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摘要：隨著我國船舶事業(yè)的蓬勃發(fā)展，對于船舶設計生產也提出了更高的要求。管系設計的優(yōu)劣直接影響到船舶的建造成本，所以船舶管系布局具有重要作用。通常由于船舶中管系數(shù)目眾多，管理較為繁瑣，同時布局體系較為復雜，現(xiàn)階段的管理大多憑借行業(yè)專家自身的管理經驗來完成。對船舶管系優(yōu)化仍然存在著很多困難，缺少先進的管理方法，也制約了船舶行業(yè)的進一步發(fā)展。本文提出了船舶管系設計布局中顯露的一些弱項，針對性的提出優(yōu)化方案。并且對現(xiàn)代造船模式進行分析，明確了船舶設計的發(fā)展方向。

關鍵詞：船舶，管系布局；優(yōu)化

對于船舶的生產制造來說，管系設計是重要內容之一。只有設計出具有科學合理的船舶管系布局，才能讓船舶在后期的使用過程中表現(xiàn)出良好的使用性能。通常情況下船舶管系設計包括初級階段、功能階段、詳細階段、生產階段，以及系統(tǒng)階段。主要是依靠二維和三維布局對空間進行設計，對起點與終點建立起有效的連接。由于船舶管路布局的管理工作相對龐大且復雜，所以對于管路的管理由具有多年工作經驗的行業(yè)專家來負責，所以想要對管路布局設計進行優(yōu)化，有著較大的難度，需要投入大量的精力。相比于船舶事業(yè)的其它技術領域，船舶管路布局在管理方面較為落后，缺乏先進的管理技術，現(xiàn)階段已然成為制約船舶事業(yè)發(fā)展的一個因素，所以需要針對船舶管路布局中存在的問題，提出解決策略，使管路布局設計朝著智能化與自動化的方向發(fā)展。對此，已經有眾多國內外的專家與學者展開了一系列研究，從遺傳算法方向入手，根據(jù)船舶管路布局的實際情況，采用了基于三維布局空間的設計算法，將過去遺傳算法中表現(xiàn)出的缺陷，以自適應調整的形式進行優(yōu)化，實現(xiàn)退火遺傳算法的船舶管路布局設計，從而獲得更合理的布局。

1研究船舶管系布局的必要性

由于船舶管系是構成船舶多個艙室的重要管路，由連接起點與終點的管道組成，起到了傳輸作用。一般船舶管路的組成部件包括管子、連接配件、閥門等，對整個船舶設計來說還具有基礎作用，能夠保障船只運行的穩(wěn)定性與安全性，也直接關系到船舶的航行情況。而且，船舶管路布局還能夠影響船舶的建造成本，面對著日益激烈的市場競爭，船舶的建造成本也關系到企業(yè)的生存與發(fā)展，所以更低廉的建造價格、更優(yōu)異的船舶使用性能顯得尤為重要，成為船舶企業(yè)競爭實力的體現(xiàn)。所以，合理化的船舶管路布局也是現(xiàn)階段造船企業(yè)在技術上的發(fā)展方向。船舶管路布局主要包括幾個設計階段，也是管路布局設計的主要工作任務，具體情況如圖1所示。一般情況下，船舶上的管路布局相當繁瑣，所以對管路的管理工作也具有一定的難度，需要按照不同的管線，實施不同的約束辦法。管路布局的優(yōu)劣，不僅關系到船舶的系統(tǒng)、裝置運行情況，還涉及管路的材質、造價、使用性能等方面，要經過實踐的考驗，對多種設計方案進行對比，才能選擇最佳的管路布局。同時，要求設計人員充分考慮到實際施工條件，結合自身豐富的設計經驗對管線進行布局，而從事這一行業(yè)的專家面臨著退休，卻少有新人能夠勝任此類工作，這就使船舶管線布局的設計工作更具難度。所以，現(xiàn)階段對船舶管線布局進行優(yōu)化設計迫在眉睫，需要以更加科學合理、更加先進的設計方案來增加船舶企業(yè)的經營利潤，對于這一領域的研究，具有重要意義[1]。

