1、ICS 47.020.99 CCS U 40 中华人民共和国国家标准GB/T 40523. 1-2021 /ISO 19030-1 : 20 16 船舶与海上技术船体和螺旋桨性能变化测量第1部分:总则Ships and marine technology-Measurement of changes in hull and propeller performance-Part 1: General principles 2021-08-20发布(ISO 19030-1 : 20 16, IDT) 国家市场监督管理总局华+国家标准化管理委员会保叩2022-03-01实施G/T 40523.1-2
2、021 /ISO 19030-1 : 20 16 目次前言皿引言凹1 范围2 规范性引用文件-3 术语和定义4 一般原则4.1 船体和螺旋桨性能24.2 船舶推进效率和总阻力4.3 测量船体和螺旋桨性能变化的主要参数4.4 测量船体和螺旋桨性能变化的次要参数4.5 测量程序45 性能指标55.1 坞修性能:本次出坞后船体和螺旋桨性能与以往出坞性能平均值的对比55.2 营运性能:出坞到坞期间隔结束期间船体和螺旋桨性能的平均变化5.3 维修触发:从坞期间隔开始到任何选定时间船体和螺旋桨性能运动平均值的变化75.4 维修效果:维修事件前后船体和螺旋桨性能的变化86 性能指标测量的不确定度和精度8附录
3、A(资料性)评估性能分析程序不确定度的方法和假设条件10参考文献. . . 23 I G/T 40523.1-2021 /ISO 19030-1 : 20 16 目。吕本文件按照GB/ T 1. 1-2020标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本文件是GB/T40523船舶与海上技术船体和螺旋桨性能变化测量的第1部分。GB/T40523 已经发布了以下部分:一一第1部分:总则;第2部分:默认方法;第3部分:替代方法。本文件使用翻译法等同采用ISO19030-1:20160.3改为功率0.3kW。一一在参考文献中增加了: 等同采用ISO19030-2: 2016的GB/
4、T40523.2-2021 船舶与海上技术船体和螺旋桨性能变化测量第2部分:默认方法; 等同采用ISO19030-3: 2016的GB/T40523.3-2021 船舶与海上技术船体和螺旋桨性能变化测量第3部分:替代方法。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国船用机械标准化技术委员会CSAC/TC137)提出并归口。本文件起草单位:中国船舶工业综合技术经济研究院、招商局邮轮研究院(上海)有限公司、上海交通大学、上海外高桥造船有限公司、上海熔圣船舶海洋工程技术有限公司、广东海洋大学。本文件主要起草人:祁超、王卉隽、黄超、吉春正、赵勇、郭世笠、周龙、
5、赵永生、张容、吴英友、严谨。囚G/T 40523.1-2021 /ISO 19030-1 : 20 16 引船体和螺旋桨性能指船舶水下船体和螺旋桨的状态与船舶以一定速度在水中移动所需动力之间的关系。测量船舶特定船体和螺旋桨性能随时间的变化，可以表明船体和螺旋桨的维护、修理和改装活动对船舶整体能效的影响。本文件的目的是规定测量船舶特定船体和螺旋桨性能变化的实用方法，并为船体和螺旋桨的维护、修理和改装活动定义一套相关的性能指标。这些方法并不适用于比较不同类型不同尺寸船舶(包括姐妹船)的性能，也不适用于监管架构。N 本文件包括3个部分。一-GB/T40523.1概述了如何测量船体和螺旋桨性能变化的一
6、般原则，并规定了用于船体和螺旋桨的维护、修理和改装活动的性能指标。GB/ T 40523.2规定了测量船体和螺旋桨性能变化以及计算一组基本性能指标的默认方法，同时对各性能指标的预期精度进行指导。一-GB/T40523.3规定了默认方法的替代方法。其中一些方法会降低整体精度，但提高了标准的适用性。有些方法可能产生相同或更高的整体精度，但包括尚未广泛应用于商业航运的要素。本文件中概述的一般原则和定义的方法是基于通用的和国际公认的测量设备、信息、程序和方法。G/T 40523.1-2021 /ISO 19030-1 : 20 16 船舶与海上技术船体和螺旋桨性能变化测量第1部分:总则1 范围本文件规
