船舶技术性能数据库系统
张 萍12， 朱 德 祥2， 李 百 齐2， 冷 文 浩2， 蒋 乾 纬2
，
（1.江南大学信息工程学院，江苏无锡 214122；2. 中国船舶科学研究中心，江苏 无锡 214082）
摘 要
优秀船型及其性能资料是船舶设计和新船型开发的主要技术支撑之一。在研究国内外优秀船型及其性能资料的基础上，采用最新的数据库技术、软件开发技术，建成了船舶技术性能数据库系统，该数据库系统储存了当代国内外优秀船型及其性能资料，并在船舶设计中发挥了一定的作用。详细地介绍了船舶技术性能数据库系统的功能、构成及软硬件关键技术。
关键词：船舶、船舶性能；船舶设计；船型；船舶技术性能；数据库 中图分类号：U661.7 文献标识码：A
1 引言
船舶研究、设计、建造具有十分明显的学习曲线效应和规模经济的特点。在船舶设计中，研究设计人员通常依据手中掌握的船舶模型试验资料，选择合适的母型船，用母型船的剩余阻力系数估算目标船的有效功率；再参考母型船的自航因子，用螺旋桨计算的方法预报目标船的实船航速。研究设计人员还可以通过分析手中掌握的参照船型资料，知道该船型是否有优化提高的可能，并进一步决定是否选择适当的技术措施进行船体线型优化，提高航速指标。因此信息量丰富的优秀船型及性能试验资料，以及运用先进的数据库技术，有效地组织、管理优秀船型及性能试验资料，对船舶的研究、设计具有十分重要的作用。
图1是船舶设计螺旋图[1]，该设计螺旋模型反映了船舶的设计过程。船舶设计的前期阶段很重要的工作是迅速、系统地确定船型几何、推进方式和许多其它参数对船舶性能的影响。船舶性能是船舶设计领域的重点，是新船型开发的基础技术和着眼点。
船舶技术性能数据库是船舶设计和新船型开发的主要技术支撑：为新船设计及其船型生成提供母型；为船舶性能评估提供比较对象；为建立性能数学模型和估算公式提供数据源。使用船舶技术性能数据库技术，研究设计人员就可正确、迅速地对其设计方案作流体动力性能预报，并与其他具有相近使命要求的船型方案作比较。这样将会进一步提高设计质量，增强快速反应能力，缩短设计周期及降低费用。如荷兰海
运研究所（MARIN）为东南亚设计的
SL7级高速集装箱船，就是由于利用了数据 库资料，开发了一种船型，它优于以往经过 多次试验过的任何一个设计方案[1]。
中国船舶科学研究中心拥有22座大型的船舶性能研究设备，船舶设计螺旋图中序号为2、3、4、5、9、10、11、12、16的部分是与中国船舶科学研究中心试验研究目标相关的。中国船舶科学研究中心通过参与国家高技术船重点项目、国家重点科技攻关项目及依托工程关键技术的研究，结合大量民用船舶横向 委托试验及开发任务，对性能数据库作了有效的研究开发，初步建立了拥有数百艘包括当代国内外优秀船 型的船舶技术性能数据库，该数据库系统储存了大量优秀船型及螺旋桨等几何要素资料，
同时还储存了与
其相应的、由模型试验与实船试验得到的流体动力性能资料。
本文介绍了由中国船舶科学研究中心研究开发的船舶技术性能数据库系统及其使用的关键技术。
2 船舶技术性能数据库系统
2.1主题数据库结构
船舶技术性能数据库主要收集大型油船、货船、集装箱船、LPG船、LNG船、滚装船等当代国内外优秀船型，其内容包括船体主尺度、船型系数、型线、推进器与附体的布局和几何资料、阻力、敞水、自航因子、耐波性、操纵性、船尾伴流场及实船试验等数据。
船舶技术性能数据库系统采用统一工程数据库结构技术，分析数据结构组织方式及管理模型，建立了船舶技术性能数据库的结构，包括船舶简历数据库、船型等几何数据库、船舶水动力性能数据库、实船试图2 船舶技术性能数据库的组成与结构
2.2 数据库软件系统
如图3所示，船舶技术性能数据库软件系统包括数据库系统、基于数据库的性能估算模块、与CAD/CAE软件无缝数据交换接口三部分。
2.2.1 数据库系统
数据库系统不仅包括船舶技术性能数据库，还包括了存储备份系统，以及与中国船舶科学研究中心各
个试验室的接口。
为了保证船舶技术性能数据库系统长期、稳定、可靠地可持续运行，建立了存储备份系统，制定了存储备份策略和系统维护策略，可以定期、自动地对数据库系统进行日常的备份、管理和维护。
