船舶结构规范法设计软件开发Word文档下载推荐.docx
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目前民用船舶结构设计主要是依据船舶入级与建造规范进行的。
在根据船舶入级与建造规范进行船舶结构设计时，规范要求条目繁琐，计算量庞杂，结构计算说明书也需要进行整理。
为了解决上述问题，本文编制了船舶结构规范法设计软件。
本文依据船舶入级与建造规范（CCS）具体结构设计条款，利用VB与SQLserver编程功能，编制了友好的船舶结构设计界面。
用户使用该软件可以依次对船舶底部、舷侧、甲板和其他结构部分进行板材、标准型材和组合型材的设计及优化。
结构设计完毕后，软件可以对该船舶进行总纵强度的校核。
该软件的编制结合了Word、Excel的VBA（VisualBasicforApplication）功能。
当设计后的结构满足规范要求的强度后，用户可以根据需要，选择输出各部分结构计算说明书、总纵强度计算表格或全船结构计算说明书。
同时，为了使用户更好的使用软件，软件中设置了帮助文档和提示。
本文编制的软件包含CCS内河船和海船的设计规范，可对两种类型的船舶分别进行设计，并按照规范要求对各种特殊类型的船舶结构进行特殊设计（双壳油船双壳结构、散货船顶边舱和底边舱等）。
该软件界面简洁，方便易用，免去依据船舶规范进行船舶结构设计时繁琐的手工计算，显著提高了船舶结构设计的效率和质量，有较强的工程实用价值。
关键词：
船舶；
规范；
结构设计；
VisualBasic；
软件开发
Abstract
Atpresent,civilshipstructuresaremostlydesignedbytherules.Thedesignprocessbasedontherulesisafussyworkincludingalotofcalculations,andalsothespecificationofstructuredesignneedstobesortedout.Therefore,thesoftwareofshipstructuredesignbyCCSrulesisprogrammedinthepaper.
ThesoftwareofshipstructuredesignedbyCCSruleshasfriendlyinterfaceforusersbasedontheCCSrules’itemswiththeprogrammingfunctionofVisualBasicandSQLserver2000.Withthefunctionsofthissoftware,userscaneasilydesignandoptimizetheplate,standardsteelandbuilt-upplateinthepartofshipbottom,broadside,deckorotherparts.Afterthedesignofshipstructure,thesoftwarealsocancheckwhetherthelongitudinalstrengthmeetstherequirement.
Whenprogrammingthesoftware,theVBA（VisualBasicforApplication）functionofWordandExcelisused.Ifthelongitudinalstrengthmeetstherequirement,userscanchoosetooutputanypartsofthespecificationofstructuredesign,thesheetoflongitudinalstrength’scalculationorthespecificationofthewholeship’sstructuredesign.Forbetteruseofthesoftware,userscanturntothehelpdocument.
ThesoftwareofshipstructuredesignbyCCSrulesisprogrammedbasedonbothfreshwaterandseashiprules.Userscandesignstructuresofthetwokindsofshipsbythesoftware;
userscanalsodesigntheunusualstructureofspecialships,suchasstructurestrengtheninicedistrict,singleordoublehulloiltank,containerandbulkcarrier.Thissoftwarehasfriendlyandsententiousinterfaces,strongpracticability,anditcansavethetimeofshipstructuredesignandimprovecalculationefficiency.