7、定了船体和螺旋桨性能变化测量的一般原则，并规定了用于船体和螺旋桨的维护、修理和改装活动的性能指标。本文件规定的一般原则和性能指标适用于由传统的固定螺距螺旋桨驱动的所有船舶类型，其目的是测量同一艘船舶的船体和螺旋桨性能随时间推移而发生的变化。注:是否适用于其他的配置(如可变蝶、距螺旋桨)，将根据需要在今后标准中修订。2 规范性引用文件本文件没有规范性引用文件。3 术语和定义3.1 3.2 3.3 3.4 下列术语和定义适用于本文件。船体和螺旋桨性能hull and propeller performance 船舶水下船体和螺旋桨的状态与该船舶在给定航速下航行所需动力之间的关系。收到功率deliv
8、ered power PD 传递到螺旋桨的功率(螺旋桨动力)。对水航速speed through the water V 船舶在一组给定的航行(环境)和装载(排水量/纵倾)条件下的速度。精度accuracy 通过真实度与精确度进行描述，其中，真实度指测量结果的平均值与实际(真)值的接近程度，精确度指单个结果与实际(真)值的接近程度。注:请参阅ISO5725-1:1994中3.6和0.1介绍。3.5 不确定度uncertainty 测量到指定精度内的实际(真)值的概率。3.6 滤波filtering 删除不需要的数据的方法。GB/T 40523.1-2021 /ISO 19030-1 : 20
9、16 3.7 归一化normalization 统计学中规范化的平移和缩放版本的创建值，以消除统计方式的影响，取得对应的归一化值。3.8 3.9 3.10 3. 11 性能指标performance indicators; PIs 用于评估有效性或触发特定活动。坞修dry-docking 将船舶牵引至干船坞内，对航行过程中处于水下的船体部分进行维护、修理和/或改装。出坞out-docking 船舶出干坞后的一段时期。坞期间隔dry-docking interval 船舶两次连续进干坞之间的时间间隔。4 一般原则4.1 船体和螺旋桨性能船体和螺旋桨性能指船舶水下船体和螺旋桨的状态与船舶在给定航速
10、下航行所需功率之间的关系。船体和螺旋桨性能与功率的变化有关，因为船体阻力和螺旋桨效率不是可直接测量的量。4.2 船舶推进效率和总阻力船体和螺旋桨性能与船舶推进效率及船舶阻力的概念紧密相关。性能模型是基于收到功率与该收到功率下的船体总阻力模型，PD(收到功率)用公式(1)表示:2 式中:RT 总阻力，单位为牛(N); V 对水航速，单位为米每秒(m/s); r;Q一一推进效率。总阻力由不同部分组成，用公式(2)表示:Pn=RTXV D一-r;Q RT=Rsw十RAA十RAW十RA H式中:R sw 静水阻力，单位为牛(N); RAA 风阻力，单位为牛(N); RAW 波浪阻力，单位为牛(N);
11、( 1 ) ( 2 ) RAH 基于船体变化所增加的阻力(污垢、机械损害、胀形、漆膜起泡、油漆剥落等)，单位为牛(N)。推进效率由不同部分组成，用公式(3)表示:可Q-币。Xr;H X可R. ( 3 ) G/T 40523.1-2021 /ISO 19030-1 : 20 16 式中:币。一一螺旋桨敞水效率;可H船体效率;r;R 相对旋转的效率。基于船体变化所增加的阻力用公式(4)表示:Ff)Xn RAH=-扩二-(Rsw十RAA+RAW).(4 ) 式中:V 对水航速，可直接测量，单位为米每秒(m/s); FD 收到功率，可通过轴功率计算，单位为瓦特(W)。在相同的环境条件和运行状态下，船舶
12、以给定航速在水中航行所需的收到功率的变化，是由于水下船体阻力的变化和/或螺旋桨效率的变化导致的。水下船体阻力的变化是由于船体状况的改变导致的。螺旋桨效率的变化是由于螺旋桨状态的改变，以及由于船体状态的改变导致的螺旋桨水流(船体尾流)的改变造成的。对于在役船舶，环境条件和运行状态(如速度、装载、纵倾)各不相同。为了测量在役船舶的航速-功率关系的变化，有必要比较两个时期(参考期和评估期)，在这两个时期内，环境条件和运行状态具有充分的可比性(滤波观测数据)和/或应用修正(使观测数据归一化)。对观测数据进行滤波和归一化有许多可供选择的方法。就测量结果的准确性而言，这些方法各有利弊。本文件规定了滤波和归
13、一化程序的实际结合，以提供足够的准确性。注:不同的阻力因子的相对重要性在一定程度上随船舶所处的操作和环境条件的不同而变化。此外，模型的准确性也取决于运行状态和环境条件。这些因素影响船体和螺旋桨性能指标的准确性，如现行标准所述。因此，在评估性能指标的准确性并使用时，假定在参考期和评估期具有可比性的运行状态和环境条件(见附录A)。本文件今后的修订将重新评估是否有更准确的修正公式，将上述相关性考虑在内。船体和螺旋桨的维护、修理和改装活动对在役船舶的能效有影响。这些影响可以通过测量参考期和评估期船舶以给定航速在水中航行时收到功率的变化获得，并且两个时期的环境条件和运行状态通过初级滤波观测数据和/或修正
