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摘要：船舶结构设计对船舶的应用性有着很大的意义。船舶结构设计的优化方法主要有经典优化设计的数学规划法、多目标模糊优化设计法、基于可靠性的优化设计法、智能型优化设计法等。在进行具体的船舶结构优化设计时，必须要与实际工程的特点相符合，同时结合计算机技术、现代数学理论等。本文主要介绍了船舶结构优化设计的几种方法，及其在实现船舶结构的优化、实现船舶的性能最大化中的优缺点。
关健词： 船舶结构；优化；设计方法
中图分类号：U663文献标识码： A
进行船舶结构优化设计的目的就是寻求合适的结构形式和最佳的构件尺寸，既保证船体结构的强度、稳定性、频率和刚度等一般条件，又保证其具有很好的力学性能、经济性能、使用性能和工艺性能。随着计算机信息技术的发展，在计算机分析与模拟基础上建立的船舶结构的优化设计，借鉴了相关的工程学科的基本规律， 而且取得了卓越的成效；基于可靠性的优化设计方法也取得了较大的进步；建立在人工智能原理与专家系统技术基础上的智能型结构设计方法也取得了突破性进展。
1经典优化设计的数学规划方法
最近几年来计算机信息技术的发展不断对各种理论产生冲击，并且带来了深远的影响。很多的公式和积分方程法等数值方面的内容都被运用在结构力学的进步上面，特别是有限单元法。这能够给结构力学带来深远的意义，数学的基础是来自于很多的原理（最小余能原理、最小位能原理、广义变分原理和它的特殊形式海林格尔一赖斯纳Hellinger一Reissner变分原理等）和构造分片插值函数（拉格朗日插值，埃米特Hermit插位、Spline插值等）的巧妙结合。但是最重要的还是有限单元法的运用，能够具有代表性，有物理意义，能够通过构建的方式将复杂的问题变得简单。也就是说有限单元法的合理性和间接性能够得到直观的体现，所以，电子计算机的发展能够让有限单元切实执行，这样就能够应用方便。
1966年，D.Kavlie与J.Moe 等首次将数学规划法应用于船舶的结构设计，翻开了船舶结构设计的新篇章。我国的船舶结构的设计方法研究工作始于70 年代末，已研究出水面船舶和潜艇在中剖面、框架、板架和圆柱形耐压壳等基本结构的优化设计方法。
由于船舶结构是非常复雜的板梁组合结构，在受力和使用的要求上也很高，所以在进行船舶结构的优化设计时，会涉及到许多设计变量与约束条件，工作内容很多，十分困难。船舶结构的分级优化设计法就是在这个基础上产生的，其基本思路是最优配置第一级的整个材料，优选第二级的具体结构的尺寸。每一级又可以根据具体情况划分成若干个子级。两级最后通过协调变量迭代，将整个优化问题回归到原问题。分级优化方法成功地解决了进行船舶优化设计中的剖面结构、船舶框架和板架、潜艇耐压壳体等一系列基本问题。
需要进一步加强动力响应的力度，实现进展，主要的缘由就是单元法这一类的方法能够实现在实践上的直接性应用和扩展，体要研究相关的共性，实现对结构和范围的力度整合，进一步扩展。
集装箱船有着一定的震动性，也就是采用了数据模型的形式进行了实验，进一步完善了相关的单元法利用概念，用NASTRAN程序对升沉合成振动和单轴的集装箱船推进器轴系作了一定的固有解析，所以进一步能够实现推导出简易的解析式。除此之外，前后震动能够改变上层的震动，进一步激起主机力量，对于波及震动，大型船舶应力及非梁振动等都有了理论和实验研究。
2 多目标的模糊优化设计法
经典优化设计的数学规划方法是在确定性条件下进行的， 也就是说目标函数与约束条件是人为的或者按某种规定提出的，是个确定的值。但是在实际上， 在船舶结构的优化设计过程、约束条件、评价指标等各方面都包含着许多的模糊因素，想要实现模糊因素优化问题， 就必须依赖于模糊数学来实现多目标的优化设计。
模糊优化设计方法大大的增加了设计者在选择优化方案时的可能性， 让设计者对设计方案的形态有了更深入的了解。目前，模糊优化设计法发展很快， 但是，还未实现完全实用化。多目标的模糊优化设计法的难点主要在于如何针对具体设计对象， 正确描述目标函数的满意度与约束函数满足度隶属函数的问题。
3 基于可靠性的优化设计方法
概率论与数理统计方法首先在40 年代后期由原苏联引入到结构设计中， 产生了安全度理论。这种理论以材料匀质系数、超载系数、工作条件系数来分析考虑材料、载荷及环境等随机性因素。早在50年代，人们就在船舶结构的优化设计中指出了可靠性概念，随后，船舶设计的可靠性受到人们的重视，开始研究可靠性设计方法在船舶结构建造中的应用。
