船舶優(yōu)化設(shè)計大全11篇

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篇（1）

中圖分類號：F407.474 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）15-0355-02

在船舶設(shè)計領(lǐng)域，針對船舶的穩(wěn)性、快速性、操縱性及耐波性等分別具有一套理論完善、實用有效的設(shè)計方法。因此，隨著航運業(yè)的高速發(fā)展，船舶的經(jīng)濟性、環(huán)保及安全性日益受到重視，對船舶的綜合性能提出了更高的要求。螺旋槳作為主要的船舶推進裝置，其綜合性能直接影響著船舶的快速性、安全性與舒適性。同時，隨著船舶向高速化、大型化發(fā)展，螺旋槳負荷日益加重，而豐滿型船尾容易導(dǎo)致伴流場的不均勻程度增加，使得單純考慮效率的螺旋槳設(shè)計方法無法滿足現(xiàn)代螺旋槳的性能要求，必須發(fā)展新的設(shè)計方法，從推力、效率、空泡及激振等多方面對螺旋槳進行綜合優(yōu)化。

1 優(yōu)化設(shè)計方法

1.1 優(yōu)化問題

螺旋槳螺距與拱度的優(yōu)化設(shè)計問題主要是在給定槳葉負荷的面分布形式時對螺距與拱度的配合進行優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化過程中，槳葉徑向負荷的分布形式被指定的歸一化形式限制，葉剖面采用 NACA a=0.8 拱弧線或其他形式，通過調(diào)整螺距與拱度的匹配，使槳葉負荷的弦向分布形式與給定形式的方差最小。采用升力面理論渦格法程序計算槳葉負荷及水動力，優(yōu)化問題的提法如下：

其中：Γmn、Γ0mn分別為槳葉附著渦強度的計算值和要求值，依次根據(jù)計算得到的負荷弦向分布及給定的負荷弦向分布形式來確定。M、N 分別為槳葉徑向和弦向渦格數(shù)，本文取 M=15，N=10。

限制條件式（2）中，Tσ為推力系數(shù)計算值TK與設(shè)計要求值T0K 之絕對誤差，Tε為誤差限，本文取Tε=0.025%。另外

式（5）中Γ0m為給定的槳葉負荷徑向分布形式，歸一化方法同Γm。rε為rσ的允許誤差，本文取rε=0.05%。

選擇槳葉各半徑剖面的螺距比PDi和最大拱度與相應(yīng)的弦長的比值0Mif為優(yōu)化變量，為了減少計算量，可根據(jù)設(shè)計條件限定優(yōu)化變量的取值范圍，本文取DLP=0.5、DUP=1.3，0ML

f=0.0、0MUf=0.1。在優(yōu)化過程中，發(fā)現(xiàn)槳葉梢部對徑向載荷的變化特別敏感，而負荷徑向分布很難在葉梢部完全與指定負荷分布形式保持一致，所以優(yōu)化得到的螺距比在葉梢部極易出現(xiàn)突變，這在螺旋槳設(shè)計中是不允許的，因此，根據(jù)螺旋槳設(shè)計經(jīng)驗引入式（7）作為限制條件，以控制葉梢附近螺距沿徑向的變化趨勢：

其中：LPD=-0.05，UPD=0.0，該限制條件用來使葉梢部的螺距比沿徑向遞減。

螺旋槳設(shè)計中，首先必須滿足推力要求，限制條件（2）的第1式即為此而設(shè)；第2式用于限制負荷的徑向分布形式，這是影響效率的一個主要因素，本文僅考慮負荷的徑向分布形式給定的情況，并不進行效率優(yōu)化，也就是說，保持原槳負荷徑向分布不變，改變其弦向分布，通過優(yōu)化槳葉螺距比與拱度的配合，使槳葉表面壓力分布趨于均勻，從而改善槳葉的空泡性能。需要說明的是，上述誤差限的取值是為了使相應(yīng)誤差盡可能小，在優(yōu)化過程中實際的誤差常常大于誤差限，如限制條件中要求σr≤εr=0.0005，在實際優(yōu)化計算中常常不能嚴(yán)格滿足這一限制要求，而相應(yīng)的最終優(yōu)化結(jié)果卻達到了設(shè)計要求，因此這種情況下可認(rèn)為此限制條件是滿足的。同樣，σT≤εT的限制出現(xiàn)類似情況時，也不做嚴(yán)格要求。

2 優(yōu)化案例

2.1 優(yōu)化對象及其性能分析

本章以某集裝箱船五葉螺旋槳為原型，在保持或提高原槳的敞水效率的前提下，以改善槳葉負荷分布為目標(biāo)，對槳葉螺距與剖面最大拱度的徑向分布進行優(yōu)化。五葉槳的主要參數(shù)見表1。

按照上述螺旋槳優(yōu)化設(shè)計流程，得到的優(yōu)化結(jié)果需要通過SPROP（VLM方法）及FLUENT（

CFD 方法）軟件從數(shù)值計算的角度進行驗證，以確定優(yōu)化目標(biāo)是否實現(xiàn)。表2比較了原槳在設(shè)計工況下的敞水性能的試驗結(jié)果與數(shù)值計算結(jié)果。

從表2可知：SPROP 軟件預(yù)報值的相對誤差為：推力-1.5%、扭矩-5.0%、效率+3.7%；FLUENT

預(yù)報值的相對誤差為：推力+1.0%、扭矩+0.4%、+0.6%。SPROP 軟件預(yù)報的扭矩與試驗差別較大，可能是由其尾渦模型對葉梢卸載槳的適用性差以及粘性阻力估算誤差較大引起；而 FLUENT 軟件預(yù)報值與試驗值非常吻合。假定SPROP 軟件的計算誤差在優(yōu)化過程中不S設(shè)計方案的改變而改變，在優(yōu)化設(shè)計中，設(shè)定推力目標(biāo)值時需按原型槳的預(yù)報誤差預(yù)先給與補償。