船舶技术性能数据库与中国船舶科学研究中心各个试验室的接口（如图4所示），可以实现该中心相关试验数据的常态集成和船舶技术性能数据库以后的常态扩充，各实验室数据库中保存了日常试验数据，通过各实验室数据库与船舶技术性能数据库的接口，人工筛选符合收集子样条件的实验室数据库数据，进行加工整理，经过数据审核程序后，再存入船舶技术性能数据库。这为船舶技术性能数据库的可持续发展奠定了良好的基础。
图
4 实验室数据库与船舶技术性能数据库的接口
2.2.2基于数据库的性能估算模块
基于数据库的性能估算模块分为阻力性能估算模块、推进因子估算模块、操纵性能估算模块等。数据库内储存的优秀船型及性能试验愈多，性能估算的准确性就愈高，适用范围也就愈广。
性能估算模块是数据库系统的二次开发和利用，是船舶技术性能数据库系统的基本模块和功能之一。数据库不断吸收各种优秀船型及性能试验数据，基于数据库的性能估算模块就可以持续改进性能估算的预报精度。
2.2.3 与CAD/CAE软件无缝数据交换接口
与CAD/CAE软件无缝数据交换接口可以方便地把数据库中的船型数据导入TRIBON、NAPA等数字化设计系统和数字化制造系统。由于掌握了TRIBON、NAPA数据的提取方法，该接口还可以将TRIBON、NAPA船型数据导入到数据库。 2.3 数据库系统模块划分
图5为数据库系统功能模块示意图。如图所示，数据库系统模块依据功能可分为数据库主体功能模块、数据库扩展功能模块、数据库管理功能模块。
1) 数据库主体功能模块 数据库主体功能模块实现基本的数据库查询、录入功能及辅助功能，包括数据库查询功能、数据库录入功能、数据库修改功能、静水力计算、有效功率计算、数据库图形显示功能、数据库统计功能、数据库联机帮助功能等。
2) 数据库扩展功能模块 数据库扩展功能模块是数据库系统功能的扩展与延伸，包括阻力性能估算模块、推进因子估算模块、操纵性能估算模块以及与TRIBON、NAPA等软件无缝数据交换等接口。
3) 数据库管理功能模块 数据库管理功能模块实现了数据库系统的日常备份、管理与维护，包括数据备份与恢复、用户功能、系统监控、安全功能等。 2.4 数据库系统实现
船舶技术性能数据库系统是以网络为系统平台，基于B/S结构的主题数据库应用系统，由Oracle数据库服务器、应用服务器、Web服务器、防火墙等组成，如图6所示。客户端只须具有网络环境，通过Internet Explorer即可访问船舶技术性能数据库系统。
数据库主体功能数据库扩展功能
数据库管理功能
图6 网络环境示意图
图5 数据库系统功能模块
2.4.1 网络数据库系统体系结构
IT系统的规划需要有一个层次化的总体框架，在总体框架的基础上，围绕着技术和应用为核心，逐层细化，分步实施。基于多年的实践经验，结合近几年的技术发展，把船舶技术性能数据库系统的总体框架设计为五层结构（如图7所示），从底层到上层依次为：硬件基础设施平台，操作系统平台，软件基础设施平台，业务支撑软件平台和企业应用平台。
图8为船舶技术性能数据库系统网络拓扑图。
图7 船舶技术性能数据库系统的体系结构
图8 船舶技术性能数据库网络拓扑图
2.4.2 软件开发平台
系统采用业界公认的企业软件开发技术和标准——J2EE技术来开发，充分利用Java的开放性和面向对象特性以及Java世界内大量的开源项目带来的便利性，系统用到的关键组件和技术有：
JSP/Servlet技术
Java Web基本技术和框架。 Hibernate OR Mapping 中间件
采用Hibernate作为系统的持久化工具。 Spring 框架
秉承了“不重复发明轮子”的原则，是一个好的协调框架，系统主要用来管理对象生命周期。 Struts MVC框架
方便有效的MVC框架，大部分的动态页面要使用它。 JExcel 组件 数据报表输出。 Log4j
Log4j提供了强大的日志记录功能，能够很方便地记录日志到文件，数据库、控制台等。 XML
该系统将会用到大量的XML，包括信息的共享、模块间的动态配置等都采用XML来完成。 JNI（Java Native Interface） JNI 是本地编程接口。它使得在 Java 虚拟机 (VM) 内部运行的 Java 代码能够与用其它编程语言（如 C、C++ 和汇编语言）编写的应用程序和库进行互操作。
JFreeChart图表组件
提供了丰富的图表功能，报表管理用来制作图表。 2.4.3 数据库软件
