船舶工程中模糊数学的应用

王斌

船舶工程中模糊数学的应用

王斌

（贵州省航电开发投资公司 贵州贵阳 550001）

在船舶工程中加强对模糊数学的应用，能够有效提高设计效果，帮助设计者选取最优设计方案。本文中通过对当前我国船舶工程中模糊数学的应用现状进行总结和分析，分别从模糊综合评判和模糊优化设计两方面对其在船舶工程中的应用进行分析，希望能够为加强模糊数学在船舶工程中的应用效果提供参考依据。

模糊数学；船舶工程；综合评判；设计方案

在船舶工程的建造过程中，虽然对于一些复杂的结构体系可以通过近代工程理论和一些高科技的相关技术等进行解决，但是这些在很大程度上依旧对工程师的经验具有直接的依赖性。比如在利用模糊数学来构建数学模型，除了需要对相关数学理论和工具进行应用之外，还需要综合考虑模型创建过程中人文因素和自然因素，而这些，都存在较强的不确定性，因此，为了能够提高模型的创建效率，就需要尽可能的排除这些不确定性。接下来，本文就以有效加强数学模型构建效率为主要目的，对船舶工程中模糊数学的应用进行详细分析。

1 模糊综合评判

在比较大的工程设计中，如果想要对其中某一个参数进行确定，通常都需要综合考虑各方面的影响因素，比如质量指标或者是其他比较复杂的影响因素等，如果在参数确定的过程中不能对这些因素进行综合考虑，精确选择其中有利因素，就无法对参数进行有效确定。另外，由于不同设计者的经验和选择角度不同，即使是同一个设计，也会得出不同的设计方案，而且这些设计方案都存在一定可取性[1]。因此，为了能够从不同的设计方案中选取最合适的设计方案，就需要对其进行对比选择。比如在船舶工程的设计中，对于一个设计方案的确定通常都需要经过专家的评选，而这些专家的经验和意见，就是设计方案选择的关键。但是，由于这些专家自身也存在不同意见和经验，所以其也存在模糊性，而对模糊数学进行应用的作用之一，就是为了对这些专家的意见和经验的模糊性进行定性分析，并对其进行量化，也就是所谓的模糊综合评判。

在应用模糊综合评判对专家的“经验”“观点”等模糊因素进行解析的过程中，为了能够有效提高准确率，就需要在综合大量理论和方法的基础上，对其进行解析，并对其进行量化[2]。当前，在对模糊综合评判进行应用的过程中，共有五步，其具体如下所示：

第一步，先对指标集进行构造，主要选择试航速度、年利润、吨货运成本、造价以及投资回收年等五项作为指标集中的元素；

第二步，在构造完指标集的基础上，再构建权重指标集；

第三步，对指标集中的各项指标进行量化；在此过程中，为了确保量化的准确性，应该对国内外成熟的经验进行有效借鉴，然后再通过专家组讨论和实际调查，对所有指标集进行综合研究和分析，最终实现精确量化；

第四步，在此基础上，对评判矩阵进行确定；

第五步，开始进行综合评判，选取最佳方案；在评判的过程中，要运用权向量和评判矩阵，并按照普通矩阵乘法进行计算，这样可以确保最终方案选择的有效性。

在应用模糊评判对方案进行选择之后，为了进一步确保方案的可行性，还需要在多指标和多状态下按照相关要求进行二级模糊综合评判，跟踪评估，其主要方式如下所示：

（1）应该建立评估指标集，在对该指标集进行建立的过程中，最好能够选取七个性能指标，以提高评估的准确性，其分别为船梁静水弯矩、船梁抗弯裕度、船体主甲板下的基本重量指标、船体总振动指标、单位货舱长度的积载因素、装卸方便性以及结构概况七种指标；

（2）应该建立权重指标集，其主要其实所选取的七项指标的权重值进行确定；

（3）对评估指标进行量化，在此过程中，为了确保量化的准确性，应该对国内外成熟的经验进行有效借鉴，然后再通过专家组讨论和实际调查，对所有指标集进行综合研究和分析，最终实现精确量化。

