知識(shí)工程在船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

陳金峰，楊和振，蔣如宏，馬 寧

(1.上海交通大學(xué)海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200240;2.中國(guó)船級(jí)社青島分社，山東 青島 266071)

知識(shí)工程在船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

陳金峰1，2，楊和振1，蔣如宏1，馬 寧1

(1.上海交通大學(xué)海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200240;2.中國(guó)船級(jí)社青島分社，山東 青島 266071)

針對(duì)船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變量是涉及多種設(shè)計(jì)和約束條件的離散變量，造成結(jié)構(gòu)優(yōu)化的高度非線性、多峰性等問題，而且設(shè)計(jì)過程中需要設(shè)計(jì)規(guī)范和專家經(jīng)驗(yàn)等知識(shí)支持，結(jié)合其具有很強(qiáng)的綜合性、模糊性等特點(diǎn)，提出了基于知識(shí)工程的船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。該方法利用知識(shí)工程與結(jié)構(gòu)優(yōu)化相結(jié)合，將獲取的設(shè)計(jì)知識(shí)構(gòu)建知識(shí)庫(kù)應(yīng)用于船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過知識(shí)工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)參數(shù)化結(jié)構(gòu)模型與優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的相互轉(zhuǎn)化，降低結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)用戶知識(shí)水平的要求。水密橫艙壁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)算例表明，滿足約束要求的情況下，其結(jié)構(gòu)重量在優(yōu)化后比優(yōu)化前降低了，保證了結(jié)構(gòu)性能合理的同時(shí)實(shí)現(xiàn)重量最輕的目標(biāo);將結(jié)構(gòu)參數(shù)化模型和數(shù)學(xué)優(yōu)化模型結(jié)合在一起，為設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)少的設(shè)計(jì)者提供了一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的捷徑;實(shí)現(xiàn)了從不同資源中獲取知識(shí)并應(yīng)用于優(yōu)化設(shè)計(jì)過程，促進(jìn)設(shè)計(jì)能力的提高，降低優(yōu)化設(shè)計(jì)過程對(duì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的依賴。

知識(shí)工程;船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化;知識(shí)庫(kù);模擬退火算法

0 引言

船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)涉及多個(gè)設(shè)計(jì)變量、多種類型和多種約束條件的復(fù)雜過程，造成優(yōu)化設(shè)計(jì)的高度非線性、多峰性等特點(diǎn)，解決問題的關(guān)鍵是提高離散型變量的有效性。針對(duì)船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的綜合性、經(jīng)驗(yàn)性、模糊性等特點(diǎn)，將結(jié)構(gòu)工程特點(diǎn)、現(xiàn)代數(shù)學(xué)優(yōu)化理論以及計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來應(yīng)用于船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著廣闊的前景。國(guó)外把研究的重點(diǎn)放在優(yōu)化算法的開發(fā)上，而忽略了對(duì)設(shè)計(jì)過程中積累的設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和專家經(jīng)驗(yàn)等知識(shí)的應(yīng)用，若通過知識(shí)工程(Knowledge-based Engineering，KBE)技術(shù)實(shí)現(xiàn)知識(shí)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，減少結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算量和降低優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)用戶知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的要求，促進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力的提高。程遠(yuǎn)勝等［1］基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法對(duì)潛艇艙壁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì);蔣如宏等［2］采用多目標(biāo)模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)方法結(jié)合多種船舶主尺度方案選擇出合適的方案;黃海燕等［3］以結(jié)構(gòu)尺寸、穩(wěn)定性、許用應(yīng)力和疲勞強(qiáng)度等方面作為約束條件，對(duì)船舶主機(jī)機(jī)座結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì);柳存根等［4］在遺傳算法機(jī)理的基礎(chǔ)上提出遺傳進(jìn)化算法，提高優(yōu)化算法尋求最優(yōu)解效率;楊和振等［5］將知識(shí)工程應(yīng)用于船舶局部構(gòu)件的智能化設(shè)計(jì)，促進(jìn)了設(shè)計(jì)效率和能力的提高;La Rocca等［6］將知識(shí)工程技術(shù)應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化分析過程中;Curran等［7］提出以知識(shí)工程基礎(chǔ)的框架下的多學(xué)科工程知識(shí)的融合，對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法進(jìn)行改進(jìn)并應(yīng)用于當(dāng)前工程設(shè)計(jì)過程;Zhou等［8］提出知識(shí)工程為基礎(chǔ)的遺傳優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)等知識(shí)應(yīng)用于全局?jǐn)?shù)值優(yōu)化過程中;Jie等［9］提出知識(shí)工程結(jié)合粒子群智能優(yōu)化算法;Hu等［10］提出將知識(shí)工程技術(shù)結(jié)合穩(wěn)健性最優(yōu)化應(yīng)用于金屬成型領(lǐng)域。盡管知識(shí)工程在飛機(jī)、模具等領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中有了很大的發(fā)展，而知識(shí)工程技術(shù)在船舶優(yōu)化設(shè)計(jì)研究相對(duì)較少，側(cè)面反映亟待合適的工具實(shí)現(xiàn)將知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)性數(shù)據(jù)應(yīng)用于船舶優(yōu)化設(shè)計(jì)過程。本文提出了知識(shí)工程應(yīng)用于船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，將獲取的設(shè)計(jì)知識(shí)構(gòu)建知識(shí)庫(kù)應(yīng)用于船舶結(jié)構(gòu)初始設(shè)計(jì)參數(shù)和優(yōu)化后設(shè)計(jì)方案的選擇，通過知識(shí)工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)參數(shù)化結(jié)構(gòu)與優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的相互轉(zhuǎn)化，并滿足設(shè)計(jì)規(guī)范、工藝性和型材穩(wěn)定性等約束，水密橫艙壁結(jié)構(gòu)優(yōu)化算例證明KBE應(yīng)用于船舶優(yōu)化分析方法的可行性。

