俞善博 王浩

【摘?要】由于經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)越發(fā)完善，制造業(yè)在我國(guó)也迎來(lái)了全新的發(fā)展契機(jī)。在船舶制造行業(yè)中，船舶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的工作性，其具有較高的綜合性與創(chuàng)造性，隨著科技水平的不斷發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了對(duì)船舶結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，改變了傳統(tǒng)船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的困境，并實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新性船舶設(shè)計(jì)，對(duì)船舶制造業(yè)的發(fā)展起到了重要作用。本文結(jié)合船舶制造過(guò)程中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案和策略進(jìn)行分析，并結(jié)合船舶的實(shí)際應(yīng)用需求，合理的選擇優(yōu)化方式，實(shí)現(xiàn)良好的應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】船舶結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計(jì)方法;應(yīng)用實(shí)踐

引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)體制的不斷改革，給各行各業(yè)都帶來(lái)了全新的機(jī)遇。在船舶制造領(lǐng)域中，基于科技水平的提高也實(shí)現(xiàn)了良好的發(fā)展。目前，市場(chǎng)對(duì)船舶的質(zhì)量和性能提出了全新的要求，為船舶制造企業(yè)帶來(lái)了巨大的考驗(yàn)，因此，船舶制造企業(yè)必須秉承科技時(shí)代理念，積極開展船舶制造過(guò)程優(yōu)化，并有效的提高船舶制造的速度和質(zhì)量，才能確保船舶制造企業(yè)持續(xù)的發(fā)展。在船舶制造領(lǐng)域中，在保障船舶質(zhì)量問(wèn)題的前提下，提高船舶制造效率是船舶企業(yè)最關(guān)注的問(wèn)題，所以，實(shí)現(xiàn)船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全面優(yōu)化具有重要意義。

1.船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的意義

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的全面普及，在船舶制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，在開展船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，船舶結(jié)構(gòu)的基本原則是要體現(xiàn)出便捷性與安全性，在這個(gè)基礎(chǔ)上為了追求更好的經(jīng)濟(jì)收益開展優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)全新的船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念。通過(guò)對(duì)船舶結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化，能夠有效的挖掘船舶更大的經(jīng)濟(jì)收益，在進(jìn)行船舶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，主要包括船舶的外形以及大小等內(nèi)容進(jìn)行合理規(guī)劃，并滿足重量和目標(biāo)的同時(shí)也要注意相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的約束設(shè)計(jì)，確保船舶各環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠與船舶主體完美融合。

2.船舶主船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的若干問(wèn)題及對(duì)策

2.1 船底骨架

（1）肋腹板的高度與厚度之比。對(duì)于單底船，實(shí)肋板腹板的高度和厚度比不能超過(guò)75;雙底船的比例不能超過(guò)100。規(guī)定這樣做是為了確保密肋腹板的局部穩(wěn)定性，并且不能忽略。如果該值超過(guò)規(guī)定值，則會(huì)由于肋板腹板的局部不穩(wěn)定性而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞。第一種解決方案是增加腹板的厚度，第二種解決方案是在堅(jiān)固的肋板上安裝垂直加強(qiáng)筋。

（2）內(nèi)龍骨修正系數(shù)K。在計(jì)算實(shí)肋板剖面模量的公式中，船體結(jié)構(gòu)類型、船側(cè)肋骨制類型、內(nèi)部龍骨根數(shù)和艙底平面長(zhǎng)度等都與內(nèi)部龍骨修正系數(shù)的K值有關(guān)。所以，想要獲取K值，就需要對(duì)船體結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行分析，對(duì)于艙內(nèi)龍骨的數(shù)量、機(jī)艙的長(zhǎng)度以及肋骨制進(jìn)行深入的了解，這樣才能正確的計(jì)算出K值。

（3）實(shí)肋板跨距l(xiāng)。針對(duì)單口船艙：一般情況下會(huì)使用船寬B，所以該值既方便又安全;在具有型線圖的前提下，使用實(shí)肋板所在艙室內(nèi)肋板高度的水線寬度，往往是更正確有效的方法。如果沒(méi)有準(zhǔn)確的實(shí)肋板高度，測(cè)量該值也會(huì)受到一定的阻礙。針對(duì)甲板船（半倉(cāng)船包含在內(nèi)）：縱向艙壁或者縱向艙壁與舷側(cè)之間距離的大值。但應(yīng)注意的是，當(dāng)縱向桁架（包括縱向艙壁）有3條道時(shí)，l應(yīng)不小于B / 3;當(dāng)大于等于4線時(shí)，l不應(yīng)小于B / 4。