14、后的观测数据进行了充分的比较。4.3 测量船体和螺旋桨性能变化的主要参数当测 量船体和螺旋桨性能的变化时，船舶的对水航速和收到功率作为两个主要参数。注:即使船体性能不受螺旋桨效率影响，测量螺旋桨推力也是必须的。对于这些参数，不同的测量方法，使用不同的传感器将获得不同的信号质量。在GB/T40523.2中规定了默认的测量方法和相关的最低要求信号质量值。如果传感器的最低要求的信号质量不能满足要求，可使用替代的测量方法，但会引人更多的不确定度。在GB/T40523.3中描述了测量过程的替代方法。对于每个备选方案，规定了所需的信号质量的最低值以及引人的附加不确定度的估计值。4.4 测量船体和螺旋桨性能
15、变化的次要参数必要时使用滤波算法和归一化程序以使参考期和评估期的性能具有充分的可比性，需要测量环境参数和船舶的运行状态参数。有关的环境参数有:一一风速和风向;有义波高、方向和波浪谱;3 G/T 40523.1-2021 /ISO 19030-1 : 20 16 一一涌浪高度、方向和波浪谱;水深;一一水的温度(运动站性系数)和密度。有关的运行状态参数有:速度;装载条件(静态吃水、静态纵倾、横倾); 一一航行浮态(运动、动态吃水、动态纵倾); 一一舵角/舵的运动频率。如果不是所有参数都有可靠的传感器信号，可从替代传感器的信号获得近似信号，应假设其影响随时间平均化。在GB/T40523.2中，对于测
16、量船体和螺旋桨性能变化的默认方法，规定了传感器信号集的最小集合和每个传感器的最低要求信号质量。在GB/T40523.3中，定义了传感器信号的替代集合和最低要求信号质量，以及其对性能指标预期精度影响的测量和估计过程。4.5 测量程序4.5.1 总则测量船体和螺旋桨性能的变化，涉及三个基本程序步骤，见图1。测量的精度由其真实度和其精确度组成(见ISO5725)。真实度指测量结果的平均值与实际值(真值)的接近程度。精确度指单个结果之间的一致性，是重复性和再现性的函数。再现性指在不同的仪器和操作人员之间以及在较长的时间内使用相同的测量过程所产生的变化。测量程序对性能指标的再现性有相当大的影响，因此对性
17、能指标的精度也有相当大的影响。注:程序步骤不一定按上述顺序依次进行。例如，一些数据准备可以作为数据采集的一部分。图1测量船体和螺旋桨性能变化时的程序步骤4.5.2 数据采集数据采集指从安装在船舶上的相关传感器和设备以及外部信息提供者记录(于动和/或自动)信号/数据的系统过程。于动数据采集频率通常按每天一次(中午时数据)。通常，自动数据采集频率要高得多。4 G/T 40523.1-2021 /ISO 19030-1 : 20 16 4.5.3 数据存储数据存储指以适当的格式保存和保留采集的数据。此过程应该允许先前存储的数据与新数据一起保存，并按顺序排序，以便在需要时容易检索。4.5.4 数据准备
18、数据准备包括数据的提取、汇编、筛选和验证，使其具有适合进一步处理的结构、格式和质量。然后计算一组无量纲性能值，反映给定时间段内船体和螺旋桨性能的变化。使用性能值的不同子集计算各项性能指标。数据准备可以部分或完全自动化。GB/ T 40523.2规定了数据采集、数据存储和数据准备的实际方法，以获得预期的高精度，这是测量船体和螺旋桨性能变化的默认方法。GB/ T 40523.3规定了测量程序的替代方案，并描述了对性能指标预期精度的影响。5 性能指标有关船体和螺旋桨性能的船舶特定变化的测量可用于若干相关的性能指标，以确定船体和螺旋桨的维护、修理和改装活动的有效性，见表1。表1四种基本的船体和螺旋桨性
19、能指标(PIs)性能指标定义坞修性能:船体和螺旋桨性能在本次出坞后(评估期)与以往出坞确定船舶进坞(修理和/或改装活动)的有效性时(参考期)的平均值相比的变化营运性能:船体和螺旋桨性能从出坞后的一段时间(参考期)到坞确定水下船体和螺旋桨坞期间隔解决方案(包括坞期间隔发生的任何维护活动)的有效性期间隔结束时(评估期)的平均变化维修触发:船体和螺旋桨性能从坞期间隔开始(参考期)到任何选启动水下船体和螺旋桨维修，包括螺旋桨和/或船体检查定时间(评估期)的动态平均值的变化维修效果:在船体和螺旋桨性能从维修事件前(参考期)到维修事确定特定维修事件的有效性，包括螺旋桨和/或船体清洗件后(评估期)的变化5.
