Excel VBA 在拋錨穩(wěn)性計(jì)算中的應(yīng)用

1、Excel VBA 在拋錨穩(wěn)性計(jì)算中的應(yīng)用摘要：拋錨穩(wěn)性軟件建立在Excel平臺(tái)上，應(yīng)用VBA編寫(xiě)的拋錨穩(wěn)性計(jì)算的軟件。其有輸入界面、數(shù)據(jù)文件、計(jì)算函數(shù)和輸出報(bào)告組成。輸入界面可輸入船舶的裝載情況、最火的錨纜張力等信息;數(shù)據(jù)文件包含計(jì)算需要的數(shù)據(jù)表單，為計(jì)算提供數(shù)據(jù)支撐;計(jì)算函數(shù)是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法編寫(xiě)而成，其可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)插值、格式控制、圖表繪制等功能;輸出報(bào)告展示計(jì)算的關(guān)鍵結(jié)果，可作為報(bào)告直接打印。該軟件可實(shí)現(xiàn)一鍵點(diǎn)擊生成報(bào)告功能，其操作簡(jiǎn)單，方便決捷，準(zhǔn)確可靠，可極大地提高船舶操作人員汁算船舶拋錨穩(wěn)性的效率。關(guān)鍵詞：VBA，拋錨;船舶穩(wěn)性關(guān)于船舶穩(wěn)性計(jì)算的商業(yè)軟件很多，如GHS和NA

2、PA等都能夠提供非?？煽亢透咝У姆€(wěn)性計(jì)算。但這些軟件操作復(fù)雜，專業(yè)性較強(qiáng)，適合具有專業(yè)背景的船舶設(shè)計(jì)人員使用。隨著船舶自動(dòng)化的開(kāi)展，相繼出現(xiàn)了各種船舶裝載軟件，通過(guò)人工或者傳感器輸入裝載信息，軟件可自動(dòng)汁算船舶穩(wěn)性、強(qiáng)度、吃水差等信息。然而，該裝載軟件通用性較強(qiáng)，靈活度不夠，無(wú)法針對(duì)船舶的特殊穩(wěn)性要求進(jìn)行修改。因此，在面臨新問(wèn)題新需求時(shí)，尋求一種新的靈活的解決方案顯得十分必要。2021年3月13日，挪威拋起錨船BourbonDolphin在起拋錨作業(yè)中發(fā)生側(cè)翻后。國(guó)際海事組織lMO于2021年6月6日發(fā)布了MSC83iiNF.9，要求具有起拋錨能力的近海供應(yīng)船和拖船必須滿足起拋錨穩(wěn)性要求。針對(duì)

3、拖輪這一穩(wěn)性汁算需求，本人基于EXCELVBA編程，整合常規(guī)的穩(wěn)性汁算方法和拋錨穩(wěn)性衡準(zhǔn)，編制了穩(wěn)性拋錨軟件。該軟件可實(shí)現(xiàn)一鍵點(diǎn)擊完成拖輪特定錨纜張力條件下拋錨穩(wěn)性衡準(zhǔn)計(jì)算和報(bào)告生成，為拖船進(jìn)行快速準(zhǔn)確地拋錨穩(wěn)性評(píng)估提供了有效的手段。1平臺(tái)介紹MicrosoftOffice中的Excel是一款普遍使用的表格工具，其具有數(shù)據(jù)計(jì)算和圖表繪制等功能。VBA是VisualBasicforApplication的縮寫(xiě)，其是內(nèi)嵌于office軟件中的一個(gè)開(kāi)發(fā)模塊，這個(gè)模塊提供程序自主開(kāi)發(fā)，語(yǔ)言根底與VBVisualBasic相似。使用VBA進(jìn)行編程可以自由的調(diào)用Excel中的數(shù)據(jù)、函數(shù)，控制Excel表格

