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摘 要 因为船舶结构复杂，且精度要求很高，所以设计工作难度较大，依靠人工来进行设计容易出现效率及质量方面的问题，因此需要进行优化。而现代发达的人工智能技术就给予了船舶设计优化支撑，人们将整个设计框架分为若干模块，再利用人工智能技术完成数据调整、对比、匹配等操纵，即可保障各模块本身质量达标，同时各模块之间也能良好衔接，构成完成的船舶设计方案，其中效率与质量都可以得到保障。对此本文研究将重点分析人工智能下船舶模块化设计方式，阐述人工智能基本概念、船舶模块划分方案、具体设计策略。
关键词 人工智能 船舶 模块化设计
中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2020）02-0008-02
人工智能技术自出现以来就一直备受关注，在长期的发展下逐渐成为了一项实用性技术，在各大领域中都展现出了很高的应用价值，说明该项技术具有较强的泛用性，这也是该项技术受人关注的因素之一。因此随着人工智能技术的不断深入，该项技术开始进入船舶设计领域，相关设计人员可以利用该项技术去优化以往的设计方式，能够降低设计难度、保障设计质量，对此进行研究具有一定现实意义。
1 人工智能基本概念
人工智能的基础在于“人工神经网络”（Back Propag ation，以下简称BP神经网络），其是人工智能的智能逻辑生成源，即当人们向智能技术系统内注入了基础信息之后，这些信息就会在系统内生成对应的神经元节点，各节点之间存在一定的联系，根据联系路径的长短可知两个节点之间的关联度;根据联系路径上的节点分布可知节点之间的关系是直接还是间接;根据联系路径的走向可知节点的发展方向，当所有神经元节点全部形成之后就构成了BP神经网络。BP神经网络代表了一个事件，人们可以通过网络结构中各神经元节点的情况对事件本质有深入了解，且可以对其中某个节点进行调整，让BP神经网络来分析调整后事件的发展变化，例如在船舶设计智能系统中输入“材料实际硬度”、“设计硬度要求标准”两个信息，即可得到对应的神经元节点，对其中“材料实际硬度”节点的数值进行调整，BP神经网络就能判断该节点当前数值是否符合“设计硬度要求标准”节点要求，如果不符合则整个网络就会朝负面方向发展，说明当前船舶设计在硬度标准不合规，不能保障船舶最终质量，而通过反复的调整，最终就能保障船舶设计质量达标，不会出现硬度标准不合规的問题。又或者在系统中输入“材料形变速率”、“形变因素”、“船舶结构衔接处缝隙标准”三项信息，待神经元节点形成之后，可以直观的看到“材料形变速率”节点在不同的“形变因素”节点作用下的形变速率，而形变速率又会对“船舶结构衔接处缝隙标准”节点造成影响，说明“材料形变速率”节点与“船舶结构衔接处缝隙标准”节点之间存在间接关系，依照这一关系能够判断船舶的使用寿命长短，由此检验船舶质量是否合格。总体而言，人工智能技术在传播设计中的应用方式多种多样，可以在某些设计环节上取代人工，帮助人工完成复杂的数据处理工作，还能给人工提供数据检测服务，整体表现出了较高的应用价值，值得在船舶模块化设计中的进行应用。
2 船舶模块划分方案
要使用人工智能来进行船舶模块化设计，就要先对船舶设计方案进行模块划分，这是使用人工智能的前提条件，其会对人工智能的实际应用表现造成影响，因此不可忽视，需要正确对待。下文将对船舶模块划分方法及对应方案进行论述。
2.1 船舶模块划分方法