2管系設計布局的要求

船舶管線布局是船舶生產的重要工作流程，直接影響到船舶的建造質量。而在實際的建造過程中，經常會出現(xiàn)多種影響船舶生產的不良因素，船舶的建造必須要滿足實際的生產需求，確保達到以下的生產標準。首先，需要滿足船舶建造的經濟性標準。船舶管線布局要盡量縮短管線的長度，減少非必要配件的使用。其次，滿足船舶建造的安全性標準，在管線的布置上，要遵循安全準則，避開不穩(wěn)定的設備，例如水泵、壓縮機等裝置，繞開溫度過高或者存在蒸汽的設備上。安裝管線時要遵循力學規(guī)律，充分考慮熱脹冷縮等問題，靈活地進行設計與安裝。再次，要滿足船舶建造的維修標準。確保在投入運行后，能夠讓管路與其他設備之間留有一定的空間，同時繞開障礙物，這樣設計有利于后期的維修與保養(yǎng)。考慮到維修時需要使用到的維修工具，給維修工具的操作留出空間，例如保留扳手扭動的間隙，讓后期的維修工作不受影響。最后，要滿足船舶建造的精細化標準。由于管系布局包括多種類型的管線，所以要考慮到布局的合理性，需要先布置較粗的管線，在粗管的基礎上開始設計較細的管線，讓管線的走向便于管理，遠離其他設備，整齊的同向排列，避免交叉錯位，影響后期管線管理工作的進行。對于存在著受力情況的管線，要考慮到后期的管線變形問題，做好管線的支撐工作，確保管線的布局具有合理性[2]。

3管系設計布局存在的問題

對于船舶管線布局來分析能夠發(fā)現(xiàn)，大部分管線布局以平面設計的方式進行，通過計算機軟件在平面上對管線進行設計，繪制成圖紙，再進行安裝。通過圖紙設計完成后，依照設計圖紙進行管道的生產與放置。但是現(xiàn)階段這樣的平面設計布局存在著很多問題，不利于船舶管線布局的管理。首先，采用平面設計的方式，不能清晰明確地表現(xiàn)出管線與設備之間較為復雜的空間關系，很難在圖紙上規(guī)避很多布局上的問題，例如管路與管路之間的交錯，管路與設備之間的連接，在實際的管線布置上，會造成很多線路的串聯(lián)，顯露出缺陷，使后續(xù)的工作很難順利開展。其次，利用計算機軟件進行平面設計，存在過度依靠數(shù)據(jù)的問題，主要依靠數(shù)據(jù)測量取得的數(shù)據(jù)進行繪制，這對于實際分布密集的管線布局來說，測量存在著很大的困難，經常出現(xiàn)管路間距過密的問題，導致后續(xù)的工作難以有序開展。再次，這種平面設計所形成的二維圖紙，在實際的安裝時，大多需要經驗豐富的專家來安裝，對于安裝人員的技術能力和工作經驗要求較高，容易導致后期的管線布局工作不易管理，很多具有豐富經驗的安裝人員面臨著退休，而新人卻不能勝任此類工作，造成管線布局的人才日益緊張的局面[3]。

4管系優(yōu)化布局的有效措施

對船舶管線布局存在問題進行分析，針對性地提出解決方案，想要解決平面設計的缺陷，就要結合現(xiàn)代化技術優(yōu)化管系布局，讓船舶建造朝著更加智能化的方向發(fā)展。在布局設計方面，引進三維數(shù)字技術，從而實現(xiàn)自動化的管線布局，對后期的檢測手段進行優(yōu)化，采用數(shù)字化的檢測方法，讓船舶制造業(yè)走向數(shù)字化[4]。

4.1進行三維數(shù)字化放樣

相比于二維平面設計，引進三維化數(shù)字設計已經成為現(xiàn)代船舶布局的必然趨勢，將三維數(shù)字化應用在管線布局的方案設計上，更能滿足船舶事業(yè)的發(fā)展需要。三維數(shù)字化在管線布局設計中展現(xiàn)出了明顯的技術優(yōu)勢，能夠有效提升安裝效率，讓管線設計與設備安裝處于同一階段，減少過去先設計、再生產的環(huán)節(jié)。而且選擇三維數(shù)字化的設計方式，可以通過三維建模，提前模擬出管線與管線之間，管線與設備之間的具體位置關系，并以三維立體模型呈現(xiàn)出來，更容易讓安裝人員理解，也能讓管線與設備的安裝一目了然，既可以提高工作效率，也不需要豐富的安裝經驗，只需要專門的技術人員能夠看懂三維圖紙就可以操作，這就有效地解決了安裝領域人才匱乏的問題，也讓返工問題大幅度降低。隨著我國船舶制造業(yè)的發(fā)展，已經有部分造船企業(yè)開始嘗試采用三維數(shù)字化的設計方式進行管系布局，并且已經獲得了顯著的成績，所以這也是未來船舶制造業(yè)的主要發(fā)展方向。只有不斷地引進國內外先進的技術方法，才能提升我國的船舶制造水平，促進行業(yè)的進一步發(fā)展[5]。

