(高清版)GBT 40523.1-2021 船舶與海上技術(shù)　船體和螺旋槳性能變化測量　第1部分：總則

ICS47.020.99GB/T40523.1—2021/ISO19030-1:2016船舶與海上技術(shù)船體和螺旋槳性能Shipsandmarinetechnology—Measurementofchangesinhullpropellerperformance—Part1:Generalprinciples(ISO19030-1:2016,IDT)國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會IGB/T40523.1—2021/ISO19030-1:2016 Ⅲ 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 1 24.1船體和螺旋槳性能 24.2船舶推進(jìn)效率和總阻力 24.3測量船體和螺旋槳性能變化的主要參數(shù) 34.4測量船體和螺旋槳性能變化的次要參數(shù) 34.5測量程序 45性能指標(biāo) 55.1塢修性能：本次出塢后船體和螺旋槳性能與以往出塢性能平均值的對比 55.2營運性能：出塢到塢期間隔結(jié)束期間船體和螺旋槳性能的平均變化 65.3維修觸發(fā)：從塢期間隔開始到任何選定時間船體和螺旋槳性能運動平均值的變化 75.4維修效果：維修事件前后船體和螺旋槳性能的變化 86性能指標(biāo)測量的不確定度和精度 8附錄A(資料性)評估性能分析程序不確定度的方法和假設(shè)條件 23ⅢGB/T40523.1—2021/ISO19030-1:2016本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件是GB/T40523《船舶與海上技術(shù)船體和螺旋槳性能變化測量》的第1部分。GB/T40523——第1部分：總則；——第2部分：默認(rèn)方法；——第3部分：替代方法。本文件使用翻譯法等同采用ISO19030-1:2016《船舶與海上技術(shù)船體和螺旋槳性能變化測——在參考文獻(xiàn)中增加了：●等同采用ISO19030-2:2016的GB/T40523.2—2021船舶與海上技術(shù)船體和螺旋槳性能變化測量第2部分：默認(rèn)方法；●等同采用ISO19030-3:2016的GB/T40523.3—2021船舶與海上技術(shù)船體和螺旋槳性能變化測量第3部分：替代方法。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由全國船用機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC137)提出并歸口。GB/T40523.1—2021/ISO19030-1:2016船體和螺旋槳性能指船舶水下船體和螺旋槳的狀態(tài)與船舶以一定速度在水中移動所需動力之間的對船舶整體能效的影響。修理和改裝活動定義一套相關(guān)的性能指標(biāo)。這些方法并不適用于比較不同類型不同尺寸船舶(包括姐妹船)的性能，也不適用于監(jiān)管架構(gòu)。本文件包括3個部分?！狦B/T40523.1概述了如何測量船體和螺旋槳性能變化的一般原則，并規(guī)定了用于船體和螺旋——GB/T40523.2規(guī)定了測量船體和螺旋槳性能變化以及計算一組基本性能指標(biāo)的默認(rèn)方法，同時對各性能指標(biāo)的預(yù)期精度進(jìn)行指導(dǎo)?！狦B/T40523.3規(guī)定了默認(rèn)方法的替代方法。其中一些方法會降低整體精度，但提高了標(biāo)準(zhǔn)的1GB/T40523.1—2021/ISO19030-1:2016船舶與海上技術(shù)船體和螺旋槳性能變化測量第1部分：總則改裝活動的性能指標(biāo)。本文件規(guī)定的一般原則和性能指標(biāo)適用于由傳統(tǒng)的固定螺距螺旋槳驅(qū)動的所有船舶類型，其目的是測量同一艘船舶的船體和螺旋槳性能隨時間推移而發(fā)生的變化。2規(guī)范性引用文件本文件沒有規(guī)范性引用文件。下列術(shù)語和定義適用于本文件。船舶水下船體和螺旋槳的狀態(tài)與該船舶在給定航速下航行所需動力之間的關(guān)系。Pp傳遞到螺旋槳的功率(螺旋槳動力)。對水航速speedthroughthewaterV船舶在一組給定的航行(環(huán)境)和裝載(排水量/縱傾)條件下的速度。度指單個結(jié)果與實際(真)值的接近程度。注：請參閱ISO5725-1:1994中3.6和0.1介紹。測量到指定精度內(nèi)的實際(真)值的概率。3.6濾波filtering刪除不需要的數(shù)據(jù)的方法。2GB/T40523.1—2021/ISO19030-1:2016統(tǒng)計學(xué)中規(guī)范化的平移和縮放版本的創(chuàng)建值，以消除統(tǒng)計方式的影響，取得對應(yīng)的歸一化值。性能指標(biāo)performanceindicators;PIs用于評估有效性或觸發(fā)特定活動。塢修dry-docking將船舶牽引至干船塢內(nèi)，對航行過程中處于水下的船體部分進(jìn)行維護(hù)、修理和/或改裝。船舶出干塢后的一段時期。塢期間隔dry-dockinginterval船舶兩次連續(xù)進(jìn)干塢之間的時間間隔。4一般原則4.1船體和螺旋槳性能船體和螺旋槳性能指船舶水下船體和螺旋槳的狀態(tài)與船舶在給定航速下航行所需功率之間的關(guān)系。船體和螺旋槳性能與功率的變化有關(guān)，因為船體阻力和螺旋槳效率不是可直接測量的量。