（船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)制造專業(yè)論文）當(dāng)代大型化學(xué)品船技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究.pdf

摘要 散裝液體化學(xué)品船簡稱化學(xué)品船，是一種高技術(shù)、高附加值的 船舶，是我國近期重點(diǎn)研究開發(fā)的船型之一。由于要裝載具有危險(xiǎn) 性的貨物，化學(xué)品船無論在設(shè)計(jì)方面還是在建造方面，都有一定的 特殊性，因而有必要對其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行全面細(xì)致的研究。本論 文以“九五”國家重大引進(jìn)技術(shù)消化吸收項(xiàng)目第三代、四代化 學(xué)品船綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析專題為依托，對當(dāng)代大型化學(xué)品船的技 術(shù)經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行了研究。 本論文的研究主要包括三個(gè)方面： ( 1 ) 論文首先回顧了化學(xué)品船的歷史，總結(jié)了第一代到第四 代化學(xué)品船的船型特點(diǎn)。然后，闡述了化學(xué)品船的分類以及化學(xué)品 船隊(duì)的發(fā)展?fàn)顩r。并且，論文在第七章對化學(xué)品船運(yùn)輸?shù)奈磥戆l(fā)展 趨勢作出了預(yù)測。 ( 2 ) 為對當(dāng)代大型化學(xué)品船的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能有一個(gè)全面的了 解，論文在整理化學(xué)品船船型數(shù)據(jù)資料的基礎(chǔ)上，對建立化學(xué)品船 數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了研究。首先采用傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)回歸方法建立了化學(xué)品 船主尺度和主要要素的數(shù)學(xué)模型，然后進(jìn)一步利用r b f 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建 立船舶數(shù)學(xué)模型，且對兩種方法的優(yōu)劣進(jìn)行了探討。 ( 3 ) 技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)是技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析不可缺少的組成部分，因 此論文以大連造船廠建造的4 5 0 0 0 載重噸化學(xué)品船為例，在這方面 進(jìn)行了研究。論文在簡要介紹了4 5 0 0 0 載重噸化學(xué)品船的基本情 況，并將其與多艘當(dāng)代同類型化學(xué)品船各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行比較 的基礎(chǔ)上，首先采用國標(biāo)( g b l l 6 9 7 8 9 ) 對其進(jìn)行了評定。然后 論文闡述了系統(tǒng)評價(jià)的基礎(chǔ)理論，并對幾種系統(tǒng)評價(jià)方法進(jìn)行了介 紹和分析。最后論文研究了基于層次分析的模糊綜合評判方法的可 行性，并將其應(yīng)用于運(yùn)輸船舶的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評估。 論文最后對所作研究進(jìn)行了總結(jié)，并且提出了可以繼續(xù)開展研 究的幾個(gè)方面。 關(guān)鍵詞：船舶設(shè)計(jì)制造；化學(xué)品船；技術(shù)經(jīng)濟(jì)；數(shù)學(xué)模型；系統(tǒng)評 價(jià)；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；徑向基函數(shù)；層次分析：模糊綜合評判 a b s t r a c t c h e m i c a l t a n k e rm e a n s s h l pc a r r y l n gd a n g e r o u s c h e m i c a l si n b u l k i ti sak i n d o f s h i p o fa d v a n c e d t e c h n o l o g y a n dh i g hv a l u ea n do n ek i n do fs h i p st h a tn e e d u r g e n ti n v e s t i g a t i o na n d m a n u f a c t u r ei no u r c o u n t r y g i y e n t h ed a n g e r o u sc a r g o ，t h e r ea r es o m es p e c i a lc h a r a c t e rb o t h i n d e s i g n a n dm a n u f a c t u r eo fc h e m i c a lt a n k e r s oi t i s n e c e s s a r y t o s t u d y t h e t e c h n o l o g y e c o n o m i c sc h a r a c t e ro f c h e m i c a lt a n k e r sr o u n d l ya n dt h o r o u g h l y b a s e do nt h en a t i o n a l g r e a tp r o j e c t 一一t h e 3 ”4 “ g e n e r a t i o n c h e m i c a lt a n k e r c o m p r e h e n s i v et e c h n o l o g y e c o n o m i c sa n a l y s i s ，t h e t h e s i sc a r r i e so u tr e s e a r c hi n t e c h n o l o g ye c o n o m i c s c h a r a c t e ro f c o n t e m p o r a r yl a r g e s c a l e c h e m i c a lt a n k e r s t h e r ea r et h r e em a i np a r t si nt h et h e s i s ： i ) t h et h e s i sr e v i e wt h e h is t o r yo fc h e m i c a l t a n k e r s ， a n d e x p o u n d t h ec h a r a c t e r i s t i co ff o u r g e n e r a t i o n o f c h e m i c a lt a n k e r s t h e t h e s i sa l s od e s c r i b e st h e c l a s s i f i c a t i o n o f c h e m i c a lt a n k e r sa n dt h es t a t u so f c h e m i c a l t a