武汉船舶设计研究院 湖北省武汉市 430000
摘要：在船舶机构的设计过程中，一般来说设计变量拥有着限定条件，而限定条件的出现又会导致设计过程出现多峰性或非线性等问题。因此，在未来机械工程在船舶结构设计的过程中，需要加强技术性以及专业性，从而保证符合技术要求的情况下还能够拥有创新化的设计理念。
关键词：机械工程；船舶结构；实践研究
1. 基本原理介绍
1.1船舶结构设计过程中机械工程的应用
作为一种工程发展过程中的理论，机械工程将机械在不同的领域中都得到了广泛的发展，而机械在不同的领域中，将以相关标准嵌入新型软件为核心，通过各项分析与计算达成目的。在进行船舶机械结构的优化过程中，由于受到了一些条件的限制，因此需要设计一组包含数学函数以及设计变量的参考数据，从而帮助整体设计达到最优化。船舶结构设计过程中使用机械工程能够更好的帮助设计人员实现目标函数基础进项设计，从而在参数的变化过程中找到最佳设计方案。
机械工程的关键在于能够将机械的使用进行精确化的计算，实现高精度的预测，最终收获事半功倍的效果。使用机械参与进行船舶机构设计能够有效的将整体设计想法得到全方面的提升，从而在解决问题时增加解决方法[1]。
1.2建立机械库
作为机械的整体集合，机械库的储存对象包括了案例、规则、经验。因此在机械库建立的过程中，需要将上述储存对象进行详细的划分，从而整理出更好的解决对策。在机械信息加入机械库时，需要根据其种类进行划分，随后提出不同方案，将其存入机械库后，一般称之为机械储备。在使用机械的过程里，需要保证使用的专业性与合理性，机械库管理人员需要将解决问题的方案也一并存入机械库中。
2. 相关概念的界定
船舶结构设计是否符合设计要求与科学规定，需要设计人员通过标准、规则、公式来进行检查，而下文将对相关概念的界定进行划分：
首先是表格设计，使用表格设计的主要目的在于展现出不同产品的不同性能，然而由于各大产品的大小、形状各不相同，想要将产品的各项性能展现出来，就需要使用表格来进行对比展现。其次是规则设计，设计规则主要是为了限制船舶使用过程中与设计出现冲突的可能。再次是检查设计，主要目的是通过检查设计来实现快速判断信息[2]。
3. 船舶结构设计过程中的流程以及策略
3.1船舶结构设计过程中的流程
船舶占地面积较大，因此设计涉及方面非常多，其中包括：相关离散变量、板材样式、板材宽度、板材厚度等等。这些变量对于整体设计工作产生了相当大的影响，而除此之外，船舶的特殊性要求导致多峰性以及非线性问题严重。因此，在进行船舶结构设计的过程中，需要使用大量的计算与数据，从而保证设计的精准性。然而数据过多会导致计算量增加，进而降低效率。在未来发展过程中，使用机械工程来进行船舶结构设计后，有效的解决了以上问题，机械库的出现将有关船舶专家的意见进行了储存，除此之外，规范要求、相关数据的存在也让模型设计与参数之间建立了更好的联系。
设计过程中，由于船舶支架约束条件较为保守，因此往往需要在众多变量中寻求突破。对于一些较为细微的小结构部件，对于船舶运行的影响不大，设计的过程中可以将其作为固定数值。而对于一些对船舶运行产生了较大影响的部件来说，设计的过程中需要将其作为设计重点，从而迅速的提升设计效率，降低设计所需要的时间[3]。
3.2船舶结构设计过程中的策略
在船舶结构设计的过程中，横舱结构需要使用离散变量，除此之外，还可能会使用到随机变量。由于进行设计的过程中，材料基本保持标准，因此对于机械材料的标准需要进行控制。除此之外，施工技艺中的水平与垂直焊接，需要使用随机变量来对材料厚度和高度进行衡量，防止出现问题。一般来说在设计过程中，对横舱的设计需要进行改进，很容易发现其中的条件大多数为限制横舱材料的厚度，而剖面模数则是为了对垂直材料进行限制。除此之外，设计过程中的板材高度、厚度也需要进行一定的划分与规定，充分加强局部稳定性，保证材料的厚度能够符合机械库数据。
