船舶优化设计大全11篇

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篇（1）

中图分类号：F407.474 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）15-0355-02

在船舶设计领域，针对船舶的稳性、快速性、操纵性及耐波性等分别具有一套理论完善、实用有效的设计方法。因此，随着航运业的高速发展，船舶的经济性、环保及安全性日益受到重视，对船舶的综合性能提出了更高的要求。螺旋桨作为主要的船舶推进装置，其综合性能直接影响着船舶的快速性、安全性与舒适性。同时，随着船舶向高速化、大型化发展，螺旋桨负荷日益加重，而丰满型船尾容易导致伴流场的不均匀程度增加，使得单纯考虑效率的螺旋桨设计方法无法满足现代螺旋桨的性能要求，必须发展新的设计方法，从推力、效率、空泡及激振等多方面对螺旋桨进行综合优化。

1 优化设计方法

1.1 优化问题

螺旋桨螺距与拱度的优化设计问题主要是在给定桨叶负荷的面分布形式时对螺距与拱度的配合进行优化设计。优化过程中，桨叶径向负荷的分布形式被指定的归一化形式限制，叶剖面采用 NACA a=0.8 拱弧线或其他形式，通过调整螺距与拱度的匹配，使桨叶负荷的弦向分布形式与给定形式的方差最小。采用升力面理论涡格法程序计算桨叶负荷及水动力，优化问题的提法如下：

其中：Γmn、Γ0mn分别为桨叶附着涡强度的计算值和要求值，依次根据计算得到的负荷弦向分布及给定的负荷弦向分布形式来确定。M、N 分别为桨叶径向和弦向涡格数，本文取 M=15，N=10。

限制条件式（2）中，Tσ为推力系数计算值TK与设计要求值T0K 之绝对误差，Tε为误差限，本文取Tε=0.025%。另外

式（5）中Γ0m为给定的桨叶负荷径向分布形式，归一化方法同Γm。rε为rσ的允许误差，本文取rε=0.05%。

选择桨叶各半径剖面的螺距比PDi和最大拱度与相应的弦长的比值0Mif为优化变量，为了减少计算量，可根据设计条件限定优化变量的取值范围，本文取DLP=0.5、DUP=1.3，0ML

f=0.0、0MUf=0.1。在优化过程中，发现桨叶梢部对径向载荷的变化特别敏感，而负荷径向分布很难在叶梢部完全与指定负荷分布形式保持一致，所以优化得到的螺距比在叶梢部极易出现突变，这在螺旋桨设计中是不允许的，因此，根据螺旋桨设计经验引入式（7）作为限制条件，以控制叶梢附近螺距沿径向的变化趋势：

其中：LPD=-0.05，UPD=0.0，该限制条件用来使叶梢部的螺距比沿径向递减。

螺旋桨设计中，首先必须满足推力要求，限制条件（2）的第1式即为此而设；第2式用于限制负荷的径向分布形式，这是影响效率的一个主要因素，本文仅考虑负荷的径向分布形式给定的情况，并不进行效率优化，也就是说，保持原桨负荷径向分布不变，改变其弦向分布，通过优化桨叶螺距比与拱度的配合，使桨叶表面压力分布趋于均匀，从而改善桨叶的空泡性能。需要说明的是，上述误差限的取值是为了使相应误差尽可能小，在优化过程中实际的误差常常大于误差限，如限制条件中要求σr≤εr=0.0005，在实际优化计算中常常不能严格满足这一限制要求，而相应的最终优化结果却达到了设计要求，因此这种情况下可认为此限制条件是满足的。同样，σT≤εT的限制出现类似情况时，也不做严格要求。

2 优化案例

2.1 优化对象及其性能分析

本章以某集装箱船五叶螺旋桨为原型，在保持或提高原桨的敞水效率的前提下，以改善桨叶负荷分布为目标，对桨叶螺距与剖面最大拱度的径向分布进行优化。五叶桨的主要参数见表1。

按照上述螺旋桨优化设计流程，得到的优化结果需要通过SPROP（VLM方法）及FLUENT（

CFD 方法）软件从数值计算的角度进行验证，以确定优化目标是否实现。表2比较了原桨在设计工况下的敞水性能的试验结果与数值计算结果。

从表2可知：SPROP 软件预报值的相对误差为：推力-1.5%、扭矩-5.0%、效率+3.7%；FLUENT

预报值的相对误差为：推力+1.0%、扭矩+0.4%、+0.6%。SPROP 软件预报的扭矩与试验差别较大，可能是由其尾涡模型对叶梢卸载桨的适用性差以及粘性阻力估算误差较大引起；而 FLUENT 软件预报值与试验值非常吻合。假定SPROP 软件的计算误差在优化过程中不S设计方案的改变而改变，在优化设计中，设定推力目标值时需按原型桨的预报误差预先给与补偿。

3 优化结果

表3为A桨与B桨的目标函数及限制条件的满足情况。可以看出：与负荷径向分布相比，在整个拱弧面上满足给定的负荷弦向分布相对比较困难；因为B桨负荷的弦向分布形式不同于A桨，而拱弧线形式与A桨相同，所以σs、σr的误差均比A桨大；控制叶梢螺距变化的限制条件则有效地使叶梢的螺距沿径向呈递减趋势，限制了叶梢部螺距的数值波动，使之具有工程实用性。

螺距与拱度的优化结果与原桨之比较分别如图3.1、3.2所示。螺距与拱度的分布趋势表明：当螺距与拱度作为离散变量各自独立变化时，最终得到的螺距与拱度分布难以保持光顺。其原因可能是：负荷径向分布无法精确满足给定值，负荷弦向分布形式与给定的形式也存在一定的误差，以及数值计算的随机误差。因此本章从工程的实用性要求出发，在保持优化结果的分布趋势及满足推力要求的前提下，对优化结果进行光顺处理，并以光顺后的结果为最终优化设计方案，利用FLUENT 对其进行CFD计算分析。

优化设计中，A、B 桨及原桨负荷的径向分布形式保持不变，原桨通过增加叶梢拱度，以弥补叶梢螺距卸载（指叶梢螺距相对于0.7R处螺距的减小量）所损失的负荷。根据图3.1、

3.2中对螺距与拱度分布的定性分析可知A、B桨的螺距与拱度配合能够产生与原桨相同的负荷径向分布形式。

图3.3、3.4分别为SPROP软件计算的A、B桨的负荷弦向分布与A桨相比，B桨负荷的弦向分布在导边附近有所卸载，但卸载程度远小于原桨。与三种负荷弦向分布对应的螺距与拱度配合如图 3.1、3.2所示，其中A桨螺距最大、拱度最小，原桨的螺距最小、拱度最大，

B 桨螺距与拱度均居于A桨与原桨之间。这一结果充分说明负荷的弦向分布形式对螺距与拱度配合的影响。在设计工况下，从三种螺距与拱度配合下的桨叶性能进行分析，A、B 桨各半径处的剖面比原桨剖面更接近翼型的设计状态，可能对桨叶效率有利；但原桨剖面的工作状态更接近于面空泡界限，而A、B 桨偏向背空泡界限，因此原桨在轻载工况下应该容易发生面空泡。

4 结语

通过对弦向负荷分布形式的比较，认为常用的a=0.8的负荷分布形式不太适合于高速、重载的现代船舶螺旋桨设计，该形式使桨叶导边附近的负荷过重，容易在叶背侧的导边附近形成负压峰，进而诱发桨叶背空泡。导边卸载的负荷分布形式（如 a=0.8 & b=0.1）可能是一种更好的选择。

参考文献：

[1] 干洪： 计算结构力学[M].合肥：合肥工业大学出版社，2004.

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中图分类号：TQ051 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（c）-0054-03

Optimization Design for the Manufacturing Process of the Ship Sintering Evaporator

ZHANG Hongdun

（School of Ocean，Yantai University，Yantai Shandong，264005，China）

Abstract：Highly efficient heat transfer systems play more and more important role in the development of modern marine engineering equipment. Compared with the ordinary evaporator，the sintering evaporator’s heat transfer performance is obviously enhanced，which provides reference to saving metal material and reduce size for ship evaporator.A new approach fabricating sintered micro-structured wicks is developed which can help to fabricate the uniform wicks on the sintered surface，which can also provides reference for sintering evaporator with different thickness and copper powder particles diameter by use sintering furnace.

Key words：Sintered particles Micro-channel Porous media Evaporator

中国作为最大的发展中国家，已跻身国际航运大国的行列，伴随着各种贸易的快速发展，我国每年进出口货物的93%～95%是通过船舶运输的方式来实现的，其中很多货物还要通过冷藏运输方式完成，同时，海上作业船、军舰、渔船等为了满足生产、生活以及特殊设备的需要，均需设置制冷装置，制冷装置已是船舶运行不可或缺的重要设备[1]。

船舶的运营成本成是航运经济性的重要指标，随着制冷技术应用的日益广泛以及燃油成本的不断提高，制冷装置消耗的能源也在不断增加，节能减耗是船舶营运经济性的重要发展方向。制冷蒸发器是制冷系统的关键部件，它的换热效率会直接影响制冷装置的能量消耗及效率，如何强化制冷蒸发器的换热系数是当前对制冷装置节能研究的热点之一。

强化传热的目的是适应和促进高热流密度的热交换[2]，以有效的冷却来保证高温部件的安全运行，以经济的手段来传递特定的热量，以高的效率来实现能源的充分利用[3]，确保设备和器件在安全运行的前提下，提高热交换系统的经济性，达到在总传热量一定的情况下减小传热温差或者在传热温差一定的前提下提高总传热量的目的 [4]。