通常情况下可以使用“分类编码法”来进行船舶模块划分，即船舶结构虽然复杂，但因为不同结构的主要作用、功能存在差异，所以可以根据这一差异对船舶结构进行划分，可得不同模块。同时为了保障划分所得模块能够与人工智能对接，需要对不同模块进行编码，且将编码预先导入人工智能系统中生产基础标准逻辑，以便于神经网络在后续设计中对不同模块的信息进行识别。以船舶动力室为例，该模块中所有部件都可以采用P（Power room）开头，在依照工艺流程用数字进行编码，如P-1、P-2等，采用该方法就实现了船舶模块分类编码，模块自然得到划分[1]。
2.2 船舶模块划分方案
因为不同船舶的结构模块及模块内所含部件存在类型、数量上的差异，所以船舶模块划分方案不能混为一谈，下文主要论述所有船舶都具备基本模块，分别为船身、船面、动力室、控制室。
2.2.1 船身
船身中最重要的设计信息就是外侧结构缝隙大小、内侧对接点，其中前者过大会导致船体容易渗水，使船舶在使用过程中吃水过深，甚至引发安全事故，因此船身外侧结构的缝隙必须达标，不能出现任何误差;后者代表了船身与内部结构之间是否能够良好对接，如果不能良好对接，则可能导致船舶制造时出现问题，某些部件不能被妥善安装，这会影响船舶内部功能，因此后者对接点也必须符合规范，在类型与数量上不能出现任何误差。
2.2.2 船面
船面即甲板，是船内人员的主要活动区域，也是用于安装立面部件的部位，因此任何船舶设计中都要重视船面设计。船面设计的要点集中在空间使用率，即所有立面部件的安装必然会占用一部分空间，而当空间占用情况比较严重，就会导致船面没有足够的空间供人活动，具体取决于船舶类型，如小型工业用船在人员活动区域上的要求比较小，因此有足够的空间让立面部件进行安装，而如果是商业用船则就要留有足够的人员活动区域，立面部件安装空间相对较小。根据这一逻辑，船面设计就必须根据船舶类型来把控空间使用率，要注重立面部件安装基座的布局与数量。
2.2.3 动力室
任何船舶都有动力室，主要用于安装发动机、电气设备等，为船舶内相关部件提供对应能源，如果动力室出现问题，则船舶在能源供应上必然会受到负面影响，尤其是发动机出现问题时，船舶可能丧失动力无法行驶，这也是一种比较常见的安全事故。这一条件下，动力室设计就非常重要，在模块化设计当中必须严格审核动力室设计情况，如果发现任何问题必须第一时间调整。但值得注意的是，动力室设计质量涉及到的因素非常多，负面影响表现也是数不胜数，因此要保障动力室设计质量是一项难度较大的工作，设计人员要处理量级、种类繁多的数据，而因为人工的不稳定性，所以质量把控有效性比较弱，针对这一问题人工智能可以给予帮助。 2.2.4 控制室
船舶控制室主要用于安装各类仪表及控制装置，控制人员可以根据仪表对船舶当前状态进行判断，如果发现异常可通过对应的控制装置进行调整，以保障船舶状态正常或控制行驶方向。因此如果船舶控制室出现问题，就可能导致控制人员误判或无法操控，这两种影响对于船舶内人员而言都是存在安全风险的，因此在设计中必须予以重视。
3 人工智能下的船舶模块化设计策略
采用以上船舶模块划分方法对四大基本模块进行分类编码后，即可采用人工智能来进行模块化设计，设计策略可分为三项，即模块标准化设计、标准模块设计调整、整体模块设计调整，各策略具体内容如下。
3.1 模块标准化设计
在人工智能基础上将船舶模块设计标准信息导入其中，生成神经元节点及BP神经网络。依照神经网络中不同神经元节点，让人工智能系统自主判断各模块的标准设计参数，随后人工依照标准设计参数进行设计即可。例如在人工智能系统中输入船身外侧透水率，系统就会根据透水率数值计算外侧结构缝隙的标准值，假设该标准值为0.1cm，系统就会在数据库中寻找缝隙大小不超过0.1cm的材料，人工使用此类材料完成设计即可初步保障设计符合标准。此外，如果人工智能系统能够在数据中找到缝隙不超过0.1cm的材料固然是最好的，但多数情况下系统并不能找到此类材料，这时就要通过螺栓、焊接等工艺手段来缩小缝隙，这种情况下人工智能依照标准值就会对螺栓规格、紧固度及焊接温度、深度等进行计算，依照计算结果同样可以完成标准化设计[2]。