20、1 坞修性能:本次出坞后船体和螺旋桨性能与以往出坞性能平均值的对比本次出坞后船体和螺旋桨性能变化与以往出坞性能平均值(数据/可用测量值)的对比，可用于确定船舶进坞(修理和/或改造活动)的有效性，见图2。5 G/T 40523.1-2021 /ISO 19030-1 : 20 16 DDn 4一一一一-DDl V _ 二口标引序号说明:H 船体和螺旋桨性能;时间;DDn 本次干坞期;DD口+1下一次干坞期;DDI 坞期间隔;R 二一参考期:上次出坞后船体和螺旋桨性能平均水平;E 二一评估期:本次出坞后船体和螺旋桨性能;PI-1 二一性能指标1:进坞性能。图2坞修性能DDn+l . 在船舶进坞期间
21、，螺旋桨通常要清洗、抛光和/或修理，水下船体通常要清洗、清仓、修复和重新涂覆。此外，还可以进行改装以提高船体、螺旋桨或两者的性能。不能准确地分离出单个因子的效应(例如预处理水平或质量差异、涂装质量或油漆表面特性的影响)。但是，如果进坞期间只有一个因子的效应子集不同，其他因子都可以合理地假定是相同的，性能指标可作为这一个因子的效应子集的指标。该性能指标的计算方法见GB/T40523.2和GB/T40523.3。注:船舶进坞期间发生的损坏和变形，例如支 承块放置不当而引起的鼓胀，将影响测量到的船体和螺旋桨性能，这是性能指标不确定性的来源。5.2 营运性能:出坞到坞期间隔结束期间船体和螺旋桨性能的平
22、均变化船舶从出坞到坞期间隔结束时船体和螺旋桨性能的平均变化，可以确定水下船体和螺旋桨坞期间隔解决方案的有效性，包括坞期间隔发生涂覆及任何维护活动，见图3。6 该性能指标的计算方法见GB/T40523.2和GB/T40523.3。注1:船舶进坞期间发生的问题，例如支承块放置不当而引起的鼓胀，将影响测量到的船体和螺旋桨性能，这是性能指标不确定性的来源。注2:螺旋桨结垢和/或桨尖缺损会对船体和螺旋桨的性能产生重大影响。若需单独测量船体性能的变化，在参考期和评估期内，螺旋桨保持清洁和无损坏是必须的。 =口DDn 标引序号说明:H 一一船体和螺旋桨性能;一一时间;DDT一一一+G/T 40523.1-2
23、021 /ISO 19030-1 : 20 16 DDn+l DDI 坞期间隔;R 一一参考期:出坞后船体和螺旋桨性能;DDn 本次干坞期(如果是新船，则提供人坞服E 评估期:坞期间隔剩余时间内船体和螺旋桨平均性能;务日期); DD口+1二一下一次干坞期;PI-2 性能指标2:营运性能。图3营运性能5.3 维修触发:从坞期间隔开始到任何选定时间船体和螺旋桨性能运动平均值的变化从坞期间隔开始到相同间隔期的选定时间，测量船体和螺旋桨性能运动平均值的变化，可以用于触发水下船体和螺旋桨的维修，包括螺旋桨和/或船体清洗，见图4。DDn :r: 标引序号说明:H 船体和螺旋桨性能;时间;DDl 一一一一一
24、-DDn+l DDI 二一坞期间隔;R 二一参考期:出坞后船体和螺旋桨性能;DDn 本次干坞期(如果是新船，则提供入坞服E 二一评估期:任何选定时间船体和螺旋桨性能运动平均值;务日期); DD口+1一一下一次干坞期;PI-3 一一性能指标3:维修触发。图4维修触发7 G/T 40523.1-2021 /ISO 19030-1 : 20 16 该性能指标的计算方法见GB/T40523.2和GB/T40523.3。5.4 维修效果:维修事件前后船体和螺旋桨性能的变化维修事件前后，船体和螺旋桨性能变化的测量可以用于确定已经发生的特定维修活动的有效性，包括螺旋桨和/或船体清洗，见图5。DDn DDT一
25、一一-DDn+l =口标引序号说明:H 船体和螺旋桨性能;时间;DDn 二一本次干坞期(如果是新船，则提供入坞服务日期); DD口+1下一次干坞期;DDI 坞期间隔;E 一一维修事件;R 参考期:维修前船体和螺旋桨性能;E 一一评估期:维修后船体和螺旋桨性能。图5维修效果该性能指标的计算方法见GB/T40523.2和GB/T40523.3。6 性能指标测量的不确定度和精度8 影响性能指标精度和不确定度的重要来源，见ISO5725-1，主要包括:一一测量的不确定度(例如，有关传感器精度，包括理想条件下实验室试验中可能观察到的不确定度以及与传感器的安装、维护和操作有关的任何附加不确定度); 一一使