（4）进行跟踪评估，列出七项指标的评估值，并利用满意度函数进行选择。

通过以上方法，能够对最终设计方案进行合理选取，提高方案的设计效果。

2 模糊优化设计

随着电子计算技术的迅速发展和数学规划理论的不断完善，最优化设计方法在各个工程领域中的应用日益广泛。自进入21世纪，人类社会便正式进入了网络信息化时代，在该时代背景下，各种科学技术，尤其是信息技术和计算机技术飞速发展，在各个行业中都得到了有效应用，船舶工程中同样如此[3]。另外，伴随着数学规划理论的不断发展和完善，再结合计算机技术的基础上，最优化设计便开始在船舶工程中得到广泛应用。而模糊优化设计，就是其中最具代表性的一种，通过对模糊数学和计算机技术以及其他数学规划理论的有效应用，实现了工程设计的最优化。在这其中，有很多约束条件从正向约束到反向约束都存在一个过渡过程，而这个过程，就导致了这些约束条件具有了模糊性。在之前的船舶工程设计中，由于没有对模糊数学进行有效应用，尚没有高效的模糊技术，所以对于很多模糊的量都是依靠设计人员的经验和自我判断来决定的，这种选择方式，很容易忽略掉最优方案，无法保证设计方案的最优性，也会对工程的顺利进行造成一定影响。

而如今对模糊数学进行有效应用，便能够实现模糊优化设计，使所选取的设计方法更加符合设计需求。在最开始对模糊数学进行应用的过程中，由于没有经过足够长时间的摸索和改善，所选取的方案上存在一定欠缺，而如今，经过不断的优化和改进之后，其已经基本上能够实现模糊优化设计[4]。在此过程中，相关研究人员为了能够提高模糊优化效果，对设计中的模糊问题进行有效解决，其对模糊目标的表达形式不断改进，先后提出了模式迭代法和直接解析法，实现了模糊优化设计的高效化。比如在上述的模糊综合评判中，其通过构造指标集和指标权重集的方式，对指标进行模糊评判和二次跟踪评判，有效实现了设计的最优化。在对模糊数学在船舶工程中的应用进行研究的过程中，相关研究人员对大型油船中的剖面结构进行了模糊优化设计实验，最终实验结果表明，与普通优化方式相比，应用模糊数学所构建的模糊优化设计，使整体剖面的最轻重量再次降低了5%左右，大大提高了设计效果，因此，在船舶工程中加强对模糊数学的应用是十分有必要的。通过分析还发现，应用模糊优化设计，还具有对单目标结构优化实现多样化的优点，能够大大提高单目标的设计效果[5]。

在船舶工程中，加强对模糊数学的应用，可以对设计者的设计方案进行不断优化和改进，能够为设计者提供更加优秀的设计方案。同时，在设计中，应用模糊数学，设计者还可以对多种设计方案进行优化选择，选取最合适的设计方案，使船舶工程的建造能够达到最优效果。

3 结束语

自模糊数学在船舶工程中得到有效应用以来，便在其应用中发挥着巨大功用，其不仅能够对众多方案进行优化，帮助设计者在根据专家建议、经验以及国内外成功案例的分析下选取最优设计方案，还能够帮助设计者从众多指标中选取最优指标，提高设计效果。因此，在船舶工程中，应该加强对模糊数学的应用，并对其应用效果进行不断优化和改进，使其能够更好的对设计方案进行优化，为设计者提供最优设计方案，全面提高船舶工程的建造效率。

[1]饶志刚.模糊聚类分析方法在船舶分段装配中的应用[J].武汉理工大学，2010（11）.

[2]陈聪，浦金云.多种评判函数在舰艇电力系统生命力模糊评估中的应用[J].船海工程，2011（01）.

[3]胡杰.基于模糊数学理论的船体模块划分方法研究[J].江苏船舶，2009（21）.

[4]翟磊.运用模糊数学方法建立船舶检查排序模型[J].中国水运（月刊），2011（11）.

[5]肖袁根，眭爱国，侯小军.基于模糊数学法的舰船耐波性综合评价[J].中国造船，2011（03）.

TD21

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1004-7344（2016）31-0330-02

2016-10-17

王斌（1966-），男，土家族，贵州思南人，船舶工程师，大专，主要从事船舶工程技术及公司管理工作。