KeyWords：
ship；
CCSrules；
structuredesign；
softwaredevelopment
1绪论
1.1船舶建造规范的产生、发展和作用
18世纪40年代以前，所有的船舶都凭经验建造，也经历了带有巨大损失的尝试。
后来，通过对建造实际和航行经验的总结与提高，逐渐形成了造船所应遵循的规范。
规定建造规范的初步措施是俄罗斯政治家——彼得大帝作出的，他于1723年颁布了“关于按照新的船样建造河船”的条例。
在此条例中规定了船体的基本构件。
随着产业革命，贸易也发达起来，船舶建造愈来愈多，轮船保险商感到各船吨位、建造日期、建造材料及船舶所有人等资料有集中的必要。
于是在1760年成立了世界上第一个船级结构——英国劳氏船级协会。
以后各航运事业发达的国家都相继成立了船级协会。
起初，船级协会的主要工作是指定船舶登记册，载有关于入级船舶的船体和轮机状况。
直到1835年才出现第一本船级协会颁布的《建造规范》。
该规范系英国劳氏船级协会出版，适用于一百七十英尺长、一百总吨左右的木船，结构尺寸按吨位数字决定。
自那以后，随着造船材料、构件连接方式及船体强度理论的发展，建造规范也经历着不断发展（例如，1855年、1888年相继出现了《铁船规范》、《钢船规范》）和逐步完善的漫长过程。
目前，世界上船级社很多，其中主要的有：
中国船级社（CCS）、美国船级社（ABS）、英国劳氏船级社（LR）、德国劳氏船级社（GR）、日本海事协会（NK）、法国船级社（BV）、挪威船级社（DNV）、意大利船级社（RI）、俄罗斯海上船舶登记局（RS）。
船级社按规范监督船舶的建造，并允许船舶正式“入级”，给它们所登记的船舶办理各种国际协定所要求的证书；
此外，还对使用中的船舶做定期检查，以确定这些船是否仍保持在“级”内。
因此，各主要船级社在世界各地都有办事处，几乎在各港口都能找到他们的代表。
建造规范也为航运、造船相关的制造业和保险业服务。
经过“入级”登记的船舶，符合公认健全的建造标准，这就等于告诉运货人说，他将他的货物交给已经入级的船承运时，他并没有冒险脱离实际的风险；
同时，保险公司在被请求给船保检时，船的入级有助于保险公司隐含的危险性质。
1.2规范法设计的基本步骤
按规范法进行结构设计的一般流程如图所示[1-4]。
首先，根据母型船的调查研究和所设计船的特殊要求，分析船体强度要求，选择合理的建造规范。
然后，根据型线图和总布置图，绘制中剖面图、基本结构图和肋骨型线图等草图，并进行结构构件的初步布置。
最后按规范计算船体主要构件的尺寸，这时，边计算，边绘图，边完善初始的结构布置方案。
其中反复必不可少，并且要经常与总设计师、轮机设计师等反复协商，以求达到合理的统一。
确定结构尺寸的一般顺序是，首先选择合适的结构形式，确定肋骨间距（与总体设计师协商决定）。
然后，可按外板、甲板、船底骨架、舷侧骨架、甲板骨架及支柱、舱壁、首尾柱、首尾结构、上层建筑及甲板室、其他等、总纵强度校核等顺序，按规范公式进行计算，并最后选定结构尺寸。
此时，反复也是不可避免的。
例如，计算强力甲板厚度时，需要纵向连续甲板骨架尺寸，而确定甲板骨架尺寸时又需要甲板厚度（作为骨架的带板）的资料，同时还要检验船体剖面模数是否满足纵向强度的要求。
图1.1规范法设计的一般流程
Fig.1.1Thecommonflowofdesignbyrules
此外，还要注意规范规定的尺寸是保证船舶安全可靠的最低标准，最后选定的尺寸还要根据船舶的实际使用要求而适当调整。
1.3课题的实际意义和应用价值
目前，民用船舶的结构设计主要是根据船舶检验部门或船级社颁布的有关规范来进行设计的。
在根据船舶入级与建造规范进行结构设计时，规范要求条目繁琐，计算量庞杂，结构计算说明书也需要进行整理。
同时，船舶检验部门在进行船舶入级审查时，也需要依据规范具体各项条款，依次进行检验，工作量也是巨大的。
随着计算机功能的日益强大，数据库技术、多媒体技术、网络技术、人工智能、计算机图形学等软件技术的不断发展，计算机辅助船舶设计软件发展至今，已为船舶设计的各阶段提供了强大的设计手段。