（4）機(jī)艙內(nèi)船底骨架。針對(duì)機(jī)艙底架有著獨(dú)特的要求：1）采用“T”型組合型材料制作船底骨架，不能用邊緣折疊的材料來(lái)制作。2）相較于貨倉(cāng)腹板的厚度，實(shí)肋板腹板的厚度應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加1mm，而且在橫截面積上也應(yīng)當(dāng)有一倍的提升。3）相較于機(jī)艙中實(shí)肋板的尺寸，龍骨的面板和腹板尺寸應(yīng)該更大。4）在每個(gè)肋位都應(yīng)該設(shè)置實(shí)肋板，對(duì)橫骨架式單底機(jī)艙來(lái)講是如此，縱骨架式實(shí)肋板之間的間距要保持在1.25m以下。底部框架應(yīng)當(dāng)另行計(jì)算：結(jié)合貨艙外實(shí)肋板的截面模數(shù)，根據(jù)相關(guān)的計(jì)算公式算出需要的截面模數(shù)，然后將腹板厚度和面板厚度增加一倍，這樣才能決定機(jī)艙實(shí)肋板與內(nèi)龍骨剖面的尺寸。

（5）雙殼船雙層底實(shí)肋板。有時(shí)雙殼雙底，并且高度不足，就需要使用塞焊工藝，在實(shí)肋板上邊緣位置配置面板，也就是使用“T”型材，而不能使用折邊材。相較于腹板來(lái)說(shuō)，面板的厚度應(yīng)當(dāng)保持在1.25倍以上，寬度不應(yīng)小于80mm。對(duì)實(shí)肋板的厚度應(yīng)當(dāng)進(jìn)行把控，保持大于船底的厚度。

2.2 甲板骨架

（1）橫梁跨距l(xiāng)。無(wú)論什么樣的情況，對(duì)于船舶來(lái)講，舷側(cè)與甲板縱桁或者甲板縱梁（縱向艙壁）之間的距離大值，是不會(huì)小于2m的。

（2）甲板縱桁。1）通常情況下，跨度1的距離會(huì)參照兩個(gè)相鄰橫向艙壁之間的距離，但是如若甲板跨度中有支柱傳遞集中載荷那就需要通過(guò)計(jì)算的方式來(lái)測(cè)算出甲板截面尺寸縱桁，而不能簡(jiǎn)單的使用艙壁到支柱的距離大值。2）甲板縱桁與舷側(cè)或者甲板縱桁之間的1/2距離加上甲板縱桁間距的1/2中的大值，就是支撐區(qū)域的平均寬度b。

2.3 艙壁

（1）平面水密艙壁板。平面水密艙壁有著多種形式，分別是干貨倉(cāng)壁、深艙艙壁和防撞艙壁。所以在實(shí)際的制造過(guò)程中，對(duì)各個(gè)艙壁的性質(zhì)應(yīng)當(dāng)做出區(qū)分，這樣才能選擇出正確的K值和c值，得出我們需要的板厚。所謂的深艙是去除雙層底之后的壓載艙、燃油罐和水艙。因此，這些艙室的兩端應(yīng)視為深艙壁。同時(shí)，應(yīng)注意，根據(jù)相應(yīng)的艙壁計(jì)算，雙殼船和單舷長(zhǎng)開船的貨艙的前后橫向艙壁的厚度應(yīng)增加0.5mm。1）計(jì)算艙壁板高度的公式：高度h=梁拱+甲板邊線高;假如是深艙的話，則需要在原有的基礎(chǔ)上加上0.5m，也就是梁拱+甲板邊線高+0.5m，無(wú)論是什么樣的情況下，艙壁板高度都需要大于2m。2）根據(jù)艙壁的性質(zhì)，來(lái)選擇系數(shù)K和c。3）將整個(gè)艙壁中各扶強(qiáng)材間距當(dāng)中的最大值當(dāng)做扶強(qiáng)材間距s。