使用了机械进行结构设计后，可以将船舶横舱高度与宽度设定为已知不变参数，随后根据机械库中的数据来对其进行赋值。所谓的变量是指在设计过程会发生变量的数值，一般来说一个完善的设计方案需要针对于每个变量进行详细的控制，保证能够针对于每个变量设计出应对方案[4]。而限制条件的设计主要是指针对于剖面模数的限制、加工材料的限制、工艺稳定性的限制。除此之外，在进行设计的过程中需要注意公式以及模型的编写，此时建立机械库的作用将得到展现。使用机械库中储存的公式以及模型，极大的降低了计算量，提升了设计效率。
在建设数据的过程中，使用限定条件来选取相关的模型，将会导致机械在理论实践过程中形成数学模型，因此需要注重相关问题。例如设计中为了让船舶重量尽可能降低，需要在结构上进行进一步的优化，而船舶重量的降低能够帮助企业的经济效益得到提升，这是降低了生产成本而产生的好处。与此同时，使用这项设计能够丰富机械库的储备，实现机械资源的进一步价值提升，帮助机械工程资源得到了利用。而在结构设计的过程中，机械工程的使用在很大程度上帮助结构设计提高了整体水平，增大了整体设计效果。
在设计寻求最优设计方案的过程中，可以考虑使用蚁群算法。所谓的蚁群算法就是通过组合问题的方式来寻求最优处理方式的一种随机搜索算法，主要的来源是大自然中的蚂蚁。与其他算法相比较，这种算法的主要优点集中于对最优处理方案的选择，通过蚁群算法中的信息素更新以及路径构建量方面得到更精准的计算，同时也能够提升计算速度。在进行计算的过程中，信息素的数量提升，将会导致计算速率的提升。而使用机械工程来进行船舶结构设计时，算法参数与信息素矩阵的初始化，能够对所有目标函数进行详细化的评估。而信息素的更新能够将方案搜索范围缩小到最小，同时还能够对整体搜索范围中的对象潜力进行评估。在我国发展的过程中，设计师陈强等人使用蚁群算法成功的对长江干散货船中部结构进行了优化，机械工程与蚁群算法的加入让整个优化过程更为流畅，同时优化效果也有了一定的提升，优化后的质量降低了20.6%，结构方面也更加合理，符合整体船舶运行观念。因此，作为一种寻求最优方案效果最好的算法，蚁群算法的作用非常大，尤其是在使用机械工程来参与船舶结构设计这种计算量庞大的结构改建。
结束语
总而言之，在未来的发展过程中，机械工程与船舶设计的应用，有效的解决了许多设计过程中存在的难题。而伴随着数据与限定条件的建立以及发展，机械理论与数学模型之间的转换也越发顺畅。在将船舶结构优化设计的过程中，需要将船舶重量逐渐降低，将经济效益逐渐提升；将生产投入逐渐降低，将实践经验逐渐提升。这样的发展方向能够将机械与资源之间形成完整的沟通与共享，因此，在未来的发展中，将船舶结构设计与机械工程进行融合是有必要的发展，能够取得更好的成果。
参考文献
[1]张四军.房屋建筑结构设计中优化技术应用[J].建材与装饰,2020(17):91+95.
[2]王伟,郭宏,周新刚,武岳,田宇.E-House在海洋油气平台上的应用[J].电气应用,2020,39(06):96-99.
[3]张祥.船体结构设计及建造中的细节处理[J].船舶物资与市场,2020(05):3-4.
[4]陆鲲鹏.船舶结构优化设计方法及应用[J].科技资讯,2020,18(15):55-56.
作者简介
洪火发，（1985.06-）男，湖北武汉人，研究方向：船舶环境实验，机械结构。