3 優(yōu)化結(jié)果

表3為A槳與B槳的目標(biāo)函數(shù)及限制條件的滿足情況。可以看出：與負荷徑向分布相比，在整個拱弧面上滿足給定的負荷弦向分布相對比較困難；因為B槳負荷的弦向分布形式不同于A槳，而拱弧線形式與A槳相同，所以σs、σr的誤差均比A槳大；控制葉梢螺距變化的限制條件則有效地使葉梢的螺距沿徑向呈遞減趨勢，限制了葉梢部螺距的數(shù)值波動，使之具有工程實用性。

螺距與拱度的優(yōu)化結(jié)果與原槳之比較分別如圖3.1、3.2所示。螺距與拱度的分布趨勢表明：當(dāng)螺距與拱度作為離散變量各自獨立變化時，最終得到的螺距與拱度分布難以保持光順。其原因可能是：負荷徑向分布無法精確滿足給定值，負荷弦向分布形式與給定的形式也存在一定的誤差，以及數(shù)值計算的隨機誤差。因此本章從工程的實用性要求出發(fā)，在保持優(yōu)化結(jié)果的分布趨勢及滿足推力要求的前提下，對優(yōu)化結(jié)果進行光順處理，并以光順后的結(jié)果為最終優(yōu)化設(shè)計方案，利用FLUENT 對其進行CFD計算分析。

優(yōu)化設(shè)計中，A、B 槳及原槳負荷的徑向分布形式保持不變，原槳通過增加葉梢拱度，以彌補葉梢螺距卸載（指葉梢螺距相對于0.7R處螺距的減小量）所損失的負荷。根據(jù)圖3.1、

3.2中對螺距與拱度分布的定性分析可知A、B槳的螺距與拱度配合能夠產(chǎn)生與原槳相同的負荷徑向分布形式。

圖3.3、3.4分別為SPROP軟件計算的A、B槳的負荷弦向分布與A槳相比，B槳負荷的弦向分布在導(dǎo)邊附近有所卸載，但卸載程度遠小于原槳。與三種負荷弦向分布對應(yīng)的螺距與拱度配合如圖 3.1、3.2所示，其中A槳螺距最大、拱度最小，原槳的螺距最小、拱度最大，

B 槳螺距與拱度均居于A槳與原槳之間。這一結(jié)果充分說明負荷的弦向分布形式對螺距與拱度配合的影響。在設(shè)計工況下，從三種螺距與拱度配合下的槳葉性能進行分析，A、B 槳各半徑處的剖面比原槳剖面更接近翼型的設(shè)計狀態(tài)，可能對槳葉效率有利；但原槳剖面的工作狀態(tài)更接近于面空泡界限，而A、B 槳偏向背空泡界限，因此原槳在輕載工況下應(yīng)該容易發(fā)生面空泡。

4 結(jié)語

通過對弦向負荷分布形式的比較，認(rèn)為常用的a=0.8的負荷分布形式不太適合于高速、重載的現(xiàn)代船舶螺旋槳設(shè)計，該形式使槳葉導(dǎo)邊附近的負荷過重，容易在葉背側(cè)的導(dǎo)邊附近形成負壓峰，進而誘發(fā)槳葉背空泡。導(dǎo)邊卸載的負荷分布形式（如 a=0.8 & b=0.1）可能是一種更好的選擇。

參考文獻：

[1] 干洪： 計算結(jié)構(gòu)力學(xué)[M].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2004.

篇（2）

中圖分類號：TQ051 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：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

中國作為最大的發(fā)展中國家，已躋身國際航運大國的行列，伴隨著各種貿(mào)易的快速發(fā)展，我國每年進出口貨物的93%～95%是通過船舶運輸?shù)姆绞絹韺崿F(xiàn)的，其中很多貨物還要通過冷藏運輸方式完成，同時，海上作業(yè)船、軍艦、漁船等為了滿足生產(chǎn)、生活以及特殊設(shè)備的需要，均需設(shè)置制冷裝置，制冷裝置已是船舶運行不可或缺的重要設(shè)備[1]。

船舶的運營成本成是航運經(jīng)濟性的重要指標(biāo)，隨著制冷技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛以及燃油成本的不斷提高，制冷裝置消耗的能源也在不斷增加，節(jié)能減耗是船舶營運經(jīng)濟性的重要發(fā)展方向。制冷蒸發(fā)器是制冷系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它的換熱效率會直接影響制冷裝置的能量消耗及效率，如何強化制冷蒸發(fā)器的換熱系數(shù)是當(dāng)前對制冷裝置節(jié)能研究的熱點之一。

強化傳熱的目的是適應(yīng)和促進高熱流密度的熱交換[2]，以有效的冷卻來保證高溫部件的安全運行，以經(jīng)濟的手段來傳遞特定的熱量，以高的效率來實現(xiàn)能源的充分利用[3]，確保設(shè)備和器件在安全運行的前提下，提高熱交換系統(tǒng)的經(jīng)濟性，達到在總傳熱量一定的情況下減小傳熱溫差或者在傳熱溫差一定的前提下提高總傳熱量的目的 [4]。

燒結(jié)蒸發(fā)器的內(nèi)壁具有多孔燒結(jié)表面，該燒結(jié)表面有很高的傳熱系數(shù)，可以有效的強化多孔側(cè)傳熱，通過與同規(guī)格光滑管傳熱性能試驗對比，其傳熱系數(shù)比光滑管提高了5～6倍[5]，是強化換熱、降低金屬耗材、提高能量利用率以及實現(xiàn)能量充分利用的良好換熱表面[6]。燒結(jié)處理方式是強化傳熱中的被動技術(shù)，被動技術(shù)不需要額外消耗功率和其它附屬設(shè)備，在完全失重或微重力環(huán)境中仍可工作，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠。