1 基本原理

1.1 基于知識(shí)工程的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

知識(shí)工程是一種將某領(lǐng)域知識(shí)重復(fù)利用于新型設(shè)計(jì)的工程學(xué)理論，其核心是一種將某領(lǐng)域的相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等知識(shí)嵌入設(shè)計(jì)軟件中，通過知識(shí)推理實(shí)現(xiàn)邏輯判斷和推理進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的智能化設(shè)計(jì)［11］。

基于知識(shí)工程的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是指通過捕捉、優(yōu)化設(shè)計(jì)意圖，如成本、面積、體積和時(shí)間等，使用戶可以按目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的一種優(yōu)化方法，并利用參數(shù)的變化和約束條件來得到設(shè)計(jì)的最佳結(jié)果［12］。

1.2 知識(shí)庫(kù)的建立

知識(shí)庫(kù)就是經(jīng)驗(yàn)、規(guī)則、案例等知識(shí)的集合［13］。將專家的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和各種文獻(xiàn)資料所包含的知識(shí)進(jìn)行收集、整理、歸納成若干規(guī)則、分析方法和解決問題的策略，以一定的形式放置在特定的數(shù)據(jù)庫(kù)中，并為用戶提供檢索和利用知識(shí)的方法。知識(shí)庫(kù)的主要功能包括知識(shí)庫(kù)的創(chuàng)建、獲取、更新、檢索、查詢與維護(hù)以及知識(shí)的一致性，完整性維護(hù)等。

2 知識(shí)工程的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程

船舶是典型的復(fù)雜空間大型結(jié)構(gòu)物，其優(yōu)化設(shè)計(jì)量多而且涉及骨材間距等連續(xù)變量以及板材厚度、型材樣式等離散變量，設(shè)計(jì)變量要涉及各種設(shè)計(jì)要求和多種約束條件，造成結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的高度非線性、多峰性等特點(diǎn)。通過知識(shí)工程技術(shù)將設(shè)計(jì)規(guī)范和專家經(jīng)驗(yàn)等知識(shí)保存構(gòu)建知識(shí)庫(kù)，并應(yīng)用于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程，解決了離散和連續(xù)變量混合的問題，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)參數(shù)化模型與數(shù)學(xué)優(yōu)化模型的相互轉(zhuǎn)化，具體流程如圖1所示。

3 實(shí)例分析

下面以3100TEU水密橫艙壁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)為例，對(duì)基于知識(shí)工程的船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程進(jìn)行說明。