n k e rf l e e t i nt h e 7 ”c h a p t e r ，t h e t r e n do f c h e m i c a ls h i p p i n gi sm a d e i i ) t h et h e s i s d o e st h er e s e a r c hi nm a t h e m a t i c s m o d e li n gb a s e d o nc h e m i c a lt a n k e r s d a t a f i r s t l y ，t h e m a t h e m a t i c a lm o d e lo f c h e m i c a l t a n k e r s p r i m a r y d i m e n s i o n i se s t a b l i s h e db ys t a t i s t i c a lr e g r e s s i o nm e t h o d s e c o n d l y ， r b fn e u r a ln e t w o r ki si n t r o d u c e df o rm a t h e m a t i c sm o d e l i n g o fs h i pa n dt h ed i f f e r e n c eo ft w om e t h o d si sc o m p a r e dt o o 。 i i i ) i nt h i sp a r t ，t h et h e s i s i n t r o d u c e s4 5 0 0 0d w t c h e m i c a l t a n k e rb u i l tb yd a l i a ns h i p y a r da n de v a l u a t e st h e p e r f o r m a n c e o ft h i s s h i pu s i n g n a t i o n a lc r i t e r i o n ( g b l l 6 9 7 - 8 9 ) t h e n 。t h eb a s i st h e o r yo fs y s t e me v a l u a t i o n i s e x p o u n d e d a f t e rs t u d y t h ef e a s i h i l i t y o ft h em e t h o d n a m e d “f u z z yc o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o nb a s e do n a h p ”，t h e t h e s i sa p p l i e si tt oe v a l u a t i n gs e a g o i n gs h i p s i nt h el a s t p a r t o ft h e t h e s i s ，s o m er e s e a r c hw o r t h m a k i n gi sp o i n t e do u t i i k e yw o r d ：s h i 0d e s i g n a n dm a n u f a c t u r e ：c h e m i c a i t a n k e r s ： t e c h n o l o g y e c o r o m i c s ：m a t h e m a t i c s m o d e ii n g ： s y s t e m e v a l u a t i o n ：n e u r a in e t w o r k ：r a d i a l b a s is f u n o t i o n ：a h p ： f u z z yc o m p r e h e n s iv ee v aiu a tio n l i l 縮寫詞 縮寫單位說明 l o a m - 總長 l p p m 垂線間長 bm型寬 dm型深 tm 設(shè)計(jì)吃水 t s m 結(jié)構(gòu)吃水 d wt 設(shè)計(jì)吃水下載重量 d w s t 結(jié)構(gòu)吃水下載重量 n d w載重量系數(shù) d i s p t 排水量 v s k n 航速 g t總噸位 v g m 3 貨艙容積 f c dt d 日燃油消耗量 m c rk w 主機(jī)最大持續(xù)功率 c s rk w主機(jī)持續(xù)服務(wù)功率 r p m r m i n 主機(jī)額定轉(zhuǎn)速 a h p層次分析法 i m o國際海事組織 r b f 徑向基函數(shù) v l c c 超大型原油船 當(dāng)代犬型化學(xué)品船技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究 1 緒論 1 1 論文意義及背景 1 1 1 論文的意義 船舶是一種技術(shù)復(fù)雜、投資大、使用期長的運(yùn)輸工具，從其設(shè) 計(jì)、建造到投入營運(yùn)需要經(jīng)過一個(gè)相當(dāng)長的階段，因而必須對其技 術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性進(jìn)行科學(xué)的研究和論證。而在眾多的船型當(dāng)中，化學(xué) 品船又是高技術(shù)、高附加值船舶，是近期國家重點(diǎn)開發(fā)的一類船舶。 從第一艘由單底油船改建成開始，化學(xué)品船發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)有5 0 多 年的歷史，已經(jīng)在世界運(yùn)輸船隊(duì)中占有一定的比例，并且其船隊(duì)保 有量仍然保持著較高的增長速度。 化學(xué)品船是指裝運(yùn)在3 7 8 。c 時(shí)蒸汽壓力不超過0 2 8 m p a ( 絕對 壓力) 的散裝危險(xiǎn)液體化學(xué)品的船舶“1 。當(dāng)前，世界上營運(yùn)的化學(xué)品 船正向著大型化、多用途化以及高適應(yīng)性發(fā)展。但是國內(nèi)在這方面 的研究仍然較少，并且只有大連造船廠建造過4 萬噸級以上的化學(xué) 品船，因而有必要對國內(nèi)外的當(dāng)代大型學(xué)品船進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研 究。 1 1 2 論文的背景 本論文的研究背景是大連理工大學(xué)和大連造船廠合作進(jìn)行的科 學(xué)研究項(xiàng)目，即“九五”國家重大引進(jìn)技術(shù)消化吸收項(xiàng)目第三 代、四代化學(xué)品船綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析專題的子專題。 根據(jù)該專題任務(wù)書的要求，需要對4 5 萬噸化學(xué)品船從總體性 能方面進(jìn)行全面的分析和研究，并與國內(nèi)外同類型船舶進(jìn)行比較， 以達(dá)到對該船綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能有一個(gè)全面客觀的評價(jià)。并且在此 基礎(chǔ)上，對該船的改進(jìn)提出建議，以指導(dǎo)今后同類型船舶的設(shè)計(jì)和 建造。 1 2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)基礎(chǔ) 技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)可以說是一門交叉學(xué)科，跨技術(shù)科學(xué)和經(jīng)濟(jì)科學(xué)兩 個(gè)領(lǐng)域。