船舶技术性能数据库系统是基于B/S的多层应用系统，系统硬件及软件的选型要充分考虑到数据库的开放性，同时还要考虑多个用户通过网络并发存取数据库时，系统的性能、并发性、可伸缩性以及开发的风险等诸多因素。从开放性、可伸缩性、并行性、性能、客户端支持及应用模式、使用风险等方面对Oracle、Sybase ASE、DB2等主流数据库进行研究比较后得出结论：Oracle数据库在并发性、安全性、海量数据存储以及稳定性方面一直处于业界的领先地位，最适合船舶技术性能数据库系统需求。综合各因素，本系统数据库软件选用甲骨文公司Oracle9i企业版数据库。
2.4.4存储备份方案
数据库备份可能是防止 Oracle 数据库发生介质故障的唯一方式。而好的存储结构设计能大大提高数据库的性能，并且能大大提高数据库的安全性。
影响数据库性能的主要因素有：控制文件的多少、日志组中日志文件的多少、频繁的检查点、备份数据文件、归档日志。考虑数据库的安全性，必须尽可能多地增加控制文件、日志文件的数目，以及进行日志归档，同时也要进行数据文件备份，因此，安全与性能是两个相互制约的条件。存储结构设计就是要在性能与安全性之间找到一个平衡点，最大化地提高数据库性能与安全性。本系统的存储备份主要包括两方面：
(1) 磁盘阵列存储方案
磁盘阵列又叫RAID（Redundant Array of Inexpensive Disks LD廉价磁盘冗余阵列）。磁盘阵列的最大特点是数据存取速度特别快，其主要功能是可提高网络数据的可用性及存储容量，并将数据有选择性地分布在多个磁盘上，从而提高系统的数据吞吐率。另外，磁盘阵列还能够免除单块硬盘故障所带来的灾难后果，通过把多个较小容量的硬盘连在智能控制器上，可增加存储容量。磁盘阵列是一种高效、快速、易用的网络存储备份设备。
(2) 磁带库备份方案
本系统采用相对较为简单的Host-Based结构。Host-Based是传统的数据备份结构，这种结构中磁带库直接接在服务器上，而且只为该服务器提供数据备份服务。Host-Based备份结构的优点是数据传输速度快，备份管理简单。
3 关键技术
3.1船舶技术性能主题数据库结构设计
数据库结构设计是数据库软件系统的核心，好的数据库结构设计不仅正确地体现了实体对象，而且更体现了实体对象之间的关系与约束。
船舶技术性能数据库的结构设计采用最新的面向对象建模语言进行建模，按照标准的数据库设计流程从逻辑数据库设计到物理数据库设计，提出了面向主题的船舶技术性能数据库的设计方法。
船舶技术性能数据库结构的设计结合了最新的数据库设计思想与船舶技术性能主题内容，是新兴的软件技术与船舶性能研究的有机结合。部分逻辑结构图如图9所示。
图9 部分逻辑结构图
3.2基于WEB的数据可视化技术
许多商业的船舶CAD、CAE软件已经能很好地显示船型的二维型线图与三维线框图。但是，这些传统的CAD、CAE软件的船型显示技术存在以下局限：①数据的文件格式通常都不公开，数据难以提取；②图形显示都是本地使用，不能在网络上发布；③船型数据文件可以随意修改，存在安全隐患。
基于WEB的船型三维线框图显示技术，是软件技术的难点与热点。船舶技术性能数据库系统通过对B样条曲线算法的改进，以第三方的开发包读取数据库内数据，生成可以直接进行网络发布的船型三维线框图，从而实现了在网页上安全、快速地显示船型三维线框图，该图形解决方案具有以下特点：①直接读取数据库内数据，保证了数据的灵活性与安全性；②客户端通过浏览器直接查看，并能进行旋转、放大、缩小等操作；③所有图形都是动态生成的；④网络访问的图形是不可修改的，保证了数据安全。
船型三维线框图动态显示图如图10所示。
图10 船型三维线框图动态显示
3.3数据库与TRIBON接口技术
TRIBON是目前几种主流的船舶辅助制造软件之一，在全球39个国家与地区中，有260多家造船企业和船舶设计公司依赖于TRIBON信息系统。
数据库系统与TRIBON的接口通过改进的NURBS曲线算法，将站线、水线、纵剖线等船型特有的信息与TRIBON数据结构间建立了对应关系。通过该接口，可以将TRIBON中的数据提取到数据库中进行保存，方便用户的查询；同时也能将数据库中的船型数据导入TRIBON进行设计，极大地方便了用户的使用。
本接口的主要特点如下：
