浅谈智能化技术在船体结构设计流程优化中的应用

摘要：随着社会经济的持续发展，科学技术也有了较为迅速的发展，使得智能化技术在船体结构设计中的应用变得日益广泛。鉴于上述，笔者结合船舶设计岗位的从业经验，分析了智能化的关键技术，探讨了船体结构设计流程的智能化优化，重点阐述了各种智能化技术在船体结构设计中的应用，希望能够为船舶设计人员提供一些有益的参照。

关键词：船体结构，设计流程，数字孪生技术，智能化技术

0引言

新时代以来，智能化技术的不断创新和演变，其为船舶生产制造行业的发展注入了崭新的活力。比如在船体结构设计领域，智能化技术发挥着越来越重要的作用，大幅度提升了设计的质量及效率。鉴于此，对智能化技术在船体结构设计流程优化中的应用开展研究是非常必要的。

1智能化技术概述

伴随着全新科技时代的到来，我国的科学技术发展已经步入了一个全新的阶段，全新信息技术在国家工业发展中的应用也日益频繁。智能化技术核心所指的是可以迅速地被相关领域所接纳，并运用与拓展、模拟的智能化技术、理论、方式等展开全面化探究以及研发。比如，人工智能技术作为一类新颖且又前沿的科学技术，可以充分效仿人类的思维，模仿人类的运作方式，从而更好保障设计工作的开展，该技术在船舶设计中的应用，目前已经渗透到船舶外形设计、三维建模以及模拟和可行性分析等方面。

此外，数字孪生技术也是极其重要的一类智能化技术，其在船体结构设计中的作用非常重要。比如船体数字孪生模型可虚拟呈现出船体，并且模拟船舶的航行。在船体结构设计中，使用三维建模技术构建船体结构的数字孪生体，能够模拟实际的海洋环境，实现较为全面的虚拟呈现。通过刚体六自由度运动方程建立船体水动力模型，模拟船舶的行驶状态，根据模拟航行的测试结果，对既有的设计方案不断优化完善，最终即可以使船体结构设计更加精确、高效，提高了设计准确性和可靠性。

依笔者看来，未来智能制造技术的发展会趋向于构建一个适应新型工业化发展的智能制造标准体系。因此整体而言，智能化技术的应用，有助于船舶设计自动化水准的不断发展与提升。

2船体结构设计流程的智能化优化

船体结构设计流程的智能化优化包含很多不同方面的内容，比如设计自动化与参数化建模、智能化决策支持系统、虚拟仿真与性能预测等等。现分别做如下几个方面的阐述：

2.1 设计自动化与参数化建模

设计自动化和参数化建模等技术的应用，可以有效优化船体结构设计流程。设计自动化是新时代船舶设计的必然选择，其通过引入智能算法和软件系统，如基于有限元分析的设计仿真，可以自动完成结构设计的迭代过程，最终可以使设计质效获得较大幅度的提升。

参数化建模也是非常重要的，其允许设计人员通过定义一组参数来创建和修改设计，从而快速响应设计变更，进一步优化整个的设计方案。其在船体结构设计中的应用，可通过CAD软件来完成船体建模，提高建模效率和准确性。例如，CATIA软件可以对结构详细设计流程开展系统的分析，提出船舶结构件智能化设计的具体方案。这种智能化设计方法不仅提高了设计效率，还能够降低误差，使设计变得更加可靠。

此外，智能化技术还可以通过建立船舶结构件数据库，实现设计标准化和智能化。通过参数化和模块化设计，可以快速生成多种设计方案，进行性能比较和优化选择，最终实现结构设计的自动化，使结构可以达到最优的目标。

2.2 智能化决策支持系统

智能化决策支持系统（IDSS）通过结合人工智能技术，特别是专家系统（ES）技术，增强了传统决策支持系统（DSS）的能力，使其可以充分运用人类知识，包括描述性知识、过程性知识和推理性知识，对于解决复杂的决策问题是至关重要的。IDSS的核心在于将人工智能与其它科学成果相结合，使DSS具有较强逻辑推理能力，既能够处理定量问题，也可以处理定性问题。在开展船体结构设计的过程中，IDSS可以辅助设计师进行决策，通过知识库中的专家知识和经验，结合设计过程中出现的问题，提供推理和决策支持，实现针对设计流程的优化以及设计质量的提升。