因此，为了向船舶制造厂、航运部门、设计部门和船舶审图与检验部门提供一种快捷方便、功能齐全的船舶结构的规范设计与校核工具，开发一种基于《内河（钢质海船）船舶入级与建筑规范》（CCS）的船舶结构设计软件，不仅可以提高船舶设计和审图部门的工作效率，缩短船舶实际和审图周期，还可以避免项目的遗漏和疏忽，从而保证船舶结构构件的实际满足《内河（钢质海船）入级与建筑规范》（CCS）的入级要求，提高船舶设计质量，确保船舶结构的安全，减少使用规范过程中的认为差错，提高对规范的理解和使用的正确性。
为此，本文利用Word、Excel的VBA功能，利用VB与SQL数据库进行混合编程，开发了这种基于《内河（钢质海船）船舶入级与建筑规范》（CCS）的船舶结构设计软件，在船舶结构设计检验过程中，具有实际应用价值。
1.4国内外研究概况
如今利用计算机进行船舶结构的规范设计与计算已是必然的趋势，它能大大减少设计人员的工作量，加快船舶设计的周期。
国内外开发研究船舶结构的规范设计与计算软件或系统情况大致如下：
（1）90年代中期，浙江省交通科学研究所与上海海运学院联合研制开发了以工程知识库管理系统（EKOMS）为基础的《内河钢船建造规范（船体结构）》计算机管理系统，该系统具有EKOMS用户功能（多设计管理、查询数据项求值、确定设计约束、检验设计、解释功能），可以对内河钢船船体结构规范进行各种形式的查询，又可以对内河钢船进行结构与构件的规范值计算和校验已设计的方案是否符合规范要求等各项规范的管理操作。
该系统就为船舶设计部门设计船舶、船厂建造船舶、船东验收船舶、船检局船舶检验使用《内河钢船建造规范》时提供时效的服务[5]；
（2）1998年，华中科技大学CAD中心周友春，李世其开发了CCSS系统的子系统之《散货船规范设计CAD系统》，该系统采用统一的结构设计建模和有限元分析建模思想，使船舶结构设计、分析和校核过程达到完美的统一，减少分析和校核的各个过程中的重复工作量，使船舶结构设计、分析和校核效率得到提高，同时该系统还可以为后续有限元前后处理提供结构良好的一致的数据接口[6-7]；
（3）2000年，中国船级社武汉规范研究所研制开发了《内河钢船结构规范设计计算程序》（CCSRP）；
CCSRP（CCSRuleProgram）程序系统是在Windows95操作系统下用VisualBasic5.0（中文版）编程语言编制而成。
使用对象是船体专业的设计人员以及审图和现场校验验船师。
该程序主要包括船体结构和锚泊设备两部分的设计和校核[8]；
（4）2002年，上海交通大学沈恺、秦圣平研制开发了船体规范设计多媒体教学软件，该软件是《船体强度与结构设计》课程的辅助教学软件。
通过该软件，学生们可以依照中国船级社《钢质海船入级与建造规范》的规定，完成散货船横断面的设计和总强度的校核，同时避免了烦琐的计算过程，同时该软件结合了多媒体技术，有良好的人机交互界面能提高教学效率和教学质量[9]；
（5）国外各个著名的船级社都相应的开发了基于本船级社规范的船体结构和强度分析计算与分析软件系统[10-14]：
挪威船级社（DNV）开发的Nauticus系统、法国船级社（BV）开发的Veristar系统、美国船级社（ABS）开发的SafeHull系统等等，而且这些系统正向着集成化的方向发展。
以美国船级社（ABS）开发的SafeHull系统为例，SafeHull就成功的协调了规范设计和有限元计算的关系，使两者间数据的有机传递成为可能，方便了设计人员和审图人员。
1.5课题的技术路线
本文是在平时科研工作与生产实际结合过程中遇到的实际问题，因而该课题具有较高的实际应用价值。
该课题包含了船舶计算机辅助设计、计算机软件接口技术、数据库管理和计算机程序设计等多个分支领域[15]。
系统版本介绍：
Windows单机板
操作系统：
WindowsXP或Windows2000以上操作系统（预装Office2000以上版本）
开发工具：
VisualBasic6.0
数据库系统：
SQLServer2000
以VisualStudio为设计平台，采用VisualBasic为计算机程序设计语言，应用SQLServer2000数据库建立型材库，应用SQL语言完成对SQLServer2000数据库的连接和调用，以完成型材的自动查询和选择；
另对组合型材的剖面进行优化设计；