26、用样本、平均值、加合参数值引起的不确定度，参数是随时间的变量(例如，使用一段时间内的平均风速); 一一通过使用一定简化关系公式带来的不确定度，以便管理复杂性或信息不全(例如使用航海数据修正吃水，或将在特定吃水下测量的数据用公式归一化为参考吃水的近似值)。本文件的目的是确定性能指标测定的标准程序:一一上述的性能指标不确定度处于能够为各种决策应用程序提供有意义的部署性能指标的水平(认识到并非所有方法都适用于所有应用程序); 一一鉴于传感器和硬件的可用性不同，以及标准的透明度要求，上述3种不确定度均尽可能减少;G/T 40523.1-2021 /ISO 19030-1 : 20 16 一-GB/T4
27、0523.2和GB/T40523.3的方法差异和变化所产生的相对精度是透明的。为决策目的适当使用性能指标，取决于了解不确定度对每项性能指标精度的影响。对于默认方法，GB/T40523.2和GB/T40523.3提供了关于各项性能指标预期精度的指导。同样，对于替代方法，GB/T40523.3提供了对各项性能指标预期精度影响的指导。评估预期精度的框架，见附录A。9 G/T 40523.1-2021 /ISO 19030-1 : 20 16 附录A(资料性)评估性能分析程序不确定度的方法和假设条件A.1 概述不确定度分析的目的是描述系统潜在输出范围的概率水平，或估计输出范围超过特定阔值或性能测量目标
28、值的概率lSJ。与航运业不确定度量化相关的现有文献主要是ITTC推荐程序。这包括与流体力学试验叫有关的试验结果的不确定度估算的既定方法，例如敞水推进试验13J和阻力试验t川。这些应用程序在拖曳水池仿真试验17J和海上试验12J中应用。这些方法基于ISO不确定度测量指南)16J和AIAA试验不确定度评定标准)4 J。作为制定本附件所述方法的主要来源的一份关键文件是测量不确定度表示指南)7J，提供了方法和过程的推导和讨论，其规定程序被许多机构采用。A.2 不确定度分析方法综述与选择GUM框架来源于科尔曼(1990年)的工作，他首次引入了精度和偏差误差的平衡处理，他们也描述了一种处理相关误差和小样本
29、的方法。以科尔曼和斯蒂尔的命名和定义与ANSI/ASMEC美国国家标准学会/美国机械工程师协会)测量不确定度的标准一致，精度误差是总误差的随机组成部分，有时被称为重复性误差，它对每个测量值都不同，它可能带来不可预测的或随机的时间和空间变化的影响，它们是由于测量系统可重复性的限制以及设施和环境的影响。偏差误差对数据的离散性没有影响，但它是总误差固定的、系统的或恒定的组成部分;这对每个测量值都一样。GUM框架的基本前提是双重的:首先，输出值是在系统误差和随机误差相结合获得整体的不确定度概率的基础上，其次，它包括表示人们如何知道被测变量的真值，如何量化不确定度概率。这是对传统误差分析的改进，在传统误
30、差分析中，输出值是加上系统误差和随机误差的最佳估计值。这就导致了根据不确定度的评估方法对不确定度进行分类:A类不确定度的评估是基于统计方法或重复值，即从观察到的频率分布得到的高斯分布。B型不确定度评估是基于科学判断(除统计以外的方法)，这是一个贝叶斯推理的特征，基于置信度的先验分布，如果没有特定的知识只能假定要分配的概率是均匀分布或矩形分布。根据第二个前提，这两种评估都基于概率分布(由方差和标准分布)。分类不是为了表明性质上的区别。GUM指定了3种分布的传播方法:a) GUM不确定度框架，构成了不确定度传播定律的应用;b) 蒙特卡罗CMC)方法;c) 解析法。解析法c)给出不包含近似值的精确结
31、果;然而，它只在最简单的情况下有效，而a)和b)都考虑到近似值。如果模型是线性并且输入采用高斯法，GUM框架是有效的，该框架遵循AIAA指南川和ITTC关于流体动力学试验不确定度指南1飞其中包括喷水推进试验15J和阻力试验14J17J相关示例。在这些示例中，传感器测量重复性(相同的条件、设备、操作员和位置)被标识为每个变量的精度极限，并由分布函数或简单的标准偏差阳进行描述。每个输入元素的偏差限制可能是一个固定值(平均值)或一个随机变量，在后一种情况下它应定义区间，如95%置信区间，真值4J为该区间内(偏差)的平均结果，任何时候在相同条件下使用相同设备重复试验，结果都应在95%置信区间内。如果模