3.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)策略

在不改變橫艙壁結(jié)構(gòu)形式的前提下，艙壁板使用標(biāo)準(zhǔn)化板材，從標(biāo)準(zhǔn)化板材庫(kù)中選取;垂直桁材和水平桁材采用焊接的T型材，其腹板的高度和面板的寬度是連續(xù)變量，腹板厚度和面板厚度是從標(biāo)準(zhǔn)化板材庫(kù)中選取;扶強(qiáng)材使用標(biāo)準(zhǔn)化角鋼型材，從標(biāo)準(zhǔn)型材庫(kù)中選取。借助于知識(shí)工程技術(shù)，將知識(shí)庫(kù)中設(shè)計(jì)規(guī)范、專家經(jīng)驗(yàn)等知識(shí)用于計(jì)算型材的實(shí)際、最小剖面模數(shù)和艙壁的最小厚度等。在滿足CCS設(shè)計(jì)規(guī)范、型材局部穩(wěn)定性和制造工藝等約束情況下，建立水密橫艙壁結(jié)構(gòu)參數(shù)化模型，借助知識(shí)工程將結(jié)構(gòu)參數(shù)化模型轉(zhuǎn)化為優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，采用模擬退火優(yōu)化算法進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖1 知識(shí)工程應(yīng)用于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程示意圖Fig.1 Application of KBE for structure optimization design flow chart

3.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題

3 .2 .1 已知條件

該水密橫艙壁結(jié)構(gòu)主要包括平面艙壁板、垂直扶強(qiáng)材、垂直桁材和水平桁材等4部分，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

1)已知參數(shù)

該船水密橫艙壁結(jié)構(gòu)基本參數(shù)如下所示:

船長(zhǎng)L:2 142 000 mm;

船寬B:32 200 mm;

型深D:18 800 mm;

吃水d:12 000 mm;

水平桁間的平均距離:2 604 mm;

圖2 集裝箱船水密橫艙壁結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Watertight transverse bulkhead of container structure diagram

垂直桁材間距:5 086 mm;

垂直扶強(qiáng)材間距:840 mm。

2)設(shè)計(jì)變量

標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)件庫(kù)將型材和板材的特征參數(shù)與設(shè)計(jì)表格參數(shù)建立匹配關(guān)系，將設(shè)計(jì)表格中的每一行參數(shù)對(duì)應(yīng)1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件尺寸的配置參數(shù)。本文中垂直扶強(qiáng)材使用的是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)角鋼型材，選擇離散變量——角鋼設(shè)計(jì)表配置參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量，每個(gè)配置參數(shù)對(duì)應(yīng)著1種標(biāo)準(zhǔn)角鋼;垂直桁材和水平桁材是由翼板和腹板焊接形成的T型材，選擇連續(xù)變量——腹板高度、面板寬度作為設(shè)計(jì)變量;桁材腹板、面板和艙壁列板采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)厚度板材，選擇各構(gòu)件板材配置參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量，對(duì)應(yīng)著不同厚度的標(biāo)準(zhǔn)板材。

3 .2 .2 目標(biāo)函數(shù)

目標(biāo)函數(shù)是評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案優(yōu)劣的性能指標(biāo)。本文以單個(gè)水密橫艙壁結(jié)構(gòu)的重量最輕為優(yōu)化目標(biāo)，可將優(yōu)化過程中各構(gòu)件的體積與相應(yīng)的材料密度乘積求取各構(gòu)件質(zhì)量，再累積求和，具體如下式所示:式中:M(X)為整個(gè)橫艙壁結(jié)構(gòu)質(zhì)量，kg;n為橫艙壁結(jié)構(gòu)上型鋼數(shù)目;m為橫艙壁結(jié)構(gòu)上板材數(shù)目;li為橫艙壁結(jié)構(gòu)上第i號(hào)型鋼的質(zhì)量，kg;sj為橫艙壁結(jié)構(gòu)上第j號(hào)板材的質(zhì)量，kg。

3 .2 .3 約束條件

水密橫艙壁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)約束主要包括CCS規(guī)范對(duì)橫艙壁各列板厚度、垂直扶強(qiáng)材剖面模數(shù)、水平桁材剖面模數(shù)和垂直桁材剖面模數(shù)的約束以及型材屈曲理論對(duì)型材局部穩(wěn)定性和工藝性約束，如圖3所示。

