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原文传递基于领域知识的全回转起重船压载水动态调拨优化及仿真研究

论文题名：	基于领域知识的全回转起重船压载水动态调拨优化及仿真研究
关键词：	全回转起重船;压载水;动态调拨;领域知识;数值仿真
摘要：	随着海洋资源的不断开发，海上作业的规模也逐步扩大。起重船作为一种海上作业重要装备，正向着大型化、高效化、智能化发展。起重船的压载水调拨是保证其海上安全作业的关键技术。压载水动态调拨方案优化设计具有建模、求解和工程实用等多重难度。为此，本文针对起重船施工的实际特点，基于动态规划、领域知识等优化理论，建立了压载水动态调拨优化模型并设计了高效求解算法，从而快速制定科学、可靠的压载水调拨方案。主要研究内容如下：　　（1）根据全回转起重船施工特点，基于船舶静力学，以起重船作业时长作为优化目标，以各个压载舱室的水位高度为决策变量，以起重船海上安全施工的各项条件为约束，基于动态规划（DynamicProgramming，DP）理论，离散化起重船的回转过程，建立起重船压载水动态调拨优化模型。结合模型特点和具体案例，采用进化算法（EvolutionaryAlgorithms，EA）进行优化求解，将其求解结果与现有方法制定的调拨方案和人工制定的方案对比，从而验证模型和进化算法的有效性。　　（2）针对现有调拨技术提供的方案难以工程应用，且求解效率较低等问题，提出了基于领域知识的压载水动态调拨求解方法。通过挖掘专家经验和现场调拨数据等领域知识，建立了压载水舱室调用模糊推理系统，设计了基于领域知识的进化算法（EvolutionaryAlgorithmsBasedonDomainKnowledge,EA-DK），对模型进行求解，并对算例进行对比分析，验证EA-DK的优越性。结果表明，改进后的遗传算法和粒子群算法较改进前分别减少54.5％、76.8%的计算时间，分别提升22.9%、18.1%的施工效率，舱室调用个数减少25%。专家经验规则等领域知识的引入，保证施工安全的同时，有效地提高了作业效率，优化方案更符合工程实际。　　（3）利用AQWA（AdvancedQuantitativeWaveAnalysis）软件，模拟分析起重船配载后不同工况下的横摇、横荡以及系泊缆受力情况，对动态调拨方案的可行性和质量进行评价分析。案例分析结果表明，吊臂处于0o时横摇角较小，最大横摇角为1.25o，横荡波动较小；吊臂处于90o时横摇角较大，最大横摇角达到4.2o，横荡波动较大。两种工况下船体的横摇角变化、横荡变化一直处于安全范围，系泊缆最大受力满足系泊缆的许用强度，可以正常施工。　　（4）基于全回转起重船压载试验平台，结合起重船实际的作业流程，利用MATLABAPPDESIGNER设计了起重船压载水动态调拨决策人机交互软件。将决策平台与硬件控制相连接，便于操作人员使用，更好地将起重船压载水动态调拨求解策略应用到工程实际中，为实现起重船压载水调拨可视化的智能操作系统提供了借鉴。　　综上所述，本文研究将专家经验等领域知识与智能算法相结合，有效地提高了起重船压载水动态调拨作业效率，使获得的调拨方案更符合工程实际，为实现智能、高效的压载水调拨系统奠定了基础。
作者：	陆振星
专业：	机械工程
导师：	刘志杰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2022