船舶結構優化設計方法及應用

陸鯤鵬

摘? 要：任何船舶結構，都是非常具有復雜性的。現階段因為市場經濟發展迅速，經濟水平提升，促進科技迅速更新，國內的各個行業發展創新非常迅速，讓船舶制造業也是要加強自身的轉變，在船舶結構方面要運用合適的優化方法，讓船舶結構可以符合客觀的需求，達到良好的制造效果。需要結合船舶的實際建造需求，對船舶結構展開適當優化設計。該文是對船舶結構一些優化設計的方法展開分析，介紹船舶結構優化應用，希望對船舶制造業的實際發展有一定借鑒價值。

關鍵詞：船舶結構? 優化設計方法? 應用

中圖分類號：U662 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）05（c）-0055-02

近年來國內的市場經濟整體發展是十分迅速的，船舶制造業也是有非常明顯的進步，尤其是科技迅速更新，讓船舶制造業面臨諸多的挑戰，這對船舶制造的質量以及速度都是提出非常高的要求，需要借助合理的手段，在船舶的質量有所保障的基礎上，讓船舶制造的效率實現全面提升，這是諸多企業要面臨的一個關鍵問題，船舶結構要展開合理優化。然而船舶結構實施優化設計是比較復雜的工作，要找到合適的優化方法，并展開實踐應用，讓船舶結構可以滿足客觀的需求。

1? 船舶結構優化設計概述

1.1 船舶結構優化設計概念

船舶制造業迅速發展，以及計算機技術的引入，讓船舶設計的諸多知識出現變化，科技實現了全面更新。船舶設計中，無論是運用任何的設計方式，都是需要保證船舶結構有足夠的安全性以及便捷性，然后才能追求船舶設計的效益，這是對船舶結構展開設計的原則。為了最大程度上挖掘出經濟效益，在船舶結構的實際設計中，對船舶結構的形式展開適當創新，其中涉及到大小以及外形等重要的信息，注重速度和重量方面的追求，符合船舶結構的相關標準，對技術要求要進行滿足。保證在設計中，船舶結構的動力形態達到完美[1]。

1.2 船舶結構優化分類

依據變量屬性，可以將船舶結構的實際優化，分成離散模型、混合變量以及連續模型。因為船舶制造本身是非常復雜和繁瑣的一個過程[2]。其中涉及到的問題是非常多的，船舶制造要注重連續性以及離散型，在制造骨材中要注重連續性，而鋼材的厚度以及型材方面，則是要注重離散模型，那么在船舶結構的實際設計中，就是混合設計的方式。

2? 船舶結構經典優化設計方式

2.1 準則優化設計方式

船舶結構中運用準則法展開優化，是借助力學知識以及工程設計經驗，建立優化設計的方案，這種類型的優化方式，符合各類約束限制，選擇最合適的準則法設計。這種方式的優點，主要是在船舶結構的實際設計中，物理層作用是十分明確的，便于分析工作的順利開展，其中計算的過程很簡單;另外，在具體的計算中，結構分析很少，收斂的速度是非常快的，在最初對傳播結構展開應用的時候，這種設計方式也得到一定的應用。這種優化方式也有一定的劣勢，主要是無法保證計算結果實現最優化，也難以對收斂性展開驗證，在實際的設計中，設計人員需要結合實際的情況，將各類的設計完成。因為這種方法的劣勢，在其中融入形狀優化，借助實踐形狀的設計，可以讓應力集中得到避免，力學模型如果有太多變量，運用這種方法，會讓結構設計得到簡化，在一般的船舶制造中，位移準則法以及能量準則法是比較常用的。

2.2 數學規劃設計方法

因為準則法在發展，諸多的專業開始對數學規劃展開分析，在20世紀70年代，一些學者確定了結構優化的界定，為規范法的發展提供了動力，一般情況下，運用的方法就是單目標排序、函數評價等，在實際的應用中，將諸多的目標展開規范，然后簡化成單獨的目標，對單個目標展開優化，實現對船舶結構的設計。