烧结蒸发器的内壁具有多孔烧结表面，该烧结表面有很高的传热系数，可以有效的强化多孔侧传热，通过与同规格光滑管传热性能试验对比，其传热系数比光滑管提高了5～6倍[5]，是强化换热、降低金属耗材、提高能量利用率以及实现能量充分利用的良好换热表面[6]。烧结处理方式是强化传热中的被动技术，被动技术不需要额外消耗功率和其它附属设备，在完全失重或微重力环境中仍可工作，结构简单，运行可靠。

1 烧结表面强化传热原理分析

1.1 概念

烧结[7]是金属的粉末或粉末压坯在一定的温度和保护气体中受热所发生的过程和现象，烧结会使金属颗粒发生相互粘结，提高了密度，而且很多情况下，也会增加烧结体的强度。如果烧结工艺控制恰当，烧结体的机械性能、物理和密度可以接近同成分的致密材料。从工艺上来分，烧结被是一种热处理工艺，它把金属粉末或粉末压坯加热，在低于其基本成分熔点的温度下保温，然后以不同的方式或速度冷却到常温，烧结过程中会发生一系列的物理化学变化，粉末颗粒的聚集体成为颗粒的聚集体，从而得到所需要的物理、机械性能的材料或制品。

以铜粉烧结为例，一般的烧结工艺大致为：选取纯度在99.5%左右的铜粉，它的单体粒径控制在75～150 μm。首先，使用工具将铜管内部清理洁净，除掉毛刺，然后将铜管放到稀H2SO4中采用超声波清洗。清理洁净之后我们将得到一根无氧化物、内外壁都十分光滑的铜管。之后用一根细钢棍插到铜管里（要求工具准确地将细钢棍固定在铜管的中央，以保证铜粉填充均匀），将铜管的底部用铜片或堵头暂时堵住，随后就可以把铜粉颗粒倒入铜管了。填装完毕后就可以拿到烧结炉进行烧结。在烧结过程中，选氮气、氢气或真空作为保护气，同时，烧结温度的控制也很重要，一般情况下烧结炉最大温度控制在800℃～850℃（根据产品要求的渗透率确定）。烧结完之后需用一个辅助工具加紧铜管，使用专用工具把钢棍抽出即可[8]。严格按照上述过程制作的烧结式铜管，铜粉烧结块分布厚度均匀一致，各个部分的毛细结构渗透率大体相同。图1为烧结式铜管纵横截面剖面图，从图中可以看出铜管内壁面上形成的烧结吸液芯。

1.2 强化传热原理分析

烧结蒸发器是将一定目数的金属粉末烧结在管内表面从而形成与管壁一体的多孔介质，这种多孔介质有较高的毛细抽吸力，并较好地减小了径向热阻，可以实现细薄膜蒸发，该烧结式蒸发器可以兼顾高热传量和低热阻的考量。

在换热面上烧结金属颗粒后，加热面和粒子之间形成了许多空隙凹坑，从而增加了表面活化中心的数目。在核沸腾时，凹坑中的汽泡受到多孔介质有限空间的限制会在受热面附近形成汽区或汽团。多孔介质内的液体在汽区汽液弯月界面发生强烈的液体细薄膜蒸发，这种液体细薄膜主要存在于多孔介质的空隙中;另一方面，因为金属颗粒的导热系数好于沸腾工质的导热系数，所以，多孔烧结层对换热壁面而言相当于增加了翅片作用，并且由于烧结层具有很高的比表面积，使固液换热量得到很大提升，有利于细薄膜的受热与蒸发。蒸汽逸出烧结层和液体的补充是由相应的毛细通道的抽吸力来实现的。

根据以上分析，多孔烧结表面沸腾换热主要受液体的激烈细薄膜蒸发和烧结层中汽-液两相运动特性这两个因素的影响。随着这两个因素的改变会出现不同的传热特性。在低热负荷时，液体的细薄膜蒸发占主要地位，烧结层对沸腾换热起强化作用，这一区域称为传热控制区;而在高热负荷时，由于液体的补充和蒸汽的脱离受烧结层骨架结构的限制，减弱了传热强化性能，这一区域称为阻力控制区。在阻力控制区和传热控制区的临界转折点，换热系数达到最高，传热强化效果最好[6]。

2 烧结时芯棒对中固定存在的问题

烧结层是发生热量交换的场所，是换热芯最重要的部分，而要在细小的铜管内壁烧结铜粉颗粒层形成烧结式吸液芯，芯棒的对中和固定工艺非常重要，该工艺将直接影响到烧结颗粒层的成型，进而会影响到烧结蒸发器的强化传热性能[9]。

尽管目前的铜粉烧结流程早已成熟，但是在微小的铜管内表面烧结铜粉层形成烧结芯毛细结构却是一个难题。目前烧结时常用一根不锈钢棒作为芯棒，如图2所示，从紫铜管一端放入不锈钢芯棒和大堵头，从另一端装入铜粉颗粒，然后放上小堵头，随后放在烧结支架上，放入具有保护气体保护的烧结炉中进行烧结，烧结结束之后采用专用工具把芯棒与两个堵头取出。该方法虽然工艺简单，但存在下列两个缺点：

（1）由于芯棒较长，使用一根不锈钢棒作芯棒时，大堵头对对中其固定得不到控制，芯棒容易产生倾斜，对后续的铜粉颗粒填入不利，不利于保证烧结层厚度的均匀性;

（2）在不锈钢芯棒和铜管所形成的环形空间灌入铜粉颗粒后，装置在移动过程中铜粉颗粒容易从两端堵头处漏出来。

不锈钢芯棒在铜管中是否对中准确会对烧结层的性能非常大影响的影响：芯棒比较细长，如果在填入铜粉颗粒前没有准确地定中，则容易产生较大的挠度，单靠两端大小堵头是无法纠正的，制成的烧结层会出现偏心现象，如图3所示，偏心会导致芯棒抽出时的摩擦力增加，芯棒抽出时的运动会是曲线而不是直线，抽出时需要的外力较大，在抽出过程中容易导致烧结层的脱落而破坏烧结层。

3 烧结芯棒定位装置的优化

针对烧结蒸发器制造过程中芯棒定位不好烧结芯会出现偏心现象以及铜粉颗粒灌装后容易漏出的问题，本文设计了一套芯棒对中固定装置，如图4所示。

该装置中的烧结芯棒与定位支架做成一体，两者相对位置固定不变，通过两个定位孔和铜管外壁来实现铜管和烧结芯棒相对位置的精确定位，将紫铜管放入两个定位孔内，从另一端灌入铜粉，然后放入堵头防止铜粉漏出，放入烧结炉中进行烧结。

图4中所示装置的烧结芯棒直径为6 mm，两个定位孔直径为8 mm，按照此装置可获得规格为壁厚0.6 mm，烧结层厚度为0.4 mm，外径为8 mm的烧结式管。通过调节芯棒的高度和直径以及两个定位孔直径，可以制得不同大小的烧结式管，这一设计优化了现有的烧结定位工艺，为用烧结炉制造不同直径和烧结层厚度的烧结蒸发器提供了借鉴。

从图1所示铜管内壁烧结铜粉颗粒的显微组织图可以看出，对中良好的芯棒烧结出来的微热管铜粉颗粒分布均匀，致密性好，对称性好，已基本形成了均匀且界面分开的组织，铜粉颗粒均匀的表面可以为液体提供高的毛细压力。

4 结语

烧结蒸发器的强化传热性能要优于普通蒸发器，为船舶蒸发器缩小尺寸、节省金属耗材提供了参考，本文探讨了烧结蒸发器内表面烧结芯毛细结构的制造工艺，针对烧结芯棒对中困难及烧结铜粉颗粒灌装后容易漏出的问题，设计了一套优化方案，通过调节芯棒的直径和高度以及两个定位孔直径，可以制得不同规格的烧结式管，为用烧结炉制造不同直径和烧结层厚度的烧结蒸发器提供了参考，同时也为提高生产效率，得到均匀致密对称性好的烧结蒸发器提供了借鉴。

参考文献

[1] 费千.船舶辅机[M].大连：大连海事出版社，2000.

[2] Bergles A.E. Heat transfer enhancement the encouragement and accommodation of high heat fluxes[J].ASME Journal of Heat Transfer，1997（119）：8-19

[3] 顾维藻，神家锐，马重芳，等.强化传热[M].北京：科学出版社，1990

[4] Rohsenow W.M.，Hartnett J.P.，Ganic，E.N..Handbook of heat transfer applications[M].2nd edition.New York：McGraw-Hill，1985.

[5] 刘建新，金海波.多孔表面管沸腾传热试验研究[J].动力工程，1999，19（1）.

[6] 蒋绿林.多孔烧结表面强化沸腾换热最佳结构的研究[J].江苏石油化工学院学报，1995，7（4）.

