先進設計技術在船舶設計中的應用策略

劉家杰

（蓬萊中柏京魯船業有限公司，山東 煙臺 265601）

1 現代船舶設計

現代船舶的設計，隨著時代的進步，也逐漸越發的規范化和標準化，目前來看，現代船舶的設計主要分為了四個階段，分別是：

1.1 船東的預期報價

船東的預期報價是現代船舶設計的方案規劃策劃階段，這一階段，主要是用來確定船舶的主要工作方向和工作性能，以便完成現代船舶的具體設計方向和船舶設計的完善。

1.2 船舶類型的基礎設計

設計船舶時，根據船東的要求以及船級社的要求，進而設計出主要的設計系統圖和設計布置圖，之后在將其送給船東和船級社進行審核，進行進一步的規劃。

1.3 詳細設計

詳細設計這一階段，是現代船舶的最為基礎的設計階段，這一階段可以為現代船舶的之后更為精細化的設計奠定基礎。

1.4 現代船舶的生產設計

根據造船廠的工藝、技術等方面，參照詳細給出的船舶參數和設計建立的船舶模型，最后產出能夠直接進行船舶生產組裝的設計圖紙。

2 船舶智能化設計的發展

設計方法的發展是經過直覺設計到經驗設計到如今半理論半經驗設計，而下一步就是智能設計。智能設計是指應用現代信息技術，采用計算機模擬人類的思維活動，借助計算機的高速計算能力，從而使計算機能夠更多、更好地承擔設計過程中各種復雜的工程任務，成為設計人員的重要輔助工具。智能設計發展有如下三個階段。

2.1 借助計算機的初步輔助設計

計算機計算能力的提高和計算機圖形學等學科的發展數字化設計已經是主流設計方法。智能設計的初級階段就是利用計算機處理工程設計問題，減少人力、時間、資金等成本。船舶設計工作者依靠數字化設計，擺脫了傳統船舶設計中間依賴紙、筆、樣條等設計工具，減少設計師體力勞動。使用數字化的存儲方式，解決了數量巨大的圖紙文件保存和查找的難題。二維和三維的數字化顯示方式，使設計工作交互更為便捷，使設計單位、船廠、船東三方協同處理問題效率上升。計算機數字化技術的應用大大節省時間成本、人力成本、管理成本、提高設計生產的效率。

2.2 引入智能算法的優化設計方法

本階段的智能設計以數學算法為基礎，結合計算機高速計算能力與編程能力求解具體的工程問題。傳統優化方法面對整個搜索空間，無法短時間完成搜索，并且因為多種組合方式產生“組合爆炸”占用大量的計算空間和儲存空間。面對復雜的設計要求，需要設計出滿足多目標條件的最優解，20 世紀80年代的遺傳算法的誕生為人工搜索數值優化提供了新的思路，并推廣到計算機科學及機械工程學領域。同時，算法的不斷更新與提出，誕生出進化遺傳算法、退火算法、粒子群算法等多種智能優化設計方法。這些算法分別在專向工程問題領域有著良好的表現。船舶設計者在完成結構優化、水動力性能分析時會針對性使用相應的優化算法。

2.3 人工智能化應用設計

第三階段是借助AI (ArtificialIntelligence) 人工智能技術完成產品整體設計。人工智能是對人的意識、思維的信息過程的模擬。智能化設計的最終目的是完成計算機對設計師的設計思維模擬，使計算機掌握學習等進化功能，并逐步在設計中替代設計者完成工程設計任務。人工智能化設計會形成以工程師為核心的多協專家系統。該系統可以由智能設計框架和智能算法模塊兩部分組成。設計框架以數據庫為核心，針對不同的工況條件用不同的設計模塊，模擬設計師的思維方式，推算出合理的結果。它將知識的數據庫系統的處理能力和常規的CAD 系統的計算分析能力、數據管理能力與服務能力、圖像處理能力等有機地結合起來，從而完成方案的初步設計、參數設定、性能校核等不同階段復雜的工程任務。一個基本的智能系統應該具有以下幾個能力。

1） 知識處理能力，設計過程是人的思維過程，是設計者綜合運用自己的知識和經驗，通過分析計算處理等思維方式獲得滿意結果的過程。它是整個智能系統的核心，負責知識的組織、管理及其應用。其主要功能包括：①對應知識模塊的調用和儲存。②知識系統的管理和維護。③對于新知識的學習及知識庫的更新。

2） 分析計算能力，設計過程中包括大量的計算需要校核對象的強度、性能等諸多因素。因此一個完善的智能設計系統主要包括：①各種常用的數學分析方法。②優化設計方法。③有限元分析方法。④可靠性分析方法。⑤面對針對性問題的特殊情況分析方法。

3） 數據管理與服務能力，設計的過程實際上就是一個信息加工和處理的過程。在一個工程設計中會存在各種中間數據，這些中間數據會隨著需要不斷被調用。隨著設計對象的復雜程度增加，數據量也將變得龐大，引入高效可靠的數據處理系統是保證整個系統可以穩定安全運行的前提工作。

3 結語

現階段，船舶建造技術正朝著自動化、綠色化方向發展，計算機技術、電子控制技術以及現代信息通信技術等高新技術目前已經在船舶建造中發揮重要作用，這些先進技術讓船舶建造技術得到了很大程度的提升。從我國船舶建造發展歷史角度來看，目前中國船舶建造技術和船舶建造管理工作都有較大的改進空間，所以我們更要重視船舶建造標準設計，力求實現信息共享。