应用EXCEL软件实现船舶静力学快速计算(简约稿).doc

应用EXCEL软件实现船舶静力学快速计算 内容提要： 在EXCEL中制作船舶静力学计算表格，应用单元格的运算、引用、链接和复制功能，以及工作表的保护功能，实现船舶静力学自动计算。传统的船舶静力学计算是大量的表格和手工计算，令人望而生畏。随着计算机程序语言的发展，船舶静力学计算软件早已问世和应用，并且越来越成熟。但是船舶软件的普遍应用却是一个不小的问题。在许多小型船舶修造厂至今仍然采用传统手工计算。因此，提高小型船舶修造厂船舶静力学计算的质量、效率和减轻劳动强度显然具有现实的意义。在电脑普遍应用的今天，找到一种适用的通用电子表格软件应用到船舶静力学计算中，也是一种不错的解决方案。实际表明，微软Office办公软件中的Excel正是首选。一、 船舶静力学计算的表格化特点和EXCEL电子表格功能的运用传统船舶静力学计算采用近似数值积分公式，有所谓梯形法则、辛甫生法则和切比雪夫法则等，它们分别在相应的条件下具有足够的精确度。其中以等间距梯形法则最为简单易用，普遍应用在静水力曲线和所谓邦金曲线的计算上。在进行稳性计算时，则多采用切比雪夫法则，可以用较少的不等间距站号减少计算工作量。但不管采取何种法则，其中的计算公式和积分方法都已表格化，十分直观，经过适当的选择后便可直接套用。我们要探讨的问题是：、如何在Excel中简化表格的制作，并且像专业应用软件那样可以反复使用；、能否在输入原始数据后，实现自动计算，快速得到计算结果；、能否直观地检查可能发生的错误，避免数据错乱，并对“准软件化”了的表格进行有效的保护。经过反复的实践，可以说这些目标都能基本实现。这就是得益于Excel（2000或以上版本）电子表格的强大功能及其适当的运用。其中最主要的是单元格的运算、引用、链接和复制功能，以及工作表的保护功能。单元格的运算功能主要是指数值统计功能、数值运算功能和引用单元格运算功能。尤其是引用单元格运算功能最具特色，这是实现自动计算的基础。例如，表中某单元格的作用是进行某项计算式的运算并显示出结果，计算式中包含有对本表或其它表格中单元格的数值引用。只要选中该单元格，键入等号(”=”)后,单击引用的单元格，键入运算符，再键入其它要引用的单元格或数值，继续下去直到算式完整，回车则完成计算。当被引用的单元格数据改变时，计算值也跟着变化。链接功能同样具有重要作用。它能实现将各个相关的工作簿工作表的数据链接起来，形成某项船舶性能运算网络，达到自动运算的目的。例如，原始数据（型值等）提取和计算结果汇总显示，某项中间数据的链接等；同样，被链接的源工作薄单元格内容改变时，包含链接的从属工作薄单元格也跟着更新。链接的方法可以利用编辑菜单的链接命令，或采用复制选择性粘贴粘贴链接命令，也可以采用上述引用单元格的方法。要实现立即更新必须同时打开相关工作薄。单元格的复制功能对于简化计算表格的制作有很大帮助。这里所说的复制不仅是一般意义上的复制，更具有运算功能的复制和复制成链接。例如，在同一工作表格中，若首个单元格已经定制了运算式，而相邻的单元格区域（多数是同列）也要具有相同样式的计算式，且计算式中所引用的单元格是有规律排列的，则不必再重复输入计算式，只要选中已定制好的单元格，将鼠标指向右下角的填充柄出现十字光标，按住鼠标将其拖动到目标单元格区域，即可完成运算功能的复制（技巧：计算式中如果含有常数单元格的引用，例如站距等，应将其设定为“绝对引用”，即在该单元格的列标题和行标题前加上美元号（$）（如单元格D6, 写为”$D$6”）。又如，若2个或多个表格完全相同，只不过是名称和计算对象不同（船舶静力学计算中大多数表格格式都是相同的，例如21个横剖面面积面矩的计算，各个水线面参数的计算、各横倾角下的稳性参数计算等等），则在完成了表格内部的引用和定制好运算功能后，在链接其它表格之前，进行整张工作表的复制或该表格的复制，就能获得相同的表格功能。在具有自动计算功能的表格制作完成后，和在完成计算后，必须检查是否出错，有的单元格会有错误信息”#REF”等出现，均要仔细检查。实际上计算式的检查比较容易，只要选中某单元格，在上面的编辑栏里就会出现已输入的计算式，一看就知道。比较困难的是所引用或链接的工作表和单元格是否正确，这是关键。其实，船舶静力学计算表格的设计都是有规律性的，表格中同一列（有的是同一行）的单元格具有相同的功能，因此反映在电子表格中的单元格引用或链接也是有规律可找的。