船舶工程中模糊數學的應用

王斌

船舶工程中模糊數學的應用

王斌

（貴州省航電開發投資公司 貴州貴陽 550001）

在船舶工程中加強對模糊數學的應用，能夠有效提高設計效果，幫助設計者選取最優設計方案。本文中通過對當前我國船舶工程中模糊數學的應用現狀進行總結和分析，分別從模糊綜合評判和模糊優化設計兩方面對其在船舶工程中的應用進行分析，希望能夠為加強模糊數學在船舶工程中的應用效果提供參考依據。

模糊數學；船舶工程；綜合評判；設計方案

在船舶工程的建造過程中，雖然對于一些復雜的結構體系可以通過近代工程理論和一些高科技的相關技術等進行解決，但是這些在很大程度上依舊對工程師的經驗具有直接的依賴性。比如在利用模糊數學來構建數學模型，除了需要對相關數學理論和工具進行應用之外，還需要綜合考慮模型創建過程中人文因素和自然因素，而這些，都存在較強的不確定性，因此，為了能夠提高模型的創建效率，就需要盡可能的排除這些不確定性。接下來，本文就以有效加強數學模型構建效率為主要目的，對船舶工程中模糊數學的應用進行詳細分析。

1 模糊綜合評判

在比較大的工程設計中，如果想要對其中某一個參數進行確定，通常都需要綜合考慮各方面的影響因素，比如質量指標或者是其他比較復雜的影響因素等，如果在參數確定的過程中不能對這些因素進行綜合考慮，精確選擇其中有利因素，就無法對參數進行有效確定。另外，由于不同設計者的經驗和選擇角度不同，即使是同一個設計，也會得出不同的設計方案，而且這些設計方案都存在一定可取性[1]。因此，為了能夠從不同的設計方案中選取最合適的設計方案，就需要對其進行對比選擇。比如在船舶工程的設計中，對于一個設計方案的確定通常都需要經過專家的評選，而這些專家的經驗和意見，就是設計方案選擇的關鍵。但是，由于這些專家自身也存在不同意見和經驗，所以其也存在模糊性，而對模糊數學進行應用的作用之一，就是為了對這些專家的意見和經驗的模糊性進行定性分析，并對其進行量化，也就是所謂的模糊綜合評判。

在應用模糊綜合評判對專家的“經驗”“觀點”等模糊因素進行解析的過程中，為了能夠有效提高準確率，就需要在綜合大量理論和方法的基礎上，對其進行解析，并對其進行量化[2]。當前，在對模糊綜合評判進行應用的過程中，共有五步，其具體如下所示：

第一步，先對指標集進行構造，主要選擇試航速度、年利潤、噸貨運成本、造價以及投資回收年等五項作為指標集中的元素；

第二步，在構造完指標集的基礎上，再構建權重指標集；

第三步，對指標集中的各項指標進行量化；在此過程中，為了確保量化的準確性，應該對國內外成熟的經驗進行有效借鑒，然后再通過專家組討論和實際調查，對所有指標集進行綜合研究和分析，最終實現精確量化；

第四步，在此基礎上，對評判矩陣進行確定；

第五步，開始進行綜合評判，選取最佳方案；在評判的過程中，要運用權向量和評判矩陣，并按照普通矩陣乘法進行計算，這樣可以確保最終方案選擇的有效性。

在應用模糊評判對方案進行選擇之后，為了進一步確保方案的可行性，還需要在多指標和多狀態下按照相關要求進行二級模糊綜合評判，跟蹤評估，其主要方式如下所示：

（1）應該建立評估指標集，在對該指標集進行建立的過程中，最好能夠選取七個性能指標，以提高評估的準確性，其分別為船梁靜水彎矩、船梁抗彎裕度、船體主甲板下的基本重量指標、船體總振動指標、單位貨艙長度的積載因素、裝卸方便性以及結構概況七種指標；

（2）應該建立權重指標集，其主要其實所選取的七項指標的權重值進行確定；

（3）對評估指標進行量化，在此過程中，為了確保量化的準確性，應該對國內外成熟的經驗進行有效借鑒，然后再通過專家組討論和實際調查，對所有指標集進行綜合研究和分析，最終實現精確量化。

