論船舶焊接與結構設計優(yōu)化

◎ 吳英照 山東省濟南船舶技術服務中心濰坊分中心

基于現代化產業(yè)之中智能化科技的應用和發(fā)展，現代化船舶制造業(yè)也要朝著智能化的方向轉變。就目前的實際發(fā)展情況分析，配合上未來的改革，相關政府部門需要加大投資力度，引導船舶制造業(yè)與現階段的先進材料以及高科技結合起來，在提升現有水平的同時促進國際市場地位的全面提高。

1.船舶焊接技術的優(yōu)化方法

1.1 更新船舶焊接技術

船舶工業(yè)的發(fā)展依舊需要考慮到技術條件，并且新型焊接技術也是現階段需要重點關注的問題。在船舶生產環(huán)節(jié)，常規(guī)的船舶以及高附加值船舶之間可能會出現一列的矛盾，需要引起格外的關注。一般來說，更新焊接結束后就要極力控制這些影響因素，以此來推動船舶制造業(yè)的進步與發(fā)展。在實際的船舶生產過程中，需要重點關注不同船只的功能與類型，在實施焊接的過程中要將結合具體的情況開展對應的施工，只有如此才能保證焊接工作的簡便性，同時確保船舶工業(yè)能夠朝著自動化與機械化的方向全面發(fā)展。

1.2 使用新的焊接工藝

在船舶制造業(yè)的焊接過程中，由于焊接材料存在單一性，難免會對實際的生產效率產生影響。所以，在船舶的生產過程中不同企業(yè)的需求存在差異，對于造船的材料以及產品的結構需求也會存在差異，使得船舶焊接朝著個性化與定制化的方向發(fā)展。目前，船舶制造模式已經對焊接技術帶來了影響，所以需要格外重視焊接工藝的更新。我國有很多船廠都選擇先進平面分段裝焊流水線的引入，同時配備了相應的新設備與新工藝，能確保整體能夠朝著半自動化和自動化的方向發(fā)展，以此提高船舶焊接效率。此外，應用立焊工藝技術，滿足降低工人勞動強度的要求，同時增強對于工人的培訓，實現對焊接生產操作步驟的簡化處理，確保焊接質量的穩(wěn)定性。

1.3 加強焊接檢驗

焊接檢驗作為焊接的最后工序，應及時發(fā)現焊接之中存在的問題，采取針對性的措施進行合理的改進與調整，以此提高焊接質量。在檢驗過程中要對于坡口、間隙等有明確的分析，然后利用實際的工藝規(guī)定處理，這樣就可以推動后續(xù)工作的有效實施。另外，要做好水壓試驗和氣壓試驗工作，避免日后出現滲透的情況，以此保證焊接氣密性與標準相互匹配。所以，針對船舶焊接質量而言，需要從各個環(huán)節(jié)入手，進行系統的、全面的焊接檢驗，有效規(guī)避焊接問題的發(fā)生。

2.船舶結構設計方法及應用分析

2.1 設計方式

2.1.1 數學規(guī)劃設計方法

在20世紀70年代，部分學者針對結構優(yōu)化進行了準確的界定，為規(guī)范法的發(fā)展提供了基礎條件。一般來說，其應用的方法包含了單目標排序、函數評價等。在實際應用中，先規(guī)范諸多目標，然后簡化其單獨目標，從而實現單個目標的優(yōu)化，最終實現船舶結構的優(yōu)化設計。

實施數學規(guī)劃法是在規(guī)劃論的基礎上進行的，由于理論全面性，所以其實際的應用非常廣泛。這樣的方法本身帶有收斂性，在實際的船舶設計中存在諸多缺陷，如計算環(huán)境相對復雜。收斂會有大量時間被消耗，尤其是在變量較多的情況下會出現更嚴重的消耗。此外，在諸多計算方法之中難免會有缺陷的存在，成為使用這種方法的限制。基于這部分問題的分析，需要積極改善此類方法，并且通過準則法等的引入，與力學特征結合起來實施，完善其范圍，如連續(xù)變量、導入倒數等，提升其運算速度。