3.2 标准模块设计调整
因为船舶在行驶过程中遭遇的实际环境存在差异，所以单纯的标准模块设计并不一定能保障船舶状态稳定，这一条件下就要在人工智能基础上对标准模块设计进行检测与挑战，以便于应对不同的实际环境。首先在模块标准化设计中得到了船舶模块的基本数据模型，其次在人工智能系统中输入航道环境数据（数据必须具备代表性，如最大透水率、最大水流阻力等）可模拟实际环境，随后将模块基本数据模型导入环境模型中，即可检测基本数据模型是否足以应对实际环境，如果在某方面存在问题及时调整即可，通过循环检测与调整，可保障船舶设计贴合实际，对设计质量作出保障。
3.3 整体模块设计调整
船舶中的四大基本模块之间存在直接或间接的关联，其中任意模块出现问题，其他模块也会受到负面影响，如动力室的电气设备受到影响，则控制室仪表就可能无法正常运作，因此单纯对单个模块进行测试是不够的。这一条件下，设计人员就要利用人工智能技术对整体模块进行设计调整，具体方案同上（3.2标准模块设计调整），区别只在于实际环境中导入的基本模型不再是单独模块的基本数據模型，而是整体模块的基本数据模型，可用于设计质量综合判断。
4 结语
综上，本文对基于人工智能的船舶模块化设计进行了分析，阐述了人工智能基本概念、船舶模块划分方案、人工智能下的设计策略。通过分析可知，人工智能因为泛用性强，所以在船舶模块化设计中也可以使用，且具有良好的应用价值体现，但要充分发挥人工智能功能，就要先做好船舶模块划分，后采用相关策略来完成设计。文中提出的船舶模块划分方案及人工智能设计策略可提供参考，能起到保障船舶模块设计质量的作用。
参考文献：
[1] 黄本燊.浅谈船舶智能设计内涵及发展[J].技术与市场，2019， 26（07）：69-70.
[2] 郑文博.基于人工智能的船舶模块化设计与制造[J].船舶物资与市场，2019（07）：28-29.
黄海造船有限公司，山东 威海
关键词 人工智能 船舶 模块化设计
中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2020）02-0008-02
人工智能技术自出现以来就一直备受关注，在长期的发展下逐渐成为了一项实用性技术，在各大领域中都展现出了很高的应用价值，说明该项技术具有较强的泛用性，这也是该项技术受人关注的因素之一。因此随着人工智能技术的不断深入，该项技术开始进入船舶设计领域，相关设计人员可以利用该项技术去优化以往的设计方式，能够降低设计难度、保障设计质量，对此进行研究具有一定现实意义。
1 人工智能基本概念
人工智能的基础在于“人工神经网络”（Back Propag ation，以下简称BP神经网络），其是人工智能的智能逻辑生成源，即当人们向智能技术系统内注入了基础信息之后，这些信息就会在系统内生成对应的神经元节点，各节点之间存在一定的联系，根据联系路径的长短可知两个节点之间的关联度;根据联系路径上的节点分布可知节点之间的关系是直接还是间接;根据联系路径的走向可知节点的发展方向，当所有神经元节点全部形成之后就构成了BP神经网络。BP神经网络代表了一个事件，人们可以通过网络结构中各神经元节点的情况对事件本质有深入了解，且可以对其中某个节点进行调整，让BP神经网络来分析调整后事件的发展变化，例如在船舶设计智能系统中输入“材料实际硬度”、“设计硬度要求标准”两个信息，即可得到对应的神经元节点，对其中“材料实际硬度”节点的数值进行调整，BP神经网络就能判断该节点当前数值是否符合“设计硬度要求标准”节点要求，如果不符合则整个网络就会朝负面方向发展，说明当前船舶设计在硬度标准不合规，不能保障船舶最终质量，而通过反复的调整，最终就能保障船舶设计质量达标，不会出现硬度标准不合规的問题。