王斌

船舶工程中模糊數(shù)學(xué)的應(yīng)用

王斌

（貴州省航電開發(fā)投資公司 貴州貴陽 550001）

在船舶工程中加強對模糊數(shù)學(xué)的應(yīng)用，能夠有效提高設(shè)計效果，幫助設(shè)計者選取最優(yōu)設(shè)計方案。本文中通過對當(dāng)前我國船舶工程中模糊數(shù)學(xué)的應(yīng)用現(xiàn)狀進行總結(jié)和分析，分別從模糊綜合評判和模糊優(yōu)化設(shè)計兩方面對其在船舶工程中的應(yīng)用進行分析，希望能夠為加強模糊數(shù)學(xué)在船舶工程中的應(yīng)用效果提供參考依據(jù)。

模糊數(shù)學(xué)；船舶工程；綜合評判；設(shè)計方案

在船舶工程的建造過程中，雖然對于一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系可以通過近代工程理論和一些高科技的相關(guān)技術(shù)等進行解決，但是這些在很大程度上依舊對工程師的經(jīng)驗具有直接的依賴性。比如在利用模糊數(shù)學(xué)來構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，除了需要對相關(guān)數(shù)學(xué)理論和工具進行應(yīng)用之外，還需要綜合考慮模型創(chuàng)建過程中人文因素和自然因素，而這些，都存在較強的不確定性，因此，為了能夠提高模型的創(chuàng)建效率，就需要盡可能的排除這些不確定性。接下來，本文就以有效加強數(shù)學(xué)模型構(gòu)建效率為主要目的，對船舶工程中模糊數(shù)學(xué)的應(yīng)用進行詳細分析。

1 模糊綜合評判

在比較大的工程設(shè)計中，如果想要對其中某一個參數(shù)進行確定，通常都需要綜合考慮各方面的影響因素，比如質(zhì)量指標(biāo)或者是其他比較復(fù)雜的影響因素等，如果在參數(shù)確定的過程中不能對這些因素進行綜合考慮，精確選擇其中有利因素，就無法對參數(shù)進行有效確定。另外，由于不同設(shè)計者的經(jīng)驗和選擇角度不同，即使是同一個設(shè)計，也會得出不同的設(shè)計方案，而且這些設(shè)計方案都存在一定可取性[1]。因此，為了能夠從不同的設(shè)計方案中選取最合適的設(shè)計方案，就需要對其進行對比選擇。比如在船舶工程的設(shè)計中，對于一個設(shè)計方案的確定通常都需要經(jīng)過專家的評選，而這些專家的經(jīng)驗和意見，就是設(shè)計方案選擇的關(guān)鍵。但是，由于這些專家自身也存在不同意見和經(jīng)驗，所以其也存在模糊性，而對模糊數(shù)學(xué)進行應(yīng)用的作用之一，就是為了對這些專家的意見和經(jīng)驗的模糊性進行定性分析，并對其進行量化，也就是所謂的模糊綜合評判。

在應(yīng)用模糊綜合評判對專家的“經(jīng)驗”“觀點”等模糊因素進行解析的過程中，為了能夠有效提高準(zhǔn)確率，就需要在綜合大量理論和方法的基礎(chǔ)上，對其進行解析，并對其進行量化[2]。當(dāng)前，在對模糊綜合評判進行應(yīng)用的過程中，共有五步，其具體如下所示：

第一步，先對指標(biāo)集進行構(gòu)造，主要選擇試航速度、年利潤、噸貨運成本、造價以及投資回收年等五項作為指標(biāo)集中的元素；

第二步，在構(gòu)造完指標(biāo)集的基礎(chǔ)上，再構(gòu)建權(quán)重指標(biāo)集；

第三步，對指標(biāo)集中的各項指標(biāo)進行量化；在此過程中，為了確保量化的準(zhǔn)確性，應(yīng)該對國內(nèi)外成熟的經(jīng)驗進行有效借鑒，然后再通過專家組討論和實際調(diào)查，對所有指標(biāo)集進行綜合研究和分析，最終實現(xiàn)精確量化；