1) Oracle数据库与TRIBON无缝结合，既能利用数据库的存储特性，也能利用TRIBON的辅助制
造特性；
2) 突破了TRIBON数据提取的技术难题，使得船厂与设计院的数据能够非常方便地通过该接口进
行保存。
图11是通过数据库与TRIBON的接口，将数据库中的船型数据导入TRIBON中的效果图。
图11 数据库中的船型数据导入到TRIBON的效果图
3.4优秀子样采集与集成
优秀船型性能子样的采集与分析，是数据库的重要基础。为此，不仅收集与分析船舶性能资料、水池试验资料，还收集国内外先进主力船型及系列标准船型资料，进行优化及部分扩展试验，并且对有市场发展前景的新船型，采用研究所与工厂、设计单位合作的方式共同开发，以储备线型，提升档次，形成拳头产品，从而有效地确保数据库子样的数量与质量。
4 结 语
中国船舶科学研究中心初步建成了船舶技术性能数据库系统，该系统部署在局域网上，操作方便快捷，性能优越，具有很好的可伸缩性、稳定性、安全性、可扩展性和可维护性。
船舶技术性能数据库拥有数百艘当代国内外优秀船型，其中包括了中国船舶科学研究中心自行开发的大方形系数低速船模型系列、中等方形系数中高速船模型系列等两个模型系列的阻力试验和自航试验，其中大方形系数低速船模型系列由15条船模和9只桨模组成，中等方形系数中高速船模型系列由9条船模和19只桨模组成。
数据库系统的性能估算模块已为10家单位的100余艘船做过技术咨询，被8家工厂和设计院所使用，在船舶设计工作中发挥了有效的作用，缩短了船舶设计周期，节省了人力、物力、财力，增强了对市场的快速反应能力。
通过船舶技术性能数据库与CAD/CAE软件接口,可以使数据库与CAD/CAE软件无缝结合，极大地方便了船厂与设计院的使用。
参考文献：
[1] 李百齐, 沈泓萃. 船舶水动力性能集成设计系统(SHIDS) 的开发和应用[J] . 船舶力学,2002 ,6 (1) :52-
61.
[2] 李百齐, 朱德祥，何术龙. 中国船舶科学研究中心关于船舶性能新技术的研究进展 [J] . 中国造
船,2006 , 47 (3) :1- 13.
[3] 何术龙，孙小江，吴建波，周斌，朱德祥. 基于互联网的船型设计与航速预报应用服务系统[J] . 上海
造船,2006 ,67 (3) :45- 47.
[4] 朱德祥，冷文浩，李百齐，何术龙. CAE在船舶性能研究领域的应用[J] . 中国造船，2007 , 48 (2) :1- 8.
Ship Technical Performance Database System
ZHANG Ping，ZHU De-xiang，LI Bai-qi，LENG Wen-hao，JIANG Qian-wei
(1.School of Information Technology, Jiangnan University, Wuxi Jiangsu 214122, China;
2.China Ship Scientific Research Center，Wuxi Jiangsu 214082，China)
Abstract
The information and navigating performance of excellent ship hull form are main technical supports to ship design and new ship form development. Based on the experimental and research information of ship form and performance, Ship Technical Performance Database System (STPDS) is developed with up-to-date database technology and software. The information in the database system are very useful for ship design. The function, the structure and the key software and hardware technique about STPDS are presented.
