陈力
武汉船舶设计研究院有限公司船舶设计部湖北省武汉市430064
摘要：船舶整体性能优化设计集中了研制任务书、景观分析论证、试验、计算以及绘图等诸多内容，不仅可以提供必要的技术资料，同样也能满足设计需求，确保造船厂所制造的船舶性能更加理想。基于此，文章将船舶总体性能作为主要研究内容，重点阐述了性能优化设计的相关内容，希望有所帮助。
关键词：船舶；总体性能；优化设计；研究；探索
优化设计船舶整体性能需要系统化地分析具体特点，为性能优化设计使用方法提供必要的保障。由此可见，深入研究并分析船舶总体性能优化设计具有一定的现实意义。
一、船舶总体性能优化设计基本特征
（一）矛盾诸多
由于船舶内部所存在的矛盾十分复杂，所以船舶整体性能优化设计工作难度也相对较大。特别是排水量不改变的条件下，船舶负重量与航速就会出现矛盾，同时，其耐波性能与初稳性能矛盾也愈加明显[1]。在优化设计船舶整体性能的时候，必须要科学化地处置其中的问题与矛盾，而不是仅凭借折中方式加以处置，应积极遵循自身原则开展，即整体耗能经济效益互相服从，利用最小代价创造理想利益。
（二）问题多解
船舶设计的成功性需要整体性能方案内容能够与研制任务书中的战术、技术性能等指标相互满足。所以，针对相同设计目标，一般会设计出诸多方案，以期能够与实际需求相适应。为此，应针对若干方案实施合理化地分析与评估，而且决策部门要将相关任务需求与实际情况作为参考依据，在设计方案当中选择最佳的方案。
二、船舶总体性能优化设计方法研究
（一）逐步改进方法
在船舶总体性能设计工作中，逐步改进的方法十分常见，需将分析估算作为重要基础。其中，要对研制任务书中任务内容加以分析，并在备选的设计方案当中选择最佳方案，对方案实施排水量、不同部位性能与主要尺度等加以估算。开展多次反复研究，以保证能够获取理想的结果[2]。如果资料内容丰富，对逐步改进方法加以利用，即可借助较少工作量获取理想的设计结果。但在应用方面，难度最大的就是无法对所选择设计方案的可行性做出证实。
（二）变值方法
变值方法也被称作是网格法与参数分析法，在船舶总体性能设计过程中是优选方案的主要方法。在对影响船舶设计程度较大主尺度参数进行系统化改变的基础上，在可能范围之内各自选用相应的数值组并制定系列的方案，针对各组方案性能数值实施必要的计算。当计算出相应结果的时候，即可对不适用方案予以摒弃，并在剩余方案当中，综合分析并思考主尺度参数影响船舶总体性能的基本规律，在实施必要分析对比以后，即可确定最佳方案，并当做设计的结果[3]。
（三）最优化方法
这种优化设计的方法是对近代数学方法的运用，借助多变量求解与有约束目标函数极小值的方式，能够获取最为理想的设计方案。较之于变值方法，最优化方法能够尽量规避变量的大幅度变化步长，并在较为广阔设计空间当中寻找最优解。在这种情况下，能够获取更贴近需求的优化设计方案，对计算时间较长的问题加以解决。总体来讲，船舶总体性能优化设计属于最优化问题范畴，需事先利用数学式进行表达，即构建船舶总体性能数学模型，对设计变量、目标函数以及约束条件加以描述，并对目标函数最小值进行求解，最终获取最为理想的总体性能设计方案。
（四）智能优化算法
