關于船舶結構優化設計方法的研究

姜奎富 武爽 馮欣

摘 要：隨著科學技術在船舶制造中應用的逐漸普及，我國的船舶制造工藝、質量、效率等都有了進一步提高，為海上運輸的安全性提供了有力保障。為了更好地優化船舶內部結構設計，使之更加符合時代的發展需求，就必須要在提高現有優化方法的基礎上，重視對新理念、新方法的研究，突破原有技術的局限性，積極開拓創新。接下來，本文將就船舶結構優化設計方法展開深入討論，并提出一些切實可行的措施，希望能夠對我國整體船舶制造水平的提高有所幫助。

關鍵詞：船舶；結構；優化設計；方法研究；合理建議

經濟發展水平的提高，在一定程度上依賴于物品流通性的提高。對于運輸行業來說，無論是從運輸范圍上來看，還是從運輸速度上來看，較之以前都取得了突破性的發展，而這一切都離不開船舶制造水平的提高。其中，船舶的結構設計，又將直接影響到船舶使用過程中的穩定性、安全性與航行速度。因此，如何優化船舶結構設計，已經成為船舶制造過程中一個亟待解決的問題。下文中，將詳細分析船舶結構設計的幾種優化方法，為船舶業的穩定發展奠定基礎。

1 船舶結構優化設計方法分析

1.1 早期應用的優化方法

就船舶業的發展現狀來看，早期使用的結構優化設計方法比較單一，只能對一些較為簡單的船舶結構進行優化，多采用公式計算的方式。在應用這一方法進行優化時，設計人員需要先將優化過程中使用到的公式以代碼形式輸入到計算機中，并設計好相應的算法，然后由計算機系統對輸入的數據進行運算，最后由設計人員根據計算結果設計具體的優化方案。可以說，這一優化方法的應用，極大地推動了我國船舶制造業的發展，是船舶結構優化設計的一次跨越式發展。

利用數學方法優化船舶結構的原理是，先對船舶結構進行物理分析，并合理配置各級結構，然后將宏觀上的兩級結構進行對比，最后利用迭代思想對兩級結構中的相關變量進行協調，建立起原問題與現有問題之間的聯系。這一優化方法的利用，一方面具有適應性強、便于理解、計算次數少、收斂性高等優勢，但另一方面也有著較大的局限性。比如，在利用這一方法進行船舶結構優化設計時，具有較強的理論性，必須要以相關的數學定理作為計算依據，且無法準確證明計算時的收斂性，從而大大降低了結構優化設計方法的最優性。除此以外，這一優化方法的應用，在一定程度上還依賴于設計者的個人經驗，尤其是在確定優化方法的初始位置時，多是采取反復計算或者經驗判斷等方式進行選擇，而初始位置的選擇又將直接影響到優化程度的高低。因此，一定要確保優化方法選擇的合理性。

1.2 智能化的優化方法

隨著我國船舶運輸需求量的逐漸增多，對船舶運輸過程中的承重性、運輸量、安全性等有了更高的設計要求。因此，船舶的優化問題，已經不僅僅是內部結構優化這么簡單了，而是包括了船舶甲板、剖面、艙體等多個方面的優化。這樣一來，就會造成數據量、限制條件以及函數類型的增多，使得早期優化方法應用的有效性大大降低。早期的結構優化設計方法主要應用于對船舶靈敏性的提高，涉及到的數據類型比較單一。在船舶業的不斷發展下，一些新的應用需求應運而生，為了更好地實現對船舶運輸性能的提升，就必須要采用更加科學、高效的優化方法，即智能化的優化方法。

簡單來說，這一優化方法對數據信息的依賴性較小，具備查找最優變量的能力，是一種利用數學理念求解，以智能化計算為主的優化方法。這一優化方法的基本原理是，通過對產品資料的整合分析，找出共同點，然后進行模式總結，并使用類比法、關聯法等方法，歸納出樣本和設計目標之間的異同點，最后按照統一標準變換出新的模式類型，并評選最佳的優化方法。與早期的優化方法相比，智能化理念的應用，打破了傳統“點對點”式尋優的局限性，實現了以“群體”算法為主，如“種群”、“蟻群”等方式，尋找最佳優化算法的基本理念。由此可見，智能優化方法取代早期優化方法的現象并不是偶然，主要體現在以下幾個方面。第一，前者在使用迭代法進行計算時，只需要輸入基本的函數信息即可，更加符合較為復雜的船舶優化需求；第二，選用智能化方法進行船舶結構優化，能夠有效減小初始位置選擇對計算結果的影響，為優化方法選擇的可靠性提供保障；第三，前者更適用于非線性程度較高、維數較高的船舶結構優化，能夠通過“群體”算法的使用，大大降低結構優化的難度。因此，必須要重視智能化算法在船舶結構優化設計中的應用。

2 提高船舶結構優化設計方法有效性的措施

2.1 提高設計者專業水平

早期的船舶結構優化設計方法研究，需要設計人員具有豐富的工作經驗，而在智能優化方法研究中，已經在一定程度上降低了設計經驗對計算結果的影響。雖然智能化在船舶結構優化設計中的應用已經大勢所趨，但仍有部分設計人員尚未接受新型設計理念的應用，從而造成船舶結構優化有效性的降低。因此，必須要重視對設計人員專業水平的提高，鼓勵他們積極學習先進的設計理念和設計方法，并在實踐中不斷深化對相關專業知識的理解，為我國船舶業的穩定發展貢獻力量。

2.2 算法的進一步優化

隨著我國船舶業的不斷發展，越來越多更加科學的算法被研究出來。對于不同的船舶結構來說，所選用的算法也不盡相同。因此，如何提高所選算法的有效性，已經成為船舶結構優化設計中面臨的一個主要問題。首先，設計人員應加大對現有算法的研究力度，降低無關因素對算法準確性造成的不利影響；其次，樹立創新意識，結合優秀的船舶優化案例，不斷研究更符合我國船舶業發展需求的優化設計方法。

3 總結

無論是對船舶運輸安全性的提高來說，還是對社會經濟發展的促進而言，優化船舶結構都有著十分重要的作用。因此，必須要重視對設計人員專業水平的不斷提高，加大對優化方法的研究力度，保證船舶結構優化設計方法選擇的科學性。只有這樣，才能最大程度降低優化設計對已有經驗的依賴性，不斷提高我國船舶結構優化設計水平，實現我國船舶制造水平與世界船舶制造水平的同步提高，為我國船舶業的穩定、持續發展奠定基礎。

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