Key words: ship engineering; ship design; hull form; ship technical performance; database
作者简介
张 萍 女，1975年生，博士研究生，高级工程师。主要从事船舶技术性能数据库方面的研究工作。 朱德祥 男，1960年生，博士，研究员，博士生导师。主要从事船舶水动力学方面的研究工作。 李百齐 男，1941年生，研究员，博士生导师。主要从事船舶水动力学方面的研究工作。 冷文浩 男，1962年生，博士，研究员，博士生导师。主要从事软件工程方面的研究工作。 蒋乾纬 男，1943年生，研究员。主要从事船舶水动力学方面的研究工作。
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船舶技术性能数据库系统
张 萍12， 朱 德 祥2， 李 百 齐2， 冷 文 浩2， 蒋 乾 纬2
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（1.江南大学信息工程学院，江苏无锡 214122；2. 中国船舶科学研究中心，江苏 无锡 214082）
摘 要
优秀船型及其性能资料是船舶设计和新船型开发的主要技术支撑之一。在研究国内外优秀船型及其性能资料的基础上，采用最新的数据库技术、软件开发技术，建成了船舶技术性能数据库系统，该数据库系统储存了当代国内外优秀船型及其性能资料，并在船舶设计中发挥了一定的作用。详细地介绍了船舶技术性能数据库系统的功能、构成及软硬件关键技术。
关键词：船舶、船舶性能；船舶设计；船型；船舶技术性能；数据库 中图分类号：U661.7 文献标识码：A
1 引言
船舶研究、设计、建造具有十分明显的学习曲线效应和规模经济的特点。在船舶设计中，研究设计人员通常依据手中掌握的船舶模型试验资料，选择合适的母型船，用母型船的剩余阻力系数估算目标船的有效功率；再参考母型船的自航因子，用螺旋桨计算的方法预报目标船的实船航速。研究设计人员还可以通过分析手中掌握的参照船型资料，知道该船型是否有优化提高的可能，并进一步决定是否选择适当的技术措施进行船体线型优化，提高航速指标。因此信息量丰富的优秀船型及性能试验资料，以及运用先进的数据库技术，有效地组织、管理优秀船型及性能试验资料，对船舶的研究、设计具有十分重要的作用。
图1是船舶设计螺旋图[1]，该设计螺旋模型反映了船舶的设计过程。船舶设计的前期阶段很重要的工作是迅速、系统地确定船型几何、推进方式和许多其它参数对船舶性能的影响。船舶性能是船舶设计领域的重点，是新船型开发的基础技术和着眼点。
船舶技术性能数据库是船舶设计和新船型开发的主要技术支撑：为新船设计及其船型生成提供母型；为船舶性能评估提供比较对象；为建立性能数学模型和估算公式提供数据源。使用船舶技术性能数据库技术，研究设计人员就可正确、迅速地对其设计方案作流体动力性能预报，并与其他具有相近使命要求的船型方案作比较。这样将会进一步提高设计质量，增强快速反应能力，缩短设计周期及降低费用。如荷兰海
运研究所（MARIN）为东南亚设计的
SL7级高速集装箱船，就是由于利用了数据 库资料，开发了一种船型，它优于以往经过 多次试验过的任何一个设计方案[1]。
中国船舶科学研究中心拥有22座大型的船舶性能研究设备，船舶设计螺旋图中序号为2、3、4、5、9、10、11、12、16的部分是与中国船舶科学研究中心试验研究目标相关的。中国船舶科学研究中心通过参与国家高技术船重点项目、国家重点科技攻关项目及依托工程关键技术的研究，结合大量民用船舶横向 委托试验及开发任务，对性能数据库作了有效的研究开发，初步建立了拥有数百艘包括当代国内外优秀船 型的船舶技术性能数据库，该数据库系统储存了大量优秀船型及螺旋桨等几何要素资料，
同时还储存了与
其相应的、由模型试验与实船试验得到的流体动力性能资料。
本文介绍了由中国船舶科学研究中心研究开发的船舶技术性能数据库系统及其使用的关键技术。
2 船舶技术性能数据库系统
2.1主题数据库结构
船舶技术性能数据库主要收集大型油船、货船、集装箱船、LPG船、LNG船、滚装船等当代国内外优秀船型，其内容包括船体主尺度、船型系数、型线、推进器与附体的布局和几何资料、阻力、敞水、自航因子、耐波性、操纵性、船尾伴流场及实船试验等数据。
船舶技术性能数据库系统采用统一工程数据库结构技术，分析数据结构组织方式及管理模型，建立了船舶技术性能数据库的结构，包括船舶简历数据库、船型等几何数据库、船舶水动力性能数据库、实船试图2 船舶技术性能数据库的组成与结构