只要精心地组织工作薄和工作表，将相同的表格安排在同一个工作薄各个工作表相同的区域上，就能实现规律性的校对。工作薄中的工作表(Sheet)是可以添加的（默认3个）。如果同类型的表格数量较多，可以将表格分组，一个工作表安排一组表格，并使各组位置对应相同，也能呈现较好的规律性。经验积累多了就越容易判断和修改。此外，也可以利用工具菜单中的“审核”工具来显示单元格引用的追踪信息进行检查。当检查和校正无误后，可以从工具菜单中选择保护命令，进行工作薄或工作表的锁定保护。这种锁定保护有一个特点，它并不影响表格的运算功能，也不影响引用和链接功能。但企图对表格进行改动（包括单元格的计算式等），或人为修改数据就会被拒绝。所以请记住保护操作时的密码，因为今后还要反复使用这些表格，就需要解密。船舶静力学计算一般可分为三个主要专题，即静水力曲线计算、邦金曲线计算和大倾角稳性计算。限于篇幅，下面以静水力曲线计算为例，介绍应用Excel实现自动计算的具体过程。二、 应用EXCEL计算船舶静水力曲线在Excel中应用梯形法则计算船舶静水力曲线具体步骤如下：1、 建立一个文件夹来完整保存每条船的主要参数和型值表。2、 建立1个文件夹来存放本专题的所有表格，文件夹名就叫“静水力曲线计算表”吧。3、 在同一个工作薄的不同工作表中分别建立“原始数据表”（相当于原始数据库）和“计算结果汇总表”。原始数据表只需复制型值表的半宽型值部分（型值表中凡是标为“”的，在原始数据表中应改为空格，其它表格也如此）。并在表的下方录入各水线的长度和最大宽度（从线型图量取）。原始数据表中每号水线两端型值应根据线型图用刈补法进行手工修改。此外，在表格的上方应录入船名和计算过程中需要用到的固定常数，如两柱间长，型宽，分站间距，水线间距，水的密度，附体糸数等（注意：凡是要被引用或链接的数据应输入在单独的单元格，数值数据不要与文字符号连续输入，以便于数值的引用）。“结果汇总表”列出静水力曲线的各个项目。其间的各个单元格用来分别与相应表格的相应单元格进行链接，从而自动获取各项计算结果数据。4、 静水力曲线计算采用竖向糸统，即先计算各个水线面，然后用变上项积分得到各水线下的静水力数据。在一个工作薄中制作“水线面参数计算表”。该表包含了水线面的各个参数，如水线面积、漂心、各项惯性矩和水线面糸数，是静水力曲线计算的基础。共需9至11张表格。实际上只需制作第一张表格，在按上述方法完成各单元格运算功能的定制后，其它表格均可用复制完成。可以在1张工作表中“列对齐”安排（复制）2张表格。同一工作表的第一个表格的上方应有船名、本表计算中需要的固定常数如站距等，并与“原始数据表”中的相应单元格链接（其它表格也应如此，使本次计算的船名统一，常数统一）。各个“水线面参数计算表”均制作完毕检查无误，就可以将各个表格中的“半宽值”下各单元格分别链接到“原始数据表”中的相应单元格。这种单元格区域的链接采用“复制-粘贴链接”的方法更简便。方法是：打开“原始数据表”，选择某水线号下的半宽值单元格区域，单击复制按钮，回到相应水线的“水线面参数计算表”，选择半宽值列标下的第1单元格，单击编辑菜单下的“选择性粘贴”命令，在其对话框中，单击“粘贴链接”按钮，就完成该单元格区域的链接了。5、 如下6个表格分2组建立在2个工作薄的不同工作表上：排水量计算表（包括排水体积、排水量、方形糸数和每厘米吃水吨数）。浮心纵坐标xB计算表。浮心竖坐标ZB计算表。以上3个表格为1组。以下3个为另1组：横稳心高度Zm和纵稳心高度ZM计算表。每厘米纵倾力矩Mcm计算表。舯剖面糸数CM和棱形糸数Cp计算表。这些表格都可以参照上述方法，使其具有自动运算功能。如前所述，所有计算结果最后都汇集到“计算结果汇总表”上，供绘制静水力曲线之用。若已确认汇总表的数据是正确的，就可以单独将汇总表复制到另一个文件夹，作为技术档案资料。然后又可以重新计算下一艘船了。必须提请注意，一旦各个工作薄工作表实行了链接，非不得已就不要修改它们的路径和名字，文件夹名也不要再改变。否则程序将找不到链接对象，并可能引起数据错乱，那就只好修改链接或重新链接了。此外，为了防止意外，可以用一个专用软盘或闪存盘来储存或者备份。从上述应用EXCEL计算船舶静水力曲线的过程可以看出，在静水力曲线计算中必须手工修改水线端点坐标及修正值的起止单元格；实际上在邦金曲线计算中也必须手工修改横剖面下端坐标；在插值曲线计算中，切氏剖面的绘制和各横倾角下a、b值的获得，都还须要手工操作。除此之外，只要正确输入数据就能自动完成船舶静力学主要专题的计算。有一点值得指出，若能结