通过VBA完成对word和excel文件的控制，完成该软件中结构计算说明书自动生成、输出的功能；
同时提供规范条款的实时查询和软件的使用提示及帮助。
1.6船舶结构规范法设计软件的流程和主要内容
根据1.2规范法设计的基本步骤一节所介绍的，采用规范法设计确定船体构件尺寸，通常是船舶基本设计完成之后：
已知船舶主尺度、船体型线、船舶建筑形式、甲板层数、内底分布、舱壁位置和舱室用途，并完成了船体型线设计、总体设计而进行的。
根据已经确定的主要尺度、型线图、总布置图并按技术任务书的要求（船舶用途、航区、装载情况、建筑形式、甲板层数、主要设备及使用要求）来进行船体结构设计[14]。
同时结合1.5课题的技术路线一节内容，本文设计的船舶结构规范法设计软件的结构和流程如图1.2所示：
由图1.2可以看出，船舶结构规范法设计软件应具有以下主要内容：
（1）在进行船体标准型材结构设计时，应建立相应的船舶标准型材数据库。
数据库的建立应当包括船舶设计常用板材、L型钢、角钢等标准型材的各种计算参数；
（2）根据已知船舶基本信息，依据CCS船舶建造规范进行船体各部分结构设计的功能：
在船舶底部（双层底和单层底）、舷侧、甲板和其他船舶结构部分，进行板材、标准型材、组合型材的设计和优化；
（3）在船舶各部分型材结构确定以后，软件可以提取参与总纵强度计算构件相关信息，并依照规范要求，对船舶总纵强度进行校核的功能；
（4）在设计的船体结构满足规范的要求之后，软件应该可以将各部分船体结构计算说明书、总纵强度校核表格分别输出和船体结构总体计算说明书输出的功能；
（5）同时作为软件本身它应具有提示、帮助功能，以方便软件用户使用、管理此软件。
图1.2软件结构及流程
Fig.1.2Theflowandstructureofsoftware
1.7本章小结
本章首先对船舶规范的历史发展、具体应用和应用规范进行船舶结构设计的基本步骤进行了阐述；
然后介绍了船舶结构规范法设计软件开发课题的的实际意义和应用价值工程，及目前国内外关于规范法设计软件开发研究的具体概况；
最后对本课题的技术路线、软件开发流程以及具体研究内容进行了叙述。
2标准型材数据库的建立
在船舶结构规范法设计软件中，标准型材数据库数据库中记录的是船舶结构标准型材产品的数据信息和构形过程，是进行船舶构件尺寸设计、管理一体化的后台基础，是规范法设计软件中数据标准型材设计的关键[16]。
本软件选用Microsoft公司的SQLServer2000数据库管理系统建立标准型材数据库，下面先对SQLServer2000数据库管理系统及如何在VB环境对其访问进行介绍。
2.1MSSQL_Server2000及VB数据访问技术
2.1.1MSSQLServer2000的主要技术特色
Microsoft公司的SQLServer2000是一个适合于客户/服务器需要的关系数据库管理系统，它是Microsoft公司推出“.NET战略”以来的第一个服务器产品[33-34]。
它采用SQL语言的最新版本的关系型数据库系统，是Microsoft公司在数据库领域中非常重要的产品，是目前应用最为广泛的数据库工具。
SQLServer2000除了具有扩展性、可靠性、经济性以外，还具有可以迅速开发新的因特网应用系统的功能。
作为服务器级的数据库管理系统，SQLServer2000无论是客户机/服务器、多层结构，还是DatabaseWeb应用程序，它都是最佳的数据库选择之一。
正是基于上述优点，我们选择用它建立后台数据库。
其主要技术特色是：
（1）客户机/服务器体系结构:
SQLServer使用客户机/服务器体系结构把工作负载划分成在服务器计算机上运行的任务和在客户机上运行的任务，按程序可划分为客户程序和服务器程序。
客户程序负责业务逻辑和向用户展示数据；
服务器程序负责管理数据库和分配可用的服务器资源，如内存、网络带宽和磁盘操作。
客户机通过网络与服务器通信。
客户机/服务器体系结构使用户能够为各种环境最优化的设计和布局应用程序。
（2）SQLServer的安全性:
数据库必须具有坚固的安全系统，才能控制可以执行的活动以及可以查看和修改的信息。
在SQLServer2000中工作时，用户要经过两个安全性阶段：
身份验证和授权（权限验证）。