（2）扶強(qiáng)材。一般情況下會(huì)豎向布置艙壁扶強(qiáng)材，對(duì)于深艙艙壁和防撞艙壁，允許的最大間距是650mm，而對(duì)于干貨艙壁則有750mm。當(dāng)具體的數(shù)值大于規(guī)定數(shù)值時(shí)，需要結(jié)合計(jì)算法計(jì)算剖面模數(shù)，而不能使用規(guī)范化的公式。在個(gè)體造船中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)沒(méi)有扶強(qiáng)材，只有垂直桁的情況，并且間距比規(guī)定的數(shù)值更大，這就需要增加扶強(qiáng)材的數(shù)量。1）將各扶強(qiáng)材當(dāng)中的最大值作為間距s。2）水柱高度h的計(jì)算：在計(jì)算防撞艙壁和干貨艙壁時(shí)，保持高度大于2m，取艙壁板高度的一半。深艙艙壁取1/2艙壁板高度+0.5m，且應(yīng)不小于2m。3）跨距1：沒(méi)有水平桁，艙壁高度值為準(zhǔn)，繁殖，將扶強(qiáng)材端部到桁材或者桁材之間的大值為主，需要注意的是有兩個(gè)距離，應(yīng)當(dāng)選擇更大的一個(gè)。4）系數(shù)K：先確定扶強(qiáng)材的兩端固定情況，明確艙壁性質(zhì)，才能選擇正確的K植。

3.船舶結(jié)構(gòu)創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計(jì)策略與應(yīng)用實(shí)踐

3.1遺傳模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

在船舶的創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計(jì)中，遺傳模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化是基于數(shù)學(xué)模型變量為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化而產(chǎn)生，采用遺傳模型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括連續(xù)變量模型、混合變量以及離散變量買模型。通過(guò)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，不斷的研究出全新的算法，按照當(dāng)前船舶結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，將其融入到生物進(jìn)化知識(shí)中，從而衍生出創(chuàng)新的遺傳模型設(shè)計(jì)。通過(guò)遺傳算法的應(yīng)用，不需要進(jìn)行導(dǎo)數(shù)資料就可以借助函數(shù)來(lái)解決之前的問(wèn)題。有效的解決了在出船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中的離散性和連續(xù)性問(wèn)題。通過(guò)遺傳模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要采用仿生進(jìn)化策略實(shí)現(xiàn)交叉算子、異化算子以及再生算子。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐應(yīng)用，這種遺傳模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要適用于一些繁瑣的設(shè)計(jì)環(huán)境，通過(guò)遺傳船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)有效的應(yīng)用效果，實(shí)現(xiàn)了船舶領(lǐng)域結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的突破，對(duì)船舶制造業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

3.2智能型船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

隨著智能化的全面普及，船舶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化也應(yīng)該朝著智能化發(fā)展，就目前的技術(shù)水平來(lái)看，船舶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能型的優(yōu)化，并結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)情況深入研究了設(shè)計(jì)問(wèn)題，并采用數(shù)學(xué)規(guī)劃實(shí)現(xiàn)最佳船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，有效的促進(jìn)了船舶制造業(yè)的發(fā)展。

例如：在進(jìn)行船舶結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，采用智能型優(yōu)化方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)部的專家技術(shù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了船舶結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化，并全面考慮實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境，通過(guò)智能型設(shè)計(jì)方式與經(jīng)典設(shè)計(jì)優(yōu)化方式進(jìn)行有效融合，實(shí)現(xiàn)人工智能的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，全面提升了船舶結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)效率。

對(duì)于當(dāng)前的船舶制造企業(yè)而言，智能型優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法常用的表現(xiàn)為以下兩種：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)法和專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)法，通過(guò)這兩種系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理優(yōu)化，促進(jìn)了船舶制造的經(jīng)濟(jì)效益。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展，船舶企業(yè)得到了迅猛發(fā)展，為了有效的提高船舶制造企業(yè)的技術(shù)水平，應(yīng)該結(jié)合傳統(tǒng)的船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，并基于現(xiàn)代化科技水平，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，開創(chuàng)了模糊優(yōu)化方法、遺傳優(yōu)化方法以及智能型優(yōu)化等多種方式，促進(jìn)了船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化效果，實(shí)現(xiàn)了船舶企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

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