2.1.2 準則優(yōu)化設計方式

使用準則優(yōu)化設計方法，能讓船舶結構設計之中的物理層作用更加明確，有利于工作的順利開展，并且計算也非常簡單。另外，結構分析在實際計算之中非常少，并且收斂速度較快，這種方式在最初的船舶結構設計中的應用是非常廣泛的。但是此類優(yōu)化方式劣勢也非常明顯，主要是無法確保計算結構達到最優(yōu)化，也很難針對收斂性進行驗證分析。在實際的設計環(huán)節(jié)，作為設計人員就要與實際情況相互結合，確保各類設計都能妥善完成。因為這種方式的劣勢，在形狀優(yōu)化設計之中使用時要考慮到實踐形狀的具體設計，避免應力過于集中。如果力學模型出現了太多的變量，在使用這一種方法之后就會讓結構設計更加簡化，在一般船舶制造中經常會使用到能量準則法和位移準則法等。

2.2 設計應用

2.2.1 智能化軟件的應用

隨著船舶市場的不斷變化，現階段的船舶結構優(yōu)化設計也逐漸朝著智能化、模塊化的三維實體設計方向發(fā)展。所以，通過智能化軟件的應用可以讓結構件數據庫開發(fā)速度得到進一步的加快。傳統模式下的開發(fā)，會嚴重影響實際的研發(fā)效率，但是可以考慮到智能化設計軟件的合理使用，這樣有利于優(yōu)化設計處理，就可以很好地解決這一問題，并且滿足船舶結構構件設計標準化的目標?；贑ATIAV5CAM設計系統的使用，可以詳細地分析與研究造船模塊的功能與使用，然后提出船舶結構設計的優(yōu)化思路以及對應的數據庫模型，具體見圖1所示。

2.2.2 模糊原理設計方法

圖1 數據庫模型

從20世紀80年代開始，逐漸開始發(fā)展模糊原理，并且在判決的基礎上，也可以滿足創(chuàng)新發(fā)展的實際需求，并且建立對應的限界搜索法，從而在船舶結構設計之中加以應用，最終解決結構優(yōu)化設計之中存在的難題。通過完善模糊目標的合理運用，就可以直接將閾值看成為變量，屬于能避免在一次求解的情況下的最大水平法。通過求解處理，就可以針對施工與結構等各種要素進行深入的思考，然后通過素權重集建立，再結合到亂序，就可以實現對于模糊評價法的建立健全。之后，明確模糊約束容差，如在結構之中，對于其槽型和剖面進行準確的計算，然后與工程相互結合，這樣就可以將具體的模糊要素覆蓋情況加以明確，再通過合理的模糊優(yōu)化方式，在原材料縮減的情況下實現船舶結構的優(yōu)化設計。通過這種方式的使用，可以滿足復雜工程的要求，但也存在多個目標問題。此外，適當拓展模糊結構，進而實現模糊優(yōu)化的融合性處理，也可以滿足不同層次模糊性的約束

2.2.3 使用遺傳模型

對于遺傳模型和產生方式，一般是相關屬性模型在演變之后最終發(fā)展形成的，通過遺傳模型，就可以將船舶設計優(yōu)化劃分為連續(xù)變量、離散變量、混合變量等多個模型?？紤]到傳統船舶設計對于傳統優(yōu)化設計的選擇上可能會有不足之處的存在。因此，在設計之中就需要考慮到其問題，相關人員就創(chuàng)造出對應的設計算法，并且在設計過程中基于特性分析，融入多門學科，實現對于遺傳算法的創(chuàng)新，再配合反復的實驗操作，使用遺傳算法，確保船舶結構設計能夠滿足目標，并且彌補船舶結構設計之中存在的不足之處。所以，使用遺傳算法就可以利用代碼的編寫來完成對應的工作，最終將船舶結構設計之中的不足之處加以表現，從而將其解決，最終將實際設計之中的連續(xù)性問題解決，以此開展檢驗與實踐。通過最終的結果分析來看，遺傳模型在船舶結構設計優(yōu)化之中的使用可以在各種惡劣的環(huán)境下完成預期目標，并且獲得良好的使用效果。

3.結語

隨著時代的不斷發(fā)展，隨著科學技術的不斷進步，為了推動國內船舶制造業(yè)的不斷發(fā)展，在實踐中需要針對船舶制造過程之中的焊接技術加以優(yōu)化，并且落實船舶結構設計的優(yōu)化處理工作，再配合具體的軟件、原理、模型應用等方式，確保船舶行業(yè)持續(xù)發(fā)展下去。