4.2船舶推進(jìn)效率和總阻力船體和螺旋槳性能與船舶推進(jìn)效率及船舶阻力的概念緊密相關(guān)。性能模型是基于收到功率與該收到功率下的船體總阻力模型，Pp(收到功率)用公式(1)表示：式中：RT總阻力，單位為牛(N);……………V——對水航速，單位為米每秒(m/s);總阻力由不同部分組成，用公式(2)表示：Rr=Rsw+RAA+RAw+RAH…(2)式中：Rsw-——靜水阻力，單位為牛(N);RAH——基于船體變化所增加的阻力(污垢、機(jī)械損害、脹形、漆膜起泡、油漆剝落等),單位為牛(N)。推進(jìn)效率由不同部分組成，用公式(3)表示：7Q=η×yh×7r3GB/T40523.1—2021/ISO19030-1:2016ηo——螺旋槳敞水效率；7H——船體效率；7R——相對旋轉(zhuǎn)的效率?；诖w變化所增加的阻力用公式(4)表示： (4)式中：V——對水航速，可直接測量，單位為米每秒(m/s);Pp——收到功率，可通過軸功率計算，單位為瓦特(W)。在相同的環(huán)境條件和運行狀態(tài)下，船舶以給定航速在水中航行所需的收到功率的變化，是由于水下船體阻力的變化和/或螺旋槳效率的變化導(dǎo)致的。水下船體阻力的變化是由于船體狀況的改變導(dǎo)致的。螺旋槳效率的變化是由于螺旋槳狀態(tài)的改變，以及由于船體狀態(tài)的改變導(dǎo)致的螺旋槳水流(船體尾流)的改變造成的。對于在役船舶，環(huán)境條件和運行狀態(tài)(如速度、裝載、縱傾)各不相同。為了測量在役船舶的航速-功率關(guān)系的變化，有必要比較兩個時期(參考期和評估期),在這兩個時期內(nèi)，環(huán)境條件和運行狀態(tài)具有充分的可比性(濾波觀測數(shù)據(jù))和/或應(yīng)用修正(使觀測數(shù)據(jù)歸一化)。對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和歸一化有許多可供選擇的方法。就測量結(jié)果的準(zhǔn)確性而言，這些方法各有利弊。本文件規(guī)定了濾波和歸一化程序的實際結(jié)合，以提供足夠的準(zhǔn)確性。注：不同的阻力因子的相對重要性在一定程度上隨船舶所處的操作和環(huán)境條件的不同而變化。此外，模型的準(zhǔn)確性也取決于運行狀態(tài)和環(huán)境條件。這些因素影響船體和螺旋槳性能指標(biāo)的準(zhǔn)確性，如現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)所述。因此，在評估性能指標(biāo)的準(zhǔn)確性并使用時，假定在參考期和評估期具有可比性的運行狀態(tài)和環(huán)境條件(見附錄A)。本文件今后的修訂將重新評估是否有更準(zhǔn)確的修正公式，將上述相關(guān)性考慮在內(nèi)。船體和螺旋槳的維護(hù)、修理和改裝活動對在役船舶的能效有影響。這些影響可以通過測量參考期和評估期船舶以給定航速在水中航行時收到功率的變化獲得，并且兩個時期的環(huán)境條件和運行狀態(tài)通過初級濾波觀測數(shù)據(jù)和/或修正后的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行了充分的比較。4.3測量船體和螺旋槳性能變化的主要參數(shù)當(dāng)測量船體和螺旋槳性能的變化時，船舶的對水航速和收到功率作為兩個主要參數(shù)。對于這些參數(shù)，不同的測量方法，使用不同的傳感器將獲得不同的信號質(zhì)量。在GB/T40523.2中規(guī)定了默認(rèn)的測量方法和相關(guān)的“最低要求”信號質(zhì)量值。如果傳感器的最低要求的信號質(zhì)量不能滿足要求，可使用替代的測量方法，但會引入更多的不確定度。在GB/T40523.3中描述了測量過程的替代方法。對于每個備選方案，規(guī)定了所需的信號質(zhì)量的最低值以及引入的附加不確定度的估計值。4.4測量船體和螺旋槳性能變化的次要參數(shù)必要時使用濾波算法和歸一化程序以使參考期和評估期的性能具有充分的可比性，需要測量環(huán)境參數(shù)和船舶的運行狀態(tài)參數(shù)。有關(guān)的環(huán)境參數(shù)有：——風(fēng)速和風(fēng)向；——有義波高、方向和波浪譜；4GB/T40523.1—2021/ISO19030-1:2016——水深；——水的溫度(運動黏性系數(shù))和密度。有關(guān)的運行狀態(tài)參數(shù)有：——舵角/舵的運動頻率。如果不是所有參數(shù)都有可靠的傳感器信號，可從替代傳感器的信號獲得近似信號，應(yīng)假設(shè)其影響在GB/T40523.2中，對于測量船體和螺旋槳性能變化的默認(rèn)方法，規(guī)定了傳感器信號集的“最小期精度影響的測量和估計過程。測量的精度由其真實度和其精確度組成(見ISO5725)。真實度指測量結(jié)果的平均值與實際值(真值)的接近程度。精確度指單個結(jié)果之間的一致性，是重復(fù)性和再現(xiàn)性的函數(shù)。再現(xiàn)性指在不同的儀器和操作人員之間以及在較長的時間內(nèi)使用相同的測量過程所產(chǎn)生的變化。測量程序?qū)π阅苤笜?biāo)的再數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)采集指從安裝在船舶上的相關(guān)傳感器和設(shè)備以及外部信息提供者記錄(手動和/或自動)信號/數(shù)據(jù)的系統(tǒng)過程。手動數(shù)據(jù)采集頻率通常按每天一次(中午時數(shù)據(jù))。通常，自動數(shù)據(jù)采集頻率要高得多。