32、型线性和高斯输入的假设不成立，或者这些条件有问题，那么MC方法通常可以得到一个10 G/T 40523.1-2021 /ISO 19030-1 : 20 16 有效的不确定度。在概率风险评估领域，蒙特卡罗分析可能是应用最广泛的概率方法町，航运业的相关例子包括航行试验不确定度分析12J的应用。MC方法另一个优点是输入的不确定度是基于概率分布(而不是将标准的不确定度与每个输入的估计值相关联)，因此，不必区分输入值为A型或B型，最后，得到更为准确的输出值，而不局限于高斯法。由于船舶性能的模型是非线性的，并且没有广泛的证据表明输入和输出的不确定度都可以用高斯法表示，因此在GB/T40523.2和GB/
33、T40523.3中选择MC方法估计不确定度。该方法还支持对输入不确定度变化对整体不确定度敏感度的影响进行稳健的试验研究。对敏感度的研究使我们能够证明假设的正确性，即哪些输入可以安全地假定对结果的影响可以忽略不计。A.3 方法描述这项工作采用以下办法，见图A.l: a) 识别每个元素的不确定度来源、分类、定义、概率、分布参数;b) 仿真船舶的运行状态和性能趋势，以及数据采集、采样和滤波;c) 采用蒙特卡罗方法对传递误差进行模型和仿真，定义关键源误差不确定度的概率分布(从第a步); d) 制定输出分布的结果，报告整体不确定度。时间I速度V吃水运行状态-一一日速度变化率性能模型Vture. i Pt
34、ure, j Dtllre j 叫吼叫 算法l-十-丁l 随机样本N阳恼叩量野町不研确毗定跟度l 工斗斗斗凡凡队lea:;.f陆eafi.f几VeKp，f阳确定度-r飞111阳nea田巳mV,v=100. (vm础，;几矶;)/11.山民F月NVt由Svd)I MC: nrep!、图A.1性能参数不确定度估计值的仿真方法图示11 G/T 40523.1-2021 /ISO 19030-1 : 20 16 A.4 船舶性能监测的不确定度来源A.4.1 总则性能指标的若干不确定度来源见图A.2。校准/- (模型参数(模型结构)基线来源图A.2不确定度来源代理国不确定度的主要组成部分:模型不确定度、
35、采样误差、仪器误差和人为误差，将在下文详细讨论。A.4.2 仪器不确定度对于每个包含分析(速度/功率/吃水)的传感器，下列传感器特性适用:一一精度:包含在分析中。一一偏差:排除，因为如果传感器偏差是恒定的，那么将抵消连续时间周期内的速度损失。如果船舶在恒功率模式下运行，周期之间的速度差，其影响很小，可忽略不计。一一漂移:将影响周期间的速度损失百分比的变化。分析假设传感器保持在校准范围内，漂移可以忽略不计。在参考文献 5 J中更详细地讨论了漂移的潜在影响。采样人员测量BFC风速)替代风速计和风向标对于速度损失的不确定度影响在于，不能准确滤波天气影响，方法c)和d)的结果认为天气影响可忽略不计。这
36、是合理的，因为BF参数是一个滤波参数，而不是提取速度损失性能值所需的主要变量。对GB/T40523.3中定义的主要参数和替代值的不同精度等级的估计在下文中详细说明。A.4.3 采样误差A.4.3.1 总体要求采样误差的影响与样本容量和平均值有关，而平均值的影响又与采样频率有关。通过对典型船舶的运行、环境条件和性能进行统计调查，获得每种影响的代表性假设估计。A.4.3.2 样本容量根据GB/T40523.2和GB/T40523.3规定的滤波标准，由于滤波而删除的数据的比例取决于船舶12 G/T 40523.1-2021 /ISO 19030-1 : 20 16 的环境/操作条件。例如，如果一艘船
37、舶80%的时间都在风速大于B凹的天气条件下，那么至少80%的Vd测量值将从性能值的估计中被省略，从而减少了用于计算的样本量。在其他条件相同的情况下，样本量越小，性能值的不确定度越大。被滤波处理拒绝的数据量也是采样频率的函数。如果使用低频(例如每天)采样，则由于在滤波中使用平均值，通常会滤波掉更大比例的数据。表A.1连续滤波步骤后剩余数据的百分比(顺序与每个滤波器的相对重要性有关)观测次数海上数据累计剩余比例/%所有数据C397d.1次采样/15min) 38 112 海上数据(排除明显的异常值/缺失值)19 717 100 风速0.3kW 8 643 43.8 AbsCSOG-STW) 4的数
38、据被滤波后)，用于仿真的假设，包括在基础航速中增加的正态分布噪声。日速度变化率平均化的影响是改变总速度损失不确定度的偏差(不是精度)，这意味着如果基础日速度变化率在不同时段发生变化，那么速度损失的计算可能会有偏差。这一偏差影响的幅度包含在本附件的计算结果中。平均日吃水变化量(即由于纵倾的变化或由于燃料消耗)的影响不包括在内，可以忽略不计。A.4.4 模型不确定度该方法将实测功率转换为预期航速，假定航速-功率对应关系为三次曲线。航速的真实指数变化为315，参见国际海洋涂料10，较高航速的船舶如集装箱船19J航速的真实指数变化为40，这将导致速度损失的偏差和精度发生变化，从而增加Pv测量的不确定度