它以技術(shù)科學(xué)為對象，指導(dǎo)技術(shù)科學(xué)的發(fā)展，提高其水平。 技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)的研究對象是研究技術(shù)經(jīng)濟(jì)活動中的經(jīng)濟(jì)效益問 當(dāng)代大型化學(xué)品船技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究 題，其任務(wù)是以技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)的理論和方法，通過技術(shù)比較、經(jīng)濟(jì)分 析和效益評價(jià)等活動，從眾多方案中合理地選擇較優(yōu)的技術(shù)方案： 為制定技術(shù)規(guī)劃、技術(shù)政策等提供依據(jù)；也為推廣各種先進(jìn)技術(shù)、 發(fā)展新技術(shù)指出方向。 因此必須明確，技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)研究的目的是建立在一定技術(shù)基礎(chǔ)上 的經(jīng)濟(jì)效益最佳，而不僅僅是技術(shù)最佳。所以要充分理解技術(shù)和經(jīng) 濟(jì)二者之間的辨證關(guān)系：沒有經(jīng)濟(jì)意義的技術(shù)是沒有生命力的技術(shù)。 而落后的技術(shù)也不會產(chǎn)生好的經(jīng)濟(jì)效益。 1 3 論文主要工作 基于以上目標(biāo)，論文主要工作如下： ( 1 ) 通過圖書館、船廠、船級社、航運(yùn)公司以及因特網(wǎng)等多種渠 道，廣泛收集當(dāng)代化學(xué)品船的船型數(shù)據(jù)資料和有關(guān)化學(xué)品船 綜合論述的文章，以及一些關(guān)于建立船舶數(shù)學(xué)模型和對船舶 進(jìn)行綜合評定方面的學(xué)術(shù)文章。 ( 2 ) 對化學(xué)品船相關(guān)文獻(xiàn)資料進(jìn)行整理分析，總結(jié)得出國內(nèi)外化 學(xué)品船的歷史和現(xiàn)狀。 ( 3 ) 對化學(xué)品船的船型數(shù)據(jù)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，利用傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì) 回歸的方法，得到當(dāng)代化學(xué)品船的主尺度及主要要素?cái)?shù)學(xué)模 型，并進(jìn)行驗(yàn)證。進(jìn)步對采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法建立數(shù)學(xué)模型 進(jìn)行研究。 ( 4 ) 以大連造船廠建造的4 5 萬噸化學(xué)品船為例，采用系統(tǒng)評價(jià) 方法對其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行綜合評價(jià)。 ( 5 ) 在以上研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對化學(xué)品船的發(fā)展趨勢進(jìn)行展 望和預(yù)測。 當(dāng)代大型化學(xué)品船技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究 2 化學(xué)品船發(fā)展綜述 化學(xué)品船是一種設(shè)計(jì)建造難度大的高技術(shù)、高附加值船舶，尤 其大型化學(xué)品船的興起更是近二十年的事情，因此船舶數(shù)量較少， 資料非常有限，給論文研究工作的進(jìn)展帶來了很大的困難。但經(jīng)過 多渠道的努力，一共收集到i o k d w t 以上的化學(xué)品船4 0 0 余艘。在這 4 0 0 余艘化學(xué)品船中，i 斟oi 型船有5 0 多條，i m o i i 型船有2 5 0 多條， i m o i i i 型船有1 0 0 多條。在對收集到的數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)資料進(jìn)行整理的基 礎(chǔ)上，得到的以下一些總結(jié)和概括。 2 1 化學(xué)品船發(fā)展歷史 1 9 4 9 年，美國把t 一2 型油船”m a r i n ec h e m i c a lt r a n s p o r t ”改裝 成化學(xué)品船，投入運(yùn)營。自那時(shí)起，世界液態(tài)化學(xué)品船得到飛速發(fā) 展，到今天已經(jīng)經(jīng)歷了四代”1 ，其基本特點(diǎn)分別如下： 第一代：將原來的單底油船改裝成雙層底，并增設(shè)縱橫艙壁和 開始使用深井泵( 5 0 年代) 。 第二代：采用分隔式液貨艙及艙壁涂層，以保護(hù)貨艙內(nèi)的船體 結(jié)構(gòu)，減少腐蝕，但能夠裝運(yùn)的化學(xué)品種類有限( 6 0 、7 0 年代) 。 第三代：單船噸位有所增加，且采用能夠適應(yīng)裝載強(qiáng)腐蝕性貨 物的涂層，并開始出現(xiàn)不銹鋼或其它復(fù)合材料的液貨艙，以提高船 舶的攬貨能力和經(jīng)濟(jì)性( 8 0 年代) 。 第四代：單船噸位進(jìn)一步增大，達(dá)到4 萬噸以上；分隔艙更密， 可以適應(yīng)更多品種的貨物，營運(yùn)性更靈活；普遍采用一艙一泵的裝 卸系統(tǒng)；船型更加優(yōu)化，多采用球鼻首和高伴流球尾( 9 0 年代) 。 需要注意的是，以上關(guān)于第- n 第四代化學(xué)品船的術(shù)語，是沿 用國內(nèi)的一些學(xué)者的定義，國際上是按照化學(xué)品船所遵從的規(guī)范進(jìn) 行劃分，即8 c h 化學(xué)品船和i b c 化學(xué)品船，是以1 9 8 6 年為界限的( i b c c o d e 從1 9 8 3 年開始生效，1 9 8 6 年7 月1 日以后建造的化學(xué)品船必 須滿足該規(guī)則) 。 化學(xué)品船作為一種新興的船舶，其船型始終處于發(fā)展變化之中， 并且仍將發(fā)展下去。根據(jù)以上對化學(xué)品船發(fā)展所做的總結(jié)，建議從 以下幾個(gè)方面來考察化學(xué)品船，以進(jìn)行劃分：主尺度和載重噸位、 所服從的規(guī)范、可裝載化學(xué)品的數(shù)量和種類、貨艙類型、結(jié)構(gòu)形式、 主機(jī)馬力和耗油量、航速、自動化程度、裝卸系統(tǒng)等。 當(dāng)代大型化學(xué)品船技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究 2 2 化學(xué)品船分類 全球化學(xué)品船發(fā)展到今天已經(jīng)有一千五百多艘，總計(jì)二千多萬 載重噸，船型眾多，一般有四種分類方式： 2 2 1 按運(yùn)貨方式分類 專用化學(xué)品船( s p e c i a l i s e dc h e m i c a lt a n k e r ) ：常用在專門航 線上，運(yùn)輸特定的化學(xué)品，如磷酸船、棕桐油船。根據(jù)所經(jīng)營的航 線的化學(xué)品液貨種類、貨運(yùn)量、專用泊位的水深和用戶分布等情況， 確定和選擇船型。 