關(guān)于船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的研究

姜奎富 武爽 馮欣

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)在船舶制造中應(yīng)用的逐漸普及，我國的船舶制造工藝、質(zhì)量、效率等都有了進(jìn)一步提高，為海上運(yùn)輸?shù)陌踩蕴峁┝擞辛ΡＵ稀榱烁玫貎?yōu)化船舶內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使之更加符合時(shí)代的發(fā)展需求，就必須要在提高現(xiàn)有優(yōu)化方法的基礎(chǔ)上，重視對(duì)新理念、新方法的研究，突破原有技術(shù)的局限性，積極開拓創(chuàng)新。接下來，本文將就船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法展開深入討論，并提出一些切實(shí)可行的措施，希望能夠?qū)ξ覈w船舶制造水平的提高有所幫助。

關(guān)鍵詞：船舶；結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；方法研究；合理建議

經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高，在一定程度上依賴于物品流通性的提高。對(duì)于運(yùn)輸行業(yè)來說，無論是從運(yùn)輸范圍上來看，還是從運(yùn)輸速度上來看，較之以前都取得了突破性的發(fā)展，而這一切都離不開船舶制造水平的提高。其中，船舶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，又將直接影響到船舶使用過程中的穩(wěn)定性、安全性與航行速度。因此，如何優(yōu)化船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，已經(jīng)成為船舶制造過程中一個(gè)亟待解決的問題。下文中，將詳細(xì)分析船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾種優(yōu)化方法，為船舶業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法分析

1.1 早期應(yīng)用的優(yōu)化方法

就船舶業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，早期使用的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法比較單一，只能對(duì)一些較為簡(jiǎn)單的船舶結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，多采用公式計(jì)算的方式。在應(yīng)用這一方法進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要先將優(yōu)化過程中使用到的公式以代碼形式輸入到計(jì)算機(jī)中，并設(shè)計(jì)好相應(yīng)的算法，然后由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，最后由設(shè)計(jì)人員根據(jù)計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)具體的優(yōu)化方案。可以說，這一優(yōu)化方法的應(yīng)用，極大地推動(dòng)了我國船舶制造業(yè)的發(fā)展，是船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一次跨越式發(fā)展。

利用數(shù)學(xué)方法優(yōu)化船舶結(jié)構(gòu)的原理是，先對(duì)船舶結(jié)構(gòu)進(jìn)行物理分析，并合理配置各級(jí)結(jié)構(gòu)，然后將宏觀上的兩級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，最后利用迭代思想對(duì)兩級(jí)結(jié)構(gòu)中的相關(guān)變量進(jìn)行協(xié)調(diào)，建立起原問題與現(xiàn)有問題之間的聯(lián)系。這一優(yōu)化方法的利用，一方面具有適應(yīng)性強(qiáng)、便于理解、計(jì)算次數(shù)少、收斂性高等優(yōu)勢(shì)，但另一方面也有著較大的局限性。比如，在利用這一方法進(jìn)行船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，具有較強(qiáng)的理論性，必須要以相關(guān)的數(shù)學(xué)定理作為計(jì)算依據(jù)，且無法準(zhǔn)確證明計(jì)算時(shí)的收斂性，從而大大降低了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的最優(yōu)性。除此以外，這一優(yōu)化方法的應(yīng)用，在一定程度上還依賴于設(shè)計(jì)者的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，尤其是在確定優(yōu)化方法的初始位置時(shí)，多是采取反復(fù)計(jì)算或者經(jīng)驗(yàn)判斷等方式進(jìn)行選擇，而初始位置的選擇又將直接影響到優(yōu)化程度的高低。因此，一定要確保優(yōu)化方法選擇的合理性。

1.2 智能化的優(yōu)化方法

隨著我國船舶運(yùn)輸需求量的逐漸增多，對(duì)船舶運(yùn)輸過程中的承重性、運(yùn)輸量、安全性等有了更高的設(shè)計(jì)要求。因此，船舶的優(yōu)化問題，已經(jīng)不僅僅是內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化這么簡(jiǎn)單了，而是包括了船舶甲板、剖面、艙體等多個(gè)方面的優(yōu)化。這樣一來，就會(huì)造成數(shù)據(jù)量、限制條件以及函數(shù)類型的增多，使得早期優(yōu)化方法應(yīng)用的有效性大大降低。早期的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法主要應(yīng)用于對(duì)船舶靈敏性的提高，涉及到的數(shù)據(jù)類型比較單一。在船舶業(yè)的不斷發(fā)展下，一些新的應(yīng)用需求應(yīng)運(yùn)而生，為了更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶運(yùn)輸性能的提升，就必須要采用更加科學(xué)、高效的優(yōu)化方法，即智能化的優(yōu)化方法。