39、。在实际应用该方法时(见GB/ T 40523.2和GB/T40523.3)，模型的不确定度与速度-功率参考曲线(无论是速度试验、CFD还是拖曳水池试验)不能完全准确地反映船舶功率随船舶的变化。但是，由于产生偏差的原因在参考期和评估期可能是恒定的，因此它们对不确定度计算的影响可以忽略不计。在参考文献 5 J中对这一不确定度来源的进一步调查证实了这一假设。海事公式能充分反映吃水变化对航速和功率影响的假设尚未得到研究，但与其他不确定因素相比，这一假设可以忽略不计。A.4.5 人为误差如果报告不是自动完成的，在操作、读取或记录传感器数值时，任何测量都可能发生人为误差(通常被归类为仪器不确定度)。例如
40、中午数据可能不会发生在每天相同的时间，时间的记录可能不会进行调13 G/T 40523.1-2021 /ISO 19030-1 : 20 16 整以弥补跨越时区，相同的场所可能使用不同的传感器，例如，一些船员报告的速度可能是螺旋桨转速和其他的对地航速。通过船员观测测量风速也可能存在不确定度。人为误差既难以量化，又难以概括，因为它取决于船员和操作员的程序，而这些程序因船而异，因公司而异。由于这两个原因，它没有包括在这个分析中，尽管我们意识到排除这种结果的后果可能是低估了整体的不确定度。A.5 用于获取主要和次要参数的不同仪器的精度评估A.5.1 对水航速以经验数据为基础，利用地面测速传感器，估算
41、船舶对水航速的近似值引起的不确定度。不确定度主要来源是对水航速测量时潮沙和洋流的影响，这是测量不确定度无法考虑的。图A.3显示了在若干航线上航行的20艘船舶(包括油轮和散货船)测量对水航速和对地航速之间的差异。这些数据是每艘船3年5年的测量数据，因此代表了大约80个船舶运营年数。均差是0.14 k口，标准差是0.95kn。船舶在19kn航速下，其标准差0.95k口，代表精度为5%c1)。对于航速较低的船舶，其精度略高;对于航速较高的船舶，其精度略低，但5%足以作为不确定度初步研究的通用代表值。20艘船舶3年5年对水航速与对地航速的差值8000 1000 7000 6000 5000 4000
42、3000 2000 民UHU - 4 - 3 -2 -1 。2 3 4 5 对地航速对水航速图A.320艘油船和散货船的对地航速和对水航速差的直方图A.5.2 功率除其他信息来源外，来自9艘船舶的样本数据被用于估计收到功率测量的不确定度。所有9艘船舶都装有轴扭矩计、转速表、燃料流量计，例如，所有9艘船都安装了符合GB/T40523.2-2021附录B14 G/T 40523.1-2021 /ISO 19030-1 : 20 16 和附录C要求的传感器，可近似估算收到功率。虽然没有第三方数据代表真值，GB/ T 40523.2-2021附录B和附录C这两种测量方法可建立各自的不确定度，两种测量方
43、法可用于比较同一船舶不确定性分析。量化不确定度的方法探讨了各种方法不确定度的上下限。图A.4给出了所使用方法的一个示例，它显示了同一艘船舶的收到功率和指示功率之间差值的直方图。虽然指示功率也包含不确定性，但它是一个共同的参照点，可对照其比较GB/T40523.2-2021附录B和附录C的方法。直方图表示数据的分布，SEM为4.77% (见 GB/T40523.2-2021附录B)和6.29% (见GB/T40523.2-2021附录。它们分别表示每个方法的近似上限，并四舍五入以纳入一定程度的保守性(例如GB/T40523.2-2021 附录B和附录C分别为5%和7%)。14 14 12 12
44、10 10 8 8 6 6 4 4 2 O O 30 30 左图:GB/ T 40523.2-2021附录B功率估算值Pd与指示功率P;CPd-P;)/P;的差异%J右图:GB/ T 40523.2-2021附录C功率估算值Pd与指示功率P;CPd- P;)/P;的差异%J图A.4G/T 40523.2-2021附录B和附录C关于收到功率和指示功率之差的直方图A.5.3 吃水没有数据可定量分析测量的不确定度，从吃水计量表或从最后停靠港的读数中获得的吃水测量值都具有不确定度。工作组一致认为，这两种方法的精度均为0.1m(至1)。A.6 四种标准方法的假定精度汇总A.6.1 总则表A.2显示了假定