圖3 水密橫艙壁結(jié)構(gòu)優(yōu)化約束條件示意圖Fig.3 Watertight transverse bulkhead structure optimization constraint condition diagram

3 .3 知識(shí)工程應(yīng)用于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

基于知識(shí)工程的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是指捕捉用戶的設(shè)計(jì)意圖，將設(shè)計(jì)過程中積累的設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理建立知識(shí)庫(kù)。在知識(shí)庫(kù)的協(xié)助下，用戶對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行初始設(shè)計(jì)以及按目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3 .3 .1 標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的應(yīng)用

船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中使用構(gòu)件是標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件。本文采用標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件進(jìn)行船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，創(chuàng)建的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫(kù)主要包括標(biāo)準(zhǔn)角鋼構(gòu)件庫(kù)和板材庫(kù)，通過設(shè)計(jì)表對(duì)一系列標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件的創(chuàng)建和管理，角鋼型材結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)表分別如圖4和圖5所示。

3 .3 .2 知識(shí)模板的創(chuàng)建和應(yīng)用

關(guān)系是知識(shí)工程的一般特征，主要包括公式、規(guī)則、檢查等知識(shí)特征。根據(jù)CCS規(guī)范規(guī)定要求，對(duì)桁材、加強(qiáng)材最小剖面模數(shù)以及艙壁列板最小厚度進(jìn)行約束。在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，需要編寫公式、規(guī)則和檢查等計(jì)算船體構(gòu)件的剖面模數(shù)、最小剖面模數(shù)和最小厚度等。若將這些計(jì)算公式、規(guī)則、檢查、標(biāo)準(zhǔn)型材和板材庫(kù)等保存在知識(shí)模板中，通過Catlog實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)庫(kù)和標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫(kù)進(jìn)行管理和共享，方便用戶在后期結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中直接應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)知識(shí)和標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中的重復(fù)使用。T型材剖面模數(shù)和慣性矩計(jì)算規(guī)則界面、保存在知識(shí)模板的定義界面和應(yīng)用界面分別如圖6～圖8所示。

圖4 角鋼型材結(jié)構(gòu)剖面示意圖Fig.4 Structure section of angle bar diagram

圖5 角鋼型材特征參數(shù)設(shè)計(jì)表示意圖Fig.5 Characteristic parameters design table of angle bar diagram

圖8 T型材剖面模數(shù)和慣性矩公式應(yīng)用界面Fig.8 Section modulus and moment of inertia of T bar formula application diagram

3 .3 .3 專家經(jīng)驗(yàn)的應(yīng)用

若把專家積累的經(jīng)驗(yàn)等知識(shí)應(yīng)用在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，實(shí)現(xiàn)知識(shí)重用、保護(hù)的同時(shí)，又能縮短結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)迭代計(jì)算過程，提高優(yōu)化設(shè)計(jì)的效率。

由于結(jié)構(gòu)和載荷的對(duì)稱性變形呈筒形，板的跨度與厚度之比μ=s/t＜70～80，則板的撓度較小，中面應(yīng)力對(duì)板的彎曲影響可忽略不計(jì);若板的跨度與厚度之比為μ=s/t＞70～80，應(yīng)考慮中面應(yīng)力對(duì)板的彎曲影響，與剛性板相比將使撓度與應(yīng)力減小。據(jù)專家設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，3100TEU的集裝箱船的艙壁厚度應(yīng)在12 mm左右，把艙壁列板的厚度范圍保守設(shè)置在7～16 mm，可減少優(yōu)化的迭代計(jì)算過程。

為減少優(yōu)化設(shè)計(jì)規(guī)模，提高優(yōu)化設(shè)計(jì)效率，結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)，將優(yōu)化設(shè)計(jì)主要集中在對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)影響大的艙壁列板厚度、垂直桁材、水平桁材和垂直扶強(qiáng)材等構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以減少優(yōu)化設(shè)計(jì)迭代計(jì)算過程，提高結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的效率。

4 優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果

本文以3100TEU水密橫艙壁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)為研究實(shí)例，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范、屈曲理論、型材局部穩(wěn)定性和制造工藝方面約束基于模擬退火算法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最優(yōu)設(shè)計(jì)尺寸如表1所示。

表1 橫艙壁結(jié)構(gòu)最優(yōu)化結(jié)果與原始數(shù)據(jù)比較Tab.1 Transverse bulkhead structure optimization and primary result comparison