多功能化學(xué)品船( p a r c e lc h e m i c a lt a n k e r ) ：通常設(shè)有幾十個(gè)隔 離液貨艙，各隔離液貨艙設(shè)有完全獨(dú)立的液貨裝卸系統(tǒng)和液貨保護(hù) 系統(tǒng)，能夠同時(shí)運(yùn)輸多種化學(xué)品。 兼用化學(xué)品船( c h e m i c a l p r o d u c tt a n k e r ) ：特定的一些化學(xué)品 與成品油、動植物油或糖漿等兼運(yùn)的化學(xué)品船。 2 2 2 按貨艙結(jié)構(gòu)型式分分類 整體式：即貨艙為船體結(jié)構(gòu)一部分，貨艙受力方式及所承受的載 荷與相鄰船體結(jié)構(gòu)相同。 獨(dú)立式：即貨艙不與船體結(jié)構(gòu)相連接或不構(gòu)成船體結(jié)構(gòu)一部分， 設(shè)置時(shí)應(yīng)按船體變形、應(yīng)力對貨艙影響最小為準(zhǔn)則。 2 2 3 按l m 0 要求分分類 i m oi 型：該種船型裝載的貨品對環(huán)境或安全有非常嚴(yán)重的危險(xiǎn)。 該種船在海損時(shí)，即一旦碰撞或擱淺仍能保持浮性，而且不允許流 出化學(xué)品。公約要求液貨艙和污液艙的雙層底高不得小于8 i 5 或 6 m ( 取小值) ，最小值為o 7 6 m ；舷側(cè)雙殼寬度不得小于8 5 或1 1 5 m ( 取 小值) ，最小值為0 7 6m 。 i m o i t 型：該種船型裝載的貨品對環(huán)境或安全有相當(dāng)嚴(yán)重的危險(xiǎn)。 該種船對貨品的漏逸程度要求要比i 型船低。公約要求液貨艙和污 液艙的雙層底高不得小于8 1 5 或6 m ( 取小值) ，且最小值為0 7 6 m ； 舷側(cè)雙殼寬度不得小于0 7 6 m 。 i m o i i i 型：該種船型裝載的貨品對環(huán)境或安全有足夠嚴(yán)重的危險(xiǎn) 性。該種船要求最低，可用中等程度圍護(hù)來增加破艙條件下的殘存 能力。液貨艙在船內(nèi)布置距船體外板的距離則無要求。 此種分類方式也是國際上最常用的分類方式。 4 當(dāng)代大型化學(xué)品船技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究 2 2 4 按貨物危險(xiǎn)性質(zhì)分分類 可分為裝載可燃易燃性貨物、毒性貨物、污染性貨物或相溶性 貨物的化學(xué)品船。 2 3 化學(xué)品船船隊(duì)發(fā)展情況 2 ，3 1 化學(xué)品船保有量發(fā)展情況 從1 9 4 9 年第一艘由油船改建的化學(xué)品船投入運(yùn)營以來，化學(xué) 品船隊(duì)在經(jīng)過了五十多年的發(fā)展后，已經(jīng)成為世界海上運(yùn)輸中一股 舉足輕重的運(yùn)輸力量，而且隨著世界化學(xué)品貿(mào)易的發(fā)展，仍將保持 較高的增長勢頭。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明，1 9 9 1 年化學(xué)品船數(shù)量和載重噸 位在世界總船隊(duì)中分別占4 1 9 和1 0 4 ，2 0 0 0 年已達(dá)到5 6 3 和 3 ，1 6 。詳細(xì)情況請參見附錄a 化學(xué)品船隊(duì)統(tǒng)計(jì)表。 圖1 至圖3 分別從化學(xué)品船數(shù)量、載重噸位和平均載重噸三方 面，對化學(xué)品船隊(duì)發(fā)展進(jìn)行分析和比較，從中可以對化學(xué)品船的發(fā) 展有一個(gè)總的了解。 i 疆 、，5 0 蚓 鼎” 3 0 2 0 l o i 一： ： ：一一： l 一一一一。一一一一一一一一一 hf ： |!；i：喜i：；ii；idi硼m；塒 龜每嗨每島冬每勺勺龜奄每每嗥島帛每每毫 年份 圖l1 9 6 2 - - - 2 0 0 0 年間每年建成化學(xué)品船數(shù)量的統(tǒng)計(jì) 當(dāng)代大型化學(xué)品船技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究 劃刪o 帥 l _ 皤】 輯6 0 0 o 岫 1 0 0 0 0 首 刪8 0 0 0 螂 赫6 0 0 0 柏 氣氣氣 年份 圖21 9 6 2 - - 2 0 0 0 年間每年建成化學(xué)品船噸位的統(tǒng)計(jì) 鳥島龜島冬鳥奄每龜窀鳥每奄龜每每島嗨龜 年份 圖3 化學(xué)品船平均載重噸位變化圖 從圖1 中可以看出，1 9 8 0 年到1 9 8 6 年和1 9 9 0 年到2 0 0 0 年兩個(gè) 階段，化學(xué)品船船只的建造量為高峰期。從圖2 中可以看出，在1 9 8 0 年到1 9 8 6 年、1 9 9 6 年到2 0 0 0 年兩個(gè)階段，化學(xué)品船噸位的建造量 為高峰期。從圖3 中可以看出，從1 9 7 0 年到1 9 9 0 年，化學(xué)品船平 均噸位持續(xù)增加，最近十年則基本保持不變。 圖4 和圖5 是根據(jù)2 0 0 0 年6 月份的最新統(tǒng)計(jì)資料，對現(xiàn)有的化 當(dāng)代大型化學(xué)品船技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究 學(xué)品船隊(duì)構(gòu)成所進(jìn)行的分析。 j 0 0 q 5 0 4 0 0 3 s 0 幾3 0 f 1 剃 u 2 5 0 蚓 妊2 1 5 0 5 0 n1 1 1 j 一5 0 0 0 5i n - 0 0 0 1 0 。l s u 0 01 5 ，o 2 0 - 2 5 0 0 0* 3 0 c mj 0 - 3 5 0 0 03 ；q m f m1 u ( 啪一 載重量( 噸) 圖4 2 0 0 0 年不同載重噸化學(xué)品船的船只數(shù)量分布圖 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | t - -1 1 | 當(dāng)代大型化學(xué)品船技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究 23 2 化學(xué)品船艙型統(tǒng)計(jì) 參考附錄b 化學(xué)品船船東統(tǒng)計(jì)表，共有1 1 2 個(gè)船東，擁有化學(xué)品 船1 8 ，0 1 7 ，3 8 0 載重噸，其中對于1 7 ，3 0 1 ，4 6 5 載重噸有艙型的統(tǒng)計(jì)， 占總數(shù)的9 6 。關(guān)于艙型比例構(gòu)成，請看圖6 。 i ? 3 0 l q 6 5j 5 2 4 3 7 6l _ 竺蘭曼_ _ _ _ _ _ _ _ 艙型 圖6 化學(xué)品船艙型比例構(gòu)成 不銹鋼艙、鋅硅涂層艙和環(huán)氧涂層艙分別占總載重噸 ( 1 7 ，3 0 1 ，4 6 5 d n q ) 的2 5 5 、3 0 3 和4 4 2 ；而鋅硅涂層艙和 環(huán)氧涂層艙又可以被稱為特涂型貨艙，因此特涂型貨艙已占到所有 貨艙總量的7 4 5 。 2 3 3 化學(xué)品船航運(yùn)公司情況 世界上經(jīng)營化學(xué)品船的主要的四個(gè)公司是s t o l t n i e l s o n ( 斯 托爾特一尼爾森) 公司、o d f j e l l ( 奧多費(fèi)爾) 液態(tài)化學(xué)品船公司、 j o 液態(tài)化學(xué)品船公司以及s e a c h e m ( 西凱姆) 油輪公司。