1 燒結(jié)表面強化傳熱原理分析

1.1 概念

燒結(jié)[7]是金屬的粉末或粉末壓坯在一定的溫度和保護氣體中受熱所發(fā)生的過程和現(xiàn)象，燒結(jié)會使金屬顆粒發(fā)生相互粘結(jié)，提高了密度，而且很多情況下，也會增加燒結(jié)體的強度。如果燒結(jié)工藝控制恰當(dāng)，燒結(jié)體的機械性能、物理和密度可以接近同成分的致密材料。從工藝上來分，燒結(jié)被是一種熱處理工藝，它把金屬粉末或粉末壓坯加熱，在低于其基本成分熔點的溫度下保溫，然后以不同的方式或速度冷卻到常溫，燒結(jié)過程中會發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化，粉末顆粒的聚集體成為顆粒的聚集體，從而得到所需要的物理、機械性能的材料或制品。

以銅粉燒結(jié)為例，一般的燒結(jié)工藝大致為：選取純度在99.5%左右的銅粉，它的單體粒徑控制在75～150 μm。首先，使用工具將銅管內(nèi)部清理潔凈，除掉毛刺，然后將銅管放到稀H2SO4中采用超聲波清洗。清理潔凈之后我們將得到一根無氧化物、內(nèi)外壁都十分光滑的銅管。之后用一根細鋼棍插到銅管里（要求工具準(zhǔn)確地將細鋼棍固定在銅管的中央，以保證銅粉填充均勻），將銅管的底部用銅片或堵頭暫時堵住，隨后就可以把銅粉顆粒倒入銅管了。填裝完畢后就可以拿到燒結(jié)爐進行燒結(jié)。在燒結(jié)過程中，選氮氣、氫氣或真空作為保護氣，同時，燒結(jié)溫度的控制也很重要，一般情況下燒結(jié)爐最大溫度控制在800℃～850℃（根據(jù)產(chǎn)品要求的滲透率確定）。燒結(jié)完之后需用一個輔助工具加緊銅管，使用專用工具把鋼棍抽出即可[8]。嚴(yán)格按照上述過程制作的燒結(jié)式銅管，銅粉燒結(jié)塊分布厚度均勻一致，各個部分的毛細結(jié)構(gòu)滲透率大體相同。圖1為燒結(jié)式銅管縱橫截面剖面圖，從圖中可以看出銅管內(nèi)壁面上形成的燒結(jié)吸液芯。

1.2 強化傳熱原理分析

燒結(jié)蒸發(fā)器是將一定目數(shù)的金屬粉末燒結(jié)在管內(nèi)表面從而形成與管壁一體的多孔介質(zhì)，這種多孔介質(zhì)有較高的毛細抽吸力，并較好地減小了徑向熱阻，可以實現(xiàn)細薄膜蒸發(fā)，該燒結(jié)式蒸發(fā)器可以兼顧高熱傳量和低熱阻的考量。

在換熱面上燒結(jié)金屬顆粒后，加熱面和粒子之間形成了許多空隙凹坑，從而增加了表面活化中心的數(shù)目。在核沸騰時，凹坑中的汽泡受到多孔介質(zhì)有限空間的限制會在受熱面附近形成汽區(qū)或汽團。多孔介質(zhì)內(nèi)的液體在汽區(qū)汽液彎月界面發(fā)生強烈的液體細薄膜蒸發(fā)，這種液體細薄膜主要存在于多孔介質(zhì)的空隙中;另一方面，因為金屬顆粒的導(dǎo)熱系數(shù)好于沸騰工質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，所以，多孔燒結(jié)層對換熱壁面而言相當(dāng)于增加了翅片作用，并且由于燒結(jié)層具有很高的比表面積，使固液換熱量得到很大提升，有利于細薄膜的受熱與蒸發(fā)。蒸汽逸出燒結(jié)層和液體的補充是由相應(yīng)的毛細通道的抽吸力來實現(xiàn)的。

根據(jù)以上分析，多孔燒結(jié)表面沸騰換熱主要受液體的激烈細薄膜蒸發(fā)和燒結(jié)層中汽-液兩相運動特性這兩個因素的影響。隨著這兩個因素的改變會出現(xiàn)不同的傳熱特性。在低熱負荷時，液體的細薄膜蒸發(fā)占主要地位，燒結(jié)層對沸騰換熱起強化作用，這一區(qū)域稱為傳熱控制區(qū);而在高熱負荷時，由于液體的補充和蒸汽的脫離受燒結(jié)層骨架結(jié)構(gòu)的限制，減弱了傳熱強化性能，這一區(qū)域稱為阻力控制區(qū)。在阻力控制區(qū)和傳熱控制區(qū)的臨界轉(zhuǎn)折點，換熱系數(shù)達到最高，傳熱強化效果最好[6]。

2 燒結(jié)時芯棒對中固定存在的問題

燒結(jié)層是發(fā)生熱量交換的場所，是換熱芯最重要的部分，而要在細小的銅管內(nèi)壁燒結(jié)銅粉顆粒層形成燒結(jié)式吸液芯，芯棒的對中和固定工藝非常重要，該工藝將直接影響到燒結(jié)顆粒層的成型，進而會影響到燒結(jié)蒸發(fā)器的強化傳熱性能[9]。

