一种船舶部件设计方法、系统、介质及设备与流程

1.本技术涉及船舶建造的技术领域，具体而言，涉及一种船舶部件设计方法、系统、介质及设备。


背景技术：

2.船舶部件的种类很多，例如桨部件、舵部件、节能装置部件、减摇装置部件等，主船体又有诸如中体部件、前中体部件、首中体部件、首连接脊部件、船艏部件、连接脊部件、底连接脊部件、球艏部件等。船舶建造时，存在大量的船舶部件需要设计，有些是标准件，而有些由于不同的船型需要作出相应的变化。
3.传统的船舶部件流程一般为：先确定船舶部件的初步设计方案；然后根据性能要求对初步设计方案进行变化设计；接着基于变化设计后的初步设计方案进行性能评估；当满足性能要求，便可进入模型试验阶段，即建立比例缩小后的物理模型，以验证其实际性能。
4.在上述设计过程中，船舶部件的设计方法多种多样，这些方法因人而异，因工具而已，甚至因时而异，使得船舶部件的设计过程带有一定的随机性和偶然性。而且，并不是每一次的设计都能够得到想要的船舶部件的设计方案，当性能评估不满足要求，之前的所有操作都将面临重新来过，让设计人员陷入低水平重复工作中。
5.此外，设计过程中得到的经验知识只被当前设计人员拥有，且不说这些知识能不能被共享，时间一久，这些知识可能会被设计人员自己遗忘，当再次碰到相同问题，这些经验知识并不能起到指导设计的作用。


技术实现要素：

6.本技术实施例的目的在于提供一种船舶部件设计方法，其能够有效减少设计人员的重复劳动，提高设计效率。
7.本技术实施例的第二目的还在于提供一种能够实现上述船舶部件设计方法的设计系统。
8.本技术实施例的第三目的还在于提供一种计算机存储介质，其存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的船舶部件设计方法。
9.本技术实施例的第四目的还在于提供一种计算机设备，包括存储器及处理器，存储器存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的船舶部件设计方法。
10.第一方面，提供了一种船舶部件设计方法，包括以下步骤：
11.s11、建立部件实例库，将船舶部件的已有部件方案存入部件实例库；每个部件方案具有各自确定的设计参数项及设计参数项的数值；
12.s12、在部件实例库中检索出与待设计部件方案具有相同设计参数项的已有部件方案；
13.s13、对比待设计部件方案的设计参数项的期望值与步骤s12中检索出的已有部件
方案的设计参数项的数值，计算出待设计部件方案与已有部件方案的相似度数值；
14.s14、按照相似度数值由大到小的顺序，对从部件实例库中检索出的已有部件方案进行排序；
15.s141、若排在第一位的已有部件方案与待设计部件方案的相似度数值处于预定标准范围内，则将排在第一位的已有部件方案作为待设计部件方案的最终方案；
16.s142、若排在第一位的已有部件方案与待设计部件方案的相似度数值处于预定标准范围之外，或步骤s12中的检索结果为空，则进行待设计部件方案的自主设计。
17.在一种可实施的方案中，在步骤s13之前还包括以下步骤s21和s22：
18.s21、建立知识库，将已有部件方案的设计经验存入知识库；
19.s22、建立具有相同设计参数项的船舶部件的参数化方案；参数化方案的设计参数项的数值可修改；
20.步骤s142中，进行待设计部件方案的自主设计包括以下步骤：
21.s23、调取知识库中具有相同设计参数项的部件方案的设计经验，以修改待设计部件方案的设计参数项的数值；
22.s24、将修改后待设计部件方案的设计参数项的数值，输入对应参数化方案的设计参数项，生成待设计部件的前置方案；
23.s25、对待设计部件方案的前置方案进行性能评估；若满足性能要求，则将前置方案作为待设计部件方案的最终方案；若不满足性能要求，则结合知识库以外的专业知识进行待设计方案的重新自主设计，得到待设计部件方案新的前置方案后再重复步骤s25，直至得到满足性能要求的待设计部件的最终方案。
24.在一种可实施的方案中，在步骤s25之后还包括以下步骤：
25.将得到的待设计部件方案的最终方案添加至实例库中，以更新实例库。
26.在一种可实施的方案中，在步骤s25之后还包括以下步骤：
27.将步骤s25中所使用的知识库以外的专业知识作为新的设计经验添加至知识库中，以更新知识库。
28.在一种可实施的方案中，待设计部件方案与已有部件方案的相似度数值的计算公式为：
[0029][0030]
其中，s
im
为待设计部件方案与已有部件方案的相似度数值；
