赵海洋
大连中远海运川崎船舶工程有限公司 辽宁省大连市 116052
摘要：随着我国社会经济的高速发展，船舶制造行业也获得了良好的发展机遇，在此时代背景之下，船舶制造企业要想更进一步的提高企业的经济效益以及自身的实力，就必须要对船舶结构优化设计工作加以重视。基于此，本文将针对船舶结构优化设计方法以及其应用实践展开了一系列的探究与分析。
关键词：船舶结构；优化设计；应用实践
随着科学技术的日新月异，船舶建造行业的发展面临着巨大的挑战，对于船舶建造的效率和质量有着更加高的需求，应当采取科学的技术方法，在确保船舶质量的前提下，大幅提高船舶建造效率。另外，船舶结构也应进行科学有效的优化，优化是较为繁杂的过程，应采取合理的优化设计方法，同时将其付诸于具体应用，以确保船舶结构可达到相关要求。
1 船舶结构优化设计概念
随着船舶行业的不断发展，计算机技术的不断转变，与船舶设计相关的知识、技术也在发生了变化。在船舶设计制造过程中不管应用何种设计方式，首先需要确保船舶使用的安全性、便捷性，进而再追求船舶设计的经济利益，这也是船舶结构设计的原则。对船舶结构设计进行优化主要是为了挖掘更大的经济效益，同时创新船舶设计结构形式，在设计过程中主要包含设计大小、设计外形等信息，追求目标与重量的同时，还需要符合相应的标准，满足相应的约束限制，以此确保在船舶设计过程中，实现动力形态与精力形态的完美结合。
2 船舶结构优化设计的意义
随着计算机技术的全面普及，在船舶制造业中得到了广泛的应用，在开展船舶结构设计中，船舶结构的基本原则是要体现出便捷性与安全性，在这个基础上为了追求更好的经济收益开展优化设计，从而实现全新的船舶结构设计理念。通过对船舶结构的合理优化，能够有效地挖掘船舶更大的经济收益，在进行船舶的结构设计时，主要包括船舶的外形以及大小等内容进行合理规划，并满足重量和目标的同时也要注意相关标准的约束设计，确保船舶各环节的结构设计能够与船舶主体完美融合。
3 船舶结构优化设计方法及其应用
3.1 模糊原理结构优化设计
模糊原理最早出现在20世纪80年代，这种优化设计主要是基于模糊判决来实现的创新性限界方法。通过模糊原理的结构优化设计，能够实现对船舶结构的全面优化，解决船舶结构优化中产生的难题。模糊原理主要是采用完善的模糊目标，并将阈值看作附加变量，可以避免一次求解出现的最大水平法，在完成求解后，只需要对船舶的结构和施工等环节进行思考即可，通过对排序结合与创建的要素权重集进行模糊评价，并确定模糊约束值。例如，在进行船舶结构的设计中，计算船舶的槽型、剖面以及横舱壁等结构时，可以先结合工程的情况进行分析，并掌握模糊要素的具体情况，从而实现模糊优化设计，不断能够降低原材料的使用，同时也实现了良好的设计优化效果。
3.2 智能型优化设计
由于当前属于科学技术时代，因此，在船舶结构设计中智能型优化设计方式使用较为普遍，在明确了最基础的设计方式之后，接着根据实际情况深入研究设计问题，用数学规划的方案总结出最佳的设计方案。例如：某船舶结构设计公司，借助智能型优化设计方式，系统内部的专家技术系统，为优化结构设计奠定了基础，在实际的应用中发现智能型船舶结构优化设计有效融合了经典的优化设计方式与人工智能，全面提升系统的设计效率。
根据相关调查，目前智能型船舶结构优化设计主要包括两种：一是神经网络设计法、二是专家系统设计法，这类系统在轮船结构优化设计上得到了广泛应用。例如：在设计过程中可以将轮船的节剖面发送至专家系统，专家将在线对表壳进行理性分析，将专家的主观经验整合，以此实现结构设计的优化。由于这类系统是效仿专业人士开展优化设计工作，其中储存的理论知识、优化设计结果具有十分重要的作用。