盡管目前的銅粉燒結(jié)流程早已成熟，但是在微小的銅管內(nèi)表面燒結(jié)銅粉層形成燒結(jié)芯毛細結(jié)構(gòu)卻是一個難題。目前燒結(jié)時常用一根不銹鋼棒作為芯棒，如圖2所示，從紫銅管一端放入不銹鋼芯棒和大堵頭，從另一端裝入銅粉顆粒，然后放上小堵頭，隨后放在燒結(jié)支架上，放入具有保護氣體保護的燒結(jié)爐中進行燒結(jié)，燒結(jié)結(jié)束之后采用專用工具把芯棒與兩個堵頭取出。該方法雖然工藝簡單，但存在下列兩個缺點：

（1）由于芯棒較長，使用一根不銹鋼棒作芯棒時，大堵頭對對中其固定得不到控制，芯棒容易產(chǎn)生傾斜，對后續(xù)的銅粉顆粒填入不利，不利于保證燒結(jié)層厚度的均勻性;

（2）在不銹鋼芯棒和銅管所形成的環(huán)形空間灌入銅粉顆粒后，裝置在移動過程中銅粉顆粒容易從兩端堵頭處漏出來。

不銹鋼芯棒在銅管中是否對中準(zhǔn)確會對燒結(jié)層的性能非常大影響的影響：芯棒比較細長，如果在填入銅粉顆粒前沒有準(zhǔn)確地定中，則容易產(chǎn)生較大的撓度，單靠兩端大小堵頭是無法糾正的，制成的燒結(jié)層會出現(xiàn)偏心現(xiàn)象，如圖3所示，偏心會導(dǎo)致芯棒抽出時的摩擦力增加，芯棒抽出時的運動會是曲線而不是直線，抽出時需要的外力較大，在抽出過程中容易導(dǎo)致燒結(jié)層的脫落而破壞燒結(jié)層。

3 燒結(jié)芯棒定位裝置的優(yōu)化

針對燒結(jié)蒸發(fā)器制造過程中芯棒定位不好燒結(jié)芯會出現(xiàn)偏心現(xiàn)象以及銅粉顆粒灌裝后容易漏出的問題，本文設(shè)計了一套芯棒對中固定裝置，如圖4所示。

該裝置中的燒結(jié)芯棒與定位支架做成一體，兩者相對位置固定不變，通過兩個定位孔和銅管外壁來實現(xiàn)銅管和燒結(jié)芯棒相對位置的精確定位，將紫銅管放入兩個定位孔內(nèi)，從另一端灌入銅粉，然后放入堵頭防止銅粉漏出，放入燒結(jié)爐中進行燒結(jié)。

圖4中所示裝置的燒結(jié)芯棒直徑為6 mm，兩個定位孔直徑為8 mm，按照此裝置可獲得規(guī)格為壁厚0.6 mm，燒結(jié)層厚度為0.4 mm，外徑為8 mm的燒結(jié)式管。通過調(diào)節(jié)芯棒的高度和直徑以及兩個定位孔直徑，可以制得不同大小的燒結(jié)式管，這一設(shè)計優(yōu)化了現(xiàn)有的燒結(jié)定位工藝，為用燒結(jié)爐制造不同直徑和燒結(jié)層厚度的燒結(jié)蒸發(fā)器提供了借鑒。

從圖1所示銅管內(nèi)壁燒結(jié)銅粉顆粒的顯微組織圖可以看出，對中良好的芯棒燒結(jié)出來的微熱管銅粉顆粒分布均勻，致密性好，對稱性好，已基本形成了均勻且界面分開的組織，銅粉顆粒均勻的表面可以為液體提供高的毛細壓力。

4 結(jié)語

燒結(jié)蒸發(fā)器的強化傳熱性能要優(yōu)于普通蒸發(fā)器，為船舶蒸發(fā)器縮小尺寸、節(jié)省金屬耗材提供了參考，本文探討了燒結(jié)蒸發(fā)器內(nèi)表面燒結(jié)芯毛細結(jié)構(gòu)的制造工藝，針對燒結(jié)芯棒對中困難及燒結(jié)銅粉顆粒灌裝后容易漏出的問題，設(shè)計了一套優(yōu)化方案，通過調(diào)節(jié)芯棒的直徑和高度以及兩個定位孔直徑，可以制得不同規(guī)格的燒結(jié)式管，為用燒結(jié)爐制造不同直徑和燒結(jié)層厚度的燒結(jié)蒸發(fā)器提供了參考，同時也為提高生產(chǎn)效率，得到均勻致密對稱性好的燒結(jié)蒸發(fā)器提供了借鑒。

參考文獻

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篇（3）

中圖分類號： N945.23 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號：

運輸業(yè)是以增加盈利、降低運輸成本為目的，人們在盈利的同時，已經(jīng)忽略了節(jié)能所帶來的更加巨大的潛在效益。一部分的熱量變?yōu)闄C械功外，燃料在柴油機氣缸中經(jīng)過燃燒的其余熱量經(jīng)過散熱、排氣和冷卻介質(zhì)而排向大氣。這種被排出的余熱我們把它稱之為廢熱。當(dāng)今社會，在柴油機的主推進動力裝置船舶上，各種各樣的余熱利用系統(tǒng)被得到廣泛地利用。起初人們研發(fā)的有效利用余熱的方法是熱平衡分析法，但是，該方法會使人產(chǎn)生誤解，且實際應(yīng)用范圍受限制。在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達的現(xiàn)代，人們研發(fā)了一種更為有效的方法，則為火用分析法。該方法能反映出損失以及其損失的程度，它有效利用了余熱、提高了循環(huán)的經(jīng)濟性。