船舶结构可靠性的理论和方法根据设计目标的不同要求， 可以得出不同的结构可靠性的优化设计准则。
现在对于结构上的分析来说，要进一步将设计的理念提出，此方法是以直接法和半直接法取代习用的方法来作可靠性分析的。以大型游船的横将强度问题实现确定的指数，一般能根据材料整体的屈曲和受疲劳的程度来改变相关的数据概念，进一步适应有限单元法total一System求出破坏发生的概率。之后就能够用直接或半直接的方法实现对一定标准的测试，加强应力的范围适应，计算结果显示：对弧肋框和纵强度构件的面板弯曲部分焊缝处产生疲劳裂缝的机率非常之高，因而该处的疲劳强度极为重要。
关于船舶结构的可靠性优化设计方法的研究越来越多， 逐渐成为船舶的结构优化设计中的重要方向。但是，可靠性的优化设计方法除了在大规模的随机性非线性规划求解中存在困难外， 还有一个重要的难点在于评估船舶结构可靠性的过程很复杂， 而且计算量大。
4 智能型的优化设计方法
随着人工智能技术（Al）和计算机信息技术的发展， 给船舶结构的优化设计提供了一个新的途径，也就是智能型优化设计法。
智能型的优化设计法的基本做法为：搜索优秀的相关产品资料，通过整理，概括成典型模式，再进行关联分析、类比分析和敏度分析寻找设计对象和样本模式间的相似度、差异性与设计变量敏度等，按某种准则实施的样本模式进行变换， 进而产生若干符合设计要求的新模式， 经过综合评估与经典优化方法的调参和优选， 最终取得最优方案。
智能型的优化设计法法的优点是创造性较强，缺点是可靠性较弱。所以在分析计算其产生的各种性能指标时，应当进行多目标的模糊评估， 必要时还应当使用经典优化方法对某些参数进行调整。
5 结论
通过本文对船舶结构优化设计方法的研究，我们得出在进行船舶结构优化设计的时候， 往往会涉及到很多相互制约和互相影响的因素， 这就需要设计人员权衡利弊， 进行综合考察， 不但要进行结构参数与结构型式的优选，而且还要针对具体情况对做出的方案进行评估、优选和排序。通过什么准则对不同的方案进行综合评估，得出最优方案， 成为专家和设计人员需要继续研究的问题。
参考文献
[1]郭军，肖熙.基于可靠性的船体结构多目标优化设计[J].上海交通大学学报，2010（1）.
[2]俞铭华，谢祚水，吴剑国，窦培林，曹骥.船舶中剖面结构优化设计研究进展[J].华东船舶工业学院学报，2012（3）.
[3]郭小东，嵇春艳，王自力，顾学康，胡嘉骏.大型油船中剖面结构优化设计的遗传算法[A].2005年船舶结构力学学术会议论文集[C]，2011（12）.
关健词： 船舶结构；优化；设计方法
中图分类号：U663文献标识码： A
进行船舶结构优化设计的目的就是寻求合适的结构形式和最佳的构件尺寸，既保证船体结构的强度、稳定性、频率和刚度等一般条件，又保证其具有很好的力学性能、经济性能、使用性能和工艺性能。随着计算机信息技术的发展，在计算机分析与模拟基础上建立的船舶结构的优化设计，借鉴了相关的工程学科的基本规律， 而且取得了卓越的成效；基于可靠性的优化设计方法也取得了较大的进步；建立在人工智能原理与专家系统技术基础上的智能型结构设计方法也取得了突破性进展。
1经典优化设计的数学规划方法
最近几年来计算机信息技术的发展不断对各种理论产生冲击，并且带来了深远的影响。很多的公式和积分方程法等数值方面的内容都被运用在结构力学的进步上面，特别是有限单元法。这能够给结构力学带来深远的意义，数学的基础是来自于很多的原理（最小余能原理、最小位能原理、广义变分原理和它的特殊形式海林格尔一赖斯纳Hellinger一Reissner变分原理等）和构造分片插值函数（拉格朗日插值，埃米特Hermit插位、Spline插值等）的巧妙结合。但是最重要的还是有限单元法的运用，能够具有代表性，有物理意义，能够通过构建的方式将复杂的问题变得简单。也就是说有限单元法的合理性和间接性能够得到直观的体现，所以，电子计算机的发展能够让有限单元切实执行，这样就能够应用方便。
1966年，D.Kavlie与J.Moe 等首次将数学规划法应用于船舶的结构设计，翻开了船舶结构设计的新篇章。我国的船舶结构的设计方法研究工作始于70 年代末，已研究出水面船舶和潜艇在中剖面、框架、板架和圆柱形耐压壳等基本结构的优化设计方法。
由于船舶结构是非常复雜的板梁组合结构，在受力和使用的要求上也很高，所以在进行船舶结构的优化设计时，会涉及到许多设计变量与约束条件，工作内容很多，十分困难。船舶结构的分级优化设计法就是在这个基础上产生的，其基本思路是最优配置第一级的整个材料，优选第二级的具体结构的尺寸。每一级又可以根据具体情况划分成若干个子级。两级最后通过协调变量迭代，将整个优化问题回归到原问题。分级优化方法成功地解决了进行船舶优化设计中的剖面结构、船舶框架和板架、潜艇耐压壳体等一系列基本问题。