篇（3）

中图分类号： N945.23 文献标识码： A 文章编号：

运输业是以增加盈利、降低运输成本为目的，人们在盈利的同时，已经忽略了节能所带来的更加巨大的潜在效益。一部分的热量变为机械功外，燃料在柴油机气缸中经过燃烧的其余热量经过散热、排气和冷却介质而排向大气。这种被排出的余热我们把它称之为废热。当今社会，在柴油机的主推进动力装置船舶上，各种各样的余热利用系统被得到广泛地利用。起初人们研发的有效利用余热的方法是热平衡分析法，但是，该方法会使人产生误解，且实际应用范围受限制。在科学技术高度发达的现代，人们研发了一种更为有效的方法，则为火用分析法。该方法能反映出损失以及其损失的程度，它有效利用了余热、提高了循环的经济性。

柴油机主推进动力装置船舶热力系统特点

柴油机主推进动力装置船舶热力系统实现了完成某特殊反应以及热量传递、能量转换等过程的系统，主要是由连接官网、热交换设备、动力机械以及辅助机械设备和系统组成。其系统中存在着多种形式的联系，以及热力、气动、机械等传热传质。柴油机热力系统可以有效地挖掘柴油机动力系统的能量，在满足各种品位热量的同时，最大限度地利用了余热能量的质量和数量。但是如果将排气回收为电能或机械能的话，就能更充分地对能量的数量和质量进行利用。除了传统的缸套冷却水真空制淡，在对低温热量进行回收时，吸收式制冷装置、高效节能的热泵技术、热管换热器等都是当今利用余热的有效设备和手段。对柴油机进行余热利用要根据油消耗、维护、维修管理费用、投资费用、航运和航区特点、船舶类型等综合技术来进行综合的分析。这样采用的系统的余热能量回收的经济性能最高，热能利用率最优，实现了热力系统的优化设计。

柴油机主推进动力装置船舶热力系统都具有自身的特点：①层次性，所谓系统的层次性，就是一个总系统的下层中包含了很多的子系统，而每个子系统中又包含了更小的子系统，这样层层包含就体现出系统的层次。为了完成功能，系统是由不同的结构和单元组成的。热力系统的过程也按照一定的连接方式组成。②环境适用性，柴油机船舶热力系统不断地在与环境进行能量或物质的交换。每一个热力系统都具备输入以及输出系统。该系统接受外界环境提供的能量和物料，物料通过系统形成了能流，这些能流也在不断受到利用、处理。与此同时，向环境中输出能量和物料也是系统所具备的功能之一。在环境条件的制约下，系统进行着能量的转换，环境和系统之间也在相互进行着输入以及输出。这种系统内部能量的转移和转化的过程以及环境与系统之间的互相制约最终保证了系统的功能。③目的性，其目的性就是指柴油机船舶热力系统具有其特定的功能。这些功能可以给人们的生活提供必要的海水淡化、蒸汽、冷量、热量、动力、电力等，而且，根据其功能的相异，可将热能进行回收、利用、输送、转换生产等。它可以对生产过程中产生的工质或余热进行回收。它既可以是由多个单元组成的多功能复杂系统，也可以是由少部分设备组成的功能简单的系统。④关联性，关联性是指柴油机船舶热力系统之间的各个部分的关系是相互制约和相互联系的。关联性是根据其性能上的规律的匹配以及特点，系统中的各个独立的单元并非无序组合或随意堆积，它具有一定规律性的。⑤集合性，系统的集合性例如热泵、热机、各种换热器、余热锅炉等独立的单元组成了余热回收系统，像这样，柴油机船舶热力系统就是由很多的独立单元组合起来，并且是按照一定的方式进行组合的。

船舶热力系统的火用分析

因为所研究的热力系统性质与能量形式不同，因此，能量火用的表达也不同。热力系统在温差的作用下，通过环境与边界交换能量形式就是热量的概念。火用是在给定环境状态的条件下，将系统传递的热量采用可逆方式来完成的最大用工。热量的火无是热能的不可用能，而热量的火用则是热能的可用能。在温度条件不同时，因为热能的存在是依赖于物质系统热状态的，所以热能的不可用部分与可用部分的比例也必然各不相同。例如：在环境状态相同的条件下，系统温度越高，热量的火无就会越小，热量火用则会越大。通过环境与边界，系统在低于自然环境温度的条件下进行交换的热量即为冷量。其实冷量是低于环境温度的热量，其本身也是一种热量。低于环境温度的热量火用其实就是冷量火用。冷量包括了火无和火用。冷量火用于冷量的差为冷量火无。给定条件下过程不可逆性的大小也是火用损失的大小。火用损失不恩给你用以对不同条件下过程进行的完善程度进行比较，它只是一个绝对的数量。所以，热力设备或热力系统中的火用的有效利用程度可以用火用效率来进行表达。热力系统的火用平衡方程式可以用如下公式来表述：火用损失+系统的输出火用+系统的火用变化量=系统的输入火用，作为输出火用的一部分，在分析、计算热力系统时，火用的平衡方程式为：，由此可以看出，系统中表达热力过程的火用平衡方程式的形式不同，热力系统的形式就不同。

可以将余热放热过程作为定压放热的过程。柴油机的排气余热发电简化热力系统图可以参考图1所示。图中MG为柴油机废气量，FP为给水泵，CON为冷凝器，G为发电机，T为汽轮机，SH为蒸汽过热器，B为余热锅炉，PR为螺旋桨，D为柴油机。

图1排气余热发电简化热力系统

柴油机主推进动力装置船舶余热利用系统优化

系统的初投资估算、工质的热力性质计算、系统的部件设计、系统的热平衡计算组成了系统的特性模拟分析。热动力回收系统的优化设计为非线性规划，因为大多数约束函数以及建立的目标函数为设计变量的非线性函数。余热回收系统优化设计图参照图2所示。

图2余热回收系统优化设计示意图

可以以经济性为目标对整个余热利用系统进行优化，也可以对余热利用系统进行发电量和火用效率优化，方法相同但是效果不同。所优化的目标函数不同，获得的效果也是不同的。

结束语

分析了柴油机主推进洞里装置船舶余热回收发电系统。在对废气锅炉进行优化设计时，采用了最大火用效率作为其目标函数，及提高了透平发电量，又增加了废气锅炉的火用效率。

篇（4）

烟草是什么时候传入中国的呢?据史料记载,中国真正开始风行烟草及吸烟习惯,还是在明朝万历年间,烟草从海外传入以后,才为世人共知.(摘自《吸烟的历史》52页)由此可知中国人吸烟的历史已经五百年了。悠长的历史使广大吸烟者对烟具的喜好也是多种多样。其中有“烟嘴”、“烟斗”、“旱烟杆”、“鼻烟壶”、“水桶烟”、“烟袋”等等。这些都是辅助吸食烟草的工具。那么包装贮存烟草的烟具又有那些呢？天津中和烟铺(又称五甲子老烟铺)，是一家历经明、清、民国三朝的老字号。那么最初的烟草包装主要是白纸包包即可。到了近代随着烟制品的种类并没有增加多少，只是吸烟的方式发生了一些变化。烟具出现了一个明显的特点：注重实用性的同时，更注意其装饰性和艺术性。出现了角质、骨质、玉石、金属、塑料、陶瓷等烟盒制品。

任何一种文化现象的产生和发展，都与一定社会的历史条件紧密相关，清代东北满族烟俗的形成与发展亦然，它与当时满族身处的自然环境与生活方式有着密切关系。东北地处寒温带，烟草自身的生物特性，为人们抵御风寒提供了一种较为理想的选择。烟草因其所具有的药物属性，在满族生产生活中也扮演着重要角色。满族人喜吸烟草，在长期吸烟的基础上，形成了许多与烟紧密相关的生活礼俗。在日常交往之中，敬烟是满族人迎宾待客的主要方式之一。敬烟也是满族人尊长敬老的一种表现形式。满族是有着敬老传统的民族，在日常生活中，处处体现着对老人的尊重和爱戴。烟在东北满族的婚姻礼俗中也扮演着重要角色。在满族婚姻礼仪中，有一项重要的仪式——“装烟礼”，一般是由女子向男方的长者敬烟，礼毕后，尊长要将事先准备好的钱送给女方作为酬礼，谓“装烟钱”。由此可见明清时候烟草刚刚传入中国在辽宁吸烟的风俗已经形成,并且成为辽宁地区百姓生活中不可或缺的习俗。

本文介绍的这款“烟跳”是一款比较新颖的烟盒设计。在保持原有贮存香烟功能的基础上增加了自动取出香烟的功能。在注重增加新功能吸引消费者的同时不断加强了对烟盒本身设计的装饰性和艺术性以及地域的文化性。以提高设计中的情感因素。那么设计中情感因素往往会成消费者购买的重要因素。那么我们来分析一下烟跳设计中的情感因素都有哪些。

二、烟盒设计中情感因素对设计的影响

消费者的情感具有复合性，对于一个产品可能会有几种不同的感觉。正是因为对于产品的评估我们有着多元的影响因素，产生的情感通常不会是单一的一种。光是在功能的设计中的创新往往是不够的。在材料的选择上采用了目前比较昂贵的红木材料，如：花梨木、紫檀木、红酸枝木，楠木等珍贵木材。中国是一个木材木使用比较多的国家，对于木器的加工工艺也是历史悠久。皇家帝王对高档的木材的使用选择也是相当考究。民间对于木料的种类、品种、价值的认知度也是比较高的。那么在烟跳设计材料的选择大大提高了产品本身的价值，再经过中国传统的木器加工工艺如榫卯工艺、雕花等工艺的使用以及传统图案的运用，在提高产品本身的使用价值的同时也提高了产品的艺术价值以及产品的的收藏价值。

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关键词 旅游城市形象；新媒体传播；社会化机制

目前国际市场上运用社交媒体最成功的旅游地营销当属澳大利亚，其昆士兰州继提出“全世界最好的工作”创意之后再度发起一波极具话题性的旅游推广活动，此次面向的是全球所有企业，参与方法也很简单：只需上传一段60秒视频，阐明“为何你的公司是最棒的？以及为什么你觉得昆士兰是最好的旅游目的地？”完成后提交到活动网址即可，获胜者将获得价值100万澳元的个性化深度旅游体验，由此大大激发了网友的原创热情，而UGC产生的内容也使澳洲目的地形象实现多级传播。这个活动看似简单，既没有复杂的内容设计，网友参与的形式也很容易，旅游地营销者需要做的仅仅是引出一个话题、给予一个平台，余下的就是期待网友主动喊出“昆士兰是最佳旅游目的地”并说明理由，这种“普通人的代言”自然显著提升了旅游地形象的可信任程度，其创意背后所透视出的社会化思维对我国旅游城市形象新媒体传播不无启示。其实这种社会化协作和分享机制在其他行业的营销公关活动中早有类似应用，在国外的一些旅游目的地网络营销实践中也有不错的表现，笔者对其在旅游城市形象新媒体传播中的应用空间亦抱持乐观心态，期望通过本文的研究能够进一步厘清社会化的内在原理，包括动因、价值、参与主体、城市品牌与旅游者共生、传播关系路径演变及其现实定位等关键问题，以推动旅游城市形象新媒体传播活动发挥更大价值。