柴油機主推進動力裝置船舶熱力系統(tǒng)特點

柴油機主推進動力裝置船舶熱力系統(tǒng)實現(xiàn)了完成某特殊反應(yīng)以及熱量傳遞、能量轉(zhuǎn)換等過程的系統(tǒng)，主要是由連接官網(wǎng)、熱交換設(shè)備、動力機械以及輔助機械設(shè)備和系統(tǒng)組成。其系統(tǒng)中存在著多種形式的聯(lián)系，以及熱力、氣動、機械等傳熱傳質(zhì)。柴油機熱力系統(tǒng)可以有效地挖掘柴油機動力系統(tǒng)的能量，在滿足各種品位熱量的同時，最大限度地利用了余熱能量的質(zhì)量和數(shù)量。但是如果將排氣回收為電能或機械能的話，就能更充分地對能量的數(shù)量和質(zhì)量進行利用。除了傳統(tǒng)的缸套冷卻水真空制淡，在對低溫?zé)崃窟M行回收時，吸收式制冷裝置、高效節(jié)能的熱泵技術(shù)、熱管換熱器等都是當(dāng)今利用余熱的有效設(shè)備和手段。對柴油機進行余熱利用要根據(jù)油消耗、維護、維修管理費用、投資費用、航運和航區(qū)特點、船舶類型等綜合技術(shù)來進行綜合的分析。這樣采用的系統(tǒng)的余熱能量回收的經(jīng)濟性能最高，熱能利用率最優(yōu)，實現(xiàn)了熱力系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。

柴油機主推進動力裝置船舶熱力系統(tǒng)都具有自身的特點：①層次性，所謂系統(tǒng)的層次性，就是一個總系統(tǒng)的下層中包含了很多的子系統(tǒng)，而每個子系統(tǒng)中又包含了更小的子系統(tǒng)，這樣層層包含就體現(xiàn)出系統(tǒng)的層次。為了完成功能，系統(tǒng)是由不同的結(jié)構(gòu)和單元組成的。熱力系統(tǒng)的過程也按照一定的連接方式組成。②環(huán)境適用性，柴油機船舶熱力系統(tǒng)不斷地在與環(huán)境進行能量或物質(zhì)的交換。每一個熱力系統(tǒng)都具備輸入以及輸出系統(tǒng)。該系統(tǒng)接受外界環(huán)境提供的能量和物料，物料通過系統(tǒng)形成了能流，這些能流也在不斷受到利用、處理。與此同時，向環(huán)境中輸出能量和物料也是系統(tǒng)所具備的功能之一。在環(huán)境條件的制約下，系統(tǒng)進行著能量的轉(zhuǎn)換，環(huán)境和系統(tǒng)之間也在相互進行著輸入以及輸出。這種系統(tǒng)內(nèi)部能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的過程以及環(huán)境與系統(tǒng)之間的互相制約最終保證了系統(tǒng)的功能。③目的性，其目的性就是指柴油機船舶熱力系統(tǒng)具有其特定的功能。這些功能可以給人們的生活提供必要的海水淡化、蒸汽、冷量、熱量、動力、電力等，而且，根據(jù)其功能的相異，可將熱能進行回收、利用、輸送、轉(zhuǎn)換生產(chǎn)等。它可以對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的工質(zhì)或余熱進行回收。它既可以是由多個單元組成的多功能復(fù)雜系統(tǒng)，也可以是由少部分設(shè)備組成的功能簡單的系統(tǒng)。④關(guān)聯(lián)性，關(guān)聯(lián)性是指柴油機船舶熱力系統(tǒng)之間的各個部分的關(guān)系是相互制約和相互聯(lián)系的。關(guān)聯(lián)性是根據(jù)其性能上的規(guī)律的匹配以及特點，系統(tǒng)中的各個獨立的單元并非無序組合或隨意堆積，它具有一定規(guī)律性的。⑤集合性，系統(tǒng)的集合性例如熱泵、熱機、各種換熱器、余熱鍋爐等獨立的單元組成了余熱回收系統(tǒng)，像這樣，柴油機船舶熱力系統(tǒng)就是由很多的獨立單元組合起來，并且是按照一定的方式進行組合的。

船舶熱力系統(tǒng)的火用分析

因為所研究的熱力系統(tǒng)性質(zhì)與能量形式不同，因此，能量火用的表達也不同。熱力系統(tǒng)在溫差的作用下，通過環(huán)境與邊界交換能量形式就是熱量的概念。火用是在給定環(huán)境狀態(tài)的條件下，將系統(tǒng)傳遞的熱量采用可逆方式來完成的最大用工。熱量的火無是熱能的不可用能，而熱量的火用則是熱能的可用能。在溫度條件不同時，因為熱能的存在是依賴于物質(zhì)系統(tǒng)熱狀態(tài)的，所以熱能的不可用部分與可用部分的比例也必然各不相同。例如：在環(huán)境狀態(tài)相同的條件下，系統(tǒng)溫度越高，熱量的火無就會越小，熱量火用則會越大。通過環(huán)境與邊界，系統(tǒng)在低于自然環(huán)境溫度的條件下進行交換的熱量即為冷量。其實冷量是低于環(huán)境溫度的熱量，其本身也是一種熱量。低于環(huán)境溫度的熱量火用其實就是冷量火用。冷量包括了火無和火用。冷量火用于冷量的差為冷量火無。給定條件下過程不可逆性的大小也是火用損失的大小。火用損失不恩給你用以對不同條件下過程進行的完善程度進行比較，它只是一個絕對的數(shù)量。所以，熱力設(shè)備或熱力系統(tǒng)中的火用的有效利用程度可以用火用效率來進行表達。熱力系統(tǒng)的火用平衡方程式可以用如下公式來表述：火用損失+系統(tǒng)的輸出火用+系統(tǒng)的火用變化量=系統(tǒng)的輸入火用，作為輸出火用的一部分，在分析、計算熱力系統(tǒng)時，火用的平衡方程式為：，由此可以看出，系統(tǒng)中表達熱力過程的火用平衡方程式的形式不同，熱力系統(tǒng)的形式就不同。

