船舶動(dòng)力系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)及優(yōu)化方法探索

摘 要：船舶動(dòng)力系統(tǒng)作為一個(gè)復(fù)雜化的系統(tǒng)工程，離不開機(jī)電設(shè)備，在科學(xué)技術(shù)不斷提高的前提下，船舶動(dòng)力系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)水平也得到了穩(wěn)步提升。在動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化中將設(shè)計(jì)理論和實(shí)踐內(nèi)容及時(shí)結(jié)合起來，用理論創(chuàng)新帶動(dòng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新，科學(xué)設(shè)計(jì)船舶動(dòng)力系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：船舶動(dòng)力系統(tǒng)；配置設(shè)計(jì)；優(yōu)化方法探討

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.081

0 前言

在船舶發(fā)展中，動(dòng)力系統(tǒng)是主要構(gòu)成部分，同時(shí)關(guān)系到船舶的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。鑒于此，要想確保船舶的高效運(yùn)行，必須要科學(xué)設(shè)計(jì)船舶動(dòng)力系統(tǒng)。船舶制造業(yè)的不斷發(fā)展，使得人們對(duì)船舶提供了更高的性能要求，因此需要提高船舶動(dòng)力系統(tǒng)的智能控制能力，同時(shí)充分考慮船舶動(dòng)力系統(tǒng)的主要影響因素，及時(shí)對(duì)其復(fù)制性和非線性等因素進(jìn)行科學(xué)分析和探討，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶動(dòng)力系統(tǒng)配置的合理優(yōu)化[1]。

1 船舶動(dòng)力系統(tǒng)的概念闡述

船舶動(dòng)力系統(tǒng)主要分為主要裝置和輔助裝置這兩個(gè)部分，接下來將對(duì)船舶動(dòng)力系統(tǒng)的主要裝置和輔助裝置進(jìn)行科學(xué)詳細(xì)的研究。

1.1 主要裝置

主要裝置又被稱為主動(dòng)力裝置，它是船舶動(dòng)力系統(tǒng)的核心部分，為船舶提供了動(dòng)力，在船舶運(yùn)行過程中需要成套設(shè)備來作為推動(dòng)力量，主要裝置的組成部分如下所述：主發(fā)動(dòng)機(jī)。主發(fā)動(dòng)機(jī)主要包括了原動(dòng)機(jī)與其輔助設(shè)備結(jié)構(gòu)，其中的原動(dòng)機(jī)還包括了柴油機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)，蒸汽輪機(jī)，汽輪機(jī)等多個(gè)部分[2]。主推器。它主要是用來進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，在日常工作中將原動(dòng)機(jī)中的能量及時(shí)轉(zhuǎn)換為船舶航行促進(jìn)力量，同時(shí)它還包括了：推進(jìn)器，螺旋槳，泵式推進(jìn)器這三個(gè)部分。傳動(dòng)裝置。傳動(dòng)裝置的主要作用是將原動(dòng)機(jī)內(nèi)部的動(dòng)力傳遞到推進(jìn)器中，在此過程中發(fā)揮出了良好的轉(zhuǎn)向，減速以及減震等作用，并包括了離合器，減速器，管系設(shè)備以及軸系設(shè)備等。

1.2 輔助裝置

輔助裝置是由發(fā)電機(jī)組、輔助鍋爐、自動(dòng)化控制設(shè)備這幾個(gè)部分構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操控，同時(shí)還具有自動(dòng)調(diào)節(jié)和遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，以此方式有效促進(jìn)了動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

2 船舶動(dòng)力系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容及其流程

2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容

船舶動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要概括為兩個(gè)方面的內(nèi)容。第一個(gè)方面，在動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)成、規(guī)范設(shè)計(jì)前提下，嚴(yán)格遵循設(shè)定原則來進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從備選方案中找到合適的組件，然后對(duì)其進(jìn)行科學(xué)合理的配置與設(shè)計(jì)，最后對(duì)船舶動(dòng)力系統(tǒng)的配置方案進(jìn)行合理優(yōu)化與系統(tǒng)性評(píng)價(jià)，從而更好的滿足了動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行需求[3]。另一方面，在滿足各種約束條件的基礎(chǔ)上，及時(shí)對(duì)各種方案進(jìn)行對(duì)比分析與評(píng)選，選用經(jīng)濟(jì)性、科學(xué)性更高的配置方案，在此過程中需要注意，船舶動(dòng)力系統(tǒng)的配置技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)必須與實(shí)際情況一致，在此過程中還要考慮配置方案的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、安全性與匹配性。