2.2 数据库软件系统
如图3所示，船舶技术性能数据库软件系统包括数据库系统、基于数据库的性能估算模块、与CAD/CAE软件无缝数据交换接口三部分。
2.2.1 数据库系统
数据库系统不仅包括船舶技术性能数据库，还包括了存储备份系统，以及与中国船舶科学研究中心各
个试验室的接口。
为了保证船舶技术性能数据库系统长期、稳定、可靠地可持续运行，建立了存储备份系统，制定了存储备份策略和系统维护策略，可以定期、自动地对数据库系统进行日常的备份、管理和维护。
船舶技术性能数据库与中国船舶科学研究中心各个试验室的接口（如图4所示），可以实现该中心相关试验数据的常态集成和船舶技术性能数据库以后的常态扩充，各实验室数据库中保存了日常试验数据，通过各实验室数据库与船舶技术性能数据库的接口，人工筛选符合收集子样条件的实验室数据库数据，进行加工整理，经过数据审核程序后，再存入船舶技术性能数据库。这为船舶技术性能数据库的可持续发展奠定了良好的基础。
图
4 实验室数据库与船舶技术性能数据库的接口
2.2.2基于数据库的性能估算模块
基于数据库的性能估算模块分为阻力性能估算模块、推进因子估算模块、操纵性能估算模块等。数据库内储存的优秀船型及性能试验愈多，性能估算的准确性就愈高，适用范围也就愈广。
性能估算模块是数据库系统的二次开发和利用，是船舶技术性能数据库系统的基本模块和功能之一。数据库不断吸收各种优秀船型及性能试验数据，基于数据库的性能估算模块就可以持续改进性能估算的预报精度。
2.2.3 与CAD/CAE软件无缝数据交换接口
与CAD/CAE软件无缝数据交换接口可以方便地把数据库中的船型数据导入TRIBON、NAPA等数字化设计系统和数字化制造系统。由于掌握了TRIBON、NAPA数据的提取方法，该接口还可以将TRIBON、NAPA船型数据导入到数据库。 2.3 数据库系统模块划分
图5为数据库系统功能模块示意图。如图所示，数据库系统模块依据功能可分为数据库主体功能模块、数据库扩展功能模块、数据库管理功能模块。
1) 数据库主体功能模块 数据库主体功能模块实现基本的数据库查询、录入功能及辅助功能，包括数据库查询功能、数据库录入功能、数据库修改功能、静水力计算、有效功率计算、数据库图形显示功能、数据库统计功能、数据库联机帮助功能等。
2) 数据库扩展功能模块 数据库扩展功能模块是数据库系统功能的扩展与延伸，包括阻力性能估算模块、推进因子估算模块、操纵性能估算模块以及与TRIBON、NAPA等软件无缝数据交换等接口。
3) 数据库管理功能模块 数据库管理功能模块实现了数据库系统的日常备份、管理与维护，包括数据备份与恢复、用户功能、系统监控、安全功能等。 2.4 数据库系统实现
船舶技术性能数据库系统是以网络为系统平台，基于B/S结构的主题数据库应用系统，由Oracle数据库服务器、应用服务器、Web服务器、防火墙等组成，如图6所示。客户端只须具有网络环境，通过Internet Explorer即可访问船舶技术性能数据库系统。
数据库主体功能数据库扩展功能
数据库管理功能
图6 网络环境示意图
图5 数据库系统功能模块
2.4.1 网络数据库系统体系结构
IT系统的规划需要有一个层次化的总体框架，在总体框架的基础上，围绕着技术和应用为核心，逐层细化，分步实施。基于多年的实践经验，结合近几年的技术发展，把船舶技术性能数据库系统的总体框架设计为五层结构（如图7所示），从底层到上层依次为：硬件基础设施平台，操作系统平台，软件基础设施平台，业务支撑软件平台和企业应用平台。
图8为船舶技术性能数据库系统网络拓扑图。
图7 船舶技术性能数据库系统的体系结构
图8 船舶技术性能数据库网络拓扑图
2.4.2 软件开发平台
系统采用业界公认的企业软件开发技术和标准——J2EE技术来开发，充分利用Java的开放性和面向对象特性以及Java世界内大量的开源项目带来的便利性，系统用到的关键组件和技术有：
JSP/Servlet技术
Java Web基本技术和框架。 Hibernate OR Mapping 中间件
采用Hibernate作为系统的持久化工具。 Spring 框架
秉承了“不重复发明轮子”的原则，是一个好的协调框架，系统主要用来管理对象生命周期。 Struts MVC框架
方便有效的MVC框架，大部分的动态页面要使用它。 JExcel 组件 数据报表输出。 Log4j
Log4j提供了强大的日志记录功能，能够很方便地记录日志到文件，数据库、控制台等。 XML