另外，t o k y o m a r i n e 也是一個(gè)重要的公司，盡管她主要經(jīng)營日本及東南亞市場上 的小型化學(xué)品船。這五個(gè)公司控制著1 0 0 0 0 d w t 以上的化學(xué)品船中的 6 5 。 由于世界規(guī)模的石油業(yè)界重組，經(jīng)營化學(xué)品船的公司也進(jìn)行了 相應(yīng)調(diào)整。2 0 0 0 年2 月，化學(xué)品船業(yè)界第二位的o d o e l l 液態(tài)化學(xué)品 船公司收購了位居第四位的s e a c h e m 油輪公司，s t o l t n i e l s o n 公司與 j o 液態(tài)化學(xué)品船公司也正在探討合伙經(jīng)營，而且各化學(xué)品船航運(yùn)公 司間擴(kuò)大合作和統(tǒng)一的趨勢還在繼續(xù)吐 l l ：= l l = 。 督閩輯 當(dāng)代大型化學(xué)品船技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究 3 化學(xué)品船數(shù)學(xué)模型研究 為對現(xiàn)今世界上的化學(xué)品船的總體性能有一個(gè)了解，并且能夠?yàn)?今后同類型化學(xué)品船舶的報(bào)價(jià)設(shè)計(jì)和合同設(shè)計(jì)提供參考，使船舶總 體設(shè)計(jì)得到優(yōu)化，本文在對現(xiàn)有船型數(shù)據(jù)資料進(jìn)行整理分析的基礎(chǔ) 上，利用統(tǒng)計(jì)回歸方法，建立了化學(xué)品船主尺度、主要要素以及主 要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的數(shù)學(xué)模型。首先將船型數(shù)據(jù)資料列成表格，分析 比較，剔除明顯的不合理數(shù)據(jù)。其次，參考其他類型船舶經(jīng)驗(yàn)公式， 利用計(jì)算機(jī)程序畫出變量之間的散點(diǎn)圖，確定數(shù)學(xué)模型的表達(dá)形式。 再次，利用傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)回歸方法，進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的回歸。 由于化學(xué)品種類繁多，因而導(dǎo)致化學(xué)品船舶的船型有所不同，考 慮到國際上比較通用的化學(xué)品船舶分類方法，決定針對i m oi 型、i i 型： n l i i 型化學(xué)品船，建立三套不同的數(shù)學(xué)模型。 3 1 數(shù)學(xué)模型的建立 以垂線間長l r 為例，說明如何建立單變量的數(shù)學(xué)模型。首先以 載重量為自變量，以垂線間長為因變量，畫出散點(diǎn)圖( 如圖7 所示) 。 然后，根據(jù)散點(diǎn)的分布情況，提出幾種回歸公式的原型?；貧w公式 原型多數(shù)采用線性模型、指數(shù)模型、對數(shù)模型、多項(xiàng)式模型以及乘 冪形式。通過以上形式模型回歸分析，以廣義樣本測定系數(shù)r 2 為標(biāo) 準(zhǔn)挑出最優(yōu)模型( 廣義樣本測定系數(shù)r 2 是表征回歸滿意程度的數(shù) 值，它是樣本回歸平方和與總離差平方和的比值，該值越接近1 ，回 歸結(jié)果越好“1 ) 。 i m 0 2 一l p p d w t 砑 h 和p 唁 q f o t 廠 r 辱 幺墨 r 2 =09 2 5 i l 圖7i m o i i 型化學(xué)品船d w t l r 散點(diǎn)圖 9 當(dāng)代大型化學(xué)品船技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究 圖7 對應(yīng)的最優(yōu)數(shù)學(xué)模型是： l ”= 4 4 5 5 7 x l n ( d w t ) 一2 9 8 4 4 ( 3 1 ) n 刪 o3 。d i m 0 2 一d i s d d w t o f r 。， - r t r 2= 0 9 9 3 7 j 一 一 廠 l 2 岫呻 | 4 q g , s d 1 盯 圖8i l _ 1 0 i i 型化學(xué)品船d w t - d i s p 散點(diǎn)圖 圖8 對應(yīng)的最優(yōu)數(shù)學(xué)模型為： d i s p = 1 2 0 5 9 x d w t + 1 7 3 2 5 ( 3 2 ) 由于判斷數(shù)學(xué)模型優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是廣義樣本測定系數(shù)r 2 ，所以最終 決定模型形式的是r 2 值的大小，但由于大多數(shù)散點(diǎn)圖呈現(xiàn)出曲線的 形式，因而采用非線性模型更能體現(xiàn)其內(nèi)在本質(zhì)。對于有些情況， 采用線性模型已經(jīng)足夠。例如對于排水量和載重量之間的關(guān)系，其 散點(diǎn)圖如圖8 所示。從圖中我們可以看出散點(diǎn)呈線性分布，采用線 性模型精度已經(jīng)很高，而且在計(jì)算時(shí)非常簡便。 對于多變量的數(shù)學(xué)模型，由于三維或多維的圖形很難表達(dá)，并且 考慮到化學(xué)品船與油船的相似性，因而在選取模型形式的時(shí)候，參 考了以往油船的數(shù)學(xué)模型。并且由于所收集到的數(shù)據(jù)的真實(shí)性和變 量之間相關(guān)的原因，多變量的數(shù)學(xué)模型在擬合精度上要差一些。 具體的分別針對于i m o 三類不同船型的數(shù)學(xué)模型，請參看附錄c 化學(xué)品船數(shù)學(xué)模型匯總。 3 2 數(shù)學(xué)模型的分析 對于1 0 0 0 0 載重噸以上的化學(xué)品船，以載重量為自變量，分析 當(dāng)代大型化學(xué)品船技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究 i m o 三類不同船舶數(shù)學(xué)模型的差別及其產(chǎn)生原因。 圖9 垂線間長數(shù)學(xué)模型分析 圖l o 型寬b 數(shù)學(xué)模型比較 當(dāng)代大型化學(xué)品船技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究 圖1 1 型深d 數(shù)學(xué)模型比較 圖1 2 吃水t 數(shù)學(xué)模型比較 當(dāng)代大型化學(xué)品船技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究 從圖9 至圖1 2 中可以看出，三條擬合曲線相互交叉，產(chǎn)生這種 情況的原因主要是：對于i m o 三類船舶，隨著載重量增加，主尺度 的變化并沒有明顯的差別；另外，由于曲線在兩端的誤差較大，并 且所選擇的數(shù)學(xué)模型不同，造成曲線趨勢稍有不同。 圖1 3 排水量d i s p 數(shù)學(xué)模型分析 圖1 4 空船重量l w 數(shù)學(xué)模型比較 當(dāng)代大型化學(xué)品船技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究 從圖1 3 和圖1 4 中可以看出，隨著載重量的增加，i m oi 型船排 水量和空船重量的增加要比i i 型和1 1 1 型快，分析這種現(xiàn)象的原因主 要是：大多數(shù)i m oi 型船，分艙較多，無效空間大，造成空船重量增 大：另外，管系復(fù)雜繁多，附加設(shè)備多，同樣也增加了空船重量。 