一、社会化机制的产生动因及价值分析

Facebook新闻发言人吉利安·卡罗尔认为，旅游业的社会化是一种必然趋势，因为旅游天生就具有社交性，游客需要向朋友咨询目的地景点、住宿及美食等各项消费选择并与之分享旅游体验，无论直接互动还是数据挖掘所获得的客户信息都为旅游城市营销提供了改善其城市品牌形象的契机。从一个较深的层面进行剖析，就会发现社会化机制其实反映出一种新的以“人”为核心的旅游媒介生态正在形成，导致这种变化的根本动因在于——社会群体中个人意识的觉醒和个人需求（含创作和分享）的日益高涨。作为旅游城市形象传播最常用的新媒体类型，旅游社区、网络视频、微博、微信其实都着眼于对“人”的理解，旨在实现对旅游者时间碎片的掌控，需要明白的一点是：社会化绝非终点，在未来它一定还会被某种新的媒介形态所取代，但借助其先打造出一个旅游者互助的平台，再设法推动这些旅游者围绕城市品牌主题深入互动，最后其实是旅游者发言真正铸就了城市品牌形象，这才是旅游城市形象新媒体传播的动机所在和运作机制。作为有共同体验的、有意义的关系链旅游社区，其存在目的不仅在于记录和更在于互动、分享及黏性，但旅游城市形象新媒体传播的发展取向并非为了建立关系网，而是基于关系网充分激发用户智慧来建构特定旅游城市形象。

笔者分析借鉴国内外诸多旅游新媒体营销案例后发现，有关旅游城市形象传播的新媒体运用应高度重视社交平台的影响力，建议遵循“联系一互动一影响一社交化”这一清晰的传播路径，就像类似TripAdvisor的业务模式那样，用户可以很方便地将其Facebook朋友圈资源整合到自己的旅游体验当中，调查发现这种整合能使其用户黏性显著提升20%，表明“来自社交好友的意见比价格更有影响力”。2013年澳旅局也推出世界首款整合Coogle Maps和Facebook的应用——“友”赏澳洲，通过整合facebook朋友圈功能，把朋友去过的澳洲旅游地整合形成每个用户基于其朋友关系的澳洲地图，图上标签代表每个朋友去过的城市和目的地轨迹，还有当地餐厅、酒店及朋友评论和推荐，由此把朋友间信任转化为对目的地的向往和信任，最终创造出一个独特的旅游计划工具，有效激发了粉丝用户的澳洲旅游动机。Neurofocus调研机构在测试一个30秒视频在多个媒介平台播出情况后发现，新媒体传播借助社会化机制确实可以与消费者在情感上产生最多共鸣，从而为传播平台带来更高的用户黏性。有调查报告显示，一个旅游者平均拥有309个Facebook好友，从影响力层面讲好友意见要比广告信息大5倍，这意味着内容很“赞”的旅游城市社交主页也会是一个“有价值的媒体”，其触及到的用户要比那些依赖付费媒体的用户数量多得多，这是因为社会化能够使对有价值内容的关注度随被“赞”频次增加而呈现倍增效应。

二、社会化主体——“Alpha”旅游者与“相关人群”

新媒体传播的社会化机制造就了“Alpha”消费者，这是一个赋予产品意义、积极体验产品并乐于向他人推荐产品的新型消费群体，相关概念是由娱乐经济学家Michael Wolf在1999年提出的。旅游业中的“Alpha”人群特征比其他行业更加明显，因为旅游消费属于一种典型的体验经济，旅游者日益依赖网民分享的旅游体验来决定其旅游消费决策，包括到哪里旅游、看哪些景点、去哪里吃饭以及到哪里住宿等，由此表明通过营造旅游社区氛围吸引旅游者互动，绝对是一种高回报率的旅游城市形象新媒体传播手段。尤其是身处低诚信消费环境的中国旅游者更习惯于依赖各类旅游品牌，并视这些品牌及其相关评论以及好友推荐为其个人网络生活的重要内容，调查数据显示，有74%的消费者愿意为高质量和独特性支付更多，有48%的消费者相信网络视频并且很容易被说服而冲动消费。新媒体传播的社会化机制存在的很多问题都根源于对社交关系的定义过于简单，其实关系并不只是技术的一个功能或衍生物，追求朋友、粉丝及关注者也不能直接等同于用户价值。线上互联的旅游者特别强调不断投身于各自所定义的兴趣图谱，并实时分享共同的旅游城市偏好及其旅游体验，此时的关系价值就体现在对彼此信任的旅游体验分享的评估指标表现上，因此，在消费决策过程中旅游者往往不再遵循传统的“兴趣一目的”式路径，而是更易于被其他旅游者的观点、经历及决策所共同影响。

在新媒体传播出现社会化机制以前，旅游城市形象只能停留在旅游者的个体记忆之中，而社会化使得传播不再仅仅针对目标旅游者，而是开始关注更大范围内的“相关人群”，其核心价值就体现在使旅游者进行消费决策时易于得到其“相关人群”的推荐，同时激发他们在线分享对旅游城市形象的个人观点甚至自愿代言该城市品牌，从而使旅游城市形象能够更广泛地留存在旅游者互动之中。为此笔者通过在线亲身体验总结出旅游者消费决策是如何被网络“相关人群”口碑所影响的，基本流程如下：首先是好友精彩评论引发潜在旅游者观看旅游城市网络视频，对视频内容初步分析后给出评论并与好友反复互动，对内容细节进一步分析后再通过社会化媒体与更多朋友分享，然后去视频网站搜索更多相关视频并看到很多网友评论，当发现自己和大部分人看法一致时随即产生“群体归属感”，进而通过搜索引擎查找更多旅游城市相关资讯并由此激发购买欲，当身处购买情境时最终促成消费。为此笔者建议旅游城市营销者以更动态性的观点来看待旅游城市形象新媒体传播的社会化机制，也要对传播所依托的社交关系作出更加宽泛的界定，以推动更多人、更多组织之间进行更有意义的观点分享和行为交互。

三、以社会化思维激活旅游者与城市品牌共生

社会化思维要求城市品牌不能再停留在“怎样让城市曝光”的单向传播上，而是要思考“怎样激活城市品牌与旅游者共生”，因此，为了更大程度激发旅游者共鸣，旅游城市营销者应善于从电影、社会事件中捕捉时代性议题以持续创造“旅游者——城市品牌”故事，并引导旅游者围绕城市品牌主题在线互动。为此笔者建议旅游城市营销者在城市形象传播视野上要尽可能宽泛，而不要像城市营销那样单纯聚焦在明确的旅游消费需求点上，应着重考察整个旅游产业链中发现还未被满足的相关非消费性需求并积极介入之，借此与旅游者建立起互动并为日后的潜在购买培养城市品牌偏好，这一自然而然的前期铺垫充分体现出城市品牌对旅游者需求的细致洞察。那么，如何通过活动设计来激发旅游者与城市品牌建立共生关系？笔者以为，旅游城市营销者应紧密围绕其城市形象定位，基于社会化思维设计出易于激发旅游者参与的线上活动，以使其增值成一个个与目标旅游者直接沟通的关系接触点，再将其转化成一系列便于旅游者展示自我价值的社会化协作岗位，由此可将目标旅游者对旅游城市形象从“认知”层面提升到“参与”甚至“构建”层面，而旅游城市也因此收获了构成其品牌忠诚的两个最核心要素——认同感与归属感。

由此表明，社会化思维就是决定旅游城市形象新媒体传播是否能够成功的关键，旅游营销实践中往往将其分为两种形式：一类是个体性的独立创作，城市品牌主动推出一个开放式构建平台，邀请目标旅游者集思广益，例如城市旅游局官方微博可以举办以展现城市品牌形象为目的的旅游者DIY城市旅游路线活动，另一类是群体性的社会协作，笔者建议旅游城市形象传播不妨借鉴“宜家搬家秀”的创意思维，可以设计推出一个富含各类城市品牌元素的在线游戏，并在网上游戏高手选拔公告，通过提供各种游戏角色来吸引目标旅游者踊跃参与。社会化其实就是信息互动及分享，这也意味着旅游城市形象新媒体传播的所有社会化技术创新的终极目标都是为了便于旅游者获取和利用城市旅游信息，为此旅游城市营销者必须理解如何以社会化思维来统领新媒体运作并整合新旧媒体，使之无缝融入整个旅游城市形象传播组合战略当中。

四、社会化传播的关系路径演变

旅游者与旅游城市品牌的互动渠道及方式在不断变化，“先交朋友，再做生意”的传统生意经早已深人人心，而新媒体传播基于社会化思维在网络空间里能更好地践行这一理念。根据斯科特·斯特莱登的理解，新媒体传播的社会化机制带来的最大创新就在于与客户真正建立起长期互动，这种关系与传统的人际关系极为相似，同样包括熟悉、了解、关心等，将其拓展到旅游城市形象传播领域就是——将简单的私人关系变成城市品牌与旅游者复杂的公开关系。我国传统的社会文化通常表现为熟人“圈子”内人际关系友善而互助，但对“圈子”外的人却没那么热情，伴随新媒体传播的社会化机制，这种封闭式“关系圈”会逐渐走向开放式“关系链”，社会性组织力量也会促使人际关系发生深刻变化，主要表现为陌生人基于互联网很容易建立起“弱联系”关系链。中国旅游者对旅游城市的选择总是具有很强的品牌意识，但同时又缺乏品牌忠诚，而社会化机制可以促使中国传统的“强联系”关系型文化转变为更易于快速建立及拓展的“弱联系”关系型文化，为此笔者建议旅游城市营销者换一种思路，可以尝试放弃以往从“强联系”到建立品牌忠诚度的直线传播模式，转向从建立“弱联系”开始再逐步形成品牌认同乃至忠诚的曲线传播模式。