可以將余熱放熱過程作為定壓放熱的過程。柴油機的排氣余熱發(fā)電簡化熱力系統(tǒng)圖可以參考圖1所示。圖中MG為柴油機廢氣量，F(xiàn)P為給水泵，CON為冷凝器，G為發(fā)電機，T為汽輪機，SH為蒸汽過熱器，B為余熱鍋爐，PR為螺旋槳，D為柴油機。

圖1排氣余熱發(fā)電簡化熱力系統(tǒng)

柴油機主推進動力裝置船舶余熱利用系統(tǒng)優(yōu)化

系統(tǒng)的初投資估算、工質(zhì)的熱力性質(zhì)計算、系統(tǒng)的部件設(shè)計、系統(tǒng)的熱平衡計算組成了系統(tǒng)的特性模擬分析。熱動力回收系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計為非線性規(guī)劃，因為大多數(shù)約束函數(shù)以及建立的目標(biāo)函數(shù)為設(shè)計變量的非線性函數(shù)。余熱回收系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計圖參照圖2所示。

圖2余熱回收系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計示意圖

可以以經(jīng)濟性為目標(biāo)對整個余熱利用系統(tǒng)進行優(yōu)化，也可以對余熱利用系統(tǒng)進行發(fā)電量和火用效率優(yōu)化，方法相同但是效果不同。所優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)不同，獲得的效果也是不同的。

結(jié)束語

分析了柴油機主推進洞里裝置船舶余熱回收發(fā)電系統(tǒng)。在對廢氣鍋爐進行優(yōu)化設(shè)計時，采用了最大火用效率作為其目標(biāo)函數(shù)，及提高了透平發(fā)電量，又增加了廢氣鍋爐的火用效率。

篇（4）

煙草是什么時候傳入中國的呢?據(jù)史料記載,中國真正開始風(fēng)行煙草及吸煙習(xí)慣,還是在明朝萬歷年間,煙草從海外傳入以后,才為世人共知.(摘自《吸煙的歷史》52頁)由此可知中國人吸煙的歷史已經(jīng)五百年了。悠長的歷史使廣大吸煙者對煙具的喜好也是多種多樣。其中有“煙嘴”、“煙斗”、“旱煙桿”、“鼻煙壺”、“水桶煙”、“煙袋”等等。這些都是輔助吸食煙草的工具。那么包裝貯存煙草的煙具又有那些呢？天津中和煙鋪(又稱五甲子老煙鋪)，是一家歷經(jīng)明、清、民國三朝的老字號。那么最初的煙草包裝主要是白紙包包即可。到了近代隨著煙制品的種類并沒有增加多少，只是吸煙的方式發(fā)生了一些變化。煙具出現(xiàn)了一個明顯的特點：注重實用性的同時，更注意其裝飾性和藝術(shù)性。出現(xiàn)了角質(zhì)、骨質(zhì)、玉石、金屬、塑料、陶瓷等煙盒制品。

任何一種文化現(xiàn)象的產(chǎn)生和發(fā)展，都與一定社會的歷史條件緊密相關(guān)，清代東北滿族煙俗的形成與發(fā)展亦然，它與當(dāng)時滿族身處的自然環(huán)境與生活方式有著密切關(guān)系。東北地處寒溫帶，煙草自身的生物特性，為人們抵御風(fēng)寒提供了一種較為理想的選擇。煙草因其所具有的藥物屬性，在滿族生產(chǎn)生活中也扮演著重要角色。滿族人喜吸煙草，在長期吸煙的基礎(chǔ)上，形成了許多與煙緊密相關(guān)的生活禮俗。在日常交往之中，敬煙是滿族人迎賓待客的主要方式之一。敬煙也是滿族人尊長敬老的一種表現(xiàn)形式。滿族是有著敬老傳統(tǒng)的民族，在日常生活中，處處體現(xiàn)著對老人的尊重和愛戴。煙在東北滿族的婚姻禮俗中也扮演著重要角色。在滿族婚姻禮儀中，有一項重要的儀式——“裝煙禮”，一般是由女子向男方的長者敬煙，禮畢后，尊長要將事先準(zhǔn)備好的錢送給女方作為酬禮，謂“裝煙錢”。由此可見明清時候煙草剛剛傳入中國在遼寧吸煙的風(fēng)俗已經(jīng)形成,并且成為遼寧地區(qū)百姓生活中不可或缺的習(xí)俗。

本文介紹的這款“煙跳”是一款比較新穎的煙盒設(shè)計。在保持原有貯存香煙功能的基礎(chǔ)上增加了自動取出香煙的功能。在注重增加新功能吸引消費者的同時不斷加強了對煙盒本身設(shè)計的裝飾性和藝術(shù)性以及地域的文化性。以提高設(shè)計中的情感因素。那么設(shè)計中情感因素往往會成消費者購買的重要因素。那么我們來分析一下煙跳設(shè)計中的情感因素都有哪些。

二、煙盒設(shè)計中情感因素對設(shè)計的影響

消費者的情感具有復(fù)合性，對于一個產(chǎn)品可能會有幾種不同的感覺。正是因為對于產(chǎn)品的評估我們有著多元的影響因素，產(chǎn)生的情感通常不會是單一的一種。光是在功能的設(shè)計中的創(chuàng)新往往是不夠的。在材料的選擇上采用了目前比較昂貴的紅木材料，如：花梨木、紫檀木、紅酸枝木，楠木等珍貴木材。中國是一個木材木使用比較多的國家，對于木器的加工工藝也是歷史悠久。皇家帝王對高檔的木材的使用選擇也是相當(dāng)考究。民間對于木料的種類、品種、價值的認(rèn)知度也是比較高的。那么在煙跳設(shè)計材料的選擇大大提高了產(chǎn)品本身的價值，再經(jīng)過中國傳統(tǒng)的木器加工工藝如榫卯工藝、雕花等工藝的使用以及傳統(tǒng)圖案的運用，在提高產(chǎn)品本身的使用價值的同時也提高了產(chǎn)品的藝術(shù)價值以及產(chǎn)品的的收藏價值。