4、的各項(xiàng)功能，該應(yīng)用極大地提高了Excel使用的靈活性和高效性。Excel的很多功能和常規(guī)不能實(shí)現(xiàn)的功能，大多可通過(guò)VBA程序進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，因此ExcelVBA為實(shí)現(xiàn)圖表自動(dòng)編輯和計(jì)算提供了根底。另外，使用VBA軟件時(shí)，不用特別安裝程序，可直接在Excel表格中操作。2軟件組成該拋錨穩(wěn)性計(jì)算軟件分為輸入界面、數(shù)據(jù)表單、計(jì)算函數(shù)和輸出報(bào)告四局部組成。2.1輸入界面如圖l所示，輸入界面包含所有計(jì)算所需數(shù)據(jù)及軟件初始化設(shè)置，輸入數(shù)據(jù)可分為固有數(shù)據(jù)和變化數(shù)據(jù)。固有數(shù)據(jù)有：船長(zhǎng)、型寬、型深、參考排水量、入水點(diǎn)橫向坐標(biāo)、入水點(diǎn)縱向坐標(biāo)、舭龍骨總面積、方形系數(shù)、空船重量及其坐標(biāo)位置縱向、橫向、垂向坐標(biāo)。可變數(shù)據(jù)有

5、：甲板貨物投影面積、甲板貨物面積中心距基線距離、船舶固定重量包括空船重、人員、甲板載貨及相關(guān)重量、液艙的液貨淡水、壓載水、燃油等重量及位置縱向、橫向、垂向坐標(biāo)和拋錨纜張力。軟件初始化設(shè)置包括模式設(shè)置、數(shù)據(jù)表單的生成、數(shù)據(jù)導(dǎo)入等功能，這些功能可擴(kuò)展軟件的可使用范圍和初始化的便利性。例如：針對(duì)不同的船舶，原點(diǎn)的參考位置可能為船中，可能為船尾;另外在靜水力表查表的基準(zhǔn)變量可能為排水量，可能為吃水。這些設(shè)置在模式設(shè)置中均可進(jìn)行，當(dāng)前設(shè)置的狀態(tài)也會(huì)在輸入頁(yè)面上顯示。2.2數(shù)據(jù)表單數(shù)據(jù)表單為計(jì)算提供了數(shù)據(jù)查詢支持，其包括靜水力表、艙容表、穩(wěn)性交叉曲線表和船體受風(fēng)信息表。如表l所示，靜水力表格可提供船舶在一

6、定吃水情況下的靜水力曲線值，包括排水量、浮心縱向坐標(biāo)LCB、浮心垂向坐標(biāo)VCB、漂心縱向坐標(biāo)LCF、每厘米吃水噸數(shù)TPC、穩(wěn)心縱向坐標(biāo)KML、穩(wěn)心橫向坐標(biāo)KMT、縱傾一厘米力矩MTC。如表2所示，艙容表包含船舶所有液艙在不同的液位對(duì)應(yīng)的相關(guān)信息，其中每個(gè)液艙的艙容表包括在不同的測(cè)深情況下的如下信息：液位測(cè)深、體積、液體縱向坐標(biāo)、液體橫向坐標(biāo)、自由液面力矩。如圖3交叉曲線反應(yīng)形狀力臂在不同排水量、不同橫傾角下的形狀力臂值。通過(guò)形狀力臂值可通過(guò)公式計(jì)算靜穩(wěn)性力臂。船舶受風(fēng)面積數(shù)據(jù)反應(yīng)在不同吃水下，水上面積和對(duì)應(yīng)的力臂的數(shù)值，見(jiàn)圖2。2.3計(jì)算函數(shù)其中主函數(shù)負(fù)責(zé)主體計(jì)算流程控制，當(dāng)點(diǎn)擊輸入頁(yè)面的“計(jì)

7、算按鈕后，主程序即被調(diào)用。主程序控制整個(gè)計(jì)算流程，通過(guò)調(diào)用輔助函數(shù)實(shí)現(xiàn)軟件的所有功能。對(duì)于計(jì)算過(guò)程中的大型汁算模塊、重復(fù)計(jì)算、格式化、錯(cuò)誤排查、控制參數(shù)確定對(duì)等需求，編制了大量的輔助函數(shù)庫(kù)。新功能的實(shí)現(xiàn)，均可通過(guò)主程序調(diào)用輔助函數(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。2.4輸出報(bào)告經(jīng)過(guò)計(jì)算，軟件將結(jié)果輸出到輸出頁(yè)面，并進(jìn)行格式優(yōu)化顯示。輸出的結(jié)果有總重量、位置信息重心縱向、橫向和垂向坐標(biāo)、自由液面力矩、靜水力參數(shù)信息LCB、VCB、LCF、TPC、KML、KMT和MTC、浮態(tài)首吃水、尾吃水和縱傾值、靜穩(wěn)性圖表、完整穩(wěn)性衡準(zhǔn)等傳統(tǒng)穩(wěn)性報(bào)告內(nèi)容。針對(duì)拋錨穩(wěn)性的衡準(zhǔn)，添加了衡準(zhǔn)結(jié)果顯示。通過(guò)Excel輸出生成PDF格式文件可直