45、的传感器精度用于不确定度计算，用于GB/T40523. 2的两种方法和GB/ T 40523.3定义的四种方法。15 GB/T 40523.1-2021 /ISO 19030-1 : 20 16 表A.2传感器精度百分比(1) 方法速度收到功率测量频率吃水水深舵角风速及风向速度日志扭矩计和转速GB/ T 40523. 2-2021 计=1.1%附录B方法= 3% 5.0% 平均5min测量一次(每次压力表=:!:0.1m 回声舵角风速计第2B部分15s) = 288/ db 测深仪指示器GB/ T 40523. 2二2021速度日志附录C方法= 3% 燃料消耗=5.6% 7.0 % 速度日志第
46、3部分平均5min测回声舵角GB/ T 40523. 3-2021 燃料消耗量一次(每次压力表=土0.1m 风速计的方法3-1= 3% 替代=10%15sa)=288/db 测深仪指示器地面速度扭矩计和转平均5min测从上一停靠港吃水回声舵角GB/ T 40523. 32021 量一次(每 次标志读数和油舱水风速计的方法3-2替代=5%速计=3.6%15s) = 288/ db 深计算=:!:0.1m 测深仪指示器GB/ T 40523. 3-2021 速度日志扭矩计和转从上一停靠港吃水回声的方法3-3= 3% 速计=3.6%每日=l/ d标志i卖数和油舱水测深仪没有风速计深计算=:!:0.1
47、m GB/ T 40523. 3一2021地面速度燃料消耗替从上一停靠港吃水回声的方法3-4替代=代=10%每日=l / d 标志读数和油舱水测深仪没有风速计5% 深计算= 土0.1m a在GB/T40523.2中，1/15s是规定的最低频率。不确定度不会因监测频率增加而受到不利影响。b由于所有传感器的不确定度都是高斯分布，因此仿真中只考虑了随机误差，而没有考虑系统误差(可能的系统误差来源见表A.3)。这 意味着随着测量频率的增加，传感器的不确定度主要受采样的影响，整体性能值的不确定度趋于零。因为存在系统误差21J其他部门有关不确定度的研究解释了这一理论结果与经验测量的不确定度之间的差 异。存
48、在将系统误差与随机误差相结合的近似方法，如采用矩形概率分布。由于缺乏数据对一个系统误差的矩形分布进行定义，在这个初始工作中，一个等效的实现对总体不确定度的影响方法是通过蒙特卡罗仿真中使用的采样频率粗化到每15min一次(而不是每5min一次)。这确保了总体不确定度在一定程度上是保守的，目前正在对替代方法进行进一步研究。A.6.2 仿真船舶参数作为仿真基础的船舶参数如下:满载航速=14 kn; 一一压载航速=14 kn; 一一满载吃水=18m; 压载吃水=10m。这些是大型干湿散货船的数据。将它们作为不确定度仿真基础意味着当描述船舶的数据不相同时估计性能值不确定度，船舶规格差异引起的不确定度修正
49、量较小，6种方法变量和3种周期持续时间的相对不确定度将保持一致。16 G/T 40523.1-2021 /ISO 19030-1 : 20 16 .6.3 仿真运行状态为了仿真一个运行状态，定义了一组有代表性的参数(速度和吃水)，然后推导出真实功率。下面给出并讨论了这些代表性参数的具体情况。假定的航速、吃水和船型中定义的退化率不会改变整个不确定度的精度，但是它们会让结果产生偏差，因为它们是评估方法中被测物本身的输入值。如果运行状态在周期之间发生显著变化，那么输出的不确定性将受到偏差的影响，从而影响总不确定度计算的平方根CRSS)。在某些情况下，有证据表明气候变化显著影响船舶的速度功率关系(即使
50、在滤波速度范围内)，因此，这增加了通过速度评估功率的不确定性。这种影响并不存在于所有船舶(一个研究案例表明冬季平均航速和夏季平均航速的区别只有0.1kn)，这种影响取决于船舶运行状态的周期性变化、在港口之间的变化以及其全球位置的变化。由于这种影响是相对不可预测的，且不易概括，因此不包括在分析之内。下面详细介绍了所假设的运行状态及其对主要和次要参数的影响。工作状态:船舶的装载状态为50%的负载和50%的压载(伴随着吃水的变化)。假设基线航速为90 d C V true ) ，其中基础剖面是基于交替压载和每次15d的负载航程。用威布尔分布表示船舶航速变化，并叠加一些日航速变化。环境影响:天气的微小