2.2 設(shè)計(jì)流程分析

建立船舶動(dòng)力系統(tǒng)配置模型是基礎(chǔ)，將船舶動(dòng)力系統(tǒng)配置的操作規(guī)范、關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)性等得到集中體現(xiàn)，在對(duì)配置模型進(jìn)行有效約束的基礎(chǔ)上，及時(shí)將相關(guān)的配置知識(shí)轉(zhuǎn)換為各個(gè)變量之間的約束，提高求解效率。充分了解資源抽象概念組件之間存在的約束關(guān)系，然后利用這種關(guān)系來實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程的合理規(guī)范。將產(chǎn)品對(duì)象進(jìn)行層次化和結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，促進(jìn)模型結(jié)構(gòu)的清晰化，在此過程中要注意，隨著產(chǎn)品層次化程度越來越復(fù)雜，對(duì)作業(yè)人員的要求不斷提高。在進(jìn)行配置求解的過程中必須要明確客戶實(shí)際需求，保證動(dòng)力系統(tǒng)的安全性能，將客戶需求進(jìn)行主次、次要的劃分，只有這樣才能更好的滿足用戶的實(shí)際需求。

3 船舶動(dòng)力系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)優(yōu)化途徑研究

3.1 設(shè)計(jì)優(yōu)化的概念

對(duì)配置設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化指的是在產(chǎn)品配置環(huán)節(jié)能夠?qū)ο到y(tǒng)配置模型的求解進(jìn)行深入分析從而得到配置結(jié)果，以此方式有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)多個(gè)目標(biāo)的合理配置與優(yōu)化。

3.2 多個(gè)目標(biāo)的優(yōu)化方法

目前在我國船舶動(dòng)力系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中，多目標(biāo)算法得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)具有計(jì)算精確的主要優(yōu)勢，但是這種算法也存在一定弊端：操作過程復(fù)雜。在對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行求解的過程中必須要提高對(duì)求解過程的高度重視，并對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行一一約束，有效降低了優(yōu)化目標(biāo)的維度。積極采用多目標(biāo)粒子群算法來進(jìn)行配置求解，從而將多個(gè)目標(biāo)合并為一個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，明確了優(yōu)化任務(wù)，對(duì)多個(gè)目標(biāo)都起到了很好的約束作用，因此這種方法現(xiàn)階段在工程應(yīng)用領(lǐng)域得到了大力推廣和應(yīng)用[4]。把多個(gè)目標(biāo)合并為一個(gè)總的優(yōu)化目標(biāo)，這對(duì)作業(yè)人員專業(yè)技能的要求很高，同時(shí)要求決策者以最快速度在眾多非劣解中找到最佳求解，及時(shí)參與到求解過程中，在決策參與和優(yōu)化的前提下，快速得到了多個(gè)目標(biāo)的最佳求解。在船舶動(dòng)力系統(tǒng)配置模型的求解環(huán)節(jié)，有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)目標(biāo)的合理優(yōu)化，促進(jìn)了系統(tǒng)配置優(yōu)化的順利進(jìn)行。采用多目標(biāo)粒子群算法求解的過程中需要制定合理的動(dòng)力系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)方案，實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)配置目標(biāo)，利用粒子適應(yīng)度來對(duì)最佳粒子的位置作出科學(xué)、準(zhǔn)確求解，從而保證了設(shè)計(jì)優(yōu)化過程的規(guī)范化與科學(xué)性。

4 結(jié)束語

船舶消耗了大量能源，因此船舶動(dòng)力系統(tǒng)成為現(xiàn)階段研究工作的主要內(nèi)容，必須要重視動(dòng)力系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)研究，合理優(yōu)化并改進(jìn)船舶的動(dòng)力系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)。明確船舶動(dòng)力系統(tǒng)的概念，了解動(dòng)力系統(tǒng)主要裝置和輔助裝置的系統(tǒng)性功能，嚴(yán)格遵循設(shè)定原則來進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，考慮配置方案的可靠性與經(jīng)濟(jì)性，提高對(duì)求解過程的高度重視，從而將多個(gè)目標(biāo)合并為一個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，在眾多非劣解中找到最佳求解，實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)配置目標(biāo)，利用粒子適應(yīng)度來對(duì)最佳粒子的位置作出科學(xué)求解。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉愛華.船舶動(dòng)力系統(tǒng)裝置設(shè)計(jì)及優(yōu)化方法研究[D].武漢理工大學(xué)，2013.

[2]查富祥，劉立軍.船舶動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)及性能優(yōu)化[J].中國機(jī)械， 2015（05）：74-76.

[3]孫雅慧.船舶動(dòng)力系統(tǒng)汽水管網(wǎng)熱力水力特性研究及優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].哈爾濱工程大學(xué)，2015.

[4]胡文佳.淺談內(nèi)河淺水航道航行船舶動(dòng)力推進(jìn)裝置設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息，2013（24）：68.

作者簡介：劉世偉（1982-），男，湖北武漢人，工學(xué)碩士，講師，研究方向：船舶動(dòng)力設(shè)備及動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。