该系统将会用到大量的XML，包括信息的共享、模块间的动态配置等都采用XML来完成。 JNI（Java Native Interface） JNI 是本地编程接口。它使得在 Java 虚拟机 (VM) 内部运行的 Java 代码能够与用其它编程语言（如 C、C++ 和汇编语言）编写的应用程序和库进行互操作。
JFreeChart图表组件
提供了丰富的图表功能，报表管理用来制作图表。 2.4.3 数据库软件
船舶技术性能数据库系统是基于B/S的多层应用系统，系统硬件及软件的选型要充分考虑到数据库的开放性，同时还要考虑多个用户通过网络并发存取数据库时，系统的性能、并发性、可伸缩性以及开发的风险等诸多因素。从开放性、可伸缩性、并行性、性能、客户端支持及应用模式、使用风险等方面对Oracle、Sybase ASE、DB2等主流数据库进行研究比较后得出结论：Oracle数据库在并发性、安全性、海量数据存储以及稳定性方面一直处于业界的领先地位，最适合船舶技术性能数据库系统需求。综合各因素，本系统数据库软件选用甲骨文公司Oracle9i企业版数据库。
2.4.4存储备份方案
数据库备份可能是防止 Oracle 数据库发生介质故障的唯一方式。而好的存储结构设计能大大提高数据库的性能，并且能大大提高数据库的安全性。
影响数据库性能的主要因素有：控制文件的多少、日志组中日志文件的多少、频繁的检查点、备份数据文件、归档日志。考虑数据库的安全性，必须尽可能多地增加控制文件、日志文件的数目，以及进行日志归档，同时也要进行数据文件备份，因此，安全与性能是两个相互制约的条件。存储结构设计就是要在性能与安全性之间找到一个平衡点，最大化地提高数据库性能与安全性。本系统的存储备份主要包括两方面：
(1) 磁盘阵列存储方案
磁盘阵列又叫RAID（Redundant Array of Inexpensive Disks LD廉价磁盘冗余阵列）。磁盘阵列的最大特点是数据存取速度特别快，其主要功能是可提高网络数据的可用性及存储容量，并将数据有选择性地分布在多个磁盘上，从而提高系统的数据吞吐率。另外，磁盘阵列还能够免除单块硬盘故障所带来的灾难后果，通过把多个较小容量的硬盘连在智能控制器上，可增加存储容量。磁盘阵列是一种高效、快速、易用的网络存储备份设备。
(2) 磁带库备份方案
本系统采用相对较为简单的Host-Based结构。Host-Based是传统的数据备份结构，这种结构中磁带库直接接在服务器上，而且只为该服务器提供数据备份服务。Host-Based备份结构的优点是数据传输速度快，备份管理简单。
3 关键技术
3.1船舶技术性能主题数据库结构设计
数据库结构设计是数据库软件系统的核心，好的数据库结构设计不仅正确地体现了实体对象，而且更体现了实体对象之间的关系与约束。
船舶技术性能数据库的结构设计采用最新的面向对象建模语言进行建模，按照标准的数据库设计流程从逻辑数据库设计到物理数据库设计，提出了面向主题的船舶技术性能数据库的设计方法。
船舶技术性能数据库结构的设计结合了最新的数据库设计思想与船舶技术性能主题内容，是新兴的软件技术与船舶性能研究的有机结合。部分逻辑结构图如图9所示。
图9 部分逻辑结构图
3.2基于WEB的数据可视化技术
许多商业的船舶CAD、CAE软件已经能很好地显示船型的二维型线图与三维线框图。但是，这些传统的CAD、CAE软件的船型显示技术存在以下局限：①数据的文件格式通常都不公开，数据难以提取；②图形显示都是本地使用，不能在网络上发布；③船型数据文件可以随意修改，存在安全隐患。
基于WEB的船型三维线框图显示技术，是软件技术的难点与热点。船舶技术性能数据库系统通过对B样条曲线算法的改进，以第三方的开发包读取数据库内数据，生成可以直接进行网络发布的船型三维线框图，从而实现了在网页上安全、快速地显示船型三维线框图，该图形解决方案具有以下特点：①直接读取数据库内数据，保证了数据的灵活性与安全性；②客户端通过浏览器直接查看，并能进行旋转、放大、缩小等操作；③所有图形都是动态生成的；④网络访问的图形是不可修改的，保证了数据安全。
船型三维线框图动态显示图如图10所示。
图10 船型三维线框图动态显示
3.3数据库与TRIBON接口技术
TRIBON是目前几种主流的船舶辅助制造软件之一，在全球39个国家与地区中，有260多家造船企业和船舶设计公司依赖于TRIBON信息系统。
数据库系统与TRIBON的接口通过改进的NURBS曲线算法，将站线、水线、纵剖线等船型特有的信息与TRIBON数据结构间建立了对应关系。通过该接口，可以将TRIBON中的数据提取到数据库中进行保存，方便用户的查询；同时也能将数据库中的船型数据导入TRIBON进行设计，极大地方便了用户的使用。