水密橫艙壁結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的總質(zhì)量為57 034.1 kg，比優(yōu)化前減少了3.03%，既滿足了船舶設(shè)計(jì)規(guī)范、型材穩(wěn)定性和加工工藝等約束，又實(shí)現(xiàn)了知識(shí)庫(kù)中知識(shí)應(yīng)用，同時(shí)可以將結(jié)構(gòu)優(yōu)化尺寸參數(shù)實(shí)時(shí)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)模型。水密橫艙壁結(jié)構(gòu)質(zhì)量目標(biāo)函數(shù)變化曲線如圖9所示，水密橫艙壁1－3列板厚度的優(yōu)化曲線如圖10所示。

圖9 橫艙壁結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程重量變化曲線圖Fig.9 Transverse bulkhead weight variation curve in optimization process diagram

圖10 橫艙壁結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程列板厚度曲線圖Fig.10 Transverse bulkhead strake thickness variation curve in optimization process diagram

5 結(jié)語(yǔ)

本文考慮了CCS設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)水密橫艙壁板厚的約束以及對(duì)扶強(qiáng)材、垂直桁材和水平桁材剖面模數(shù)的約束，同時(shí)考慮型材的局部穩(wěn)定性和工藝性約束要求，建立水密橫艙壁結(jié)構(gòu)參數(shù)化模型并通過知識(shí)工程技術(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)優(yōu)化模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過知識(shí)工程模塊建立標(biāo)準(zhǔn)的角鋼庫(kù)和板材庫(kù)以及將CCS設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和專家經(jīng)驗(yàn)等知識(shí)整理、歸納構(gòu)建簡(jiǎn)單知識(shí)庫(kù)，并將橫艙壁結(jié)構(gòu)參數(shù)化模型轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，基于模擬退火優(yōu)化算法對(duì)水密橫艙壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)果表明:

1)橫艙壁結(jié)構(gòu)質(zhì)量在優(yōu)化后比優(yōu)化前降低了，保證結(jié)構(gòu)性能合理的同時(shí)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量最輕的目標(biāo)。

2)為設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)少的設(shè)計(jì)者提供了一種結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的捷徑，有助于快速完成設(shè)計(jì)工作及積累經(jīng)驗(yàn)。

3)促進(jìn)設(shè)計(jì)能力的提高，降低優(yōu)化設(shè)計(jì)過程對(duì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的依賴，提高設(shè)計(jì)過程的自動(dòng)化層次。

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Application of knowledge-based engineering for ship structure optimization design

CHEN Jin-feng1，2，YANG He-zhen1，JIANG Ru-hong1，MA Ning1
(1.State Key Laboratory of Ocean Engineering，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240，China;2.China Classification Society Qingdao Branch，Qingdao 266071，China)

Ship structural design variables are discrete variables involving a variety of design requirements and constraints，which leads to highly nonlinear，multimodal and other problems in structure optimization.Besides，it needs design regulations and experts experience to support ship structure design.Considering its highly comprehensive，empirical， fuzzy and other characteristics，this paper presents application of knowledge-based engineering(KBE)for ship structure optimization design method.This method combines the principle of KBE design with structure optimization design.It constructs knowledge base including design regulations and expert experience for structure initial design.In addition，it can achieve the mutual transformation of parameterized structure model and optimization mathematical model by KBE.The example of watertight transverse bulkhead optimization design shows the optimized weight of structure is lower than before on the condition of meeting constrains required.It ensures the reasonable structure performance and lightest weight goal.Secondly，it combines structure parameterized model with mathematical optimization model，which provides a shortcut for designer with less experience of structure design.In conclusion，it gets knowledge from different source and applies for structure optimization design，improve the design level and reduce the designers'dependence on the knowledge and experience.

knowledge-based engineering;ship structure optimization;knowledge base;simulated annealing

陳金峰(1985－)，男，碩士研究生，從事船舶結(jié)構(gòu)智能化設(shè)計(jì)研究。

U663.4

A

1672－7649(2012)03－0059－06

10.3404/j.issn.1672－7649.2012.03.012

2011－05－23;

2011－07－19

教育部、財(cái)政部重大專項(xiàng)資助(200512);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(51009093)