如果身份验证成功，用户即可连接到SQLServer实例。
然后用户需要访问服务器上数据库的权限，为此授予每个数据库中映射到用户登陆的账户访问权限。
权限验证阶段控制用户在SQLServer2000数据可中所允许进行的活动。
（3）数据库的备份和恢复:
防止数据损失是系统管理员遇到的最关键问题之一，硬件或软件故障以及意外或恶意的各种人为破坏因素都会导致数据损失。
SQLServer2000的备份和还原组件为存储在SQLServer2000数据库中的关键数据提供了重要的保护手段。
用户可在分析数据库的可用性和恢复要求后，选择适当的备份和还原策略。
（4）数据库的导入和导出:
导入数据是从SQLServer2000的外部数据源（如ASCⅡ文本文件）中检索数据，并将数据插入到SQLServer2000表的过程。
导出数据则是将SQLServer实例中的数据析取为某些用户指定格式的过程。
该项功能可方便数据在各种数据格式或文本形式间的转换。
2.1.2系统数据库设计原则和设计流程
1.系统数据库设计原则
在系统设计中,可以采用C/S结构设计本地访问接口与采用B/S结构设计远程访问接口相结合的方法,在设计过程中应遵循以下原则:
（1）充分发挥了C/S与B/S体系结构的互补优势,保证浏览查询者方便操作的同时也使得系统更新简单,维护简单灵活,易于操作。
（2）信息发布采用B/S结构。
（3）数据库端采用C/S结构,通过ODBC/ADO连接。
（4）基于C/S体系结构的应用,保留原来的某些子系统,充分地利用现有系统的资源。
（5）可在浏览器中嵌入ActiveX控件实现某些特定的功能。
（6）应用程序采用组件技术实现多层体系结构中的逻辑部分,达到实现封装目的。
2.系统设计流程
系统的设计主要体现在数据库设计方面,而数据库则有两种不同的设计方法:
以信息需求为主,兼顾处理需求的面向数据的设计方法和以处理需求为主,兼顾信息需求的面向过程的设计方法。
资料收集与分析:
这也是设计系统的最初步骤,目的是弄清系统要达到的目标和实现的功能。
收集和分析这些资料的过程也称为需求分析。
结构设计:
这是系统和数据库设计的核心。
利用数据处理对需求分析进行归纳综合和推演,建立数据结构模型.并进一步转化成具体的数据类型关系。
数据结构优化:
严格按照关系数据库的设计过程所用到的规范与原则,对结构设计中转化出的数据类型关系进行规范化,实现最优的数据库结构模型。
预期较核:
与前期目标进行较对核实,提前预想预测,做好实施运行的准备。
运行与维护:
组织数据入库,根据实际环境操作参数调整反馈,运行应用程序进行调试。
图2.1系统数据库的流程
Fig.2.1Theflowofsystemdatabase
2.1.3VB的数据访问技术[34-35]
系统使用SQLserver数据库工具建立工程数据库，通过VB访问建立的ODBC数据库，访问接口采用了ActiveX数据对象（ADO）。
利用ADOData控件快速建立数据绑定，与数据提供者之间连接，并定义基于SQL的查询、储存过程或视图记录的集合。
同时把结果返回到用户界面中，并在数据库中储存建立船体结构模型所需的设计生产信息和建造信息。
2.2标准型材数据库的设计
建立一个船舶结构标准型材产品的数据产品模型要求数据库中对标准型材产品的配置和组织结构，有一个完整地描述和有效的数据管理机制。
软件中数据标准型材产品模型的动态建立及图形数据的完整统一关键体现在软件系统数据库的建立上，数据库的设计合理是信息管理有效的基础[17]。
根据软件设计开发的实际需求，本文在SQLServer2000数据库管理系统主要建立了钢板数据库、等边角钢数据库、不等边角钢数据库、L型钢数据库等。
2.2.1钢板数据库
钢板型号表[18]：
在该数据库中存储了各种钢板的公称厚度、宽度、长度和理论重量等参数。
在VB环境中，利用ADODataCombo控件绑定此数据库，完成数据连接。
设计人员在具体设计过程中，可以根据规范对板材的厚度、宽度等要求，查询钢板数据库具体内容来完成板材设计。
表2.1钢板参数设置
Tab.2.1Param
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