8、接作為報(bào)告進(jìn)行提交。圖3所示為輸出報(bào)告中的重要局部，包括靜穩(wěn)性圖、完整穩(wěn)性衡準(zhǔn)和拋錨穩(wěn)性衡準(zhǔn)結(jié)果。如衡準(zhǔn)結(jié)果滿足要求，軟件輸出為綠色的“OK，否那么輸出為紅色的“NO。3.計(jì)算原理圖4所示為拋錨穩(wěn)性計(jì)算軟件的計(jì)算流程。主計(jì)算程序啟動(dòng)以后，輸入數(shù)據(jù)賦值到函數(shù)變量。測(cè)深數(shù)值通過(guò)艙容表查詢液艙載貨信息。液艙載貨信息與船舶自重、甲板貨物信息進(jìn)行匯總得到總重量信息從而計(jì)算出總排水量。總排水量通過(guò)靜水力參數(shù)表查詢可得對(duì)應(yīng)的吃水及靜水力參數(shù)，可計(jì)算船舶浮態(tài)信息。進(jìn)一步查詢穩(wěn)性交叉曲線可計(jì)算靜穩(wěn)性數(shù)值，繪制靜穩(wěn)性曲線，進(jìn)行完整穩(wěn)性衡準(zhǔn)校核和拋錨穩(wěn)性校核。其中，完整穩(wěn)性衡準(zhǔn)校核參考完整穩(wěn)性手冊(cè)，拋錨穩(wěn)性衡準(zhǔn)為M

9、SC83iINF.9中新增加的內(nèi)容，即最大的錨纜張力下的橫傾角必須小于如下三個(gè)角度：l.50%最大GZ值的對(duì)應(yīng)橫傾角度;2進(jìn)水角;3.15°。橫傾力矩的計(jì)算包括水平力矩和垂直力矩。如圖5所示，水平力臂的計(jì)算為推進(jìn)器中心到主甲板的垂直距離。如圖6所示，垂直力臂的計(jì)算為尾滾筒中心的外緣值至拖纜在滾筒出舷點(diǎn)的水平距離。由于拋錨是個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，不可能也無(wú)必要精確確定錨纜的出舷點(diǎn)，從平安的角度考慮，垂直力臂取半船寬。因此，錨纜的縱橫力矩的計(jì)算可以簡(jiǎn)化為如圖7所示的模型進(jìn)行計(jì)算。將錨纜張力在水平和垂直兩個(gè)方向進(jìn)行分解，與相應(yīng)的力臂相乘計(jì)算出水平力矩和垂直力矩，進(jìn)而獲得綜合力矩。拋錨穩(wěn)性衡準(zhǔn)，即給

10、定錨纜最大張力。在考慮錨纜垂直分量對(duì)吃水的影響，修正靜穩(wěn)性曲線和入水角的條件下，計(jì)算出從O度到90度每隔10。出舷角下的綜合力矩，分別代入靜穩(wěn)性曲線求出50%最大GZ值，再按拋錨衡準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行衡準(zhǔn)。4展望基于ExcelVBA的軟件的最大好處之一是可以根據(jù)所需進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)更改，利用Excel自身強(qiáng)大的功能進(jìn)行計(jì)算和報(bào)告的輸出。假設(shè)數(shù)據(jù)量巨大，還可調(diào)用Access進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)操作以進(jìn)一步提高計(jì)算速度。在穩(wěn)性衡準(zhǔn)計(jì)算的根底上，還可以進(jìn)行多方向的拓展，例如海上運(yùn)輸綁扎設(shè)計(jì)、船舶調(diào)載優(yōu)化等程序功能開(kāi)發(fā)工作。限于基于的數(shù)據(jù)量和方法的限制，很多數(shù)據(jù)是基于固定假設(shè)條件下獲取的數(shù)值，計(jì)算精度還有提高的空間?？傊贓xcelVBA平臺(tái)的計(jì)算軟件開(kāi)發(fā)有非常多的應(yīng)用場(chǎng)景、尚有大量的研究開(kāi)發(fā)工作可以嘗試。參考文獻(xiàn)【1】路遠(yuǎn)發(fā).GeoKit：一個(gè)用VBA構(gòu)建的地球化學(xué)工具軟件包J地球化學(xué).20219.【2】I