圖1 5 總噸位g t 數(shù)學(xué)模型比較 圖1 6 艙容v g 數(shù)學(xué)模型比較 1 4 當(dāng)代大型化學(xué)品船技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究 從圖1 5 和圖1 6 中，可以看出隨著載重量的增加，三類船的總 噸位和艙容并沒有很大差別。這主要是由于三類船的主尺度相似， 因此總噸位差別不大；而同一載重量下，貨物所需要的容積也不會 有很大差別。 經(jīng)過以上分析，發(fā)現(xiàn)受i m 0 分類影響較大的因素主要有：排水 量d i s p 、空船重量l w 和相應(yīng)的載重量系數(shù)q ，。 3 3 數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證 一個(gè)數(shù)學(xué)模型的優(yōu)劣，最終是要經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證才可以知道的。下 面從現(xiàn)有的船舶中挑出7 條船( 其中包括4 5 萬噸化學(xué)品船，簡稱 c p 4 5 0 ) 對已經(jīng)回歸出的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行驗(yàn)證。 表1 數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證 船名 c p 4 5 0 j oa s ks t o l te a g l e 船型| m o i i 型i m o i 型i m o i 型 數(shù)值類型原始數(shù)據(jù)計(jì)算值原始數(shù)據(jù)計(jì)算值 原始數(shù)據(jù)計(jì)算值 4 4 8 0 04 4 8 0 0 1 9 0 8 71 9 0 8 73 7 0 6 73 7 0 6 7 1 7 2 3 2 - 2 1 8 7 1 2 1 7 8 7 3 1 8 8 1 6 5 5 1 1 5 l 1 3 9 31 4 8 6 81 6 8 9 91 7 1 4 7 2 3 1 2 9 5 9 9 5 2 3 4 22 9 6 l3 0 3 2 1 2 4 61 5 1 41 5 1 9 9 4 1 41 1 3 11 1 5 1 3 5 6 0 6 8 95 5 7 5 7 2 5 6 9 72 5 5 2 24 6 4 3 34 8 0 5 0 2 9 1 7 32 7 4 6 5 1 2 3 1 71 2 3 0 62 1 0 4 32 3 1 2 2 5 3 8 0 05 0 1 5 0 1 9 4 0 82 2 1 2 84 4 2 0 04 2 6 1 4 1 1 2 6 91 0 4 0 0 6 6 1 06 4 3 6 1 4 51 4 91 5 3 1 0 2 9 91 2 2 6 4 9 6 9 9 9 3 6 61 0 8 3 9 1 5 5 1 4 4 0 0 f p d2 8 9 3 2 2 62 7 5 2 9 64 6 24 5 7 1 1 5 漸 啪 b d t 腳 研 w 嗽 當(dāng)代大型化學(xué)品船技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究 續(xù)表l 船名 j oe b o n yh i g hs p i r i t p u r es t a r 船型i m o i i 型1 m o l l 型 i m o i i i 型 數(shù)值類型原始數(shù)據(jù)計(jì)算值原始數(shù)據(jù) 計(jì)算值 原始數(shù)據(jù)計(jì)算值 1 2 1 5 21 2 1 5 24 6 4 7 3 4 6 4 7 31 4 9 7 2 1 4 9 7 2 1 2 1 0 11 2 0 6 1 7 2 8 81 8 0 4 2 0 ，2 i “ 8 5 3 1 9 9 1 0 9 8 4 3 2 1 7 1 8 1 2 2 3 2 2 1 6 7 5 1 1 6 1 3 5 2 2 5 1 0 8 8 3 2 1 3 3 2 2 0 7 4 1 1 6 8 8 8 5 1 6 5 4 91 6 3 8 75 6 0 9 1 5 7 7 7 41 9 6 9 22 0 1 2 9 7 9 1 57 5 0 12 8 2 3 8 2 8 4 8 99 3 8 2 9 3 1 4 1 4 0 6 11 3 8 3 65 1 6 9 0 5 2 0 1 1 1 6 0 6 61 7 3 8 6 4 3 9 7 1 4 6 9 0 0 3 8 6 1 1 3 9 8 5 7 9 3 9 6 1 8 1 4 5 9 1 3 5 1 0 5 8 54 7 2 0 1 4 7 71 2 5 1 2 5 0 7 6 6 0 7 4 3 8 4 1 3 9 6 6 5 2 1 ，f p d 1 9 52 0 1 73 2 2 3 1 1 1 8 61 9 3 7 從表l 中可以看出，回歸公式的計(jì)算值與原始數(shù)據(jù)相差很小， 只有個(gè)別的誤差較大，但作為初步設(shè)計(jì)的參考已經(jīng)足夠了。( 表l 中 空的單元格是由于原始資料不全，因而無法填寫和比較。) 6 m 邪 b d t 吣 玎 瞻 w 帆 e j m 啪 b d t 嘶 印 w 嗽 當(dāng)代大型化學(xué)品船技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究 4 基于r b f 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型研究 在對船舶進(jìn)行可行性分析和初步設(shè)計(jì)的時(shí)候，通常利用已有的 數(shù)學(xué)模型( 亦稱為經(jīng)驗(yàn)公式) 確立船舶主尺度和主要要素作為參 考，而這些數(shù)學(xué)模型是在對大量實(shí)際數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上建立的。傳 統(tǒng)的建立數(shù)學(xué)模型的方法是以數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論為基礎(chǔ)的回歸分析方 法，也就是本論文第三章所研究的內(nèi)容，目前常用的主要有多元線 性回歸、逐步回歸、非線性回歸等方法“1 。在實(shí)際的回歸分析中， 可能對因變量產(chǎn)生影響的自變量有很多，影響程度也不同，而且自 變量與因變量之間多為非線性相關(guān)關(guān)系。在處理這樣的問題時(shí)，傳 統(tǒng)的利用統(tǒng)計(jì)回歸建立數(shù)學(xué)模型的方法就顯出不足，因?yàn)閷τ诜蔷€ 性的情況，首先需要提出經(jīng)驗(yàn)公式的表達(dá)式，而這在參數(shù)較多的時(shí) 候很難做到。因此有必要利用新的方法來處理這樣的問題。 自1 9 4 3 年，w m c c u l l o c h 和w p i t t s 首先提出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模 型，關(guān)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究已經(jīng)有近6 0 年的歷史，而且一些較成熟 的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)應(yīng)用到了很多工程領(lǐng)域”1 。