2.3 虚拟仿真与性能预测

虚拟仿真与性能预测技术主要是利用计算机模型对产品在实际使用中的行为进行模拟和分析。通过创建数字化的产品模型和运行环境，工程师可以预测产品在不同条件下的性能表现。举例来讲，CATIA软件平台提供了强大的虚拟仿真功能，包括结构分析、流体动力学分析、热分析和运动学分析等模块。这些功能使工程师能够在设计阶段就发现潜在缺陷，并且优化产品性能。船体结构设计本身就是非常复杂的一项工作，虚拟仿真技术的应用十分重要，设计人员通过应用这样的技术，可模拟船舶在不同海况下的性能，提前发现一些设计缺陷，优化船舶的水动力性能和结构强度，减少研发周期和成本，强化产品的整体性能。

3智能化技术在船体结构设计中的应用

智能化技术在船体结构设计中的应用是一项较为系统的工作，本章主要基于数字孪生技术、人工智能技术等角度展开论述。

3.1数字孪生技术的应用分析

数字孪生技术在船舶智能设计和制造中占据着重要的地位，其作为信息技术的一部分，主要工作要素包括数据、模型以及软件，基于物理空间或者虚拟空间的选择对应的交互方式，继而将物理空间的各个要素映射在虚拟空间，最大限度达到清晰直观的效果。比如，通过运用三维建模技术，根据船体设计的物理信息，构建出船体结构的数字孪生体。这一过程需要采用高精度的数值模型来求解海洋环境矢量场，针对波浪、风力、海流等实际的海洋环境条件加以模拟，才能实现船舶在虚拟环境中的动态呈现。

此外，为了更加全面地评估船舶性能，需要构建船体水动力模型，开展航行状态模拟。通过刚体六自由度运动方程建立船体水动力模型，模拟船舶在不同海况之下的航行状态。这一模型涵盖了船舶的纵摇、横摇、首摇和垂荡四个自由度，能够更准确地模拟船舶在复杂海况下的运动状态。水动力系数的引入，包括阻力系数、升力系数、力矩系数等，根据船舶的形状、速度和海况等因素进行修正，以更加准确地模拟船舶在水中的运动特性。

3.2 人工智能技术的应用分析

人工智能技术也是极为重要的一类智能化技术。比如在船体外形优化设计中，应用机器学习算法，可以更好地实现性能预测和设计自动化。船体设计人员合理运用机器学习算法，可以对海量数据进行分析和学习，预测不同设计方案中阻力、稳性、操纵性的不同表现，继而在初期就可以选出最佳的方案，在此过程中，船体设计人员也可以获得更多的设计灵感。通过机器学习模型，可以对船舶在不同工况下的性能进行预测，从而在设计阶段就对船舶的性能进行优化。

此外，在船体几何形状的自动生成以及调整方面，人工智能技术的应用也是非常必要的，通过合理应用该技术，可以依据预设的性能目标自动生成和调整船形，以达到减少阻力、提高燃油效率的目的。这种自动化设计方法的应用，会进一步节省设计所花费的时间，增强设计的精准度。通过算法的迭代优化，船体外形可以被调整到最佳状态，以适应特定的航行条件，满足相关的性能要求。

4结语

综上所述，智能化技术对于提升船体结构合计的质量和效率起到了非常关键的推进作用，也可以进一步强化船舶的安全性。特别是随着科学技术的全面化发展，智能化技术也在不断革新与改善，其更具有先进性特征，未来其在船舶设计当中的运用也会更为深入。智能化技术作为结合多种专业领域知识的综合性技术，在今后的发展进程中，需要时刻注重于与其它学科的融合化运用，只有如此才可以全面提升智能化在船舶设计当中的运用，推动整个船舶设计制造行业向着更高效、更环保、更安全的方向发展。

参考文献

[1]康煜晗.基于代理模型技术的江海直达船体结构可靠性优化设计研究[D].湖北：武汉理工大学,2023.

[2]王睿舟.基于增强现实技术的船体结构设计[D].辽宁：大连理工大学,2023.