數學規劃法，則是在規劃論上發展起來的，因為理論的全面性，應用的范圍也是非常廣泛的，這種方法本身具備收斂性，但是在船舶設計的實際應用中，還是有一定的缺陷存在，比如計算的環境是十分復雜的。收斂要消耗諸多的時間，尤其是在變量多的時候，更是嚴重耗時。另外，這種方法的計算也有諸多的隱性缺陷存在，所以成為這種方法的限制。基于這些問題，一些學者做出了對該方法的改進，在其中引入準則法的一些優勢，結合力學特征對該方法展開了完成，并對范圍進行了完善，其中涉及到導入倒數、連續變量等諸多的內容，讓該方法的運算速度有一定程度上的提升。

3? 船舶結構優化設計方式的應用

3.1 遺傳模型優化設計方式

所謂的遺傳模型，就是在相關的數學建模屬性基礎上進行發展的，將船舶結構展開優化設計，分成離散變量、連續變量以及混合變量3種模型，是在傳統模型的基礎上繼續發展出來的一種新的算法，諸多的專家分析了傳統模型的缺陷，建立了這種新算法。結合船舶結構的實際特點，為了滿足其優化設計，適當融入了生物進化領域的一些理論，建立了這種遺傳算法。經過船舶結構的設計經驗證明，這種算法是有一定盲目性的，在其中不需要對導數資料進行導入，可以運用目標函數的建立，將以往方法的一些缺陷予以避免，讓船舶結構展開優化設計實現簡化。一些優化設計方面的工作，是經過編碼集來實現的，然后借助二進制的方式，對一些變量關系展開表現，然后解決在結構設計中出現的連續性以及離散性問題。對生物進化展開效仿，在船舶結構的設計中展開交叉算子，經過設計實踐，這種優化方式，對各類繁瑣的環境都有一定的適用性，在船舶結構的實際優化設計中，運用這種方法可以取得比較顯著的效果，是船舶設計方面的革新和突破。

3.2 模糊原理優化設計方式

模糊原理早在20世紀80年代開始發展起來，在模糊判決的基礎上實現創新發展，建立了限界搜索法，運用到船舶結構的設計中，可以將結構優化的一些難題順利解決。運用完善的模糊目標，可以將閥值看成是變量。這樣避免在進行一次求解情況下的最大水平法，經過求解，對施工以及結構等各類的要素展開思考，建立要素權重集，并進行亂序結合，建立模糊評價法。然后可以明確模糊約束的容差，比如在船舶結構中，對油船的槽型以及剖面展開計算，需要結合工程的具體情況，對模糊要素的具體覆蓋進行確定，然后可以運用合適的模糊優化方法，在縮減原材料的情況下，讓船舶結構得到設計優化。

這種方式可以在一些繁雜工程內展開應用，可以有多個目標問題。另外，對模糊結構展開適當拓展，讓多目標實現模糊優化的融合，并約束各層次模糊性。在對該方法展開應用時，要注重建立符合模糊約束的子集，然后依據模糊判決，可以轉變成一般規劃，然后展開適當求解。這種方法在船舶結構設計的實際應用中，可以滿足現實優化設計的需求，也能讓相關人員結合船舶結構的需求，適當選取應用。

3.3 智能型優化設計方式

當下科技發展迅速，船舶結構中實現智能型設計，展開對船舶結構的優化設計，已經逐漸普遍起來。將基礎設計的方案進行明確，然后結合船舶結構的客觀需求，對設計問題展開分析，運用數學規劃的方式，總結出最合適的設計方案。比如，在船舶設計企業，運用這種方式，內部的專家系統為優化設計打下基礎，融合了諸多的經典設計方式以及人工智能，讓系統設計更加高效和便捷。這種方法中，神經網絡法以及專家系統法占據主要的部分，為船舶結構的優化設計提供支持。

4? 結語

總之，經濟穩定發展，國內的船舶制造業也是在進步，對船舶結構展開優化設計，要根據經典方式以及智能技術的優勢，結合實際的設計需求，選擇最合理的設計方案，讓船舶結構設計可以滿足客觀的需求。

參考文獻

[1] 龍周，陳松坤，王德禹.基于SMOTE算法的船舶結構可靠性優化設計[J].上海交通大學學報，2019，53（1）：26-34.

[2] 楊敬東，何瑞峰，劉文彬.基于遺傳粒子群算法的長江水系貨多用途船結構優化[J].重慶電力高等專科學校學報，2018，23（1）：57-62.