9 0 年代以來，已經(jīng)有很多學(xué) 者將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于船舶設(shè)計(jì)方案優(yōu)選、船舶性能綜合評價(jià)、船舶 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面，并做了許多工作”1 。 利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立數(shù)學(xué)模型，本質(zhì)上是利用網(wǎng)絡(luò)的函數(shù)逼近能 力，對實(shí)際的復(fù)雜函數(shù)進(jìn)行映射。本文擬采用r b f ( r a d i a lb a s i s f u n c t i o n ，徑向基函數(shù)) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對建立船舶數(shù)學(xué)模型進(jìn)行研究。 4 1 r b f 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成和原理 從函數(shù)逼近功能角度來講，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可分為全局逼近神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 和局部逼近神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。r b f 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種典型的局部逼近神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)，它對于每個(gè)輸入輸出數(shù)據(jù)對來講只有少量的權(quán)值需要調(diào)整， 從而使網(wǎng)絡(luò)具有學(xué)習(xí)快的優(yōu)點(diǎn)，并且對于數(shù)據(jù)較多的情況非常適用 8 】 4 1 1r b f 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型 r b f 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是前饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的一類特殊的三層神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)，它包括一個(gè)輸入層、一個(gè)隱層和一個(gè)輸出層。其隱層神經(jīng)元的 傳遞函數(shù)采用非線性的徑向基函數(shù)，以對輸入層的激勵產(chǎn)生局部化 響應(yīng)，即僅當(dāng)輸入落在輸入空間某一指定的小范圍內(nèi)時(shí)，隱層單元 才會作出有意義的非零響應(yīng)，其網(wǎng)絡(luò)模型如圖1 7 所示。 當(dāng)代大型化學(xué)品船技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究 圖1 7r b f 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu) 圖1 7 所表示的r b f 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)由輸入向量 x = x 。，x ，z ，) 到輸出向量y = t y ，y ：，y 。 的映射a 對于輸出 數(shù)據(jù)夕。( t = l ，2 ，m ) ，可以寫出 y 。( x ) = c o 。r ( i ix c ，1 1 ) ( 4 1 ) 式中，c 。表示某點(diǎn)的位置，它可以是某一類輸入的聚類中心；r 是某一類非線性徑向?qū)ΨQ基函數(shù)；u l l 表示距某點(diǎn)c ，的距離測度； n 為隱層神經(jīng)元個(gè)數(shù)。 最常采用的徑向基函數(shù)為高斯型函數(shù) r ，：a e - ( x - r 1 ，) 7 2 盯；，( ，：1 ，2 ，一，珂) ( 4 2 ) 式中，r ，是隱層第j 單元的輸出，x 是輸入模式，玎，是隱層第j 個(gè) 單元高斯函數(shù)的中心。 當(dāng)代大型化學(xué)品船技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究 4 1 2r b f 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)原理 r b f 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)過程包括隱層單元學(xué)習(xí)和輸出層單元學(xué)習(xí)兩 個(gè)階段。隱層單元學(xué)習(xí)采用無監(jiān)督學(xué)習(xí)的聚類算法，輸出層單元是 一個(gè)線性求和器，學(xué)習(xí)時(shí)采用有監(jiān)督學(xué)習(xí)，例如采用最小二乘法來 完成學(xué)習(xí)。 從本質(zhì)上來看，隱層單元的作用相當(dāng)于對輸入數(shù)據(jù)的某些局部 區(qū)域進(jìn)行分析，決定隱層神經(jīng)元最重要的參數(shù)是徑向基函數(shù)的中一巴 和寬度，即( 4 2 ) 式中的r 和盯，。當(dāng)輸入數(shù)據(jù)和隱層中某單元 的中心最接近時(shí)，該隱層單元的輸出就最大。隨著數(shù)據(jù)與中心遠(yuǎn) 離，隱層單元的輸出也將下降。 4 1 3r b f 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法 包括以下步驟： ( 1 ) 初始化各個(gè)聚類中心巴，= 1 , 2 ，h ，i i 為聚類個(gè)數(shù)。 ( 2 ) 將輸入數(shù)據(jù)歸為q 類，其條件是 1 1 x 一c ，l 悻m i n i i x ，一c ，”- - - ( 4 3 ) ( 3 ) 歸類完畢后，求出每個(gè)歸類的新中心和寬度，即 c j = 1 mj z ( 4 4 ) 盯：= 土m j j i i x j - c j n ( 4 5 ) 式中，m 為屬于_ ，類的輸入數(shù)據(jù)樣品數(shù)e 以上完成了聚類，從而確定了隱層單元的輸出，接下來是輸出 層單元的最小二乘法訓(xùn)練。 ( 4 ) 定義網(wǎng)絡(luò)輸出的誤差函數(shù)為 e = 善( d k y k ) 2 ( 4 6 ) 當(dāng)代大型化學(xué)品船技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究 式中，d 女為輸出單元k 的期望輸出值，y 。為實(shí)際輸出值。將 ( 4 1 ) 式代入( 4 6 ) 式，得到 e ：寶 d 一曼活r 0 l x - c , l l 為( 4 7 ) 訓(xùn)練輸出層神經(jīng)元的目的，就是要找出一組權(quán)系數(shù)紈，它使 ( 4 7 ) 式最小。 ( 5 ) 由 - o e ：o ( 4 8 ) u c u 唐 得到 _ r 忖g ”r l l x d i l j = d 。r | | x - c , i ( 4 9 ) l = l i n l 女；l ( 4 9 ) 式是一組以紈( f = 1 ，2 ，n ；k = 1 , 2 ，州) 為變量的線性方程 組，因而可以將合適的紈求出來。 