5GB/T40523.1—2021/ISO19030-1:2016數(shù)據(jù)存儲指以適當(dāng)?shù)母袷奖４婧捅Ａ舨杉臄?shù)據(jù)。此過程應(yīng)該允許先前存儲的數(shù)據(jù)與新數(shù)據(jù)一起計算一組無量綱性能值，反映給定時間段內(nèi)船體和螺旋槳性能的變化。使用性能值的不同子集計算各項性能指標(biāo)。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備可以部分或完全自動化。船體和螺旋槳性能變化的默認(rèn)方法。GB/T40523.3規(guī)定了測量程序的替代方案，并描述了對性能指標(biāo)預(yù)期精度的影響。有關(guān)船體和螺旋槳性能的船舶特定變化的測量可用于若干相關(guān)的性能指標(biāo)，以確定船體和螺旋槳性能指標(biāo)定義塢修性能：確定船舶進(jìn)塢(修理和/或改裝活動)的有效性船體和螺旋槳性能在本次出塢后(評估期)與以往出塢時(參考期)的平均值相比的變化營運性能：確定水下船體和螺旋槳塢期間隔解決方案(包括塢期間隔發(fā)生的任何維護(hù)活動)的有效性船體和螺旋槳性能從出塢后的一段時間(參考期)到塢期間隔結(jié)束時(評估期)的平均變化維修觸發(fā)：啟動水下船體和螺旋槳維修，包括螺旋槳和/或船體檢查船體和螺旋槳性能從塢期間隔開始(參考期)到任何選定時間(評估期)的動態(tài)平均值的變化維修效果：確定特定維修事件的有效性，包括螺旋槳和/或船體清洗在船體和螺旋槳性能從維修事件前(參考期)到維修事件后(評估期)的變化本次出塢后船體和螺旋槳性能變化與以往出塢性能平均值(數(shù)據(jù)/可用測量值)的對比，可用于確定6GB/T40523.1—2021/ISO19030-1:2016DDIDDnDDIDDn+1E.PI-1RPI-1——性能指標(biāo)1:進(jìn)塢性能。不能準(zhǔn)確地分離出單個因子的效應(yīng)(例如預(yù)處理水平或質(zhì)量差異、涂裝質(zhì)量或油漆表面特性的影標(biāo)可作為這一個因子的效應(yīng)子集的指標(biāo)。該性能指標(biāo)的計算方法見GB/T40523.2和GB/T40523.3。船舶從出塢到塢期間隔結(jié)束時船體和螺旋槳性能的平均變化，可以確定水下船體和螺旋槳塢期間該性能指標(biāo)的計算方法見GB/T40523.2和GB/T40523.3。7GB/T40523.1—2021/ISO19030-1:2016DDn——本次干塢期(如果是新船，則提供入塢服務(wù)日期);PI-2——性能指標(biāo)2:營運性能。H——船體和螺旋槳性能；DDn--—本次干塢期(如果是新船，則提供入塢服務(wù)日期);DDI-—塢期間隔；E-—評估期：任何選定時間船體和螺旋槳性能PI-3——性能指標(biāo)3:維修觸發(fā)。圖4維修觸發(fā)8GB/T40523.1—2021/ISO19030-1:2016該性能指標(biāo)的計算方法見GB/T40523.2和GB/T40523.3。5.4維修效果：維修事件前后船體和螺旋槳維修事件前后，船體和螺旋槳性能變化的測量可以用于確定已經(jīng)發(fā)生的特定維修活動的有效性，包括螺旋槳和/或船體清洗，見圖5。標(biāo)引序號說明：E—-—評估期：維修后船體和螺旋槳性能。該性能指標(biāo)的計算方法見GB/T40523.2和GB/T40523.3。6性能指標(biāo)測量的不確定度和精度影響性能指標(biāo)精度和不確定度的重要來源，見ISO5725-1,主要包括：——測量的不確定度(例如，有關(guān)傳感器精度，包括理想條件下實驗室試驗中可能觀察到的不確定度以及與傳感器的安裝、維護(hù)和操作有關(guān)的任何附加不確定度);——使用樣本、平均值、加合參數(shù)值引起的不確定度，參數(shù)是隨時間的變量(例如，使用一段時間內(nèi)的平均風(fēng)速);——通過使用一定簡化關(guān)系公式帶來的不確定度，以便管理復(fù)雜性或信息不全(例如使用航海數(shù)據(jù)修正吃水，或?qū)⒃谔囟ǔ运聹y量的數(shù)據(jù)用公式歸一化為參考吃水的近似值)。本文件的目的是確定性能指標(biāo)測定的標(biāo)準(zhǔn)程序：——上述的性能指標(biāo)不確定度處于能夠為各種決策應(yīng)用程序提供有意義的部署性能指標(biāo)的水平(認(rèn)識到并非所有方法都適用于所有應(yīng)用程序);——鑒于傳感器和硬件的可用性不同，以及標(biāo)準(zhǔn)的透明度要求，上述3種不確定度均盡可能減少；9GB/T40523.1—2021/ISO19030-1:2016——GB/T40523.2和GB/T40523.3的方法差異和變化所產(chǎn)生的相對精度是透明的。對于默認(rèn)方法，GB/T40523.2和GB/T40523.3提供了關(guān)于各項性能指標(biāo)預(yù)期精度的指導(dǎo)。同GB/T40523.1—2021/ISO19030-1:2016(資料性)A.1概述不確定度分析的目的是描述系統(tǒng)潛在輸出范圍的概率水平，或估計輸出范圍超過特定閾值或性能與航運業(yè)不確定度量化相關(guān)的現(xiàn)有文獻(xiàn)主要是ITTC推薦程序。這包括與流體力學(xué)試驗[4]有關(guān)的試驗結(jié)果的不確定度估算的既定方法，例如敞水推進(jìn)試驗[13]和阻力試驗44]。這些應(yīng)用程序在確定度評定標(biāo)準(zhǔn)》4。作為制定本附件所述方法的主要來源的一份關(guān)鍵文件是《測量不確定度表示指A.2不確定度分析方法綜述與選擇GUM框架來源于科爾曼(1990年)的工作，他首次引入了精度和偏差誤差的平衡處理，他們也描述了一種處理相關(guān)誤差和小樣本的方法。