通过接触传统广告建立起来的旅游者与城市品牌关系是“硬”性的，只有通过实地旅游体验才能建立真正的“软”性关系，而社会化就是一个使一大群彼此陌生的旅游者先建立起“弱联系”再通过频繁互动转化为“强联系”的传播过程，其最终目的就是帮助旅游城市品牌实现“旅游者代言”。由此可见，旅游城市形象新媒体传播引入社会化机制更多是想在留住老客户上发挥作用，其衍生品才是借助老客户口碑传播获得新客户，其互动性传播优势使城市品牌能直接而迅速地获得目标旅游者声音，而旅游城市营销者对此要做的就是快速反应，力求以正面声音压倒负面声音。为此笔者建议旅游城市营销者主动加入旅游者对话，并尽可能丰富旅游者之间、旅游者与城市品牌之间弱联系的内容和形式，例如城市旅游局官方微博或微信可以在新年之际为用户提供多种有趣的视频贺卡生成工具，其中可富含其城市各类标志性旅游元素，以使目标旅游者之间的在线问候成为城市品牌形象传播的有效载体。

五、社会化机制的现实定位

面对旅游者不断产生的新需求，旅游城市形象新媒体传播应始终着眼于为“他们”创造意义和价值，其关键价值并不体现在任何新功能或新应用上，而是如何使他们的在线社交活动变得更有针对性和条理性。从本质上讲，旅游城市形象新媒体传播的社会化机制体现出来的是旅游者社会心理及价值观的变化，由此也决定了它更应是一项战略而不仅仅是一个战役，那些把它放在战略高度去重视和运用的旅游城市都已借此积累起较强的社交品牌资产。旅游城市形象新媒体传播的社会化机制已日渐清晰，但对广告功能的过度强调致使其忽略了其他更有价值的互动及分享特质，而社会化机制对传统的城市营销传播所带来的最大变革就是——改变了城市品牌一旅游者之间及旅游者之间的沟通方式。新媒体传播有可能成为旅游城市在实地旅游以外能让旅游者参与城市品牌体验的最大契机，调查表明，新媒体传播基于社会化机制在帮助组织实现各类商业目标中的作用依次为：塑造品牌、构建社区、客户服务、声誉和危机管理等，其中有超过70%选择的是“塑造品牌”。

然而，旅游城市形象新媒体传播依靠社会化机制，是否一定就能构建起社交媒体所具备的用户黏性还有待考量，毕竟旅游属于一个相对短暂、消费频次不高的体验性产品类型，因此，期冀依靠旅游去建立起长期性社交关系的想法明显不太靠谱，但反过来依靠社交关系去刺激有关城市品牌形象的UCC互动还是非常现实的。实证结果表明，借助于社交网络新媒体传播的受众定位精准度可高达90%，而完胜于平均精准度仅为35%的一般性新媒体，表明旅游城市形象新媒体传播借助社会化机制可以深入挖掘客户细微需求，从而使城市旅游体验分享更有针对性，客户关系也不再仅仅是旅游者在旅游城市停留期间而是会在持续互动中，旅游城市也凭借这种随时陪伴旅游者的关系价值构筑起其城市品牌竞争优势。

结语

篇（6）

中图分类号:TP274文献标识码:B

文章编号:1004-373X(2010)02-143-04

Optimized FIR Filter Design Based on Self_adaptive Genetic Algorithm

HUANG Meng,TANG Lin,ZHEN Yu,ZHANG Jie

(91635 Army,Beijing,102249,China)

Abstract:The goal of optimized FIR filter design is approaching to the ideal performance of IIR filter.Genetic algorithm is an optimal probability search algorithm,imitating the process of biology evolution,which has proposed an universal method to solve optimized problems of complex system,independent of domain and kind of problems.The proposed algorithm applying self_adaptive genetic algorithm to optimized IIR filter design,and adjusting cross probability and mute probability self_adaptively by evaluating premature convergence degree to improve search efficiency of genetic algorithm.The simulation results demonstrate that the proposed algorithm can achieve satisfying capability of filter.

Keywords:FIR filter;optimized design;self_adaptive genetic algorithm;premature convergence degree

在现代信号处理和电子应用技术领域,FIR数字滤波器因具有稳定性和线性相位两大优点而得到了广泛的应用。FIR数字滤波器的设计方法主要有窗函数法、频率采样法、切比雪夫逼近法,这些方法的最终目的是对理想滤波器理想性能的逼近,而不可能真正做到理想滤波器的幅频响应,正基于此,多年来许多专家学者在数字滤波器的优化设计问题上做了大量的研究工作,在一定优化准则下,提出了一些设计方法,如Caratheodory_Fejer(CF)法[1],神经网络(Neural Network)法[2],最小P误差法[3]以及模型拟合频率响应法[4]等。这些优化算法各长,它们在数字滤波器的设计中都取得了较好的设计效果,也为数字滤波器的设计打开了新的思路。

遗传算法是一种模仿生物进化过程的全局优化概率搜索算法,它提出了一种求解复杂系统优化问题的通用框架,且不依赖于问题的领域和种类,因此在诸多领域得到了广泛的应用。但是标准的遗传算法存在两个重大的缺陷:早熟和收敛速度慢。这里提出了一种自适应调整遗传参数的遗传算法,并用其实现了FIR数字滤波器的优化设计,仿真结果说明了算法的有效性。

1 FIR数字滤波器及优化设计

1.1 FIR数字滤波器的频率特性

有限冲激响应数字滤波器(FIR)的输出仅取决于有限个过去的输入和现在的输入,用x(i),y(i)分别表示其输入和输出,FIR滤波器可以表示为[5]:

y(i)=∑N-1j=0h(j)x(i-j)(1)

式中:h(i)(实数)为FIR的冲激响应,显然:

h(i)=h(i), 0≤i≤N-1

0,N

即FIR的冲激响应只有有限N个,称N为FIR的阶次。

对于N阶线性相位FIR滤波器,其单位冲激响应h(i)为实数,且以对称中心α=(N-1)/2对称的,即有以下约束关系:

h(i)=±h(N-1-i)(3)

1.2 FIR滤波器优化设计准则

设一个FIR数字滤波器的理想频率响应为:

Hd(jω)=Hd(ω)e-jθ(ω), ω∈[-π,π](4)

式中:Hd(ω)≥0,若用一个N阶的FIR频率响应来逼近它,设其冲激响应为h(i),i=0,1,2,…,N-1,那么其频率响应可表示为:

H(jω)=∑N-1i=0h(i)e-jiω, ω∈[-π,π](5)

由上式可得:

Hd(jω)=Hd(ω)cos φ(ω)-jHd(ω)sin φ(ω)(6)

H(jω)=∑N-1i=0h(i)cos(iω)+j∑N-1i=0h(i)sin(iω)(7)

在[-π,π]上取P个频率采样点ωp(p=0,1,2,…,P-1),并且为每一个ωp设置一个权重系数αp≥0(p=0,1,2,…,P-1)。那么描述H(jω)逼近Hd(jω)的加权均方误差可近似写成:

E2=1A∑P-1p=0αp∑N-1i=0h(i)cos(iωp)-Hd(ωp)cos φ(ωp)2 +

∑N-1i=0h(i)sin(iωp)-Hd(ωp)sin φ(ωp)2≥0(8)

式中:

A=∑P-1p=0αp(9)

如果采样点ωp的数量足够多且间隔足够小,那么式(8)精确地表达了H(jω)与Hd(jω)的加权均方误差。显然,如果E2为0,那么所设计的FIR的频率响应应在ωp(p=0,1,2,…,P-1)点上,幅频响应和相频响应两方面严格地等于Hd(ωp)和φ(ωp)。由于N有限,E2不可能为0,任务在于寻找一种有效的算法使E2尽量小。由式(8)可知,αp取值的大小表达了对其对应的ωp点的重视程度,αp取值越大则要求在ωp附近频域内H(jω)越严格地逼近Hd(jω)。

综上所述,一维实数FIR数字滤波器优化设计问题就是寻找一组h(i)使式(8)的值尽可能小。

2 自适应遗传算法

遗传算法自提出以来,因其具有很强的解决问题的能力和广泛的适应性,因而近年来渗透到研究与工程的各个领域,取得了良好的效果。但在实际应用中,基本遗传算法也逐渐暴露出一些缺陷,这些缺陷主要集中在两个方面:早熟和收敛速度慢[6,7]。

所谓早熟是指遗传算法收敛于局部最优值,而非全局最优值的现象。这往往是由于在算法搜索的初期阶段,种群中出现了某些超级个体,这些超级个体的适应值很高,随着进化过程的进行,它们会很快占据整个种群,导致种群缺乏多样性而陷入局部极值。由于遗传算法从本质上而言是一种随机搜索优化算法,所以当待求解问题规模较大或问题较复杂时,搜索空间往往非常庞大,于是导致遗传算法的收敛速度很慢。

选择合适的遗传算子执行概率,是遗传算法能否收敛到最优解的关键之一。遗传算法的参数中交叉概率Pc和变异概率Pm的选择是影响遗传算法行为和性能的关键所在,直接影响算法的收敛性,Pc越大,新个体产生的速度就越快。然而Pc过大时遗传模式被破坏的可能性也越大,使得具有高适应度的个体结构很快就会被破坏;但是如果Pc过小,会使搜索过程缓慢,以致停滞不前。对于变异概率Pm,如果过小,就不易产生新的个体结构;如果过大,那么遗传算法就变成了纯粹的随机搜索算法。针对不同的优化问题,需要反复试验来确定Pc,Pm,这是一件繁琐的工作,而且很难找到适应于每个问题的最佳值。