[0031]
n为一个部件方案的设计参数项的个数；
[0032]
pi为待设计部件方案的第i个设计参数项的数值；
[0033]
qi为已有部件方案的第i个设计参数项的数值；
[0034]
μi为第i个设计参数项在同一个部件方案的所有设计参数项中的权值，即第i个设计参数项的重要程度，μi取值在0至1之间，同一个部件方案的所有设计参数项的μi之和为1；
[0035]
相似度数值越高，则s
im
值越接近1；相似度数值越低，则s
im
值越接近于0。
[0036]
在一种可实施的方案中，设定相似度阈值α，0＜α≤1，则相似度数值的预定标准范围为α至1；
[0037]
若α≤s
im
≤1，则表示相似度数值处于预定标准范围内。
[0038]
根据本技术的第二方面，还提供了一种船舶部件设计系统，包括建库模块、检索模块、计算模块、导出模块和库更新模块。建库模块用于建立部件实例库。检索模块用于在部件实例库中检索出与待设计部件方案具有相同设计参数项的已有部件方案。计算模块用于对比待设计部件方案的设计参数项的期望值与检索出的已有部件方案的设计参数项的数值，计算出待设计部件方案与已有部件方案的相似度数值，并按照相似度数值由大到小的顺序，对从部件实例库中检索出的已有部件方案进行排序。导出模块用于将已有部件方案从部件实例库中导出。库更新模块，用于将船舶的部件方案存入部件示例库。
[0039]
在一种可实施的方案中，建库模块还用于建立知识库，库更新模块还用于将部件方案的设计经验存入知识库；船舶部件设计系统还包括建模模块、调用模块、调参模块和评估模块；建模模块用于建立具有相同设计参数项的船舶部件的参数化方案；调用模块用于调取知识库中具有相同设计参数项的部件方案的设计经验，以修改待设计部件方案的设计参数项的数值；调参模块用于将修改后待设计部件方案的设计参数项的数值，输入对应参数化方案的设计参数项，生成待设计部件的前置方案；评估模块用于对待设计部件方案的前置方案进行性能评估。
[0040]
根据本技术的第三方面，还提供了一种计算机存储介质，其存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方案中的船舶部件设计方法。
[0041]
根据本技术的第四方面，还提供了一种计算机设备，包括存储器及处理器，存储器存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方案中的船舶部件设计方法。
[0042]
与现有技术相比，本技术的有益效果为：
[0043]
利用本技术的方法进行船舶部件的设计时，先通过设计参数项及数值从实例库检索已有的部件方案，若已有部件与待设计部件的相似度数值不处于预定的标准范围内再进行自主设计，若已有部件与待设计部件的相似度数值处于预定的标准范围内，则实例库中的已有部件方案可以直接拿来使用，设计人员无需进行重复劳动，极大地节省重新设计的时间。
[0044]
此外，本技术的技术方案中，将已有部件方案的设计经验存入知识库，从而便于后续设计时的参考，使设计人员也可通过知识库快速地获取以往相关船舶部件的设计经验。并且本实施例还配备了参数化方案，通过修改参数化方案的设计参数项的数值便可以快速得到一个待设计部件的前置方案，只需对前置方案进行性能评估即可，缩短了设计周期，极大节省了设计人员的设计耗时，提高设计效率。
附图说明
[0045]
为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0046]
图1为根据本技术实施例示出的一种船舶部件设计方法的流程图；
[0047]
图2为根据本技术实施例示出的另一种船舶部件设计方法的流程图；
[0048]
图3为根据本技术实施例示出的一种船舶部件设计系统的组成框图。
具体实施方式
[0049]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0050]
因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0051]
根据本技术的第一方面，如图1所示，首先提供一种船舶部件设计方法，包括以下步骤：
[0052]
s11、建立部件实例库，将船舶部件的已有部件方案存入部件实例库；每个部件方案具有各自确定的设计参数项及设计参数项的数值。
[0053]
步骤s11中船舶部件的已有部件方案可以是标准部件的设计方案，也可以是在以往的船舶建造过程中的非标部件设计方案，这些已有部件都可以有自己的固定的设计参数项，并且都有确定的数值。例如一个舵部件的设计参数项主要包括舵面积s、舵高h、舵顶边宽度l