以科爾曼和斯蒂爾的命名和定義與ANSI/ASME(美國國家們是由于測量系統(tǒng)可重復(fù)性的限制以及設(shè)施和環(huán)境的影響。偏差誤差對數(shù)據(jù)的離散性沒有影響，但它GUM框架的基本前提是雙重的：首先，輸這就導(dǎo)致了根據(jù)不確定度的評估方法對不確定度進(jìn)行分類：A類不確定度的評估是基于統(tǒng)計方法或重復(fù)值，即從觀察到的頻率分布得到的高斯分布。B型不確定度評估是基于科學(xué)判斷(除統(tǒng)計以外的率是均勻分布或矩形分布。根據(jù)第二個前提，這兩種評估都基于概率分布(由方差和標(biāo)準(zhǔn)分布)。分類不是為了表明性質(zhì)上的區(qū)別。GUM指定了3種分布的傳播方法：b)蒙特卡羅(MC)方法；似值。如果模型是線性并且輸入采用高斯法，GUM關(guān)于流體動力學(xué)試驗不確定度指南[1,其中包括噴水推進(jìn)試驗[15]和阻力試驗[4][17相關(guān)示例。在這些函數(shù)或簡單的標(biāo)準(zhǔn)偏差[6]進(jìn)行描述。每個輸入元素的偏差限制可能是一個固定值(平均值)或一個隨機(jī)變量，在后一種情況下它應(yīng)定義區(qū)間，如95%置信區(qū)間，真值4為該區(qū)間內(nèi)(偏差)的平均結(jié)果，任何時候在相同條件下使用相同設(shè)備重復(fù)試驗，結(jié)果都應(yīng)在95%置信區(qū)間內(nèi)。如果模型線性和高斯輸入的假設(shè)不成立，或者這些條件有問題，那么MC方法通?？梢缘玫揭粋€GB/T40523.1—2021/ISO19030-1:2016例子包括航行試驗不確定度分析12]的應(yīng)用。MC方法另一個優(yōu)點是輸入的不確定度是基于概率分布(而不是將標(biāo)準(zhǔn)的不確定度與每個輸入的估計值相關(guān)聯(lián)),因此，不必區(qū)分輸入值為A型或B型，最后，由于船舶性能的模型是非線性的，并且沒有廣泛的證據(jù)表明輸入和輸出的不確定度都可以用高斯法表示，因此在GB/T40523.2和GB/T40523.3中選擇MC方法估計不確定度。該方法還支持對輸入不確定度變化對整體不確定度敏感度的影響進(jìn)行穩(wěn)健的試驗研究。對敏感度的研究使我們能夠證明假A.3方法描述c)采用蒙特卡羅方法對傳遞誤差進(jìn)行模型和仿真，定義關(guān)鍵源誤差不確定度的概率分布(從第a步);d)制定輸出分布的結(jié)果，報告整體不確定度。速度V吃水D運行狀態(tài)吃水D時間i性能模型Vreas,fV測量不確定度Pme圖A.1性能參數(shù)不確定度估計值的仿真方法圖示GB/T40523.1—2021/ISO19030-1:2016A.4船舶性能監(jiān)測的不確定度來源性能指標(biāo)的若干不確定度來源見圖A.2。性能指標(biāo)不確定度性能指標(biāo)不確定度來源模型不確定度校準(zhǔn)模型參數(shù)基線采樣儀器儀器誤差誤差誤差采樣誤差數(shù)據(jù)采集讀取或記錄測量值模型/修正誤差對地航速對水航速每日速度變化吃水精度代理儀器不確定度功率采樣人為誤差模型結(jié)構(gòu)漂移偏差圖A.2不確定度來源忽略不計。在參考文獻(xiàn)[5]中更詳細(xì)地討論了漂移的潛在影響。采樣人員測量BF(風(fēng)速)替代風(fēng)速計和風(fēng)向標(biāo)對于速度損失的不確定度影響在于，不能準(zhǔn)確濾波天不是提取速度損失性能值所需的主要變量。對GB/T40523.3中定義的主要參數(shù)和替代值的不同精度等級的估計在下文中詳細(xì)說明。A.4.3.1總體要求采樣誤差的影響與樣本容量和平均值有關(guān)，而平均值的影響又與采樣頻率有關(guān)。通過對典型船舶根據(jù)GB/T40523.2和GB/T40523.3規(guī)定的濾波標(biāo)準(zhǔn)，由于濾波而刪除的數(shù)據(jù)的比例取決于船舶GB/T40523.1—2021/ISO19030-1:2016的環(huán)境/操作條件。例如，如果一艘船舶80%的時間都在風(fēng)速大于BF4的天氣條件下，那么至少80%的Va測量值將從性能值的估計中被省略，從而減少了用于計算的樣本量。在其他條件相同的情況下，樣本量越小，性能值的不確定度越大。被濾波處理拒絕的數(shù)據(jù)量也是采樣頻率的函數(shù)。如果使用低頻表A.1連續(xù)濾波步驟后剩余數(shù)據(jù)的百分比(順序與每個濾波器的相對重要性有關(guān))觀測次數(shù)海上數(shù)據(jù)累計剩余比例/%所有數(shù)據(jù)(397d,1次采樣/15min)海上數(shù)據(jù)(排除明顯的異常值/缺失值)風(fēng)速<7.9m/s水深>標(biāo)準(zhǔn)值風(fēng)速在限值范圍內(nèi)通過對典型船舶的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，估計了濾波對樣本容量的影響。假設(shè)70%的數(shù)據(jù)被濾波掉，如同船舶之間被濾波的數(shù)據(jù)量可能有顯著差異。日速度變化率[由于加速度、舵角變化或船員行為模式(例如夜間慢速航行)]可能會在采樣頻率較真中引入了運行速度變化率。仿真變化估計值根據(jù)典型船舶日平均速度的1.74%(BF>4的數(shù)據(jù)被濾波后),用于仿真的假設(shè)，包括在基礎(chǔ)航速中增加的正態(tài)分布噪聲。日速度變化率平均化的影響是改變度損失的計算可能會有偏差。這一偏差影響的幅度包含在本附件的計算結(jié)果中。