需要进一步加强动力响应的力度，实现进展，主要的缘由就是单元法这一类的方法能够实现在实践上的直接性应用和扩展，体要研究相关的共性，实现对结构和范围的力度整合，进一步扩展。
集装箱船有着一定的震动性，也就是采用了数据模型的形式进行了实验，进一步完善了相关的单元法利用概念，用NASTRAN程序对升沉合成振动和单轴的集装箱船推进器轴系作了一定的固有解析，所以进一步能够实现推导出简易的解析式。除此之外，前后震动能够改变上层的震动，进一步激起主机力量，对于波及震动，大型船舶应力及非梁振动等都有了理论和实验研究。
2 多目标的模糊优化设计法
经典优化设计的数学规划方法是在确定性条件下进行的， 也就是说目标函数与约束条件是人为的或者按某种规定提出的，是个确定的值。但是在实际上， 在船舶结构的优化设计过程、约束条件、评价指标等各方面都包含着许多的模糊因素，想要实现模糊因素优化问题， 就必须依赖于模糊数学来实现多目标的优化设计。
模糊优化设计方法大大的增加了设计者在选择优化方案时的可能性， 让设计者对设计方案的形态有了更深入的了解。目前，模糊优化设计法发展很快， 但是，还未实现完全实用化。多目标的模糊优化设计法的难点主要在于如何针对具体设计对象， 正确描述目标函数的满意度与约束函数满足度隶属函数的问题。
3 基于可靠性的优化设计方法
概率论与数理统计方法首先在40 年代后期由原苏联引入到结构设计中， 产生了安全度理论。这种理论以材料匀质系数、超载系数、工作条件系数来分析考虑材料、载荷及环境等随机性因素。早在50年代，人们就在船舶结构的优化设计中指出了可靠性概念，随后，船舶设计的可靠性受到人们的重视，开始研究可靠性设计方法在船舶结构建造中的应用。
船舶结构可靠性的理论和方法根据设计目标的不同要求， 可以得出不同的结构可靠性的优化设计准则。
现在对于结构上的分析来说，要进一步将设计的理念提出，此方法是以直接法和半直接法取代习用的方法来作可靠性分析的。以大型游船的横将强度问题实现确定的指数，一般能根据材料整体的屈曲和受疲劳的程度来改变相关的数据概念，进一步适应有限单元法total一System求出破坏发生的概率。之后就能够用直接或半直接的方法实现对一定标准的测试，加强应力的范围适应，计算结果显示：对弧肋框和纵强度构件的面板弯曲部分焊缝处产生疲劳裂缝的机率非常之高，因而该处的疲劳强度极为重要。
关于船舶结构的可靠性优化设计方法的研究越来越多， 逐渐成为船舶的结构优化设计中的重要方向。但是，可靠性的优化设计方法除了在大规模的随机性非线性规划求解中存在困难外， 还有一个重要的难点在于评估船舶结构可靠性的过程很复杂， 而且计算量大。
4 智能型的优化设计方法
随着人工智能技术（Al）和计算机信息技术的发展， 给船舶结构的优化设计提供了一个新的途径，也就是智能型优化设计法。
智能型的优化设计法的基本做法为：搜索优秀的相关产品资料，通过整理，概括成典型模式，再进行关联分析、类比分析和敏度分析寻找设计对象和样本模式间的相似度、差异性与设计变量敏度等，按某种准则实施的样本模式进行变换， 进而产生若干符合设计要求的新模式， 经过综合评估与经典优化方法的调参和优选， 最终取得最优方案。
智能型的优化设计法法的优点是创造性较强，缺点是可靠性较弱。所以在分析计算其产生的各种性能指标时，应当进行多目标的模糊评估， 必要时还应当使用经典优化方法对某些参数进行调整。
5 结论
通过本文对船舶结构优化设计方法的研究，我们得出在进行船舶结构优化设计的时候， 往往会涉及到很多相互制约和互相影响的因素， 这就需要设计人员权衡利弊， 进行综合考察， 不但要进行结构参数与结构型式的优选，而且还要针对具体情况对做出的方案进行评估、优选和排序。通过什么准则对不同的方案进行综合评估，得出最优方案， 成为专家和设计人员需要继续研究的问题。
参考文献
[1]郭军，肖熙.基于可靠性的船体结构多目标优化设计[J].上海交通大学学报，2010（1）.
[2]俞铭华，谢祚水，吴剑国，窦培林，曹骥.船舶中剖面结构优化设计研究进展[J].华东船舶工业学院学报，2012（3）.
[3]郭小东，嵇春艳，王自力，顾学康，胡嘉骏.大型油船中剖面结构优化设计的遗传算法[A].2005年船舶结构力学学术会议论文集[C]，2011（12）.