篇（5）

關(guān)鍵詞 旅游城市形象；新媒體傳播；社會化機制

目前國際市場上運用社交媒體最成功的旅游地營銷當(dāng)屬澳大利亞，其昆士蘭州繼提出“全世界最好的工作”創(chuàng)意之后再度發(fā)起一波極具話題性的旅游推廣活動，此次面向的是全球所有企業(yè)，參與方法也很簡單：只需上傳一段60秒視頻，闡明“為何你的公司是最棒的？以及為什么你覺得昆士蘭是最好的旅游目的地？”完成后提交到活動網(wǎng)址即可，獲勝者將獲得價值100萬澳元的個性化深度旅游體驗，由此大大激發(fā)了網(wǎng)友的原創(chuàng)熱情，而UGC產(chǎn)生的內(nèi)容也使澳洲目的地形象實現(xiàn)多級傳播。這個活動看似簡單，既沒有復(fù)雜的內(nèi)容設(shè)計，網(wǎng)友參與的形式也很容易，旅游地營銷者需要做的僅僅是引出一個話題、給予一個平臺，余下的就是期待網(wǎng)友主動喊出“昆士蘭是最佳旅游目的地”并說明理由，這種“普通人的代言”自然顯著提升了旅游地形象的可信任程度，其創(chuàng)意背后所透視出的社會化思維對我國旅游城市形象新媒體傳播不無啟示。其實這種社會化協(xié)作和分享機制在其他行業(yè)的營銷公關(guān)活動中早有類似應(yīng)用，在國外的一些旅游目的地網(wǎng)絡(luò)營銷實踐中也有不錯的表現(xiàn)，筆者對其在旅游城市形象新媒體傳播中的應(yīng)用空間亦抱持樂觀心態(tài)，期望通過本文的研究能夠進一步厘清社會化的內(nèi)在原理，包括動因、價值、參與主體、城市品牌與旅游者共生、傳播關(guān)系路徑演變及其現(xiàn)實定位等關(guān)鍵問題，以推動旅游城市形象新媒體傳播活動發(fā)揮更大價值。

一、社會化機制的產(chǎn)生動因及價值分析

Facebook新聞發(fā)言人吉利安·卡羅爾認(rèn)為，旅游業(yè)的社會化是一種必然趨勢，因為旅游天生就具有社交性，游客需要向朋友咨詢目的地景點、住宿及美食等各項消費選擇并與之分享旅游體驗，無論直接互動還是數(shù)據(jù)挖掘所獲得的客戶信息都為旅游城市營銷提供了改善其城市品牌形象的契機。從一個較深的層面進行剖析，就會發(fā)現(xiàn)社會化機制其實反映出一種新的以“人”為核心的旅游媒介生態(tài)正在形成，導(dǎo)致這種變化的根本動因在于——社會群體中個人意識的覺醒和個人需求（含創(chuàng)作和分享）的日益高漲。作為旅游城市形象傳播最常用的新媒體類型，旅游社區(qū)、網(wǎng)絡(luò)視頻、微博、微信其實都著眼于對“人”的理解，旨在實現(xiàn)對旅游者時間碎片的掌控，需要明白的一點是：社會化絕非終點，在未來它一定還會被某種新的媒介形態(tài)所取代，但借助其先打造出一個旅游者互助的平臺，再設(shè)法推動這些旅游者圍繞城市品牌主題深入互動，最后其實是旅游者發(fā)言真正鑄就了城市品牌形象，這才是旅游城市形象新媒體傳播的動機所在和運作機制。作為有共同體驗的、有意義的關(guān)系鏈旅游社區(qū)，其存在目的不僅在于記錄和更在于互動、分享及黏性，但旅游城市形象新媒體傳播的發(fā)展取向并非為了建立關(guān)系網(wǎng)，而是基于關(guān)系網(wǎng)充分激發(fā)用戶智慧來建構(gòu)特定旅游城市形象。

筆者分析借鑒國內(nèi)外諸多旅游新媒體營銷案例后發(fā)現(xiàn)，有關(guān)旅游城市形象傳播的新媒體運用應(yīng)高度重視社交平臺的影響力，建議遵循“聯(lián)系一互動一影響一社交化”這一清晰的傳播路徑，就像類似TripAdvisor的業(yè)務(wù)模式那樣，用戶可以很方便地將其Facebook朋友圈資源整合到自己的旅游體驗當(dāng)中，調(diào)查發(fā)現(xiàn)這種整合能使其用戶黏性顯著提升20%，表明“來自社交好友的意見比價格更有影響力”。2013年澳旅局也推出世界首款整合Coogle Maps和Facebook的應(yīng)用——“友”賞澳洲，通過整合facebook朋友圈功能，把朋友去過的澳洲旅游地整合形成每個用戶基于其朋友關(guān)系的澳洲地圖，圖上標(biāo)簽代表每個朋友去過的城市和目的地軌跡，還有當(dāng)?shù)夭蛷d、酒店及朋友評論和推薦，由此把朋友間信任轉(zhuǎn)化為對目的地的向往和信任，最終創(chuàng)造出一個獨特的旅游計劃工具，有效激發(fā)了粉絲用戶的澳洲旅游動機。Neurofocus調(diào)研機構(gòu)在測試一個30秒視頻在多個媒介平臺播出情況后發(fā)現(xiàn)，新媒體傳播借助社會化機制確實可以與消費者在情感上產(chǎn)生最多共鳴，從而為傳播平臺帶來更高的用戶黏性。有調(diào)查報告顯示，一個旅游者平均擁有309個Facebook好友，從影響力層面講好友意見要比廣告信息大5倍，這意味著內(nèi)容很“贊”的旅游城市社交主頁也會是一個“有價值的媒體”，其觸及到的用戶要比那些依賴付費媒體的用戶數(shù)量多得多，這是因為社會化能夠使對有價值內(nèi)容的關(guān)注度隨被“贊”頻次增加而呈現(xiàn)倍增效應(yīng)。

