船海工程中的智能设计

船舶设计的总体安排对该平台在从补给成本到任务效能和生存能力等众多主题领域的有效性具有重大影响。在如此广泛的影响下，船舶总体布置的优化是船舶设计的一个关键问题。尽管需要一种全面和系统的方法来优化船舶的总体布置，但通常所依赖的方法是特别方法、设计规则和设计师的经验的组合。此外，通常仅在设计的后期阶段考虑详细的布置。

船舶总布置设计以及系统分布设计是船舶总体设计中最重要的一步，该过程要求设计者给出所有船舶舱室和部件的整体布局。最终的解决方案需要安排所有重要组件和隔间，并通过分布式系统配置连接所有相互依赖的组件。在早期设计中，布置设计和系统配置在帮助设计人员理解和细化需求方面发挥着重要作用。然而，由于布置设计和系统布局是相互关联的，要考虑到多方面的因素，设计者常常依赖于自动化工具来开发解决方案。为了使用这些工具，需要通过建模、设计和计算来实现总布置设计，这使得自动化工具在新的船舶设计中难以实现。

在早期设计中，船舶布局和分布式系统可以被定义为低保真度以测量概念可行性和需求满意度。这使得设计人员能够有信心做出尺寸和布局决策，从而能够为船舶设计一个可接受的分布式系统。为了便于决策，设计者通常生成和分析许多潜在模型，使用这些模型可以开发关于总体设计问题的可信理论。例如，设计者可以使用船舶合成的结果来缩小机房空间，消除高风险。

在总布置智能设计方面，较为突出的成就是美国密歇根大学Nick E.和Parsons M等人提出的智能船舶总布置设计系统（intelligent ship arrangements，ISA）［78］，ISA是基于C＋＋语言编写的程序，是一种跳跃式兼容的软件系统，能够帮助设计者在合理可行的范围内开发满足设计特定需求以及一般海军要求和标准实践的合理布置设计，该设计过程被看作是两个二维的任务。

本节主要针对ISA系统进行介绍，内容来源于密歇根大学的研究成果和论文。首先，在ISA系统中，空间被分配给Zonedecks模块，一个甲板在一个垂直区域，在船的内侧轮廓上。然后，在每个区域甲板的甲板平面上依次布置指定的空间，考虑整体位置、邻接、分离、访问、区域要求、区域利用率和舱室形状。系统架构非常通用，以便于将来进一步发展以解决其他设计问题，例如分布式系统设计。

创建有效的总体安排是一项困难的设计任务，需要相当长的时间和考虑许多潜在的冲突设计目标、需求和约束。ISA系统开发的总体目标是提供一种优化技术和设计工具，以协助布置设计者以最大限度地通过智能决策来创建有效的、合理的水面船舶布置设计。该系统需要高度灵活，以支持它可能被应用的许多设计变化。该系统另外一个目标是实现调用船舶设计标准和最佳实践的知识获取能力，以及引入合理的价值度量，以允许对其他总布置设计进行客观比较。(www.xing528.com)

水面舰船布置问题作为两个基本二维的设计步骤来处理，如图3-3所示。在Part 1中，空间被分配到船内侧剖面上的区域甲板上。区域甲板被定义为一个垂直区域内的一个甲板，如图3-4所示。在损伤控制甲板上，甲板被主纵向通道分开。为了分配的目的，这些整体的区域甲板被分成三个（港口、中心、右舷）子区域甲板。在这个层次上考虑整体（全局）位置需求、邻接、分离、区域需求、有效区域利用以及每个空间的相对重要性，其结构如图3-5所示。

图3-3　总布置优化结构图

图3-4　甲板区域（Zone-deck）模块定义

图3-5　甲板区域（Zone-deck）分配功能结构图