3.3 全局优化方法
全局优化法属于比较常见的非线性优化搜索方法，其根本优势就是具备较好的全局收敛性，有助于寻找所求问题的全局最优解。陈龙等为了加强车辆系统的稳定性，创建了车辆5自由度动力学模型，将悬架阻尼和刚度当作优化设计的变量，采取全局优化方法对其实施优化设计，结果表明：优化以后的结构可以使得车辆系统在各种车速下都表现出比较好的稳定性，乘坐舒适性大幅度提高。耿瑞光等为改善局部优化存在的不足，将全局优化方法运用到船舶轴系结构的优化中，结合使用有限元方法与多提系统动力学，创建起“波浪激励-船-轴系”互相影响的优化模型，同时对其实施优化设计，获得了比较好的效果。
3.4 知识工程的应用
知识工程实际上就是以知识为具体分析对象的新兴学科，其将具体智能系统所研究的基本问题从中抽出来，作为知识工程的关键内容，使得其变成引导具体研制各种智能系统的主要工具及常用方法，进而转变成具备方法论意义的科学。以知识工程为基础的结构优化设计实际上是通过捕获优化设计的根本意图，比如面积、成本、时间以及体积等，确保用户能够根据目标函数开展优化设计的方法，同时通过约束条件及参数的修改以实现最好的设计效果。知识库，是经验、案例以及规则等相关知识的结合；针对专家的经验、知识以及各类文献材料中所涉及的知识加以采集、整理、概括成若干规则、分析方法以及处理问题的措施，以特定的方式置于相应的数据库当中，同时为用户提供查询及使用知识的渠道。
船舶属于比较典型的空间繁杂的大型结构物，其结构优化设计量比较多同时涉及骨材间距等连续变量、型材样式、板材厚度等其他的离散变量，设计变量应全面考虑不同的条件约束及各式各样的设计需求，导致船舶结构优化设计出现高度多峰性、非线性等问题。在知识工程技术的支撑下，保存专家经验以及设计规则等相关知识，并创建起相应的知识库，同时将其运用于船舶结构优化设计环节，妥善处理连续变量与离散变量相互混合的难题，促进数学优化模型和结构参数化模型的互相转换。
3.5 遗传模型优化设计
遗传模型是在相关数学模型变量属性的基础上演变而来，能够将结构优化设计划分为离散变量模型、连续变量模型、混合变量模型。基于传统模型结构优化设计中的不足之处，相关专家学者研发出了一种全新的算法，依照船舶结构设计的特征，融入生物进化知识，创新遗传算法。经过实验得知，这类遗传算法具备较强的鲁棒性，不需要导数资料，就能够借助目标函数的方式，将之前的不足之处及时完善。相应工作由编码集完成，利用二进制将相应的变量关系表现出来，有效解决在设计过程中连续性、离散性问题。效仿生物进化的方式开展交叉算子、再生算子、异化算子。通过实践证明，这类优化设计方式适用于各类繁琐的设计环境。在实际的应用中，遗传优化设计方式具有显著的应用效果，是工程设计上的又一次革新，意义显著。
4 结束语
随着经济全球化的发展，船舶企业得到了迅猛发展，为了有效地提高船舶制造企业的技术水平，应该结合传统的船舶结构设计方式，并基于现代化科技水平，实现创新的船舶结构优化设计方法，开创了模糊优化方法、遗传优化方法以及智能型优化等多种方式，促进了船舶结构设计的优化效果，实现了船舶企业的稳定发展。
参考文献：
[1]郑涛,曹东君.船舶结构优化设计方法探讨[J].船舶物资与市场,2020(07):10-11.
[2]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.
[3]高兆进.船舶结构优化设计方法及应用实践微探[J].科技创新与应用,2018(05):103-104.
[4]高占锋.船舶结构优化设计方法比较研究[J].中国水运,2017(11):38-39.