簡(jiǎn)單來說，這一優(yōu)化方法對(duì)數(shù)據(jù)信息的依賴性較小，具備查找最優(yōu)變量的能力，是一種利用數(shù)學(xué)理念求解，以智能化計(jì)算為主的優(yōu)化方法。這一優(yōu)化方法的基本原理是，通過對(duì)產(chǎn)品資料的整合分析，找出共同點(diǎn)，然后進(jìn)行模式總結(jié)，并使用類比法、關(guān)聯(lián)法等方法，歸納出樣本和設(shè)計(jì)目標(biāo)之間的異同點(diǎn)，最后按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)變換出新的模式類型，并評(píng)選最佳的優(yōu)化方法。與早期的優(yōu)化方法相比，智能化理念的應(yīng)用，打破了傳統(tǒng)“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”式尋優(yōu)的局限性，實(shí)現(xiàn)了以“群體”算法為主，如“種群”、“蟻群”等方式，尋找最佳優(yōu)化算法的基本理念。由此可見，智能優(yōu)化方法取代早期優(yōu)化方法的現(xiàn)象并不是偶然，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。第一，前者在使用迭代法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，只需要輸入基本的函數(shù)信息即可，更加符合較為復(fù)雜的船舶優(yōu)化需求；第二，選用智能化方法進(jìn)行船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化，能夠有效減小初始位置選擇對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，為優(yōu)化方法選擇的可靠性提供保障；第三，前者更適用于非線性程度較高、維數(shù)較高的船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化，能夠通過“群體”算法的使用，大大降低結(jié)構(gòu)優(yōu)化的難度。因此，必須要重視智能化算法在船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

2 提高船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法有效性的措施

2.1 提高設(shè)計(jì)者專業(yè)水平

早期的船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究，需要設(shè)計(jì)人員具有豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，而在智能優(yōu)化方法研究中，已經(jīng)在一定程度上降低了設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。雖然智能化在船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用已經(jīng)大勢(shì)所趨，但仍有部分設(shè)計(jì)人員尚未接受新型設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用，從而造成船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化有效性的降低。因此，必須要重視對(duì)設(shè)計(jì)人員專業(yè)水平的提高，鼓勵(lì)他們積極學(xué)習(xí)先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法，并在實(shí)踐中不斷深化對(duì)相關(guān)專業(yè)知識(shí)的理解，為我國船舶業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

2.2 算法的進(jìn)一步優(yōu)化

隨著我國船舶業(yè)的不斷發(fā)展，越來越多更加科學(xué)的算法被研究出來。對(duì)于不同的船舶結(jié)構(gòu)來說，所選用的算法也不盡相同。因此，如何提高所選算法的有效性，已經(jīng)成為船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中面臨的一個(gè)主要問題。首先，設(shè)計(jì)人員應(yīng)加大對(duì)現(xiàn)有算法的研究力度，降低無關(guān)因素對(duì)算法準(zhǔn)確性造成的不利影響；其次，樹立創(chuàng)新意識(shí)，結(jié)合優(yōu)秀的船舶優(yōu)化案例，不斷研究更符合我國船舶業(yè)發(fā)展需求的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

3 總結(jié)

無論是對(duì)船舶運(yùn)輸安全性的提高來說，還是對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的促進(jìn)而言，優(yōu)化船舶結(jié)構(gòu)都有著十分重要的作用。因此，必須要重視對(duì)設(shè)計(jì)人員專業(yè)水平的不斷提高，加大對(duì)優(yōu)化方法的研究力度，保證船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法選擇的科學(xué)性。只有這樣，才能最大程度降低優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)已有經(jīng)驗(yàn)的依賴性，不斷提高我國船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)水平，實(shí)現(xiàn)我國船舶制造水平與世界船舶制造水平的同步提高，為我國船舶業(yè)的穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉?？?關(guān)于船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的研究[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2014，（19）：575-575.

[2]董楠.關(guān)于船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的研究[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2015，（19）：1458-1458.

[3]秦書明，王丁，楊敏等.解析船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法[J].城市建設(shè)理論研究，2014，（12）.

[4]孫新濤.船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究[J].低碳世界，2015，（27）：281-282.