4 2m a t l a b 環(huán)境簡介 m a t l a b 是m a t h w o r k s 公司推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視 化編程軟件，它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號處理和圖形顯示于一 體，構(gòu)成了一個(gè)方便的、友好的用戶環(huán)境，得到廣泛關(guān)注。由各個(gè) 領(lǐng)域的專家學(xué)者相繼推出了m a t l a b 工具箱，而且工具箱還在不斷 增加和改進(jìn)，成為各個(gè)領(lǐng)域研究的有利工具。1 。 m a t l a b 的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱中包含了眾多的進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、訓(xùn) 練、分析和繪圖的函數(shù)：可以直接應(yīng)用，來實(shí)現(xiàn)自己的想法。目前 該工具箱最新的版本是n e u r a ln e t w o r kt o o l b o xv e r s i o n4 0 幾乎完整地包括了現(xiàn)有的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的新成果。1 。其中關(guān)于r b f 神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)的函數(shù)主要有：n e w r b e 、n e w r b 、n e w g r n n 、n e w p n n 。 當(dāng)代大型化學(xué)品船技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究 n e w r b e 和n e w r b 采用正交最小二乘選擇算法設(shè)計(jì)隱層網(wǎng)絡(luò)”。 n e w g r n n 用來設(shè)計(jì)一種比較特殊的r b f 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，即g e n a r a l i z e d r e g r e s s i o nn e t w o r k s 。它與普通的r b f 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)區(qū)別在于有一個(gè) 特殊的輸出層，更適用于進(jìn)行回歸。n e w p n n 則用來設(shè)計(jì) p r o b a b l i s t i cn e u r a ln e t w o r k ，主要用于數(shù)據(jù)分類和辨識。在設(shè) 計(jì)網(wǎng)絡(luò)完成后，可以利用s i m 函數(shù)對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試和仿真。 4 3 利用r b f 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)例計(jì)算 本文采用n e w g r n n 和s i m 函數(shù)進(jìn)行r b f 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和仿 真，數(shù)據(jù)來自作者收集到的4 0 0 多條化學(xué)品船資料。以下分兩類情 況進(jìn)行分析： 4 3 1 單輸入單輸出映射 按照傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)回歸方法，對1 0 0 0 0 到5 0 0 0 0 載重噸的化學(xué)品 船垂線間長進(jìn)行分析，得到如下公式： 三月= 4 2 9 4 1 x l n ( d w t ) 一2 8 1 8 6 ( 4 1 0 ) 圖1 8 統(tǒng)計(jì)方法得到的d w t l p p 回歸曲線 其中，l p p 為垂線間長，d w t 為載重噸。將原始數(shù)據(jù)和回歸曲線 用圖表示如圖1 8 所示。 當(dāng)代大型化學(xué)品船技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究 如果采用r b f 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行回歸，利用n e w g r n n 、s i m 函數(shù)設(shè)計(jì) 和模擬，只要設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)選用合適的擴(kuò)展( s p r e a d ) 參數(shù)，即可得 到如圖1 9 所示曲線。 圖1 9 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法得到的d w t l p p 回歸曲線 從曲線的趨勢中，可以直觀的看出，利用r b f 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得到的 回歸曲線，更加反應(yīng)了實(shí)際數(shù)據(jù)的情況。 4 3 2 多輸入單輸出映射 r b f 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢并不在于單變量的情況，而在于多變量非 線性擬合的情況，下面以每日油耗f c d 和空船重量l w 為例。 ( 1 ) 每日油耗f c d 首先假設(shè)f c d 是載重量d 燈、航速v s 和主機(jī)持續(xù)服務(wù)功率c s r 的函數(shù)，即 f c d = 廠( d 胛，玢，c s r ) ( 4 1 1 ) 然后進(jìn)行以d w t 、v s 和c s r 為輸入向量，以f c d 為輸出向量，設(shè)計(jì) 訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)；最后另外選用1 0 條船的相關(guān)數(shù)據(jù)，利用s i m 函數(shù)進(jìn)行 模擬，對網(wǎng)絡(luò)精度進(jìn)行測試。 當(dāng)代大型化學(xué)品船技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究 表2r b f 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對于f c d 的估計(jì)值與實(shí)際數(shù)據(jù)對比 245 d w t v s c s r f c d 實(shí)際值 1 1 5 0 0 1 4 5 7 8 3 l 2 4 1 6 1 2 l 1 3 6 1 2 0 2 0 f c d 計(jì)算值 2 6 0 7 5 42 0 5 5 81 2 3 9 5 3 1 5 1 2 0 0 0 4 2 5 4 1 5 8 4 5 2 8 0 2 5 1 7 1 7 4 0 0 5 8 6 l 3 3 7 3 0 1 5 1 1 2 0 0 3 2 計(jì)算誤差8 6 2 8 2 2 5 | 2 3 o 續(xù)表2 ( 2 ) 空船重量l w 同上例方法相同，假設(shè)空船重量l w 是載重量b w t 、船長l p p 、 船寬b 、型深d 、吃水t