又或者在系统中输入“材料形变速率”、“形变因素”、“船舶结构衔接处缝隙标准”三项信息，待神经元节点形成之后，可以直观的看到“材料形变速率”节点在不同的“形变因素”节点作用下的形变速率，而形变速率又会对“船舶结构衔接处缝隙标准”节点造成影响，说明“材料形变速率”节点与“船舶结构衔接处缝隙标准”节点之间存在间接关系，依照这一关系能够判断船舶的使用寿命长短，由此检验船舶质量是否合格。总体而言，人工智能技术在传播设计中的应用方式多种多样，可以在某些设计环节上取代人工，帮助人工完成复杂的数据处理工作，还能给人工提供数据检测服务，整体表现出了较高的应用价值，值得在船舶模块化设计中的进行应用。
2 船舶模块划分方案
要使用人工智能来进行船舶模块化设计，就要先对船舶设计方案进行模块划分，这是使用人工智能的前提条件，其会对人工智能的实际应用表现造成影响，因此不可忽视，需要正确对待。下文将对船舶模块划分方法及对应方案进行论述。
2.1 船舶模块划分方法
通常情况下可以使用“分类编码法”来进行船舶模块划分，即船舶结构虽然复杂，但因为不同结构的主要作用、功能存在差异，所以可以根据这一差异对船舶结构进行划分，可得不同模块。同时为了保障划分所得模块能够与人工智能对接，需要对不同模块进行编码，且将编码预先导入人工智能系统中生产基础标准逻辑，以便于神经网络在后续设计中对不同模块的信息进行识别。以船舶动力室为例，该模块中所有部件都可以采用P（Power room）开头，在依照工艺流程用数字进行编码，如P-1、P-2等，采用该方法就实现了船舶模块分类编码，模块自然得到划分[1]。
2.2 船舶模块划分方案
因为不同船舶的结构模块及模块内所含部件存在类型、数量上的差异，所以船舶模块划分方案不能混为一谈，下文主要论述所有船舶都具备基本模块，分别为船身、船面、动力室、控制室。
2.2.1 船身
船身中最重要的设计信息就是外侧结构缝隙大小、内侧对接点，其中前者过大会导致船体容易渗水，使船舶在使用过程中吃水过深，甚至引发安全事故，因此船身外侧结构的缝隙必须达标，不能出现任何误差;后者代表了船身与内部结构之间是否能够良好对接，如果不能良好对接，则可能导致船舶制造时出现问题，某些部件不能被妥善安装，这会影响船舶内部功能，因此后者对接点也必须符合规范，在类型与数量上不能出现任何误差。
2.2.2 船面
船面即甲板，是船内人员的主要活动区域，也是用于安装立面部件的部位，因此任何船舶设计中都要重视船面设计。船面设计的要点集中在空间使用率，即所有立面部件的安装必然会占用一部分空间，而当空间占用情况比较严重，就会导致船面没有足够的空间供人活动，具体取决于船舶类型，如小型工业用船在人员活动区域上的要求比较小，因此有足够的空间让立面部件进行安装，而如果是商业用船则就要留有足够的人员活动区域，立面部件安装空间相对较小。根据这一逻辑，船面设计就必须根据船舶类型来把控空间使用率，要注重立面部件安装基座的布局与数量。
2.2.3 动力室
任何船舶都有动力室，主要用于安装发动机、电气设备等，为船舶内相关部件提供对应能源，如果动力室出现问题，则船舶在能源供应上必然会受到负面影响，尤其是发动机出现问题时，船舶可能丧失动力无法行驶，这也是一种比较常见的安全事故。这一条件下，动力室设计就非常重要，在模块化设计当中必须严格审核动力室设计情况，如果发现任何问题必须第一时间调整。但值得注意的是，动力室设计质量涉及到的因素非常多，负面影响表现也是数不胜数，因此要保障动力室设计质量是一项难度较大的工作，设计人员要处理量级、种类繁多的数据，而因为人工的不稳定性，所以质量把控有效性比较弱，针对这一问题人工智能可以给予帮助。 2.2.4 控制室