第四步，在此基礎(chǔ)上，對評判矩陣進行確定；

第五步，開始進行綜合評判，選取最佳方案；在評判的過程中，要運用權(quán)向量和評判矩陣，并按照普通矩陣乘法進行計算，這樣可以確保最終方案選擇的有效性。

在應(yīng)用模糊評判對方案進行選擇之后，為了進一步確保方案的可行性，還需要在多指標(biāo)和多狀態(tài)下按照相關(guān)要求進行二級模糊綜合評判，跟蹤評估，其主要方式如下所示：

（1）應(yīng)該建立評估指標(biāo)集，在對該指標(biāo)集進行建立的過程中，最好能夠選取七個性能指標(biāo)，以提高評估的準(zhǔn)確性，其分別為船梁靜水彎矩、船梁抗彎裕度、船體主甲板下的基本重量指標(biāo)、船體總振動指標(biāo)、單位貨艙長度的積載因素、裝卸方便性以及結(jié)構(gòu)概況七種指標(biāo)；

（2）應(yīng)該建立權(quán)重指標(biāo)集，其主要其實所選取的七項指標(biāo)的權(quán)重值進行確定；

（3）對評估指標(biāo)進行量化，在此過程中，為了確保量化的準(zhǔn)確性，應(yīng)該對國內(nèi)外成熟的經(jīng)驗進行有效借鑒，然后再通過專家組討論和實際調(diào)查，對所有指標(biāo)集進行綜合研究和分析，最終實現(xiàn)精確量化。

（4）進行跟蹤評估，列出七項指標(biāo)的評估值，并利用滿意度函數(shù)進行選擇。

通過以上方法，能夠?qū)ψ罱K設(shè)計方案進行合理選取，提高方案的設(shè)計效果。

2 模糊優(yōu)化設(shè)計

隨著電子計算技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)學(xué)規(guī)劃理論的不斷完善，最優(yōu)化設(shè)計方法在各個工程領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛。自進入21世紀(jì)，人類社會便正式進入了網(wǎng)絡(luò)信息化時代，在該時代背景下，各種科學(xué)技術(shù)，尤其是信息技術(shù)和計算機技術(shù)飛速發(fā)展，在各個行業(yè)中都得到了有效應(yīng)用，船舶工程中同樣如此[3]。另外，伴隨著數(shù)學(xué)規(guī)劃理論的不斷發(fā)展和完善，再結(jié)合計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上，最優(yōu)化設(shè)計便開始在船舶工程中得到廣泛應(yīng)用。而模糊優(yōu)化設(shè)計，就是其中最具代表性的一種，通過對模糊數(shù)學(xué)和計算機技術(shù)以及其他數(shù)學(xué)規(guī)劃理論的有效應(yīng)用，實現(xiàn)了工程設(shè)計的最優(yōu)化。在這其中，有很多約束條件從正向約束到反向約束都存在一個過渡過程，而這個過程，就導(dǎo)致了這些約束條件具有了模糊性。在之前的船舶工程設(shè)計中，由于沒有對模糊數(shù)學(xué)進行有效應(yīng)用，尚沒有高效的模糊技術(shù)，所以對于很多模糊的量都是依靠設(shè)計人員的經(jīng)驗和自我判斷來決定的，這種選擇方式，很容易忽略掉最優(yōu)方案，無法保證設(shè)計方案的最優(yōu)性，也會對工程的順利進行造成一定影響。