平均日吃水變化量速度損失的偏差和精度發(fā)生變化，從而增加Pv測量的不確定度。在實際應(yīng)用該方法時(見GB/T40523.2和GB/T40523.3),模型的不確定度與速度-功率參考曲線(無論是速度試驗、CFD還是拖曳水池試驗)不能完全準(zhǔn)確地反映船舶功率隨船舶的變化。忽略不計。在參考文獻(xiàn)[5]中對這一不確定度來源的進(jìn)一步調(diào)查證實了這一假設(shè)。海事公式能充分反映吃水變化對航速和功率影響的假設(shè)尚未這一假設(shè)可以忽略不計。被歸類為儀器不確定度)。例如中午數(shù)據(jù)可能不會發(fā)生在每天相同的時間，時間的記錄可能不會進(jìn)行調(diào)GB/T40523.1—2021/ISO19030-1:2016A.5用于獲取主要和次要參數(shù)的不同儀器的精度評估圖A.3顯示了在若干航線上航行的20艘船舶(包括油輪和散貨船)測量對水航速和對地航速之間的差異。這些數(shù)據(jù)是每艘船3年～5年的測量數(shù)據(jù)，因此代表了大約80個船舶運營年數(shù)。均差是—0.14kn,標(biāo)準(zhǔn)差是0.95kn。船舶在19kn航速下，其標(biāo)準(zhǔn)差0.95kn,代表精度為5%(1σ)。對于航用代表值。7000400030002000A.5.2功率20艘油船和散貨船的對地航速和對水航速差的直方圖45除其他信息來源外，來自9艘船舶的樣本數(shù)據(jù)被用于估計收到功率測量的不確定度。所有9艘船GB/T40523.1—2021/ISO19030-1:2016和附錄C要求的傳感器，可近似估算收到功率。雖然沒有第三方數(shù)據(jù)代表“真值”,GB/T40523.2—2021附錄B和附錄C這兩種測量方法可建立各自的不確定度，兩種測量方法可用于比較同一船舶不確量化不確定度的方法探討了各種方法不確定度的上下限。圖A.4給出了所使用方法的一個示例，它顯示了同一艘船舶的收到功率和指示功率之間差值的直方圖。雖然指示功率也包含不確定性，但它是一個共同的參照點，可對照其比較GB/T40523.2—2021附錄B和附錄C的方法。直方圖表示數(shù)據(jù)的分布，SEM為4.77%(見GB/T40523.2—2021附錄B)和6.29%(見GB/T40523.2—2021附錄C)。它們分別表示每個方法的近似上限，并四舍五入以納入一定程度的保守性(例如GB/T40523.2—2021附錄B和附錄C分別為5%和7%)。左圖：GB/T40523.2—2021附錄B功率估算值P。與指示功率P;(Pa-P;)/P;的差異[%]右圖：GB/T40523.2—2021附錄C功率估算值Pa與指示功率P;(Pa-P)/P;的差異[%]關(guān)于收到功率和指示功率之差的直方圖A.5.3吃水沒有數(shù)據(jù)可定量分析測量的不確定度，從吃水計量表或從最后?？扛鄣淖x數(shù)中獲得的吃水測量值A(chǔ).6四種標(biāo)準(zhǔn)方法的假定精度匯總A.6.1總則表A.2顯示了假定的傳感器精度用于不確定度計算，用于GB/T40523.2的兩種方法和GB/T40523.3定義的四種方法。GB/T40523.1—2021/ISO19030-1:2016表A.2傳感器精度百分比(1σ)方法速度收到功率測量頻率吃水水深舵角風(fēng)速及風(fēng)向GB/T40523.2—2021附錄B方法速度日志=3%扭矩計和轉(zhuǎn)速計=1.1%~平均5min測量一次(每次15s")=288/d壓力表=±0.1m回聲測深儀舵角指示器風(fēng)速計GB/T40523.2—2021附錄C方法速度日志=3%第2B部分燃料消耗=5.6%～7.0%GB/T40523.3—2021的方法3-1速度日志=3%第3部分燃料消耗替代=10%平均5min測量一次(每次15s")=288/d壓力表=士0.1m回聲測深儀舵角指示器風(fēng)速計GB/T40523.3—2021的方法3-2地面速度扭矩計和轉(zhuǎn)速計=3.6%平均5min測量一次(每次15s)=288/db從上一?？扛鄢运畼?biāo)志讀數(shù)和油艙水深計算=±0.1m回聲測深儀舵角指示器風(fēng)速計GB/T40523.3—2021的方法3-3速度日志=3%扭矩計和轉(zhuǎn)速計=3.6%每日=1/d從上一停靠港吃水標(biāo)志讀數(shù)和油艙水深計算=±0.1m回聲測深儀沒有風(fēng)速計GB/T40523.3—2021的方法3-4地面速度燃料消耗替每日=1/d從上一?？扛鄢运畼?biāo)志讀數(shù)和油艙水深計算=±0.1m回聲測深儀沒有風(fēng)速計"在GB/T40523.2中，1/15s是規(guī)定的最低頻率。不確定度不會因監(jiān)測頻率增加而受到不利影響。6由于所有傳感器的不確定度都是高斯分布，因此仿真中只考慮了隨機(jī)誤差，而沒有考慮系統(tǒng)誤差(可能的系統(tǒng)誤差來源見表A.3)。這意味著隨著測量頻率的增加，傳感器的不確定度主要受采樣的影響，整體性能值的不確定度趨于零。因為存在系統(tǒng)誤差[21],其他部門有關(guān)不確定度的研究解釋了這一理論結(jié)果與經(jīng)驗測量的不確定度之間的差異。存在將系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差相結(jié)合的近似方法，如采用矩形概率分布。由于缺乏數(shù)據(jù)對一個系統(tǒng)誤差的矩形分布進(jìn)行定義，在這個初始工作中，一個等效的實現(xiàn)對總體不確定度的影響方法是通過蒙特卡羅仿真中使用的采樣頻率粗化到每15min一次(而不是每5min一次)。這確保了總體不確定度在一定程度上是保守的，目前正在對替代方法進(jìn)行進(jìn)一步研究。