| 单词 | 船舶CAD和专家系统 |
| 释义 | 【船舶CAD和专家系统】 拼译：computer aided ship desigh and expert system 电子计算机诞生以来，CAD随即在船舶工程中得到应用和发展。20世纪50年代CAD在船舶工程的应用，主要是以单个小程序为主，每个小程序只独立地进行某项计算。60年代，在单个小程序基础上，把众多程序连接成软件系统，具有代表性的是AUTOKON系统。该系统是1960年由挪威中央研究院(Central Institute of Industrial Reseerch)和AKER集团的STORD及BERGEV造船厂联合着手研究的，1965年投入使用，它是世界上第1个成功地用于船舶建造的计算机集成系统，目前世界上有55个公司，约70多家工厂采用AUTOKON系统。50年代后期，数据设备的广泛应用使造船生产自动化的进程大大加快，以数控切割机为代表的数控机床大受船厂欢迎。因为数控设备特别适用于中等甚至小批量的生产，加工零件发生变化而加工设备不须作任何变动，只需提供1根数控纸带。但是提供作为加工依据的数控纸带并不是一件简单的事情，尤其是加工一些复杂零件，手工纸带准备难免出现这样那样的错误，影响数控设备的使用率，用计算机来提供数控纸带成了当时的一个追求目标。AUTOKON系统就是在这样一种形势下发展起来的。后来，人们从实践中不断认识到把生产和设计孤立起来不可能有效地解决生产上存在的一些问题，虽然设计工作在造船成本中所占比例很小，但是在设计的初期，整个工程的基本耗费已大致决定了，因此，重要的是应在设计阶段尽早建立起船体结构模型，以生产各种图纸并和生产紧密联系起来。这样，从70年代起，AUTOKON系统从面向建造为主的CAM系统发展为面向设计与生产的CAD／CAM系统，从而产生了超大规模集成软件系统。 FORAN系统可称为超大规模集成软件系统的代表作。1975年，由西班牙SENER公司研制的FORAN系统问世，它包括船体设计和船体建造两个部分，该系统的基础是一个用来定义船体表面的数学公式，能直接生成光顺的型线和环绕船型数学表达，进而完成稳定性、舱客、干舷、总布置、强度计算等，因而该系统较其它系统要先进一些。中国在船舶CAD应用方面也取得了许多成就。1981年，上海船舶工艺研究所推出了HCS系统(Hull Construction System)，它主要面向船体建造，对设计单位提供的船体设计结果进行处理，为船厂提供光顺的肋骨型线图、外板展开图及加工所需数控切割纸带或光电跟踪比例图、船体结构构件的切割图或纸带。另外，还可对螺旋桨的加工、锚泊等船舶重要系统进行设计、计算。HCS系统以数据库为中心，系统程序库为基础，成为比较灵活、功能较强的集成系统。1983年，由上海交通大学、上海船舶设计院和上海船舶工艺研究所联合研制了面向船舶设计的程序系统——多用途干货船辅助设计系统(MPSDS)，该系统由4大部分组成：总体性能设计与计算、型线生成与性能校核、总布置设计、结构设计。该系统的基本设计思想是，4个部分各由许多程序模块构成，各模块都能单独完成某一指定计算任务，而这个任务划分尽可能小，尽可能不搞多功能程序，这样有利于调试、拼装和更新；各模块的输入输出均以文件格式进行；各模块的数学模型及处理方法不完全模拟手工设计的方法，而是根据计算机的计算特点，对手工方法进行不同程度的改造，有些甚至采用较新的数学处理方法，如数学船型等；MPSDS系统考虑与HCS系统拼接以便直接提供施工数据。1989年和1991年，由大连理工大学分别与大连渔轮公司、大连造船厂联合研制的“渔船船体初步设计软件系统”和“油船总体设计软件系统——TADES”相继投入生产使用。这是严格依照软件工程的设计思想进行研制的，它们继承和发扬了以往软件系统的特色，并采用许多新设计方法，使软件系统商品化程度较高。这两个系统较好地反映了船舶设计的实际过程，符合实用要求。20世纪80年代，研究计算机辅助船舶设计(CASD)的同时，计算机船舶智能化设计的研究也逐步开展起来，最主要的是专家系统的应用。专家系统由专家知识库、推理机和解释说明这3个部分组成。中国在80年代中期开始研究船舶设计方面的专家系统，如1987年上海交通大学的汪希龄研究的“散货船智能配载”；1988年大连理工大学的纪卓尚研究的“船舶设计咨询专家系统”；戴寅生研究的“船体外板加工成形专家系统”等等，这些都是对船舶智能化设计与制造的尝试，也积极地推动了船舶智能设计的研究，但这些专家系统均存在一个问题，即专家系统只停留在理论研究上，未能很好地应用于船舶设计中去，其主要原因是，船舶设计是一个非常复杂的工程，专家知识很难收集全面而产生了知识的“容台阶”，更主要的是专家系统是建立在串行Von Neumann型数字计算机基础上的，它使专家系统运行出现“瓶颈”，从而从根本上限制了船舶设计专家系统的发展。80年代中期发展起来的人工神经网络(ANN)给智能化设计提供了一条崭新的途径。神经网络是模拟人脑思维方式以大规模并行分布处理为主流的网格结构，用神经网络理论研制的并行计算机称为神经计算机，它完全不同于数字计算机。若把专家系统建立在神经网络基础上，并用神经计算机来实现，可以解决上述专家系统所存在的问题，使得船舶设计专家系统真正智能化。中国对神经网络理论在船舶设计中的应用已开始了研究，大连理工大学的纪卓尚等人在其研究的专家系统基础上，于1992年研究出“油船总布置神经网络专家系统(TGANNES)”阐述了神经网络专家系统在油船总布置上智能化设计的理论体系，为神经网络理论应用于船舶工程作出了基础性的工作。神经网络专家系统的研究只是刚刚起步，还有许多问题尚待探寻。船舶CAD和专家系统今后的研究热点有以下几个方面：(1)高商品化船舶设计与制造的软件系统；(2)船舶设计与制造的计算机仿真软件系统；(3)计算机绘图(CAD－CG)；(4)神经优化方法在船舶设计中应用；(5)船舶设计的神经网络专家系统。【参考文献】：1 杨槱等．电子计算机辅助船舶设计．上海：上海交通大学出版社，19852 纪卓尚，等．中国造船，40周年增刊3 孙定．散货船分舱配载知识系统，博士论文，19874 林焰，等．中国造船，1988；4(大连理工大学纪卓尚教授、林焰博士撰) |
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