船舶動力系統配置設計及優化方法探索

摘 要：船舶動力系統作為一個復雜化的系統工程，離不開機電設備，在科學技術不斷提高的前提下，船舶動力系統配置設計水平也得到了穩步提升。在動力系統優化中將設計理論和實踐內容及時結合起來，用理論創新帶動設計創新，科學設計船舶動力系統。

關鍵詞：船舶動力系統；配置設計；優化方法探討

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

0 前言

在船舶發展中，動力系統是主要構成部分，同時關系到船舶的穩定、安全運行。鑒于此，要想確保船舶的高效運行，必須要科學設計船舶動力系統。船舶制造業的不斷發展，使得人們對船舶提供了更高的性能要求，因此需要提高船舶動力系統的智能控制能力，同時充分考慮船舶動力系統的主要影響因素，及時對其復制性和非線性等因素進行科學分析和探討，從而實現對船舶動力系統配置的合理優化[1]。

1 船舶動力系統的概念闡述

船舶動力系統主要分為主要裝置和輔助裝置這兩個部分，接下來將對船舶動力系統的主要裝置和輔助裝置進行科學詳細的研究。

1.1 主要裝置

主要裝置又被稱為主動力裝置，它是船舶動力系統的核心部分，為船舶提供了動力，在船舶運行過程中需要成套設備來作為推動力量，主要裝置的組成部分如下所述：主發動機。主發動機主要包括了原動機與其輔助設備結構，其中的原動機還包括了柴油機，燃氣輪機，蒸汽輪機，汽輪機等多個部分[2]。主推器。它主要是用來進行能量轉換，在日常工作中將原動機中的能量及時轉換為船舶航行促進力量，同時它還包括了：推進器，螺旋槳，泵式推進器這三個部分。傳動裝置。傳動裝置的主要作用是將原動機內部的動力傳遞到推進器中，在此過程中發揮出了良好的轉向，減速以及減震等作用，并包括了離合器，減速器，管系設備以及軸系設備等。

1.2 輔助裝置

輔助裝置是由發電機組、輔助鍋爐、自動化控制設備這幾個部分構成，實現了對動力系統的遠程操控，同時還具有自動調節和遠程監控等功能，以此方式有效促進了動力系統的穩定、安全運行。

2 船舶動力系統配置設計的關鍵內容及其流程

2.1 設計內容

船舶動力系統設計內容主要概括為兩個方面的內容。第一個方面，在動力系統構成、規范設計前提下，嚴格遵循設定原則來進行系統設計，從備選方案中找到合適的組件，然后對其進行科學合理的配置與設計，最后對船舶動力系統的配置方案進行合理優化與系統性評價，從而更好的滿足了動力系統實際運行需求[3]。另一方面，在滿足各種約束條件的基礎上，及時對各種方案進行對比分析與評選，選用經濟性、科學性更高的配置方案，在此過程中需要注意，船舶動力系統的配置技術標準必須與實際情況一致，在此過程中還要考慮配置方案的可靠性、經濟性、安全性與匹配性。

2.2 設計流程分析

建立船舶動力系統配置模型是基礎，將船舶動力系統配置的操作規范、關鍵技術、系統性等得到集中體現，在對配置模型進行有效約束的基礎上，及時將相關的配置知識轉換為各個變量之間的約束，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系，然后利用這種關系來實現對船舶動力系統設計流程的合理規范。將產品對象進行層次化和結構化設計，促進模型結構的清晰化，在此過程中要注意，隨著產品層次化程度越來越復雜，對作業人員的要求不斷提高。在進行配置求解的過程中必須要明確客戶實際需求，保證動力系統的安全性能，將客戶需求進行主次、次要的劃分，只有這樣才能更好的滿足用戶的實際需求。

3 船舶動力系統配置設計優化途徑研究

3.1 設計優化的概念

對配置設計進行優化指的是在產品配置環節能夠對系統配置模型的求解進行深入分析從而得到配置結果，以此方式有效實現了對多個目標的合理配置與優化。

3.2 多個目標的優化方法

目前在我國船舶動力系統配置設計優化過程中，多目標算法得到了廣泛應用，同時具有計算精確的主要優勢，但是這種算法也存在一定弊端：操作過程復雜。在對多個目標進行求解的過程中必須要提高對求解過程的高度重視，并對多個目標進行一一約束，有效降低了優化目標的維度。積極采用多目標粒子群算法來進行配置求解，從而將多個目標合并為一個優化目標，明確了優化任務，對多個目標都起到了很好的約束作用，因此這種方法現階段在工程應用領域得到了大力推廣和應用[4]。把多個目標合并為一個總的優化目標，這對作業人員專業技能的要求很高，同時要求決策者以最快速度在眾多非劣解中找到最佳求解，及時參與到求解過程中，在決策參與和優化的前提下，快速得到了多個目標的最佳求解。在船舶動力系統配置模型的求解環節，有效實現了對單個目標的合理優化，促進了系統配置優化的順利進行。采用多目標粒子群算法求解的過程中需要制定合理的動力系統配置設計方案，實時優化系統配置目標，利用粒子適應度來對最佳粒子的位置作出科學、準確求解，從而保證了設計優化過程的規范化與科學性。

4 結束語

船舶消耗了大量能源，因此船舶動力系統成為現階段研究工作的主要內容，必須要重視動力系統配置設計研究，合理優化并改進船舶的動力系統配置設計。明確船舶動力系統的概念，了解動力系統主要裝置和輔助裝置的系統性功能，嚴格遵循設定原則來進行系統設計，考慮配置方案的可靠性與經濟性，提高對求解過程的高度重視，從而將多個目標合并為一個優化目標，在眾多非劣解中找到最佳求解，實時優化系統配置目標，利用粒子適應度來對最佳粒子的位置作出科學求解。

參考文獻：

[1]劉愛華.船舶動力系統裝置設計及優化方法研究[D].武漢理工大學，2013.

[2]查富祥，劉立軍.船舶動力系統設計及性能優化[J].中國機械， 2015（05）：74-76.

[3]孫雅慧.船舶動力系統汽水管網熱力水力特性研究及優化設計[D].哈爾濱工程大學，2015.

[4]胡文佳.淺談內河淺水航道航行船舶動力推進裝置設計[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，工學碩士，講師，研究方向：船舶動力設備及動力系統的設計優化。