，船舶机舱的可布局范围为长度l、宽度b的矩形区域，任意船舶机舱设备i的占地区域是长度ai、宽度bi的矩形区域，确定各个船舶机舱设备与舱壁之间的距离满足预定阈值h1为第一约束条件：

25、

26、其中，l是船舶机舱的长度，b是船舶机舱的宽度，xi是船舶机舱设备i的布局位置的横坐标，yi是船舶机舱设备i的布局位置的纵坐标；

27、确定任意两个船舶机舱设备之间的距离满足预定阈值h2为第二约束条件：

28、

29、其中，aj是船舶机舱设备j的长度，bj是船舶机舱设备j的宽度，xj是船舶机舱设备j的布局位置的横坐标，yj是船舶机舱设备j的布局位置的纵坐标。

30、其进一步的技术方案为，确定船舶机舱设备的综合代价函数权重ωr≥0，

31、其进一步的技术方案为，得到智能布局设计方案还包括：确定最少一个目标船舶机舱设备的目标布局位置；在各个目标船舶机舱设备分别位于对应的目标布局位置处的基础上，在约束条件下利用遗传算法求解使得综合代价函数达到最小值时的其他各个船舶机舱设备的布局位置，得到智能布局设计方案。

32、本技术的有益技术效果是：

33、本技术提出的一种船舶机舱设备的智能布局设计方法，通过分析船舶机舱设备的设备功能，构建与各个船舶机舱设备的布局位置相关的综合代价函数。跟据布局位置的间距要求设计约束条件，并利用遗传算法求解在约束条件下的综合代价函数最小的布局位置，得到最优布局方案。通过对船舶机舱空间进行建模，对船舶机舱设备的布局关系进行归纳总结，将实际作业需求转化为数学模型，并利用智能算法进行求解，使设计者能够量化地了解设计效果，从而快速高效设计出符合实际作业规律的布局方案。

34、通过分析各个船舶机舱设备的设备功能，将船舶机舱设备之间的运输成本进行量化，利用科学的方法确保设计的布局方案满足物料运输成本最小化需求。通过统计各个船舶机舱设备的系统群关联关系，充分考虑各个船舶机舱设备之间的密切强度和距离，确保同一个系统群内的船舶机舱设备的布局位置紧凑，节省船舶机舱设备之间的管路线路铺设成本。

35、通过设置船舶机舱设备布局的约束条件，保证各个船舶机舱设备与舱壁之间的布局间距和各个船舶机舱设备之间的布局间距满足安全距离，防止布局设计的明显不合理和安全事故的发生。通过设置指定船舶机舱设备的目标布局位置，将功能特殊的船舶机舱设备的布局位置固定下来，能够确保关键重要的船舶机舱设备的布局处在正确的位置上，从而使得最终布局方案可行和实用。

技术特征：

1.一种船舶机舱设备的智能布局设计方法，其特征在于，所述智能布局设计方法包括：

2.根据权利要求1所述的智能布局设计方法，其特征在于，所述根据各个船舶机舱设备的设备功能构建与各个船舶机舱设备的布局位置相关的总物料运输成本函数包括：

3.根据权利要求2所述的智能布局设计方法，其特征在于，所述确定单位时间内船舶机舱设备i和船舶机舱设备j之间的单位距离运输成本g1(i,j)包括：根据单位时间内船舶机舱设备i和船舶机舱设备j的设备功能确定船舶机舱设备i和船舶机舱设备j之间的单位距离的物料运输损耗lij和物料运输频率sij，确定单位时间内船舶机舱设备i和船舶机舱设备j之间的单位距离运输成本g1(i,j)＝lijsij。

4.根据权利要求1所述的智能布局设计方法，其特征在于，所述根据系统群关系构建与各个船舶机舱设备的布局位置相关的系统群关联函数包括：

5.根据权利要求4所述的智能布局设计方法，其特征在于，构建系统群密切程度函数包括：

6.根据权利要求5所述的智能布局设计方法，其特征在于，根据密切强度系数rij和关联因子vij，确定任意船舶机舱设备i和船舶机舱设备j之间的密切程度f2(i,j)＝rijvij。

7.根据权利要求1所述的智能布局设计方法，其特征在于，所述确定船舶机舱设备布局的约束条件包括：

8.根据权利要求7所述的智能布局设计方法，其特征在于，船舶机舱的可布局范围为长度l、宽度b的矩形区域，任意船舶机舱设备i的占地区域是长度ai、宽度bi的矩形区域，所述确定各个船舶机舱设备与舱壁之间的距离满足预定阈值h1为第一约束条件：

9.根据权利要求4所述的智能布局设计方法，其特征在于，确定船舶机舱设备的综合代价函数权重ωr≥0，

10.根据权利要求1所述的智能布局设计方法，其特征在于，得到智能布局设计方案还包括：

技术总结
本申请公开了一种船舶机舱设备的智能布局设计方法，涉及船舶机舱设备布局设计领域，该方法包括：确定船舶机舱设备的可布局范围以及各个船舶机舱设备的设备功能，构建与布局位置相关的总物料运输成本函数。确定每个船舶机舱设备所属的系统群，构建与布局位置相关的系统群关联函数。根据总物料运输成本函数和系统群关联函数确定船舶机舱设备的综合代价函数。基于船舶机舱设备的布局间距要求，确定船舶机舱设备的约束条件。在约束条件下利用遗传算法求解使综合代价函数值最小时的各个船舶机舱设备的布局位置，得到智能布局设计方案。通过对船舶机舱设备的布局关系进行归纳总结，能够快速高效设计出符合实际作业规律的布局方案。

技术研发人员：刁峰,张海华,陈京普,王伟,邬婷
受保护的技术使用者：中国船舶科学研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5