知识工程应用于船舶结构设计的研究

摘要

随着船舶制造业竞争越来越激烈，缩短船舶设计与建造周期，提高船舶产品质量成为企业竞相追逐的目标。由于设计规范信息不断改变增加，船舶设计单位在船舶设计建造的各个阶段积累了大量的数据、资料、技术和经验，这些都是企业的重要知识资产。在知识经济时代，如何将知识应用于船舶设计过程中增加知识的附加值，这将是船舶设计建造单位确保领先优势的关键，同样关系着能否在激烈的市场竞争中生存。然而在实际的工作中亟待开发合适的工具有效利用这些知识，因此如何通过先进的知识工程技术有效地归纳、整理和管理知识来协助、加快船舶设计等工作，提高船舶产品设计质量，提升企业的竞争力和创新力，是目前船舶设计研究的热点问题。
　　本文针对如何将知识工程应用于船舶结构设计过程进行了细致研究，主要的工作如下：
　　1、提出将知识工程应用于船舶节点构件的智能化设计研究方法。
　　Tribon系统节点构件设计建模过分依赖设计者知识和经验，节点构件数量巨大和系统的交互式建模操作模式造成大量重复性建模操作，影响设计的效率提高，知识工程技术能够有效解决该问题。研究节点构件库的创建方法，将船舶设计规范、标准和专家经验等知识归纳整理构成知识库，在节点构件设计过程中给用户信息提示和帮助用户推荐节点构件类型和尺寸参数、检验构件尺寸参数和检验结果提示，自动搜索节点构件建模位置，协助用户智能地批量完成节点构件设计建模。
　　2、提出将知识工程协助船舶结构初始设计研究方法。
　　针对国内船舶结构初始设计流程存在的不足降低了设计效率以及设计知识重用性差，提出将先进的知识工程技术改善船舶设计流程并应用于船舶结构的初始设计过程中，协助船舶结构设计流程改善，使设计人员在船舶结构初始设计期间，经由知识库系统查询设计规范、标准和专家经验，加强整合设计知识，协助用户进行设计，减少船舶结构设计反复性修改的工作量，提升船舶设计建模的品质，缩短设计流程。
　　3、提出了基于知识工程的船舶结构优化设计方法研究。
　　针对船舶结构优化设计过程中面临的一些挑战性问题，如：设计对象涉及多学科，而且优化分析所面临的巨大复杂计算、计算数据和时间以及如何将不同学科的知识有效组成一个完整的设计计算整体。国内外把研究的重点放在了优化算法研发，忽略对积累的母型船数据、专家经验等知识在船舶结构优化设计过程中应用方法的研究。研究提出基于知识工程的结构优化设计方法，将专家经验、设计规范和标准等知识归纳、整理和构建设计知识库，应用于结构优化设计过程中，同时将仿真技术和结构优化设计技术结合起来应用于产品设计过程中，实现优化技术为结构仿真设计提供多种符合约束的优化设计方案参考，仿真技术在结构优化设计过程中实时验证优化设计方案的可行性，大大地降低产品设计和开发成本。
　　研究将知识工程应用于船舶节点构件和船舶结构初始设计方法研究过程中，通过知识工程技术改善船舶设计流程，将设计规范、标准和专家经验整理、归纳构建知识库系统，协助用户加快船舶结构设计；将知识工程技术应用于船舶结构优化设计方法研究，通过知识工程技术将设计规范、标准和专家经验等知识有效地构建知识库、标准型材库和板材库，并将结构仿真模型转化为结构优化数学模型，经由知识库系统实现将不同资源中获取有关设计知识并应用于结构优化设计过程提高结构设计能力，为设计经验少的设计者提供了结构优化设计的捷径，有助于设计者提高设计效率的同时，能够快速积累设计经验，实现计算机技术与专家经验的有效结合。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 课题的立项依据

1.4 论文框架

第二章 知识工程技术应用于船舶设计流程研究

2.1 引言

2.2知识工程概述

2.3 船舶结构设计流程分析

2.4 国内船舶设计流程中瓶颈问题及改善目标

2.5 本章小结

第三章 知识工程应用于船舶节点构件智能设计

3.1 引言

3.2 Tribon系统介绍

3.3 标准节点构件库的创建

3.4 菜单、工具栏、快捷键界面程序

3.5 肘板、穿越孔和补板智能化设计建模

3.6 本章小结

第四章 知识工程应用于船舶结构初始设计

4.1 引言

4.2 船舶结构设计思路

4.3 船舶结构构件库的建立

4.4 基于知识的船体结构设计

4.5 船体舱段的建模实例

4.6 本章小结

第五章 知识工程应用于船舶结构优化设计

5.1 引言

5.2 国内外研究状况

5.3 优化系统的算法实现

5.4 优化策略

5.5 结构优化设计问题(1)已知条件

5.6 知识工程技术应用于结构优化设计

5.7 横舱壁的优化结果

5.8 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间录用发表的学术论文和科研成果

攻读学位期间参与的科研项目