t
、舵底边宽度lb、舵剖面形状p(比如naca0020、naca0018)等参数。
[0054]
s12、在部件实例库中检索出与待设计部件方案具有相同设计参数项的已有部件方案。
[0055]
由于每个船舶部件的设计参数项肯定不是完全相同的，因此可以通过相同设计参数项来判断船舶部件是否属于同一类别，即通过相同设计参数项作为检索条件在是实例库中检索出与待设计部件属于同类别的已有部件方案。
[0056]
s13、对比待设计部件方案的设计参数项的期望值与步骤s12中检索出的已有部件方案的设计参数项的数值，计算出待设计部件方案与已有部件方案的相似度数值。
[0057]
步骤s13中待设计部件方案的设计参数项的期望值，是指设计人员根据实际场景的要求得到的近乎完美的理想方案，但实际设计方案中可能无法得到近乎完美的方案。
[0058]
s14、按照相似度数值由大到小的顺序，对从部件实例库中检索出的已有部件方案进行排序。
[0059]
s141、若排在第一位的已有部件方案与待设计部件方案的相似度数值处于预定标准范围内，则将排在第一位的已有部件方案作为待设计部件方案的最终方案。
[0060]
s142、若排在第一位的已有部件方案与待设计部件方案的相似度数值处于预定标准范围之外，或步骤s12中的检索结果为空，则进行待设计部件方案的自主设计。
[0061]
利用上述实施例的方法进行船舶部件的设计时，先通过设计参数项及数值从实例库检索已有的部件方案，若已有部件与待设计部件的相似度数值不处于预定的标准范围内再进行自主设计，若已有部件与待设计部件的相似度数值处于预定的标准范围内，则实例库中的已有部件方案可以直接拿来使用，设计人员无需进行重复劳动，极大地节省重新设计的时间。
[0062]
需要说明的是，部件方案可以包括部件三维模型、二维图纸、尺寸大小、材料、处理工艺等各种信息。
[0063]
在一种实施方案中，如图2所示，在步骤s13之前还包括以下步骤s21和s22：
[0064]
s21、建立知识库，将已有部件方案的设计经验存入知识库；
[0065]
s22、建立具有相同设计参数项的船舶部件的参数化方案；参数化方案的设计参数项的数值可修改。
[0066]
如图2所示，步骤s142中，进行待设计部件方案的自主设计包括以下步骤：
[0067]
s23、调取知识库中具有相同设计参数项的部件方案的设计经验，以修改待设计部件方案的设计参数项的数值；
[0068]
s24、将修改后待设计部件方案的设计参数项的数值，输入对应参数化方案的设计参数项，生成待设计部件的前置方案；
[0069]
s25、对待设计部件方案的前置方案进行性能评估；若满足性能要求，则将前置方案作为待设计部件方案的最终方案；若不满足性能要求，则结合知识库以外的专业知识进行待设计方案的重新自主设计，得到待设计部件方案新的前置方案后再重复步骤s25，直至得到满足性能要求的待设计部件的最终方案。
[0070]
上述步骤s21和s22，以及步骤s23至s25在实施时，将已有部件方案的设计经验存入知识库，从而便于后续设计时的参考，使设计人员也可通过知识库快速的获取以往相关船舶部件的设计经验。并且本实施例还配备了参数化方案，通过修改参数化方案的设计参数项的数值便可以快速得到一个待设计部件的前置方案，只需对前置方案进行性能评估即可，缩短了设计周期，极大节省了设计人员的设计耗时，提高设计效率。
[0071]
需要说明的是，参数化方案可以包括部件三维模型、二维图纸、尺寸大小、材料、处理工艺等各种信息。例如设计参数项是部件的尺寸，通过修改参数化方案的尺寸，直接可以生成新的部件的二维及三维图纸。
[0072]
需要说明的是，步骤s25中性能评估的内容和方法以每一个船舶部件的实际情况为主。例如对舵部件方案进行性能评估时，涉及舵效性能评估、节能效果评估、抗空化性能评估等，评估手段可以采用数值分析方法、模型试验法、代理模型法等。
[0073]
在一种实施方案中，在步骤s25之后还包括将得到的待设计部件方案的最终方案添加至实例库中，以更新实例库，从而使实例库的内容不断升级迭代，随着应用时间的累积，系统包含的已有部件方案就越多，数据也越丰富，基于步骤s11至s142的方法得到待设计部件的有效方案的概率也会越高，为下次再碰到相似部件设计提供了更多已有部件方案的实例支撑，基于本实施例方法的设计系统的设计能力在每经历一次成功的船舶部件设计后都会得到提升。
[0074]