A.6.2仿真船舶參數(shù)作為仿真基礎(chǔ)的船舶參數(shù)如下：——滿載航速=14kn; 滿載吃水=18m: 壓載吃水=10m。這些是大型干濕散貨船的數(shù)據(jù)。將它們作為不確定度仿真基礎(chǔ)意味著當(dāng)描述船舶的數(shù)據(jù)不相同時估計性能值不確定度，船舶規(guī)格差異引起的不確定度修正量較小，6種方法變量和3種周期持續(xù)時間的相對不確定度將保持一致。GB/T40523.1—2021/ISO19030-1:2016A.6.3仿真運行狀態(tài)為了仿真一個運行狀態(tài)，定義了一組有代表性的參數(shù)(速度和吃水),然后推導(dǎo)出真實功率。下面給出并討論了這些代表性參數(shù)的具體情況。假定的航速、吃水和船型中定義的退化率不會改變整個不確定度的精度，但是它們會讓結(jié)果產(chǎn)生偏差，因為它們是評估方法中被測物本身的輸入值。如果運行狀態(tài)在周期之間發(fā)生顯著變化，那么輸出的不確定性將受到偏差的影響，從而影響總不確定度計算的平方根(RSS)。在某些情況下，有證據(jù)表明氣候變化顯著影響船舶的速度-功率關(guān)系(即使在濾波速度范圍內(nèi)),因此，這增加了通過速度評估功率的不確定性。這種影響并不存在于所有船舶(一個研究案例表明冬季平均航速和夏季平均航速的區(qū)別只有0.1kn),這種影響取決于船舶運行狀態(tài)的周期性變化、在港口之間的變化以及其全球位置的變化。由于這種影響是相對不可預(yù)測的，且不易概括，因此不包括在分析之內(nèi)。下面詳細(xì)介紹了所假設(shè)的運行狀態(tài)及其對主要和次要參數(shù)的影響。工作狀態(tài)：船舶的裝載狀態(tài)為50%的負(fù)載和50%的壓載(伴隨著吃水的變化)。假設(shè)基線航速為90d(Vmuc),其中基礎(chǔ)剖面是基于交替壓載和每次15d的負(fù)載航程。用威布爾分布表示船舶航速變化，并疊加一些日航速變化。環(huán)境影響：天氣的微小變化(在0<BF<4濾波標(biāo)準(zhǔn)內(nèi))的影響，假定為正態(tài)分布。這也包括其他可能沒有濾波的小波動(例如加速度)。隨時間變化的退化：假定與時間成線性關(guān)系，年平均速度損失2.6%[11]。假定退化與船舶航速和吃水無關(guān)，假定船舶保持恒功率運行時推進(jìn)功率要逐步遞增。A.6.4仿真真實推進(jìn)功率采用公式(A.1)性能模型，由船舶的航速、吃水和技術(shù)參數(shù)推導(dǎo)出船舶的真實推進(jìn)功率。該模型假定n=3。該模型和n=3的假定值是采用IMO第三次GHG研究11的自下而上的方法，該研究根據(jù)多種船型的操作數(shù)據(jù)進(jìn)行了廣泛的驗證?！?A.1)式中：P,———瞬時功率，單位為瓦特(W);V,——t時刻的航速，單位為米每秒(m/s);t,———t時刻的吃水，單位為秒(s);P航速(Vref)、吃水(tre)時的參考功率，單位為瓦特(W);n—-——航速與功率的關(guān)系指數(shù)；η——性能隨時間的退化(如前所述)。為了進(jìn)行這一仿真，該模型公式代表船舶所需功率隨吃水、航速和污垢的變化而變化。但是，由取樣測量的不確定度引起的仿真偏差只是一個參考，若模型不是實際偏差的精確表達(dá)也沒關(guān)系。因此，上一條款中所述的速度和吃水關(guān)系曲線轉(zhuǎn)化為船舶收到功率。A.7關(guān)鍵假設(shè)為了簡化技術(shù)和操作參數(shù)范圍并使建模足夠簡單，便于計算，提出若干假設(shè)。表A.3列出了這些假設(shè)和理由。GB/T40523.1—2021/ISO19030-1:2016表A.3假設(shè)匯總表假設(shè)對PI(偏差/精度/或兩者)的影響是否包含理由樣本空間精度是傳感器精度精度是傳感器偏差偏差和精度否假設(shè)兩個時間段之間的偏差是恒定的，可抵消。偏差對精度的影響很小，可忽略不計傳感器漂移偏差和精度否假設(shè)傳感器可校準(zhǔn)/維護(hù)速度變化/天偏差否假設(shè)三個月內(nèi)，日速度的可變性被抵消運行狀態(tài)偏差否假設(shè)三個月內(nèi)運行狀態(tài)都一致P隨時間增加偏差否假設(shè)與時間成線性關(guān)系V損失隨時間變化精度否微不足道(如：90d內(nèi)，V損失由40%變?yōu)?%,不確定度降低了0.29%)模型誤差偏差：在參考期和評估期，如果操作條件相同，模型誤差可以忽略不計。如果不相同，就會產(chǎn)生顯著的偏差。精度：模型誤差也會對精度產(chǎn)生一定的影響否假設(shè)速度、吃水、縱傾和功率數(shù)據(jù)來源嚴(yán)格，所使用的數(shù)據(jù)能很好地反映船舶實際性能人為失誤偏差和精度否不可量化總體而言，這些假設(shè)的可接受性有兩個主要原因：a)通過蒙特卡羅仿真計算的性能不確定度估計值與通過檢測實測數(shù)據(jù)得到的性能不確定度估計值之間進(jìn)行比較提供證據(jù)，如參考文獻(xiàn)[5]所示。b)這些假設(shè)是參考期和評估期的共同假設(shè)，因此宜使用性能指標(biāo)消除這些假設(shè)，性能指標(biāo)關(guān)注的是相對性能而不是絕對性能。A.8性能不確定度的仿真值和估計值的輸出每個時間步長(1d或1/15s)代表了速度損失性能指標(biāo)的不確定度，該不確定度是每個傳播不確定度的組合效應(yīng)，通過模型采用蒙特卡羅方法獲得。