船舶控制室主要用于安装各类仪表及控制装置，控制人员可以根据仪表对船舶当前状态进行判断，如果发现异常可通过对应的控制装置进行调整，以保障船舶状态正常或控制行驶方向。因此如果船舶控制室出现问题，就可能导致控制人员误判或无法操控，这两种影响对于船舶内人员而言都是存在安全风险的，因此在设计中必须予以重视。
3 人工智能下的船舶模块化设计策略
采用以上船舶模块划分方法对四大基本模块进行分类编码后，即可采用人工智能来进行模块化设计，设计策略可分为三项，即模块标准化设计、标准模块设计调整、整体模块设计调整，各策略具体内容如下。
3.1 模块标准化设计
在人工智能基础上将船舶模块设计标准信息导入其中，生成神经元节点及BP神经网络。依照神经网络中不同神经元节点，让人工智能系统自主判断各模块的标准设计参数，随后人工依照标准设计参数进行设计即可。例如在人工智能系统中输入船身外侧透水率，系统就会根据透水率数值计算外侧结构缝隙的标准值，假设该标准值为0.1cm，系统就会在数据库中寻找缝隙大小不超过0.1cm的材料，人工使用此类材料完成设计即可初步保障设计符合标准。此外，如果人工智能系统能够在数据中找到缝隙不超过0.1cm的材料固然是最好的，但多数情况下系统并不能找到此类材料，这时就要通过螺栓、焊接等工艺手段来缩小缝隙，这种情况下人工智能依照标准值就会对螺栓规格、紧固度及焊接温度、深度等进行计算，依照计算结果同样可以完成标准化设计[2]。
3.2 标准模块设计调整
因为船舶在行驶过程中遭遇的实际环境存在差异，所以单纯的标准模块设计并不一定能保障船舶状态稳定，这一条件下就要在人工智能基础上对标准模块设计进行检测与挑战，以便于应对不同的实际环境。首先在模块标准化设计中得到了船舶模块的基本数据模型，其次在人工智能系统中输入航道环境数据（数据必须具备代表性，如最大透水率、最大水流阻力等）可模拟实际环境，随后将模块基本数据模型导入环境模型中，即可检测基本数据模型是否足以应对实际环境，如果在某方面存在问题及时调整即可，通过循环检测与调整，可保障船舶设计贴合实际，对设计质量作出保障。
3.3 整体模块设计调整
船舶中的四大基本模块之间存在直接或间接的关联，其中任意模块出现问题，其他模块也会受到负面影响，如动力室的电气设备受到影响，则控制室仪表就可能无法正常运作，因此单纯对单个模块进行测试是不够的。这一条件下，设计人员就要利用人工智能技术对整体模块进行设计调整，具体方案同上（3.2标准模块设计调整），区别只在于实际环境中导入的基本模型不再是单独模块的基本数據模型，而是整体模块的基本数据模型，可用于设计质量综合判断。
4 结语
综上，本文对基于人工智能的船舶模块化设计进行了分析，阐述了人工智能基本概念、船舶模块划分方案、人工智能下的设计策略。通过分析可知，人工智能因为泛用性强，所以在船舶模块化设计中也可以使用，且具有良好的应用价值体现，但要充分发挥人工智能功能，就要先做好船舶模块划分，后采用相关策略来完成设计。文中提出的船舶模块划分方案及人工智能设计策略可提供参考，能起到保障船舶模块设计质量的作用。
参考文献：
[1] 黄本燊.浅谈船舶智能设计内涵及发展[J].技术与市场，2019， 26（07）：69-70.
[2] 郑文博.基于人工智能的船舶模块化设计与制造[J].船舶物资与市场，2019（07）：28-29.
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