在一种实施方案中，在步骤s25之后还包括将步骤s25中所使用的知识库以外的专业知识作为新的设计经验添加至知识库中，以更新知识库，从而使知识库的内容不断升级迭代，相当于将有效的新发掘的经验知识存入知识库，为下次再碰到相似部件设计提供了设计经验知识支撑，基于本实施例方法的设计系统的设计能力在每经历一次成功的船舶部件设计后都会得到提升。
[0075]
在一种实施方案中，知识库内的内容可根据船舶部件的类别分类存储，并给每一类设计经验标记上类别标签，同时也给船舶部件标记类别标签，通过类别标签便可以在知识库中快速获取对应船舶部件的设计经验。
[0076]
在一种实施方案中，步骤s13中的相似度数值可以是相同参数项之间的差值，或者
多个相同参数项之间的差值的平均值。但本实施例提供了一个优选的方案，待设计部件方案与已有部件方案的相似度数值的计算公式为：
[0077][0078]
其中，s
im
为待设计部件方案与已有部件方案的相似度数值；
[0079]
n为一个部件方案的设计参数项的个数；
[0080]
pi为待设计部件方案的第i个设计参数项的数值；
[0081]
qi为已有部件方案的第i个设计参数项的数值；
[0082]
μi为第i个设计参数项在同一个部件方案的所有设计参数项中的权值，即第i个设计参数项的重要程度，μi取值在0至1之间，同一个部件方案的所有设计参数项的μi之和为1；
[0083]
相似度数值越高，则s
im
值越接近1；相似度数值越低，则s
im
值越接近于0。
[0084]
上述实施例计算的相似度数值能充分考虑到各个设计参数项的重要程度，得到较为实际且准确的相似度数值，从而筛选出更为合理的已有部件方案作为待设计部件的方案。
[0085]
以舵部件为例，假使其设计参数项为舵面积s、舵高h、舵顶边宽度l
t
、舵底边宽度lb、舵剖面形状p，则设计参数项的个数n＝5，设计参数项分别为s、h、l
t
、lb和p。假使s、h、l
t
、lb和p重要程度分别为30％、10％、10％、20％和30％，则μ2＝10％代表第二个属性lpp的权值为0.1。
[0086]
在一种实施方案中，步骤s141中的相似度数值的预定标准范围可以是一个差值的数值范围，也可以是一个差值的平均值的范围。但基于上述实施中优选的相似度数值计算公式，提出一种评价相似度数值的预定标准范围，设定相似度阈值α，0＜α≤1，则相似度数值的预定标准范围为α至1；若α≤s
im
≤1，则表示相似度数值处于预定标准范围内。
[0087]
需要说明的是，α由大量成功的部件方案的成功实例归纳所得。
[0088]
根据本技术的第二方面，如图3所示，还提供了一种能实现上述船舶部件设计方法的船舶部件设计系统，包括建库模块10、检索模块20、计算模块30、导出模块40和库更新模块50。
[0089]
建库模块10用于建立部件实例库。检索模块20用于在部件实例库中检索出与待设计部件方案具有相同设计参数项的已有部件方案。计算模块30用于对比待设计部件方案的设计参数项的期望值与检索出的已有部件方案的设计参数项的数值，计算出待设计部件方案与已有部件方案的相似度数值，并按照相似度数值由大到小的顺序，对从部件实例库中检索出的已有部件方案进行排序。导出模块40用于将已有部件方案从部件实例库中导出。库更新模块50用于将船舶的部件方案存入部件示例库。
[0090]
在一种实施方案中，建库模块10还用于建立知识库，库更新模块50还用于将部件方案的设计经验存入知识库；船舶部件设计系统还包括建模模块60、调用模块70、调参模块80和评估模块90；建模模块60用于建立具有相同设计参数项的船舶部件的参数化方案；调用模块70用于调取知识库中具有相同设计参数项的部件方案的设计经验，以修改待设计部件方案的设计参数项的数值；调参模块80用于将修改后待设计部件方案的设计参数项的数值，输入对应参数化方案的设计参数项，生成待设计部件的前置方案；评估模块90用于对待
设计部件方案的前置方案进行性能评估。
[0091]
根据本技术的第三方面，还提供了一种计算机存储介质，其存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方案中的船舶部件设计方法。
[0092]
根据本技术的第四方面，还提供了一种计算机设备，包括存储器及处理器，存储器存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方案中的船舶部件设计方法。
[0093]
以上仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。