圖A.5是計算出的每個日平均樣本的速度損失百GB/T40523.1—2021/ISO19030-1:2016速度損失/%圖A.5平均速度損失百分比的平均和標(biāo)準(zhǔn)偏差條的MC輸出評估階段(3,6或12月),平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差(SEM)是通過從每個時間步長的數(shù)據(jù)記錄集中隨機(jī)采樣計算，見公式(A.2)。……(A.2)重復(fù)進(jìn)行并計算SEM平均值。SEM量化了如何準(zhǔn)確地知道總體的真實均值。它同時考慮了SD值和樣本量，即給定每個時間步長的速度損失計算的散點(由于測量的不確定性等),SEM表明實際平均速度損失與采樣平均速度損失的接近程度。95%的置信區(qū)間由±2×SEM給定。任何不確定因素的影響都可能改變速度損失的日變化百分比的精度，或?qū)е陆Y(jié)果的偏差。但是，只要導(dǎo)致偏差的因素在參考期和評估期是一樣的，導(dǎo)致偏差的因素就會被抵消。因此，A.8.1中的結(jié)果以給定日不確定度概率分布的精度(標(biāo)準(zhǔn)差)的平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差的形式給出。A.8.2性能值不確定度估計表A.4給出了在95%置信區(qū)間并使用上述方法計算所得的不確定度。表A.4中的值是絕對不確定度的規(guī)定仿真，所有這些值都假設(shè)每年的速度損失率為2.4%。對假設(shè)的速度損失率的變化進(jìn)行靈敏度測試，沒有觀察到對絕對不確定度的顯著影響，因此可以假定這些值廣泛適用于一系列性能值和性能隨時間的變化率。表A.2列出了GB/T40523.2—2021兩種方法(附錄B和附錄C中描述)的不確定度值，并對其各GB/T40523.1—2021/ISO19030-1:2016自的Pa精度范圍進(jìn)行了估算。對于GB/T40523.3—2021中描述的方法，只使用單一的Pa不確定度。本文件的仿真參數(shù)和假設(shè)采用具有代表性的船舶類型和尺寸。但是，個別船舶的技術(shù)和操作細(xì)節(jié)可能表A.495%置信區(qū)間的不確定度指示值3個月6個月12個月GB/T40523.2—2021附錄B的方法0.33%～0.38%0.24%～0.27%0.17%～0.19%GB/T40523.2—2021附錄C的方法0.39%～0.42%0.28%～0.30%0.20%～0.21%GB/T40523.3—2021的方法3-1GB/T40523.3—2021的方法3-2GB/T40523.3—2021的方法3-3GB/T40523.3—2021的方法3-44.57%表A.4的結(jié)果表明，使用GB/T40523.2方法與GB/T40523.3中的一些方法(特別是使用GB/T40523.3—2021的方法3-3和3-4獲取中午報告數(shù)據(jù))獲得的性能不確定度測量值可能存在很大——與GB/T40523.2每種方法相關(guān)的P。的不確定度值的范圍；——GB/T40523.2—2021附錄B和附錄C中描述的方法。性能值不確定度的影響占主導(dǎo)地位。為了給用戶提供明確和簡單的指導(dǎo)，GB/T40523.2—2021的附錄B和附錄C定義了的單一不確定度值，并在表A.5中列出。該值是通過GB/T40523.2—2021的附錄B和附錄C列出的所有值范圍內(nèi)取最大值和最小值之間的平均值進(jìn)行計算的。這是一個實用的解決方案，解決了GB/T40523.2—2021的附錄B和附錄C中每種方法的單個代表值帶來的挑戰(zhàn)。使用GB/T40523.2—2021的附錄B獲得不確定度的最低水平。此外，速度傳感器的不確定度提高了采用GB/T40523.2—2021的附錄B和附錄C方法獲得不確定度之間的差異。如果2021附錄B的方法優(yōu)于GB/T40523.2—2021附錄C的方法。表A.5最終性能指示值的不確定度3個月6個月12個月GB/T40523.2的方法GB/T40523.3的方法3-1GB/T40523.3的方法3-2GB/T40523.3的方法3-3GB/T40523.3的方法3-44.57%速度傳感器的精度是影響不確定度的重要因素之一。這在參考文獻(xiàn)[5]中提出的一次一個靈敏度分析中進(jìn)行了檢驗，并使用靈敏度指數(shù)對影響進(jìn)行了比較。僅將速度傳感器的精度從5%改變?yōu)?%,GB/T40523.1—2021/ISO19030-1:2016性能值的不確定度將從2.5%變?yōu)?.6%(對于特定的GB/T40523.2方法等效傳感器配置示例)。A.8.3性能指標(biāo)不確定度估計PI量化的不確定度應(yīng)根據(jù)平均性能值的不確定度估計進(jìn)行計算。PI不確定度的計算步驟見公式(A.3)。不確定度量化應(yīng)列入任何包含性能指標(biāo)值的文檔。如果參考期和評估期具有相同的持續(xù)時間，則構(gòu)成計算輸入的平均性能值不確定度將是相同的。在這種情況下，性能指標(biāo)不確定度是性能值不確定度與√2的乘積，如表A.4所示。在參考期和評估期的持續(xù)時間不相同的情況下，性能指標(biāo)不確定度值應(yīng)由公式(A.3)計算。Up=√U2+U…………(A.3)Up——PI估計值的不確定度(至95%置信區(qū)間);U-—評估期內(nèi)速度損失百分比計算值的不確定度(至95%置信區(qū)間);U—參考期內(nèi)速度損失百分比計算值的不確定度(至95%置信區(qū)間)。表A.6性能指標(biāo)不確定度的估計值，對于測量參數(shù)與參考期和評估期的特定組合，2o,95%置信區(qū)間3個月6個月12個月GB/T40523.2的方法GB/T40523.3的方法3-1GB/T40523.3的方法3-2GB/T40523.3的方法3-3GB/T40523.3的方法3-4通常，可通過以下任何一種方法降低絕對不確定度：——提高傳感器的精度和PI計算輸入的測量精度； ——延長參考期和評估期。