这种优化设计方法主要是对某种自然现象亦或是过程加以模拟所构建的优化方法。在对智能优化算法应用的过程中，能够有效规避逐步优化方式难以找到全局最优解的问题发生[4]。对于船舶总体性能优化设计来讲，其隶属于多目标优化问题，所以设计的过程相对复杂，绝大多数子目标会存在程度不同的耦合关系。若某一目标性能发生变化，很容易导致其他的目标性能下降。在这种情况下，为了能够获得近似最优解，应当对船舶主尺度方案进行确定的同时，对若干子目标因素做出思考，在各子目标关系平衡的状态下，保证总体目标能够没有实际需求相吻合。现阶段，船舶总体性能优化设计对智能优化算法应用的几率不断提高，集中表现在遗传算法与神经网络优化算法等方面。
三、船舶总体性能优化设计要点阐释
（一）设计变量的确定
一般情况下，设计变量也被称作是决策变量，具体指的就是在实际设计的过程中能够自主选择独立变量。其中，设计变量数量应得到必要的控制。通常来讲，设计变量数目相对较多，在设计自由程度提高的基础上，实际的设计效果也会更加理想。然而在设计方面，若设计变量的数量较大，则会导致问题复杂性提高，且所需的设计时间也会延长。为此，在设计的时候，应确保与工程项目要求相适应，尽可能降低设计变量数量[5]。除此之外，在选取设计变量的时候，要尽量与目标函数、约束条件存在直接联系且能够将船舶设计特征真实反映出来的独立参数。
（二）目标函数的构建
所谓的目标函数，具体指的就是借助设计变量数学关系式对设计目标进行设计。通过对目标函数的运用，能够对设计方案的效果评估提供必要的参考依据。在目标函数选择的时候，应综合考虑多个设计准则。对于船舶而言，不仅要具备可观的经济效益，同样要与高航速以及低造价的要求相适应[6]。由此可见，目标函数的选取也是多个目标优化的重点内容。
（三）约束条件的表达
船舶总体性能优化设计方面，设计变量很容易受诸多因素影响，也被称作为约束条件。一般来讲，约束条件主要包括界限约束与性能约束两方面。而界限结束就是在设计变量的容许变化范围内。性能约束就是针对船舶设计性能提出的限制性条件。优化设计船舶总体性能的时候，必须要合理地引入约束条件，只有与约束条件相吻合的方案才能够被称作是可行性方案。
（四）多目标优化数学模型的构建
要想更好地达到船舶总体性能多目标的优化目的，就必须要对数学模型平台加以构建。主要的目的就是能够结合多目标优化设计流程，以优化设计的问题为基础，集合多目标优化程序、优化方法、模型与策略等，组成多目标优化系统。
结束语
综上所述，伴随国内外船舶制造行业的激烈竞争，船舶制造企业也必须要在实践过程中探寻提高生产效率的船舶设计方法。所以，有必要将船舶总体性能优化设计方法引入其中，以期能够为船舶总体性能优化设计工作的开展提供有价值的参考依据。
参考文献：
[1]王鹏，许骥，焦德义.船舶总体性能优化设计研究综述[J].船舶标准化工程师，2017（1）：17-20，27.
[2]谭奔.船舶总体性能优化设计研究综述[J].科技风，2017（17）：265.
[3]蒋昌师，杨磊，王昭.船舶总体性能多学科设计建模及优化[C].第十六届船艇发展与水系旅游学术会议论文集.中国船舶科学研究中心，2015：106-117.
[4]蒋昌师，纪肖，杨磊.基于协同优化的船舶总体性能多学科设计优化[C].第十八届中国国际船艇展暨高性能船学术报告会论文集.中国船舶科学研究中心，2013：1-8.
[5]王志涛，白冰，李铁磊，等.考虑可调静叶压气机的船舶燃气轮机仿真优化[J].哈尔滨工程大学学报，2017（11）：1721-1726.
[6]范若楠，曾进，任庆生，等.基于神经网络响应面的鱼雷总体性能参数仿真优化方法[J].鱼雷技术，2015（5）：326-331.
作者简介：
陈力，1990.04.15，男，湖北潜江，武汉船舶设计研究院有限公司，助理工程师，船舶总体设计。