而如今對模糊數(shù)學(xué)進行有效應(yīng)用，便能夠?qū)崿F(xiàn)模糊優(yōu)化設(shè)計，使所選取的設(shè)計方法更加符合設(shè)計需求。在最開始對模糊數(shù)學(xué)進行應(yīng)用的過程中，由于沒有經(jīng)過足夠長時間的摸索和改善，所選取的方案上存在一定欠缺，而如今，經(jīng)過不斷的優(yōu)化和改進之后，其已經(jīng)基本上能夠?qū)崿F(xiàn)模糊優(yōu)化設(shè)計[4]。在此過程中，相關(guān)研究人員為了能夠提高模糊優(yōu)化效果，對設(shè)計中的模糊問題進行有效解決，其對模糊目標(biāo)的表達形式不斷改進，先后提出了模式迭代法和直接解析法，實現(xiàn)了模糊優(yōu)化設(shè)計的高效化。比如在上述的模糊綜合評判中，其通過構(gòu)造指標(biāo)集和指標(biāo)權(quán)重集的方式，對指標(biāo)進行模糊評判和二次跟蹤評判，有效實現(xiàn)了設(shè)計的最優(yōu)化。在對模糊數(shù)學(xué)在船舶工程中的應(yīng)用進行研究的過程中，相關(guān)研究人員對大型油船中的剖面結(jié)構(gòu)進行了模糊優(yōu)化設(shè)計實驗，最終實驗結(jié)果表明，與普通優(yōu)化方式相比，應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)所構(gòu)建的模糊優(yōu)化設(shè)計，使整體剖面的最輕重量再次降低了5%左右，大大提高了設(shè)計效果，因此，在船舶工程中加強對模糊數(shù)學(xué)的應(yīng)用是十分有必要的。通過分析還發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用模糊優(yōu)化設(shè)計，還具有對單目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化實現(xiàn)多樣化的優(yōu)點，能夠大大提高單目標(biāo)的設(shè)計效果[5]。

在船舶工程中，加強對模糊數(shù)學(xué)的應(yīng)用，可以對設(shè)計者的設(shè)計方案進行不斷優(yōu)化和改進，能夠為設(shè)計者提供更加優(yōu)秀的設(shè)計方案。同時，在設(shè)計中，應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)，設(shè)計者還可以對多種設(shè)計方案進行優(yōu)化選擇，選取最合適的設(shè)計方案，使船舶工程的建造能夠達到最優(yōu)效果。

3 結(jié)束語

自模糊數(shù)學(xué)在船舶工程中得到有效應(yīng)用以來，便在其應(yīng)用中發(fā)揮著巨大功用，其不僅能夠?qū)Ρ姸喾桨高M行優(yōu)化，幫助設(shè)計者在根據(jù)專家建議、經(jīng)驗以及國內(nèi)外成功案例的分析下選取最優(yōu)設(shè)計方案，還能夠幫助設(shè)計者從眾多指標(biāo)中選取最優(yōu)指標(biāo)，提高設(shè)計效果。因此，在船舶工程中，應(yīng)該加強對模糊數(shù)學(xué)的應(yīng)用，并對其應(yīng)用效果進行不斷優(yōu)化和改進，使其能夠更好的對設(shè)計方案進行優(yōu)化，為設(shè)計者提供最優(yōu)設(shè)計方案，全面提高船舶工程的建造效率。

[1]饒志剛.模糊聚類分析方法在船舶分段裝配中的應(yīng)用[J].武漢理工大學(xué)，2010（11）.

[2]陳聰，浦金云.多種評判函數(shù)在艦艇電力系統(tǒng)生命力模糊評估中的應(yīng)用[J].船海工程，2011（01）.

[3]胡杰.基于模糊數(shù)學(xué)理論的船體模塊劃分方法研究[J].江蘇船舶，2009（21）.

[4]翟磊.運用模糊數(shù)學(xué)方法建立船舶檢查排序模型[J].中國水運（月刊），2011（11）.

[5]肖袁根，眭愛國，侯小軍.基于模糊數(shù)學(xué)法的艦船耐波性綜合評價[J].中國造船，2011（03）.

TD21

A

1004-7344（2016）31-0330-02

2016-10-17

王斌（1966-），男，土家族，貴州思南人，船舶工程師，大專，主要從事船舶工程技術(shù)及公司管理工作。