表A.5和表A.6中的結(jié)果表明了不確定度對這些參數(shù)變化的敏感性。如果使用非標(biāo)傳感器和測量的組合，可以引導(dǎo)用戶預(yù)測不確定度。然而，不同來源的不確定度的相互作用并不簡單，所以對于表A.5中定義的三個標(biāo)準(zhǔn)程序的任何微小變化，需重新應(yīng)用本附錄中描述的方法估計對性能值不確定度的影響。PI的不確定度(即不確定度的大小與PI的大小之比)受測量參數(shù)和測量程序以及PI大小的影響。當(dāng)本文件用于測量性能的微小變化時，與測量性能的大變化時相比，需要更低的不確定度。本文件并未規(guī)定PI的最低不確定度。不同程度的不確定度可能用于不同的應(yīng)用程序，取決于決策相關(guān)的關(guān)鍵程度或風(fēng)險。A.8.4性能指標(biāo)不確定度的工作示例最后給出一個工作示例，展示如何計算性能值的不確定度并得到性能指標(biāo)。假設(shè)一艘船舶：——在時間t=0的性能值等于0;——性能指標(biāo)為-2.4,顯示每年下降速度為2.4%(由于船體和螺旋槳性能的變化);參考期PV為-1.2,評估期PV為-3.6。表A.7顯示了每種方法的PV不確定度和上下限(符合22GB/T40523.1—2021/ISO19030-1:201695%置信區(qū)間)。表A.7還表明，PI結(jié)果的不確定度在GB/T40523.2中為0.27%,在GB/T405法3-4中為4.6%。在GB/T40523.3中，不確定度可達(dá)測量值的200%。表A.7性能指標(biāo)不確定度的估計值，對于性能指標(biāo)為-2.4%且參考期和評估期為12個月，2σ,95%置信區(qū)間方法GB/T40523.3GB/T40523.3的方法3-1GB/T40523.3的方法3-2GB/T40523.3的方法3-3GB/T40523.3的方法3-4士PVr不確定度0.19%0.25%0.29%士PV不確定度0.19%0.25%0.29%PV上限—1.39%—1.45%—1.49%—2.96%—4.45%PVe下限—1.01%—0.95%—0.91%0.56%—3.79%—3.85%—3.89%—5.36%—6.85%PVeva下限—3,41%—3.35%—3.31%—1.84%—0.35%±PI不確定度0.27%0.35%0.41%4.60%擴(kuò)展此示例，對于同一船舶，如果參考期和評估期各為3個月，在維修觸發(fā)或維修效果性能指標(biāo)中，那么參考期PV為一0.3,評估期PV為一0.9,PI為一0.6。表A.8顯示PI的總體不確定度用GB/T40523.2方法為0.54%,用GB/T40523.3的方法3-4則為8.91%。表A.8性能指標(biāo)不確定度的估計值，對于性能指標(biāo)為-2.4%且參考期和評估期為3個月，2σ,95%置信區(qū)間方法GB/T40523.2GB/T40523.3的方法3-1GB/T40523.3的方法3-2GB/T40523.3的方法3-3GB/T40523.3的方法3-4±PV不確定度士PVeval不確定度PVm上限—0.68%—0.80%—0.87%—3.70%—6.60%PVet下限PVev上限—1.88%—2.00%—2.07%—4.90%—7.80%PVv下限—1.12%—100%—0.93%4.80%±PI不確定度4.81%GB/T40523.1—2021/ISO19030-1:20[1]GB/T40523.2—2021船舶與海上技術(shù)船體和螺旋槳性能變化測量第2部分：默認(rèn)方[2]GB/T40523.3—2021船舶與海上技術(shù)船體和螺旋槳性能變化測量第3部分：替代方[3]ISO5725-1:1994,Accuracy(truenessandprecision)ofmeasurementmethodsandresults—Part1:Generalprinciplesanddefinitions[4]AIAA.S-071A-1999AssessmentofExperimentalUncertaintyWithApplicationtoWindTunnelTesting.AmericanInstituteofAstronauticsandAeronautics,1999[5]AldousL.,SmithT.,BucknallR.,ThompsonP.UncertaintyAnalysisinShipPerformanceModellingOceanEngineering.2015[6]Bitner-GregersenE.M.,&.EwansK.C.Someuncertaintiesassociatedwithwindandwavedescriptionandtheirimportanceforengineeringapplications.OceanEng.2014,86pp.11-25[7]ColemanH.W.,&.SteeleW.G.ExperimentationandUncertaintyAnalysisforEngineers.JohnWiley&.Sons,US,1990[8]CoxM.G.,&.HarrisP.M.SoftwareSupportforMetrologyBestPracticeGuideNo.6:Uncer-taintyEvaluation.NationalPhysicsLaboratory,UK,2006[9]EPA.(2001).RiskAssessmentGuidanceforSuperfund.WashingtonDC,USEnvironmentalProtectionAgency.VolⅢ—PartA,ProcessforCond