4.2實現(xiàn)自動化管系布局

自動化管系布局作為全新的布局手段，能夠明顯提升管系布局的合理性，能夠讓布局更加精確與安全，提升船舶系統(tǒng)的穩(wěn)定性。相比于二維平面布局設計，采用三維數(shù)字化的布局方式能夠將管系設計方案優(yōu)化，但是仍然需要具有豐富經驗的設計人員。但是自動化管系布局系統(tǒng)是通過計算機系統(tǒng)進行運算，通過預先輸入的算法進行運算，只需填寫出必要數(shù)據(jù)就可以實現(xiàn)自動化管系布局。自動化管系布局具有廣闊的發(fā)展前景，雖然現(xiàn)在仍然處于發(fā)展階段，但是已經能夠在小范圍內取得一定的成績，所以未來一定能夠在船舶管系布局方面發(fā)揮出重要作用[6]。

4.3檢測反饋手段的數(shù)字化

對于船舶管系布局來說，不僅要在設計方案上投入大量精力，還需要重視管系布局方案的檢測反饋。虛擬技術的應用能夠在三維數(shù)字化布局設計中發(fā)揮重要作用，但是在后期的生產與安裝工作方面，還有著較大的應用空間。想要提升應用能力，就需要在監(jiān)測反饋技術方面投入較大的精力，利用三維虛擬技術來進行監(jiān)測，將監(jiān)測后的數(shù)據(jù)與三維設計圖中的數(shù)據(jù)進行比對，出現(xiàn)較大的誤差情況要提出警示，讓安裝人員能夠及時發(fā)現(xiàn)安裝不合理的問題，提升工作效率，減少生產與安裝過程中的返工問題，節(jié)約材料，提高工作效率[7]。

5基于遺傳算法的船舶管路布局優(yōu)化

5.1遺傳算法

一般來說，遺傳算法由以下幾個部分構成：問題解編碼、初始種群生產、根據(jù)不同的適應情況進行優(yōu)劣判斷的適應函數(shù)、遺傳算子、遺傳算法參數(shù)值。同時具有自學能力，能夠自主地進行信息搜索，也就是所說的利用智能化解決問題。遺傳算法可以讓多個計算機同時運行，對函數(shù)進行求解，獲取最優(yōu)解，能夠在多個技術領域有效應用。

5.2應用于船舶管路三維布局優(yōu)化的遺傳算法

對于船舶管路布局的優(yōu)化設計，遺傳算法能夠解決平面設計存在的缺陷，獲得更有效的運輸方法。雖然遺傳算法在布局設計中能夠發(fā)揮較大的作用，但是本質上還是無法解決實際的三維布局問題。所以解決船舶三維布局存在的問題，還要在遺傳算法的基礎上實現(xiàn)三維數(shù)字化模型的構建。

5.3自適應退火遺傳算法的船舶管路布局優(yōu)化方法

相比于傳統(tǒng)算法，遺傳算法具有更多技術優(yōu)勢，能夠應用在更多領域，但是遺傳算法也同樣存在缺陷，需要針對性的改進。模擬退火遺傳算法是一個組合形式的優(yōu)化，調整適應度，讓整個體系得到優(yōu)化。對算法進行優(yōu)化與改進，能夠形成具有自適應效果的管路布局優(yōu)化算法。通過變異算子的有效利用，讓適應值獲得最優(yōu)解，從而實現(xiàn)管路布局的最佳效果。

6結語

現(xiàn)代社會的飛速發(fā)展，使船舶生產建造的水平得到了很大的提升，也對船舶管系布局提出了更高的要求。作為船舶設計布局的重要工作程序，提升船舶管系布局的整體水平，便于后期的生產與安裝，成為現(xiàn)階段重要的研究任務。對現(xiàn)階段的船舶管系布局進行分析，大多的管線布局都是采用二維平面布局的形式，后期的生產與安裝還需要等前期的平面設計完成后才能進行，直接影響了工作效率的提升；同時，對施工人員提出了較高要求，只有具有豐富作業(yè)經驗的技術人員才能夠開展安裝工作，會造成后期的大量返工，不利于船舶企業(yè)經濟效益的提高。對于船舶管系布局進行研究，針對現(xiàn)階段顯露出的一些缺陷進行改進與優(yōu)化，讓管系布局設計朝著智能化、自動化的方向發(fā)展，成為未來船舶事業(yè)發(fā)展的主要趨勢，希望本文的研究能夠為行業(yè)的發(fā)展提供參考。

作者：慕林江 單位：黃海造船有限公司