在传统的遗传算法中,交叉概率Pc、变异概率Pm与种群进化过程无关,从始至终都保持定值。近年来的研究表明,交叉概率和变异概率的选取对系统性能有重要的影响。用不变的Pc和Pm来控制遗传进化,很容易导致“早熟”,降低算法的搜索效率。目前,调整遗传算法控制参数较好的方法是动态自适应技术,其基本思想是使Pc,Pm在进化过程中根据种群的实际情况,随机调整大小,目前这方面已有大量的研究[8,9]。具体做法为:当种群趋于收敛时,减小Pc、增大Pm,即降低交叉的概率,提高变异的概率,以保持种群的多样性,避免“早熟”;当种群个体发散时,增大Pc、减小Pm,即提高交叉的概率,降低变异的概率,使种群趋于收敛,增加算法的收敛速度。

在多数情况下,种群中不同个体的适应度不尽相同,因此可以用适应度分布的离散程度来表征种群的“早熟”程度。种群在进化过程中发生“早熟”的主要表现是:种群内适应度暂时最大的一些个体相互重复或趋同,使得它们有较大的概率参与下一代的选择复制操作,且它们之间交叉后的子代也不会与父代有太大的变化,导致遗传算法寻优过程十分缓慢,降低搜索效率。因此,要正确判断一个种群是否会发生“早熟”主要看这个种群当前适应度最大的那些个体是否重复或相互趋同。“早熟”程度可以使用下面方法评价:

设第t代种群个体的平均适应度为t,t代种群中最优个体适应度为Ftmax,种群中个体适应度大于t的个体的平均适应度为tmax,那么可以用Ftmax与tmax之间的差值来评价种群的“早熟”程度:

D=Ftmax-tmax(10)

式(10)中,指标D用来表征种群的“早熟”程度。可以看出,当D增大时,种群趋于发散;D减小时,种群趋于相同。此方法只计算Ftmax与tmax的差值,不涉及适应度低于平均适应度的个体,从而避免了那些适应度较差个体对D的影响,更能反映种群中那些适应度较好的个体之间的趋同程度。

根据种群“早熟”程度的指标D,使得交叉概率Pc和变异概率Pm在进化过程中随着D的变化而改变,如下式所示:

Pc=1/\(11)

Pm=1-1/\(12)

式中:k1,k2>0。Pc取值范围在[0.5,1]之间,Pm的取值范围在[0,0.5]之间。在进化过程中,Pc,Pm根据D取值的不同而动态地自适应调整:当种群个体趋于离散(即D变大)时,Pc增大、Pm减小,种群开发优良个体能力增强;当种群个体趋于收敛(即D变小)时,Pc减小、Pm增大,种群产生新个体能力增强。

3 基于自适应遗传算法的FIR数字滤波器优化设计

3.1 编码

遗传算法中首先要完成的是对解的编码,由于文中的问题是一个非线性函数的优化问题,故采用实数编码技术。将染色体表示成如下向量:X=\,x(i)∈[0,1],i=0,1,2,…,N-1。其中:x(k)∈[0,1],k=0,1,…,(N-1)/2,可由如下映射关系得到:

x(k)=\/2(13)

式中:h(k)∈[-1,1],k=0,1,…,(N-1)/2,其余的h(i)可由式(3)求得。

3.2 适应度函数

FIR数字滤波器的优化设计目标是使式(8)的值最小,因此使用式(8)的倒数作为适应度函数,即:

f=1/E2(14)

3.3 选择算子

使用锦标赛选择法和精英保留法相结合的选择策略。锦标赛选择法在选择时先随机在群体中选择K个个体进行比较,适应度最好的个体将被选择作为生成下一代的父体,参数K称为竞赛规模。这种选择方式能使种群中适应度好的个体具有较大的“生存”机会。同时,由于它只使用适应度的相对值作为选择的标准,而与适应度的数值大小不成直接比例,从而避免了超级个体的影响,在一定程度上避免了过早收敛和停滞现象的发生。

精英保留法即当前种群中适应度最好的个体不参加遗传操作,直接复制到下一代,替换经交叉和变异操作产生的子种群中适应度最差的个体,其优点是在搜索过程中某一代的最优个体可不被遗传操作所破坏,这样可以保证遗传算法以概率收敛到最优解。经验证明,保留占种群总体2%～5%数量的个体,效果最为理想[10]。

3.4 交叉算子

交叉算子以概率Pc对两个父个体进行随机分割,然后再重新组合从而获得两个新个体。根据分割点的数量,可分为单点交叉或是多点交叉。其原理是每个父个体随机选择m个无重复的交叉点,在交叉点之间的变量间续地相互交换,产生两条新的子个体,完成交叉操作。本文采用两点交叉法,示意如图1 所示。

图1 两点交差法

3.5 变异算子

变异就是根据一定的概率Pm,将个体染色体上某一位置上的基因进行摄动,使其产生突变。设父个体向量x=(x1,x2,…,xk),则分量xi以概率Pm被选择作为变异,设对xi进行变异,则其后代为x′=(x1′,x2′,…,xk′),其中xi′以等概率取(1-r)xi或xi+(1-xi)r,r为[0,1]上的随机数。

3.6 实现步骤

(1) 根据不同的频段要求初始化αp。其中,权重系数αp的大小表达了设计FIR数字滤波器时,对与其对应的ωp附近频域内逼近误差的重视程度。在具体的设计中,αp是可以调整的,不同的αp取值将导致不同的设计结果。通常要求FIR数字滤波器应具有较好的阻带特性,而对过渡带没有严格的要求,因此可令:

αp=αp=1,ωp在通带

αt=0,ωp在过渡带

αs≥1,ωp在阻带

式中,αp为通带权重系数;αt为过渡权重系数;αs为阻带权重系数。

(2) 随机产生初始种群,在区间[-2,2]中产生一组随机数作为初始化种群,每个个体表示为染色体的基因编码。

(3) 计算A=∑P-1p=0αp。

(4) 计算个体的适应度,并判断是否符合优化准则。若符合,输出最佳个体及其代表的最优解,并结束计算;否则保留适应度最好的个体,执行(5)。

(5) 在种群中使用锦标赛选择法选择两条个体。

(6) 计算交叉概率Pc和变异概率Pm。

(7) 对选择个体进行交叉和变异操作,产生新的个体。

(8) 重复(5)~(7),直到新种群数量等于上一代种群数量,并返回(4)。

4 FIR数字滤波器仿真实例

设计一个阶次N为49,ωp=0.4π,ωs=0.5π,φ(ω)=18ω的低通实数FIR数字滤波器,设定αp=1,αt=0,αs=5,初始种群100,最大进化代数为300,最后选择出最优的结果如图2所示。

图2 FIR低通滤波器设计结果

5 结 语

针对遗传算法存在的“早熟”和收敛速度慢的缺陷,设计了评价进化过程中种群的“早熟度”的方法,使交叉和变异概率根据“早熟度”的变化而自适应调整,提高了遗传算法的收敛速度,并将其应用于FIR数字低通滤波器的优化设计,并进行了仿真实验,实验结果表明该算法能够设计出性能较好的数字滤波器。

参考文献

[1]JIN Weidong,Zhang Gexiang,Zhao Duo.Satisfactory Optimization Design of IIR Digital Filters\.Journal of Southwest Jiaotong University,2005,13(1):23-27.

[2]王小华,何怡刚,彭玉楼.神经网络在4型FIR高阶多通带滤波器的自适应优化设计研究[J].湖南大学学报,2004,31(20):66-69.

[3]殷瑞,万国龙.数字信号处理[M].北京:清华大学出版社,2007.

[4]Shaw A K.Optimal Design of Digital IIR Filters by Model_fitting Frequency Response Data\.1993IEEE Int.Symposium on Circuits and Systems\.1993.

[5]程佩青.数字信号处理教程[M].北京:清华大学出版社,1995.

[6]李敏强,寇纪淞.遗传算法的基本理论与应用[M].北京:科学出版社,2002.

[7]王小平,曹立明.遗传算法――理论、应用与软件实现[M].西安:西安交通大学出版社,2002.

篇（7）

中图分类号： S611文献标识码：A 文章编号：

航行于海面上的船舶，由于风浪的作用，其受力和运动非常复杂，因此固定在船舶上的绑扎桥受集装箱斜拉力情况也比较复杂。.在利用有限元方法分析绑扎桥的时候，首先要建立合适的力学求解模型，然后利用大型商业有限元软件ANSYS对绑扎桥结构进行求解分析。

本文主要是针对两层绑扎桥这一新形式的结构进行有限元强度及优化设计，为绑扎桥结构的力学性能分析以及进一步的优化设计提供一种有效的有限元数值解决方案。

1、基本假设条件

利用有限元方法对绑扎桥结构进行分析时，需要把结构的实际物理模型转化成数学模型，并根据有关受力分析离散成有限元计算模型，这一过程实际上是把一个真实模型简化为一个理想模型，采用的基本假设条件如下：

（1）忽略模型的局部缺陷以及不均匀等特点，不考虑由于焊接不完整等因素而产生的结构间断问题，即分析中采用的模型连续性能的均匀模型；

（2）绑扎桥的侧向受力特别小，且对称，因此在绑扎桥受力分析中忽略侧向力。

（3）绑扎桥通过螺栓与船舱连接，可以简化为绑扎桥与船舱简支连接。

绑扎桥优化设计

2.1力学模型

绑扎桥主要受集装箱对其斜拉力的作用，斜拉力的大小与方向与很多因素有关，譬如风速、浪高、船体倾斜度等。在本项目中，我们只分析极限受力状况下，绑扎桥受力变形状况。单根绑扎载荷按230KN加载，绑扎桥极限受力状况详见图1。

图1绑扎桥受力示意图

绑扎桥拓扑优化设计

根据上述力学模型，基于ANSYS建立了绑扎桥的拓扑优化分析模型，拓扑优化的目标是寻找承受单载荷或多载荷的物体的最佳材料分配方案。这种方案在拓扑优化中表现为“最大刚度”设计。绑扎桥拓扑优化设计流程如图:2所示：