（4）進行跟蹤評估，列出七項指標的評估值，并利用滿意度函數進行選擇。

通過以上方法，能夠對最終設計方案進行合理選取，提高方案的設計效果。

2 模糊優化設計

隨著電子計算技術的迅速發展和數學規劃理論的不斷完善，最優化設計方法在各個工程領域中的應用日益廣泛。自進入21世紀，人類社會便正式進入了網絡信息化時代，在該時代背景下，各種科學技術，尤其是信息技術和計算機技術飛速發展，在各個行業中都得到了有效應用，船舶工程中同樣如此[3]。另外，伴隨著數學規劃理論的不斷發展和完善，再結合計算機技術的基礎上，最優化設計便開始在船舶工程中得到廣泛應用。而模糊優化設計，就是其中最具代表性的一種，通過對模糊數學和計算機技術以及其他數學規劃理論的有效應用，實現了工程設計的最優化。在這其中，有很多約束條件從正向約束到反向約束都存在一個過渡過程，而這個過程，就導致了這些約束條件具有了模糊性。在之前的船舶工程設計中，由于沒有對模糊數學進行有效應用，尚沒有高效的模糊技術，所以對于很多模糊的量都是依靠設計人員的經驗和自我判斷來決定的，這種選擇方式，很容易忽略掉最優方案，無法保證設計方案的最優性，也會對工程的順利進行造成一定影響。

而如今對模糊數學進行有效應用，便能夠實現模糊優化設計，使所選取的設計方法更加符合設計需求。在最開始對模糊數學進行應用的過程中，由于沒有經過足夠長時間的摸索和改善，所選取的方案上存在一定欠缺，而如今，經過不斷的優化和改進之后，其已經基本上能夠實現模糊優化設計[4]。在此過程中，相關研究人員為了能夠提高模糊優化效果，對設計中的模糊問題進行有效解決，其對模糊目標的表達形式不斷改進，先后提出了模式迭代法和直接解析法，實現了模糊優化設計的高效化。比如在上述的模糊綜合評判中，其通過構造指標集和指標權重集的方式，對指標進行模糊評判和二次跟蹤評判，有效實現了設計的最優化。在對模糊數學在船舶工程中的應用進行研究的過程中，相關研究人員對大型油船中的剖面結構進行了模糊優化設計實驗，最終實驗結果表明，與普通優化方式相比，應用模糊數學所構建的模糊優化設計，使整體剖面的最輕重量再次降低了5%左右，大大提高了設計效果，因此，在船舶工程中加強對模糊數學的應用是十分有必要的。通過分析還發現，應用模糊優化設計，還具有對單目標結構優化實現多樣化的優點，能夠大大提高單目標的設計效果[5]。

在船舶工程中，加強對模糊數學的應用，可以對設計者的設計方案進行不斷優化和改進，能夠為設計者提供更加優秀的設計方案。同時，在設計中，應用模糊數學，設計者還可以對多種設計方案進行優化選擇，選取最合適的設計方案，使船舶工程的建造能夠達到最優效果。

3 結束語

自模糊數學在船舶工程中得到有效應用以來，便在其應用中發揮著巨大功用，其不僅能夠對眾多方案進行優化，幫助設計者在根據專家建議、經驗以及國內外成功案例的分析下選取最優設計方案，還能夠幫助設計者從眾多指標中選取最優指標，提高設計效果。因此，在船舶工程中，應該加強對模糊數學的應用，并對其應用效果進行不斷優化和改進，使其能夠更好的對設計方案進行優化，為設計者提供最優設計方案，全面提高船舶工程的建造效率。

[1]饒志剛.模糊聚類分析方法在船舶分段裝配中的應用[J].武漢理工大學，2010（11）.

[2]陳聰，浦金云.多種評判函數在艦艇電力系統生命力模糊評估中的應用[J].船海工程，2011（01）.

[3]胡杰.基于模糊數學理論的船體模塊劃分方法研究[J].江蘇船舶，2009（21）.

[4]翟磊.運用模糊數學方法建立船舶檢查排序模型[J].中國水運（月刊），2011（11）.

[5]肖袁根，眭愛國，侯小軍.基于模糊數學法的艦船耐波性綜合評價[J].中國造船，2011（03）.

TD21

A

1004-7344（2016）31-0330-02

2016-10-17

王斌（1966-），男，土家族，貴州思南人，船舶工程師，大專，主要從事船舶工程技術及公司管理工作。