船舶结构优化设计方法及应用实践

船舶结构优化设计方法及应用实践

陈岚

招商局金陵鼎衡船舶（扬州）有限公司 江苏省扬州市 225200

摘要：近年来，经济快速发展，社会不断进步，任何船舶结构，都是非常具有复杂性的。现阶段因为市场经济发展迅速，经济水平提升，促进科技迅速更新，国内的各个行业发展创新非常迅速，让船舶制造业也是要加强自身的转变，在船舶结构方面要运用合适的优化方法，让船舶结构可以符合客观的需求，达到良好的制造效果。需要结合船舶的实际建造需求，对船舶结构展开适当优化设计。该文是对船舶结构一些优化设计的方法展开分析，介绍船舶结构优化应用，希望对船舶制造业的实际发展有一定借鉴价值。

关键词：船舶结构；优化设计；方法；应用实践

引言

随着国民经济体制的不断改革，给各行各业带来了全新的机遇。船舶制造领域，基于科技水平的提高实现了良好的发展。目前，市场对船舶的质量和性能提出了全新的要求，为船舶制造企业带来了巨大的考验，因此，船舶制造企业必须秉承科技时代理念，积极开展船舶制造过程优化，并有效的提高船舶制造的速度和质量，才能确保船舶制造企业持续地发展。在船舶制造领域中，在保障船舶质量问题的前提下，提高船舶制造效率是船舶企业最关注的问题，所以，实现船舶结构设计的全面优化具有重要意义。

1船舶结构设计概述

船舶结构设计必须具备相应的使用性，同时在确保船舶行驶安全的基础上，针对船舶的外观进行设计、美化。船舶航行安全是船舶结构设计的核心，结构设备必须要保证船舶的稳固性，满足力学建设的相关机理，同时应对船舶航行环境加以全面地分析，全面考虑航行时的水文、气候环境等，以使得船舶在航行过程中可以更好地应对突发性的极端天气。船舶结构设计需结合各方面的因素，确保船舶建造的合理性。例如在船舶建造过程中选择符合要求的高质量材料，船舶制造利用的板材必须具备合理的厚度、相应的弯曲度，不得为了过于追求成本的减少而选择质量较差的材料。在船舶设计环节，需要高度关注设计时所选择的角度，同时将其全面列入到参考系统中，应当根据具体的船舶装载需求针对船舶的甲板、船体结构等加以科学、合理地设计，并且还需要给货物及船舶员工留有足够的空间；除此以外，在船舶结构设计的具体环节应高度重视船舶的舒适度、安全性等。

2船舶结构优化设计方法及应用实践

2.1遗传模型结构优化设计

在船舶的创新优化设计中，遗传模型结构优化是基于数学模型变量为基础，通过对其进行优化而产生，采用遗传模型的结构设计主要包括连续变量模型、混合变量以及离散变量模型。通过与传统结构设计中存在的问题进行分析，不断地研究出全新的算法，按照当前船舶结构的设计特点，将其融入到生物进化知识中，从而衍生出创新的遗传模型设计。通过遗传算法的应用，不需要进行导数资料就可以借助函数来解决之前的问题，有效地解决了在出船舶结构设计优化中的离散性和连续性问题。通过遗传模型结构优化设计，主要采用仿生进化策略实现交叉算子、异化算子以及再生算子。经过长期的实践应用，这种遗传模型结构优化设计主要适用于一些繁琐的设计环境，通过遗传船舶结构优化设计可以实现有效的应用效果，实现了船舶领域结构设计的突破，对船舶制造业的发展具有重要意义。