本接口的主要特点如下：
1) Oracle数据库与TRIBON无缝结合，既能利用数据库的存储特性，也能利用TRIBON的辅助制
造特性；
2) 突破了TRIBON数据提取的技术难题，使得船厂与设计院的数据能够非常方便地通过该接口进
行保存。
图11是通过数据库与TRIBON的接口，将数据库中的船型数据导入TRIBON中的效果图。
图11 数据库中的船型数据导入到TRIBON的效果图
3.4优秀子样采集与集成
优秀船型性能子样的采集与分析，是数据库的重要基础。为此，不仅收集与分析船舶性能资料、水池试验资料，还收集国内外先进主力船型及系列标准船型资料，进行优化及部分扩展试验，并且对有市场发展前景的新船型，采用研究所与工厂、设计单位合作的方式共同开发，以储备线型，提升档次，形成拳头产品，从而有效地确保数据库子样的数量与质量。
4 结 语
中国船舶科学研究中心初步建成了船舶技术性能数据库系统，该系统部署在局域网上，操作方便快捷，性能优越，具有很好的可伸缩性、稳定性、安全性、可扩展性和可维护性。
船舶技术性能数据库拥有数百艘当代国内外优秀船型，其中包括了中国船舶科学研究中心自行开发的大方形系数低速船模型系列、中等方形系数中高速船模型系列等两个模型系列的阻力试验和自航试验，其中大方形系数低速船模型系列由15条船模和9只桨模组成，中等方形系数中高速船模型系列由9条船模和19只桨模组成。
数据库系统的性能估算模块已为10家单位的100余艘船做过技术咨询，被8家工厂和设计院所使用，在船舶设计工作中发挥了有效的作用，缩短了船舶设计周期，节省了人力、物力、财力，增强了对市场的快速反应能力。
通过船舶技术性能数据库与CAD/CAE软件接口,可以使数据库与CAD/CAE软件无缝结合，极大地方便了船厂与设计院的使用。
参考文献：
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Ship Technical Performance Database System
ZHANG Ping，ZHU De-xiang，LI Bai-qi，LENG Wen-hao，JIANG Qian-wei
(1.School of Information Technology, Jiangnan University, Wuxi Jiangsu 214122, China;
2.China Ship Scientific Research Center，Wuxi Jiangsu 214082，China)
Abstract
The information and navigating performance of excellent ship hull form are main technical supports to ship design and new ship form development. Based on the experimental and research information of ship form and performance, Ship Technical Performance Database System (STPDS) is developed with up-to-date database technology and software. The information in the database system are very useful for ship design. The function, the structure and the key software and hardware technique about STPDS are presented.
Key words: ship engineering; ship design; hull form; ship technical performance; database
作者简介
张 萍 女，1975年生，博士研究生，高级工程师。主要从事船舶技术性能数据库方面的研究工作。 朱德祥 男，1960年生，博士，研究员，博士生导师。主要从事船舶水动力学方面的研究工作。 李百齐 男，1941年生，研究员，博士生导师。主要从事船舶水动力学方面的研究工作。 冷文浩 男，1962年生，博士，研究员，博士生导师。主要从事软件工程方面的研究工作。 蒋乾纬 男，1943年生，研究员。主要从事船舶水动力学方面的研究工作。
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