图2拓扑优化示意图

绑扎桥参数优化设计

基于ANSYS建立了绑扎桥的拓扑优化分析模型，对绑扎桥参数优化分析。ANSYS参数优化设计如图3所示，首先建立初始有限元模型，然后求解，形成参数化结果、定义参数化变量、约束条件和目标函数，然后ANSYS自动搜寻设计域，进行优化设计。对绑扎桥进行优化分析，设计变量为角度、跨距、板厚等变量，约束边界条件为绑扎桥内应力不超过材料屈服应力，位移满足绑扎桥最小位移要求，目标函数为质量最小，经过ANSYS参数优化设计，最终绑扎桥设计如图3所示：

图3ANSYS参数优化设计流程图

图4绑扎桥参数优化设计后的有限元模型

小结

基于ANSYS拓扑优化设计和参数化优化设计，对绑扎桥进行了优化设计。进过优化设计后的绑扎桥，无论是在强度上（绑扎桥应力小于钢材屈服应力），还是在刚度上（绑扎桥位移小于限制位移），均满足要求，且钢材总用量减少了近10%，取得了不错的经济效益。

参考文献

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中图分类号：TH122文献标识码： A 文章编号：

引言

如前所述，在船舶结构的设计中能用到的变量都有好几个限定条件，多个限定条件使得优化结构中出现一些问题，为解决相关问题应选用有效的离散变量。在船舶结构方面的设计中，主要参考现代数学理论、计算机技术以及工程的一些特征作为其未来的发展方向或前景。综观以往研究，国外更加注重开发优化算法，在规范设计、数据设计以及专家经验的运用方面有所忽视。机械 工程在优化结构设计中的运用减少了用户的计算量以及对经验和机械 的需求，很大程度上提高了结构优化设计的水平。

基本原理介绍

结构设计中机械 工程的应用

作为一种工程理论，机械 工程实现了机械 在不同领域的多重使用，它以将在相关领域长期实践经验总结得到的相关标准嵌入新型软件为核心，通过推理和逻辑分析达到产品设计的目的。

对结构进行优化时，要求在条件限制下，设计一组包含数学函数以及其变量等参考数据，以便满足目标最优化。结构设计中运用机械 工程能够帮助用户在最初目标函数的基础上进项设计，以求在参数的不断变化中找到最佳设计方案。

机械 工程的关键在于其对机械 的表示、获取和推理。实现在结构设计中应用机械 工程要能够利用技术获取机械 ，然后能够将所得机械 按某种形式转化为计算机语言，最后在遇到具体问题时充分利用存储库中的机械 加以解决。

建立机械 库

作为机械 的集合，机械 库中储存了大量的案例、规则和积累的经验。在机械 库建立过程中，首先要对相关文献以及经验进行整理划分，将相关机械 按某种类别加以划分，最后整理出针对不同问题的解决对策，并将其存入数据库，作为机械 储备。在获取机械 时可以根据不同情况采用不同的方法，既可以向相关行业专家咨询，也可以查阅文献，不断进行归类整理。机械 库的建立就是要为用户解决问题、利用机械 提供有效的渠道。

相关概念的界定

结构设计是否合理、是否符合制定的标准，需要我们通过一定的标准、规则和公式来进行检查。以下是对相关概念的界定：

表格设计。其用来表示不同产品的不同性能，由于产品的大小、形状各不相同，因此将产品的各种特性编制成表格更能清晰的反应出来，为产品的设计提供依据。

规则设计。其主要指活动中各项具体规则的制定。

检查设计。通过该设计能实现对信息的快速判断。

结构设计的流程与策略

流程设计

船舶体积庞大，在设计过程中会用到相关离散变量，诸如板材的样式、厚度、宽度等。这些变量学科关联度高、对设计的要求高、需要设定的限定条件也多，这使得设计中多峰性以及非线性问题严重。因此，在该设计中需要大量的计算以及数据的存储，这样耗费的时间过长。在将机械 工程引入以后，有效的解决了这些问题，在机械 库中构建并存储有关船舶设计的专家经验、规范要求以及相关数据使得模型设计与参数实现相互转换。

专家指出船舶支架中的约束条件较为保守，只有满足限定条件才能达到较好的设计效果。对于有些结构较小的部件，由于其占据船舶重量的比例较小，对设计产生较小的影响，因此再设计时可将其作为已经变量，重点放在对传播者横踢影响较大的部件上，这样能够大大提高效率，缩短设计的时间。

（二）策略设计

在设计船舶横舱结构时除了需要用到离散变量以外，会用到随机变量。由于在该设计中用到标准化的材料，因此要在机械 库中选择标准材料；对于水平与垂直材料的焊接，应该选择随机变量来衡量材料的厚度和高度；在依据相关规范对船舶横舱进行设计以后，很容易发现其中的限定条件多为限制横舱材料的厚度；剖面模数主要限制垂直材料；除此之外，板材的高度和厚度也要形成一定比例。在设计过程中还要充分考虑局部设计的稳定性，材料厚度设计要结合机械 库中的相关数据来进行。

在具体设计中，可以将船舶横舱的高度以及宽度设定为已知参数，依据机械 库中存储的数据对其赋值。变量主要是指在设计时能变动的参数，变动的所有数值将会有具体的方案与之相对。因此在设计时要使板材的参数与表格设计中的参数相对，分别对厚度、高度、宽度设置参数。限定条件的设计主要是针对剖面模数的限制以及材料和工艺稳定性的限制。设计中也需要注意公式以及模型的编写，这时机械 库的作用尤为明显。借助机械 库中储存的规则、公式进行结构规划，能够有效的避免公式的重复编写，减小了计算量，同时保护了企业的资产。

通过建立数据和限定条件、选取相关的模型，将会实现机械 理论向数学模型的转变。优化设计应以减轻船舶重量，降低生产成本，提高经济效益为目标。同时该设计也丰富了机械 库中经验的积累，实现了机械 和资源的有效共享。机械 工程在优化结构设计中的运用，在更大程度上提升了结构设计的水平。

结束语

综上所述，机械 工程在船舶设计中的应用，有效的解决了许多设计方面的问题或难题。同时，数据与限定条件的建立以及模型的选取，真正实现了机械 理论向数学模型的转变。在优化设计过程中，船舶的重量在不断减小，生产的投入也在不断降低，而经济效益与实践经验却在日益提高，可以说有效实现了机械 与资源的共享。所以，我们一定要积极推动机械 工程在船舶结构设计中的有效应用，争取取得更好的应用效果。

参考文献：

[1]陈金峰,杨和振,马宁,王德禹.机械 工程应用于船舶局部构件智能化设计研究[J].中国造船.2010（04）.

[2]朱稣骥,顾学康,胡嘉.遗传算法的改进及其在超大型油舶结构优化中的应用[J].船舶力学.2010（01）.

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中图分类号：U661.34 文献标识码：A

Analysis on the Influence of Propeller Back on Ship Performance

ZHENG Yan Ling

（Foshan Nanhai Zhufeng Shipbuilding Co.，Ltd. Foshan 528244）

Abstract： by testing result verification， this paper discusses the influence of propeller back on the ship speed， vibration and noise. Think to optimize the ship performance has a positive role.

Key words： propeller back； ship speed； vibration； noise；

1 引 言

螺旋桨在设计过程中，一般会充分考虑船型特点、主机功率等要素进行分析估算，而螺旋桨的位置则需考虑与船体尾部型线的配合，保持一定的间隙。在充分考虑各种设计要素的情况下，为保证足够的间隙，螺旋桨的位置尽量往船后方向移会对船舶性能产生什么样的影响呢？我们通过修理一艘装载量150 t的沿海货船来探讨这个问题。

2 实船验证

进厂修理的150 t沿海货船为单机单桨，航速11 kn。该船因航行时打弯了尾轴而进厂更换尾轴，船东提出能否解决船体尾部的振动噪音问题。该船由于出厂时先天不足，航行时尾部振动明显，噪音每隔一段时间会明显增大。在此之前，同一批船的另一艘尝试由原来的3叶桨更换为4叶桨，下水后通过航行试验，振动明显减小，但航速下降至9 kn。

在不更换螺旋桨的情况下，我们尝试将螺旋桨往后移。经过方案论证，尾轴线夹角不变，尾轴加长100 mm，螺旋桨沿尾轴线往后移，与舵系保持适当距离，螺旋桨桨叶与船底板的距离增大。轴系改造完成后进行下水试验，结果振动明显减小，异常噪音消失，航速增加至12.5 kn。

随后，我们将这种方法应用到此类型新造的船舶上，进一步论证螺旋桨后移对船舶性能的影响。

2012年建造的一艘100 t渔政船，总长33 m，单层连续甲板，主船体为钢质焊接结构，上层建筑为铝合金焊接结构，倾斜船尾、方尾、圆舭线型，采用双主机、双桨，近海航区，螺旋桨为日本 MAU型的4叶桨，试航航速是16.8 kn，船舶各项性能优越，无明显振动，无异常噪音。2013年按照相同图纸再建造一艘，我们对其进行优化设计，将螺旋桨后移170 mm，如图1、图2。

船舶建造完成下水试验，与母型船各项性能对比见表1。

两船在相同的水道进行航行试验，试验当天的天气及海况相差不大，试验结果表明，优化设计船航速稍有增加，螺旋桨对应的舵机舱噪声有所减小。从以上的实船验证结果来看，螺旋桨位置往船后方向移对船舶的航速、振动及噪音均有一定的改善。

