先進設(shè)計技術(shù)在船舶設(shè)計中的應(yīng)用策略

劉家杰

（蓬萊中柏京魯船業(yè)有限公司，山東 煙臺 265601）

1 現(xiàn)代船舶設(shè)計

現(xiàn)代船舶的設(shè)計，隨著時代的進步，也逐漸越發(fā)的規(guī)范化和標準化，目前來看，現(xiàn)代船舶的設(shè)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(xiàn)代船舶設(shè)計的方案規(guī)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(xiàn)代船舶的具體設(shè)計方向和船舶設(shè)計的完善。

1.2 船舶類型的基礎(chǔ)設(shè)計

設(shè)計船舶時，根據(jù)船東的要求以及船級社的要求，進而設(shè)計出主要的設(shè)計系統(tǒng)圖和設(shè)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(guī)劃。

1.3 詳細設(shè)計

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

1.4 現(xiàn)代船舶的生產(chǎn)設(shè)計

根據(jù)造船廠的工藝、技術(shù)等方面，參照詳細給出的船舶參數(shù)和設(shè)計建立的船舶模型，最后產(chǎn)出能夠直接進行船舶生產(chǎn)組裝的設(shè)計圖紙。

2 船舶智能化設(shè)計的發(fā)展

設(shè)計方法的發(fā)展是經(jīng)過直覺設(shè)計到經(jīng)驗設(shè)計到如今半理論半經(jīng)驗設(shè)計，而下一步就是智能設(shè)計。智能設(shè)計是指應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)，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(shè)計過程中各種復雜的工程任務(wù)，成為設(shè)計人員的重要輔助工具。智能設(shè)計發(fā)展有如下三個階段。

2.1 借助計算機的初步輔助設(shè)計

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

2.2 引入智能算法的優(yōu)化設(shè)計方法

本階段的智能設(shè)計以數(shù)學算法為基礎(chǔ)，結(jié)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(tǒng)優(yōu)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(chǎn)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(shè)計要求，需要設(shè)計出滿足多目標條件的最優(yōu)解，20 世紀80年代的遺傳算法的誕生為人工搜索數(shù)值優(yōu)化提供了新的思路，并推廣到計算機科學及機械工程學領(lǐng)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(yōu)化設(shè)計方法。這些算法分別在專向工程問題領(lǐng)域有著良好的表現(xiàn)。船舶設(shè)計者在完成結(jié)構(gòu)優(yōu)化、水動力性能分析時會針對性使用相應(yīng)的優(yōu)化算法。

2.3 人工智能化應(yīng)用設(shè)計

第三階段是借助AI (ArtificialIntelligence) 人工智能技術(shù)完成產(chǎn)品整體設(shè)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(shè)計的最終目的是完成計算機對設(shè)計師的設(shè)計思維模擬，使計算機掌握學習等進化功能，并逐步在設(shè)計中替代設(shè)計者完成工程設(shè)計任務(wù)。人工智能化設(shè)計會形成以工程師為核心的多協(xié)專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以由智能設(shè)計框架和智能算法模塊兩部分組成。設(shè)計框架以數(shù)據(jù)庫為核心，針對不同的工況條件用不同的設(shè)計模塊，模擬設(shè)計師的思維方式，推算出合理的結(jié)果。它將知識的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的處理能力和常規(guī)的CAD 系統(tǒng)的計算分析能力、數(shù)據(jù)管理能力與服務(wù)能力、圖像處理能力等有機地結(jié)合起來，從而完成方案的初步設(shè)計、參數(shù)設(shè)定、性能校核等不同階段復雜的工程任務(wù)。一個基本的智能系統(tǒng)應(yīng)該具有以下幾個能力。

1） 知識處理能力，設(shè)計過程是人的思維過程，是設(shè)計者綜合運用自己的知識和經(jīng)驗，通過分析計算處理等思維方式獲得滿意結(jié)果的過程。它是整個智能系統(tǒng)的核心，負責知識的組織、管理及其應(yīng)用。其主要功能包括：①對應(yīng)知識模塊的調(diào)用和儲存。②知識系統(tǒng)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(shè)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(shè)計系統(tǒng)主要包括：①各種常用的數(shù)學分析方法。②優(yōu)化設(shè)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(shù)據(jù)管理與服務(wù)能力，設(shè)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(shè)計中會存在各種中間數(shù)據(jù)，這些中間數(shù)據(jù)會隨著需要不斷被調(diào)用。隨著設(shè)計對象的復雜程度增加，數(shù)據(jù)量也將變得龐大，引入高效可靠的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是保證整個系統(tǒng)可以穩(wěn)定安全運行的前提工作。

3 結(jié)語

現(xiàn)階段，船舶建造技術(shù)正朝著自動化、綠色化方向發(fā)展，計算機技術(shù)、電子控制技術(shù)以及現(xiàn)代信息通信技術(shù)等高新技術(shù)目前已經(jīng)在船舶建造中發(fā)揮重要作用，這些先進技術(shù)讓船舶建造技術(shù)得到了很大程度的提升。從我國船舶建造發(fā)展歷史角度來看，目前中國船舶建造技術(shù)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(shè)計，力求實現(xiàn)信息共享。