赵明超 吴桂军 徐光旗

摘要：社会经济的发展和科学技术的进步极大地推动了我国船舶制造行业的发展。船舶制造不管是在生产工艺和技术，还是在生产质量和效率方面都实现了飞跃。船舶是海运的基本交通工具，船舶制造的进步保证了海洋运输的安全。优化船舶结构是相关领域专家研究的重要课题，是船舶制造企业的发展出路。以现有结构优化原理为基础，加大对新技术、新工艺的研究投入，摆脱传统技术的弊端，加强理念创新、技术创新。本文以船舶为研究对象，以船舶结构优化设计方法为主题，展开了具体细致的研究，希望对船舶制造企业具有指导性的意义，提高我国船舶生产制造的质量和综合水平。

关键词：船舶；结构；优化设计；方法研究；合理建议

引言

物流运输行业是国民经济必不可少的组成部分。改革开放以来，我国物流运输业取得了一定的成果，呈现出运输网络化、高速化、大型化的发展趋势。水路运输是五种基本交通运输方式之一，水路运输所依赖的交通工具就是船舶。船舶制造水平的进步提高了水路交通的速率，增强了水路运输的优势。船舶的结构设计是船舶设计的核心，只有优化船舶结构，才能在保证船舶安全稳定航行的前提下，进一步提高船舶航行速率。船舶结构优化越来越受到船舶制造企业和相关政府部门的重视，加强设计方法的研究势在必行。从不同的角度出发，船舶结构优化有不同的设计方法，下面将展开具体的研讨。

1 船舶结构优化设计方法分析

1.1 早期应用的优化方法

在社会发展水平较为的低下的早期，船舶结构优化的设计方法也比较浅显，内容单一。主要使用公式和计算机，对船舶结构进行局部的、简单的优化。第一步，相关人员向计算机输入所需公式，输入时要以计算机能够读懂的代码为语言。第二步，计算机自动根据输入数据完成计算，发挥其强大的计算功能。第三步，相关人员在深入分析计算结果的基础上确定优化方法。以计算机和公式为主要工具的设计方法，体现了船舶结构优化的初步发展，提高了相关人员的设计工作效率，促进了我国船舶制造和远洋运输业的发展。

早期优化方法充分使用了数学方法和理论，分析船舶的物理结构，协调各级各层结构之间的关系，从宏观层面对比分析船舶的两级结构。从迭代思想出发，调整船舶两级结构的部分变量，使前期问题与目前问题产生固定的联系。早期优化方法有一定的先进性，例如适应范围广、收敛性高、简单易懂、计算方便简单等。不可否认地，早期优化方法与现代优化方法相比弊端显露。第一，理论性较强，以数学理论为计算基础，使用公式计算相关数据时难以估計收敛性，船舶结构无法实现最优化。第二，早期优化方法受设计人员工作经验的影响度高。选择优化方法的初始位置是结构优化的首要步骤，对优化效果具有直接影响。设计人员往往通过多次重复计算和个人经验来确定初始位置，容易出现失误或偏差。因此，为促进船舶制造的发展，要进一步加大对船舶结构优化设计方法的研究。

1.2 智能化优化方法

机遇和挑战是一对矛盾，社会经济的发展，一方面为船舶运输带来了极大的发展机遇，另一方面对船舶的质量和功能提出了更高的要求，具体衡量指标有最大运输吨位、最大航行速率、最大存储空间、安全性能等。船舶结构优化的内容更加丰富，从内部舱体结构延伸到包括甲板、剖面的外部结构。扩大优化工作范围，计算时的数量、函数以及约束条件会同步增加。早期优化方法的局限性显露，难以适应数据庞大、流程复杂的计算工作。值得注意的是，早期优化方法主要是针对船舶的灵敏度，涵盖的数据较为单调。船舶运输业的进步和发展催生了新的需求。如何提高船舶运输的效率和质量，成为专家和学者的研究主题。在发展的时代背景下，更加科学合理的智能化优化方法应运而生。

智能化优化方法的优点在于，以数学理论为解决问题的基础，建立数学模型进行智能化运算，减少了对数据资料的依赖程度，发展了寻找最优变量的新功能。其基本原理为：第一步，整理产品资料，分析数据信息，总结产品具有的普遍性特质，建立分析模式。第二步，使用类比法、关联法，找出样本与设计目标的异同点。第三步，根据统一指标归纳出新模式，通过比较确定最合适的优化方法。智能化优化方法相较于早期优化方法，具有先进之处。智能化优化方法具备自动查找最优变量的功能，突破了早期点对点查找的弊端，发展以种群、蚁群为典型代表的群体算法，更新了寻优算法理论，实现了理论创新。早期优化方法或早或晚会遭到淘汰，新兴的智能优化方法将取而代之，这是发展的必然趋势。以下三个方面可以充分印证。第一，智能化优化方法对复杂计算工作的适应性强，输入数量、函数、约束条件便可以通过迭代法自动完成计算。第二，智能化优化方法对确定初始位置的依赖性较小，计算结果受影响小、更加可靠。第三，智能化优化方法使用群体算法，能满足非线性、高纬度的计算工作，降低设计工作的难度，实现船舶结构的最优化。总的来说，智能化优化方法对船舶结构优化至关重要。

2 提高船舶结构优化设计方法有效性的措施

2.1 提高设计人员的专业素养

早期的船舶结构优化更多依赖设计人员的工作经验。与之相反，智能化优化方法对设计人员个人经验的依赖性大幅度降低。尽管在船舶结构优化设计过程中，智能化优化方法占有一席之地并继续扩大其影响力，但并不意味着所有的设计人员都掌握了新理念、新方法，提高设计工作的有效性仍然是一个难题。要加大对设计人员的培新力度，鼓励设计人员学习新型的设计方法，践行新型的设计理念，增强创新意识，提高设计人员的专业素养和综合能力，为我国船舶制造和运输业培养一支高素质的人才队伍。

2.2 算法的进一步优化

船舶生产技术的进步体现之一在于算法的进步。在算法的选择上，要根据船舶的构造确定最合适的算法。算法在船舶结构优化设计工作中占有重要地位，提高算法的有效性是设计工作的重点内容。一方面，加大对算法的研究投入，减少非相关因素的负面影响，提高算法的精准度。另一方面，培养创新意识，增强创新能力，根据成功的船舶优化案例，进一步开展对优化方法的研究，以促进我国船舶业的可持续健康发展。

总结

做好船舶结构优化的设计工作，有利于保证船舶运输的安全稳定、促进国民经济的发展。加大人才培养力度，提高设计人员的专业知识水平，重视结构优化的研究，提高优化方法的科学性，朝着智能化的方向发展。减少设计人员对以往经验的依赖，更多地依靠先进的、智能化的专业知识和技术。从而缩减我国与欧美等发达国家的差距，与发达国家船舶制造水平保持一致，实现我国船舶制造和运输业的飞跃发展。

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（作者单位：南通诺德瑞海洋工程研究院有限公司）