知識工程在船舶結構優化設計中的應用

王璞釗 張兵

摘要：船舶結構設計變量是一種涵蓋了多項制約因素和設計的離散變量，進一步引發了結構優化的多峰性、高度非線性等問題，在進行設計時必須由相關的專業人士進行協助，并嚴格遵守國家規定的設計規章規范，正是因為其模糊性、綜合性等特點較強，所以有關人士研發出把知識工程應用于船舶結構優化設計中，以此實現強化數學模型和參數化結構間的轉變。本文針對知識工程在船舶結構優化設計中的應用進行深入分析和研究，提出一些看法，希望可以給有需人士提供參考。

關鍵詞：知識工程;船舶結構;優化設計

船舶結構優化設計的過程是非常復雜繁瑣的，其會涉及到多項設計變量、類型非常多、制約因素也很多的問題，導致其具備多峰性、高度非線性等特點，如果科學提升離散型變量的有效性是當前需要重點關注和解決的問題。例如經驗性、全面性、模糊性等等都是船舶結構設計的特點，因此在進行船舶結構優化設計時，把計算機技術、現代數學優化理論和結構工程特點進行有機整合并應用，是一件非常有意義和價值的事情，應用前景非常寬泛。目前其他國家的研究重點是研發更好的算法，但是沒有重視結合應用在設計過程中積累下來的專業人士經驗、設計數據以及設計規范等專業知識，想要實現在結構優化設計時運用有關知識就可以采取知識工程（Knowledge-based Engineering，KBE）技術來完成，其可以把結構優化計算量縮減，還可以把優化設計對用戶的知識、經驗要求降低，進一步提升結構設計能力目前在關于把知識工程應用于模具、飛機等領域的結構優化設計中有了良好發展，但是關于研究應用于船舶優化設計中的缺很少，這就需要有關人士進行積極探索和發現。

一、知識工程在船舶設計制造中的應用分析

（一）船舶設計制造中知識工程應用研究概述

通過繼承、衍生、整合、管理知識等手段，經過多個領域異構知識系統、多種表達方式知識集成的分布式開放設計環境就形成了知識工程，其目標就是不斷提高市場競爭力，這就需要尋找更多具備創新能力的工程設計技術方法。社會經濟水平的不斷提升，船舶制造行業的市場競爭愈發激烈，客戶對船舶設計制造技術有了更高的要求，有關企業要想提高競爭力和船舶設計制造質量，就可以選擇應用知識工程。現今關于研究在船舶設計制造中應用知識工程的問題，取得了一定的進展，而且涉及內容較為廣泛。例如在設計和制造軍用艦船時，有關人士深入研究了把軍艦設計制造資料和數據信息變為設計制造所需的知識經驗問題，結果在設計制造軍艦時取得了較好的研究成果。還有就是在設計制造船舶時，研究在船舶設計制造中通過應用知識工程的理論知識和專業技術，進一步創建船舶知識建模系統，然后和船舶設計制造中的資料信息進行互換，采取知識方法分析船舶結構，在確認有關設計基礎時結合知識結構體系，通過這一研究有效提升了船舶設計制造工作的效率和質量，對于其行業發展具有價值和意義[1]。在新時代背景下，隨著船舶制造行業的快速發展，在設計制造船舶時綜合應用知識工程和計算機技術，已經呈現出一種必然發展趨勢。

（二）船舶設計制造與知識工程作用分析

船舶設計制造的發展過程是不斷循環的，在進行設計制造時需要投入大量的時間和精力，而且其內部每個結構之間的聯系是非常緊密的，假如在設計其中任一結構時出現問題，其他結構和船舶整體制作效果必然會受到影響，正是因為這個問題，在進行設計制造時具備完善的理論知識體系和足夠的設計制造經驗是具有重要意義和價值的。在船舶設計制造中應用知識工程，便于獲取關于開展工作所需用到的規范知識和經驗，并將其保存下來，在日后進行工作時還可以用其作為參考，如此一來，在日后進行船舶設計制造工作時可以縮短設計花費時長，保障提升工作質量和效率。通過對當前船舶設計制造行業的實際運行情況進行分析和研究，可以發現有些單位在開展實際工作時，沒有及時對有關知識進行歸納整理，同行業間的設計制造技術心得和經驗的共享性較差，很多單位經常重復出現同樣的錯誤，致使用于進行船舶設計制造的時間過長，也沒有充足、全面的有關知識技術和經驗作為支撐，導致其嚴重缺失規范性，阻礙了其行業獲取更好的發展前景，急需進行改正和完善[2]。

二、知識工程在船舶結構優化設計中的應用分析

應用知識工程進行船舶結構的優化設計，主要就是通過對于船舶結構優化設計的目的進行把握基礎上，按照船舶結構優化設計的目標，對于船舶結構設計過程進行把握控制，以實現優化設計的一種方法手段。因此，應用知識工程進行船舶結構優化設計，首先需要進行船舶結構優化設計所需要的知識庫系統的設計建立。其中，知識庫系統是對于船舶結構設計的經驗以及規范要求、設計案例等知識內容進行集成的一個系統，通過這一系統的設計構建，將船舶結構設計相關的設計知識與經驗、資料信息等進行統一的收集和整體歸納，在設計過程中進行參考應用，不僅能夠保證設計過程的規范化，同時還能夠有效縮短船舶結構設計的周期，在一定程度上也能夠對于船舶結構設計質量進行保障。需要注意的是，所設計建立的知識庫系統需要包含船舶結構設計中應用到的資料信息以及技術經驗的搜索、查詢、獲取、維護、更新、保存等作用功能[3]。

其次，應用知識工程進行船舶結構的設計中，由于船舶本身的結構相對復雜，因此在進行優化設計過程中，不僅設計內容比較多，并且還具有較多的離散變量，像船舶結構骨材的間距以及板材厚度、型材樣式設計等，并且不同設計變量的設計要求與規定內容之間也有區別，因此就導致船舶結構優化設計具有突出的非線性與多峰性特征。針對這一情況，通過知識工程應用進行船舶結構優化設計，能夠有效的解決船舶結構優化設計中的離散變量問題，實現設計模型之間的相互轉換，以此保證船舶結構優化設計效果

三、結束語

總而言之，在船舶結構優化設計中應用知識工程，有著較為顯著的優勢，可以有效縮短用于設計制造船舶所花費的時間、提升質量，進一步提升船舶設計制造單位的競爭力，是一項值得研究和推廣的設計方法。

參考文獻：

[1]管官，林焰，紀卓尚.基于知識的船體結構快速設計及優化[J].船舶力學，2017，21（4）：472-483.

[2]李記順，張永亮，侯立軍.知識工程在船舶結構優化設計中的應用[J].農家科技旬刊，2014.

[3]基于知識工程的集裝箱船結構設計及優化[D].上海交通大學，2014.