3 理论分析

我们从理论上分析一下螺旋桨定位后移对船舶的影响。

3.1 有效推力增大

螺旋桨在船后工作时，由于它的抽吸作用，使桨盘前方的水流速度增大，根据伯努利定理，水流速度增大压力必然下降，故在螺旋桨吸水作用处及整个区域内压力都要降低，导致船体压阻力增加，这个由螺旋桨在船后工作时所引起的船体附加阻力称为阻力增额R。若螺旋桨发出的推力为T，则其中一部份用于克服船的阻力R（不带螺旋桨的阻力），而另一部分则为克服阻力增额R，则有T=R+R，其中有效推力为（T-R）。螺旋桨桨叶与船体间的相对位置增大，增额阻力R减小，则螺旋桨有效推力（T-R）增加，有效推力增加则航速增大。

3.2 激振力减小

由于螺旋桨在不均匀的船尾伴流场中运转，必将产生激振力，在螺旋桨振源中以螺旋桨诱导的脉动压力，即表面力为最主要因素。螺旋桨的安装，需考虑与船体尾部型线的配合，保持足够的间隙，避免产生过大的激振力。通常情况下，桨叶和船体间隙不得小于船级社规范的要求。

按照挪威船级社对脉动压力测量数据指出，与船体表面压力紧密有关的因素有伴流场、叶梢至船体的间隙、螺旋桨设计状况和尾吃水等。表面力与叶梢至船体的间隙成反比，叶梢至船体的间隙越大，表面力越小，产生的激振力越小。激振力的减小可减轻船舶振动，降低噪音。

4 应用

当然，螺旋桨后移是有一定局限性的。首先后移会加长尾轴的长度，对轴的强度有一定的影响，要满足轴的强度要求，不能无限加长，只能作局部调整；其次，螺旋桨与舵系的距离既要保证舵机在舱内的运作，也要保证在维修时部件有足够的距离拆卸。

5 结束语

本文通过实船验证的方式探讨了螺旋桨后移对船舶的影响。这种方式对船舶航速、振动及噪音有积极的影响，虽然使用上有一定的局限性，但可以作为一种优化设计应用在船舶的修理建造上。

参考文献

篇（10）

中图分类号：U662.2

文献标识码：A

文章编号：1006-7973（2016）01-0063-02

我国的内河流与众多，由于各个内河流域的航道水文条件都不尽相同，因此，其船舶的航行速度也不同。但是，内河流域的浅水航道因为自身的水文特点，对船舶推动装置的要求就更高，如果船舶在航行中遇到天气条件不好的状况，那么航道的航行条件就更复杂。由于内河浅水航道的水文特点，因此，其中的航行船舶体积都比较小，因此，在进行船舶推动装置设计时，要从船舶的整体方面进行考虑。

1内河浅水航道航行船舶动力推进装置设计的意义

随着我国船舶制造业的快速发展，内河浅水航道的航行速度也在不断提高，但是，由于内河浅水航道具有内河河道宽度不够，水面和河底距离较短的特点，因此，内河航道经常会发生船舶浅水现象。在内河浅水航道的某些区域，甚至会发生船舶及其损害事故，基于这些原因，进行内河航道航行船舶动力推进装置设计，就显得非常重要。以额尔古纳河到恩和哈达之间的内和浅水航道为例，这个航道全长950km，航道中水深最浅处为0.6m，属于航道类型中的Ⅵ级航道，因此，对于这个航道的维护、疏浚等管理工作，水运部门已经购置了多艘船舶进行工作，并且购置、建造了航道维护工程船舶，利用这些工程船舶来进行航道作业。但是，在内河浅水航道航行时，船舶的拖轮会受到航道条件的严重影响，影响船舶的航行速度，因此，对内河浅水航道航行的船舶动力推进装置进行优化设计意义非常重大。

2内河浅水航道航行船舶动力装置运行状况

内河浅水航道的一些航行区域的自然水位、泥沙等情况对航行不利，要求船舶在航行过程中对航行条件有较好的适应能力，能够在内河浅水航道航行中实现自由移动、拖带、拖拽等目的。

2.1辅助作业船动力装置运行现状

内河浅水航道的辅助作业船在吃水1.0m的情况下，船舶能够获得最大的推动力，在这一情况下航行速度最快。船舶的排水量在1000t左右时，其拖带的排水量也为1000t左右，我们最常见的就是挖沙船。内河浅水航道的辅助作业船舶在托在浮船坞或者驳船调遣等机器进行运输工作时，在吃水0.7m的情况下，可以通过港内作业实现排水的目的，排水量大约在120t左右，这种辅助作业船有工作船、空驳船等，这些船舶可以进行内移作业，实现船舶的运行目的。

2.2拖带船动力推进装置运行现状

内河浅水航道的拖带船的航速被定为6km/h，这种船舶是内河浅水航道航行船舶中较为经济的一种，通过对这种船舶的阻力计算，它在运行过程中的总功率在320kw至360kw之间，因此，我们可以推算出船舶在进行自由航行时的航速可以大于18km/h。以额尔古纳航道为例，它的全里程为949km，所以，拖带船在吃水0.9m情况下，能够持续航行1000km，这种船舶在额尔古纳航道中的自持力为7天。如果在吃水0.7m的情况下，进行港内作业，它能够持续航行500km，自持力为3天。

2.3船舶的动力推进装置设计要求

内河浅水航道航行船舶的动力推进装置设计要求，要根据具体的内河航道来分析，主要的考虑因素包括船舶结构，机电设备，排水量、稳定性、人员数量空间等因素。

3内河浅水航道航行船舶动力推进装置设计

3.1船舶动力推进装置种螺旋桨的功率消耗计算

对于船舶动力推进装置种螺旋桨的功率消耗计算方法，主要有以下几个步骤：①先对螺旋桨的直径进行限定，限定值为1200mm；②对船舶航速进行确定，确定航速为13.0kn；③在系柱推力总共为26t时，船舶的航速就为4kn，这种情况下的船舶排水量为305t；④这时就可以计算出船舶螺旋桨的轴功率高于276kW。

3.2船舶动力推进装置设计的考虑要素

根据内河浅水航道的维护特点，要求巷道的维护疏浚船舶数量不要太多，一艘船舶对航道的维护疏浚效果最好，所以为了实现航道维护疏浚工作目的，要采用大型的耙吸挖泥船。目前，超大型耙吸挖泥船一般都在14万亩以上，这样的船舶船长一般为150m到210m之间，吃水情况一般维持在10.3m到16m之间，因此这种船舶的体积较大，因此，船舶得到动力推进装置对船舶本身的操纵性的影响非常大，所以推力推进装置在大型的耙吸挖泥船上的运用非常重要，是对船舶作业的影响非常大。而一般在0.5万亩到13万亩之间的耙吸挖泥船，它的体积和和疏浚性能等方面都比较良好，适合长时间在内河浅水航道中航行、作业。下表是典型耙吸挖泥船的主要数据和各种影响因素：

3.3内河浅水航道船舶动力推进装置的设计功率

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中图分类号：U667.3 文献标识码：A

Optimized Structural Design Of Anchor Bed for 64000DWT Bulk Carrier

HE Maohua，ZHOU Jiannan

（ CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Company Limited， Guangzhou 511462 ）

Abstract： This paper introduces the optimized structural design of anchor bed for 64000DWT bulk carrier. This new design improves the environment and efficiency for construction of anchor bed and reduces the construction cost.

Key words： 64000DWT； Anchor Bed； Optimized Structural Design

1 前言

64 000 DWT绿色节能环保型散货船为我司目前在建的主力系列船型，该船型不仅要求设备动力节能环保，而且要求在整个建造过程中尽量做到省时省力，为此在设计过程中做了大量的优化工作。就船体结构而言，通过首制船的建造，发现该系列船的锚台结构的设计施工难度大、费时费力，因此在后续船将锚台结构做优化设计，以达到提高施工效率、节省施工成本的目的。

2 初始设计方案存在的问题

如图1、图2所示，锚台结构主要由锚台面板、锚台外侧板及内部肘板三部分组成。目前设计所采用的施工方案为：先将锚台面板、锚台外侧板、内部肘板组装成整体的锚台结构，然后整体定位上船体与船体外板和锚链筒焊接。由于整个锚台结构往船体外板上扣，这样就形成了一个密闭的空间，（这里加了一个字，看不出是什么字）图1中“***”标注位置的焊缝将无法施焊，我们采取的施工方案是将两块锚台外侧板缓装，先让施工人员进入到锚台内部结构进行焊接施工，最后通过增加钢衬垫焊接缓装的外侧板，如图3所示。

这种锚台结构的设计及施工方案虽然也能完成锚台的施工建造，但是费时费力，施工人员的施工环境较差，施工质量得不到保证，因此该锚台的结构设计有待进一步优化。

3 优化设计方案

原设计方案存在的主要问题在于锚台结构内部肘板与船体外板及锚链筒之间的焊接不容易施焊，因此必须主要考虑改进内部的肘板形式，新的锚台结构形式如图4、图5所示。

该优化设计方案主要是将锚台内部肘板一分为二，相应的锚台安装方案优化为：首先将船体外板和锚链筒之间的肘板（即图4中4、12相似位置的肘板）定位安装焊接，然后将锚台外侧板、锚台面板及上述两者之间的肘板（即图4中5、13相似位置的肘板）作为整体制作成锚台结构，最后将该整体结构往船体外板上扣，此时仅图4中节点1锚台外侧板与船体外板之间的焊缝需要实施单面焊，具体焊接节点如图6所示。通过此结构设计及施工优化方案后，施工人员不必再进入到锚台内部狭小的施工空间作业，改善了施工环境，节省了大量工时，同时也能保证施工质量。

4 结束语

通过设计及审图单位的确认，此锚台的结构优化形式满足结构强度要求，同时也征得了船东的同意。优化后的设计施工方案大大提高了生产效率，改善了作业人员的施工环境，对于系列船的建造更新具有深远的意义，同时该优化结构也可以用于类似船型的锚台设计，具有很好的通用性。

参考文献

[1]何琴琴，李传静.锚台、锚链筒及锚唇安装精度控制工艺[JJ.广东造