2.2模糊原理优化设计方式

模糊原理早在20世纪80年代开始发展起来，在模糊判决的基础上实现创新发展，建立了限界搜索法，运用到船舶结构的设计中，可以将结构优化的一些难题顺利解决。运用完善的模糊目标，可以将阀值看成是变量。这样避免在进行一次求解情况下的最大水平法，经过求解，对施工以及结构等各类的要素展开思考，建立要素权重集，并进行乱序结合，建立模糊评价法。然后可以明确模糊约束的容差，比如在船舶结构中，对油船的槽型以及剖面展开计算，需要结合工程的具体情况，对模糊要素的具体覆盖进行确定，然后可以运用合适的模糊优化方法，在缩减原材料的情况下，让船舶结构得到设计优化。这种方式可以在一些繁杂工程内展开应用，可以有多个目标问题。另外，对模糊结构展开适当拓展，让多目标实现模糊优化的融合，并约束各层次模糊性。在对该方法展开应用时，要注重建立符合模糊约束的子集，然后依据模糊判决，可以转变成一般规划，然后展开适当求解。这种方法在船舶结构设计的实际应用中，可以满足现实优化设计的需求，也能让相关人员结合船舶结构的需求，适当选取应用。

2.3知识工程优化方法

知识工程方法在船舶结构优化设计过程中的运用，原理是在全面掌握优化设计目标的前提下，根据船舶结构优化设计既定的目标，针对船舶结构设计整个过程加以系统化的把控，以达到优化设计目标的技术方式。在船舶结构优化设计过程中利用知识工程方法，应当设计、创建船舶结构优化设计过程所需的知识库系统。其中，知识库系统主要是将船舶结构优化设计的设计案例、规范需求、现有经验等相关知识集中起来的系统，经由该系统的设计和创建，将与船舶结构优化设计有关的经验、知识、信息、资料等进行整体性的采集、梳理和归纳，在具体设计环节予以参考使用，可以确保船舶结构优化设计的规范性，还可以大幅减少船舶结构优化设计所需的时间，在很大程度上有效保障船舶结构设计的质量。值得引起注意的是，所开发创建的知识库系统应当覆盖船舶结构优化设计过程中的经验、信息和资料的检索、获取、更新以及保存等功能。除此以外，在船舶结构优化设计过程中利用知识工程方法，船舶自身的结构较为繁杂，在具体的优化设计环节，不但涉及很多设计方面的内容，还包含非常多的离散变量，比如：型材样式、板材厚度等；与此同时，各种设计变量的限定内容和设计需求也完全不同，船舶结构优化设计具备较为显著的多峰性、非线性等特点。对于此状况，合理采用知识工程优化方法，可以高效处理船舶结构优化设计过程中遇到的离散变量问题，设计模型间可以互相进行转换，以实现船舶结构优化设计的最终目标。

2.4智能型船舶结构优化设计

随着智能化的全面普及，船舶的结构设计优化也应该朝着智能化发展，就目前的技术水平来看，船舶的结构设计已经实现了智能型的优化，并结合实际设计情况深入研究了设计问题，并采用数学规划实现最佳船舶结构设计方案，有效地促进了船舶制造业的发展。例如，在进行船舶结构的优化设计时，采用智能型优化方式进行结构的设计，结合系统内部的专家技术系统，实现了船舶结构的合理优化，并全面考虑实际的应用环境，通过智能型设计方式与经典设计优化方式进行有效融合，实现人工智能的结构优化设计，全面提升了船舶结构的设计效率。对于当前的船舶制造企业而言，智能型优化设计的方法常用的表现形式为以下2种：神经网络设计法和专家系统设计法，通过这2种系统实现了船舶结构设计的合理优化，促进了船舶制造的经济效益。

结语

伴随船舶结构设计向着复杂化、大型化的方向不断发展，船舶建造改进、结构设计优化有着极其广泛的市场发展前景，可以在很大程度上减少船舶建造的费用、加强船舶建造的效率及质量。针对以上所述的几种船舶结构设计优化方法，全局优化算法是当前比较成熟的。对于全局优化算法耗时较久等缺陷，代理模型技术的应用能够有效填补此缺陷，采取动态或者静态代理模型可以有效化解全局优化算法效率较低的问题。伴随优化算法研究的日益深化，现阶段有限元计算已经发展成船舶结构优化设计的常用方法，不管是整体结构优化还是局部结构优化，都以有限元分析为主要发展趋势。

参考文献

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[2]肖辉,郭振邦,李达.进化算法在船体结构优化设计中的应用[J].天津理工大学学报,2006,(02):76-78.

[3]李记顺,张永亮,侯立军.知识工程在船舶结构优化设计中的应用[J].农家科技旬刊,2014,(02):240.