二、社會化主體——“Alpha”旅游者與“相關(guān)人群”

新媒體傳播的社會化機制造就了“Alpha”消費者，這是一個賦予產(chǎn)品意義、積極體驗產(chǎn)品并樂于向他人推薦產(chǎn)品的新型消費群體，相關(guān)概念是由娛樂經(jīng)濟學(xué)家Michael Wolf在1999年提出的。旅游業(yè)中的“Alpha”人群特征比其他行業(yè)更加明顯，因為旅游消費屬于一種典型的體驗經(jīng)濟，旅游者日益依賴網(wǎng)民分享的旅游體驗來決定其旅游消費決策，包括到哪里旅游、看哪些景點、去哪里吃飯以及到哪里住宿等，由此表明通過營造旅游社區(qū)氛圍吸引旅游者互動，絕對是一種高回報率的旅游城市形象新媒體傳播手段。尤其是身處低誠信消費環(huán)境的中國旅游者更習(xí)慣于依賴各類旅游品牌，并視這些品牌及其相關(guān)評論以及好友推薦為其個人網(wǎng)絡(luò)生活的重要內(nèi)容，調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，有74%的消費者愿意為高質(zhì)量和獨特性支付更多，有48%的消費者相信網(wǎng)絡(luò)視頻并且很容易被說服而沖動消費。新媒體傳播的社會化機制存在的很多問題都根源于對社交關(guān)系的定義過于簡單，其實關(guān)系并不只是技術(shù)的一個功能或衍生物，追求朋友、粉絲及關(guān)注者也不能直接等同于用戶價值。線上互聯(lián)的旅游者特別強調(diào)不斷投身于各自所定義的興趣圖譜，并實時分享共同的旅游城市偏好及其旅游體驗，此時的關(guān)系價值就體現(xiàn)在對彼此信任的旅游體驗分享的評估指標(biāo)表現(xiàn)上，因此，在消費決策過程中旅游者往往不再遵循傳統(tǒng)的“興趣一目的”式路徑，而是更易于被其他旅游者的觀點、經(jīng)歷及決策所共同影響。

在新媒體傳播出現(xiàn)社會化機制以前，旅游城市形象只能停留在旅游者的個體記憶之中，而社會化使得傳播不再僅僅針對目標(biāo)旅游者，而是開始關(guān)注更大范圍內(nèi)的“相關(guān)人群”，其核心價值就體現(xiàn)在使旅游者進行消費決策時易于得到其“相關(guān)人群”的推薦，同時激發(fā)他們在線分享對旅游城市形象的個人觀點甚至自愿代言該城市品牌，從而使旅游城市形象能夠更廣泛地留存在旅游者互動之中。為此筆者通過在線親身體驗總結(jié)出旅游者消費決策是如何被網(wǎng)絡(luò)“相關(guān)人群”口碑所影響的，基本流程如下：首先是好友精彩評論引發(fā)潛在旅游者觀看旅游城市網(wǎng)絡(luò)視頻，對視頻內(nèi)容初步分析后給出評論并與好友反復(fù)互動，對內(nèi)容細節(jié)進一步分析后再通過社會化媒體與更多朋友分享，然后去視頻網(wǎng)站搜索更多相關(guān)視頻并看到很多網(wǎng)友評論，當(dāng)發(fā)現(xiàn)自己和大部分人看法一致時隨即產(chǎn)生“群體歸屬感”，進而通過搜索引擎查找更多旅游城市相關(guān)資訊并由此激發(fā)購買欲，當(dāng)身處購買情境時最終促成消費。為此筆者建議旅游城市營銷者以更動態(tài)性的觀點來看待旅游城市形象新媒體傳播的社會化機制，也要對傳播所依托的社交關(guān)系作出更加寬泛的界定，以推動更多人、更多組織之間進行更有意義的觀點分享和行為交互。

三、以社會化思維激活旅游者與城市品牌共生

社會化思維要求城市品牌不能再停留在“怎樣讓城市曝光”的單向傳播上，而是要思考“怎樣激活城市品牌與旅游者共生”，因此，為了更大程度激發(fā)旅游者共鳴，旅游城市營銷者應(yīng)善于從電影、社會事件中捕捉時代性議題以持續(xù)創(chuàng)造“旅游者——城市品牌”故事，并引導(dǎo)旅游者圍繞城市品牌主題在線互動。為此筆者建議旅游城市營銷者在城市形象傳播視野上要盡可能寬泛，而不要像城市營銷那樣單純聚焦在明確的旅游消費需求點上，應(yīng)著重考察整個旅游產(chǎn)業(yè)鏈中發(fā)現(xiàn)還未被滿足的相關(guān)非消費性需求并積極介入之，借此與旅游者建立起互動并為日后的潛在購買培養(yǎng)城市品牌偏好，這一自然而然的前期鋪墊充分體現(xiàn)出城市品牌對旅游者需求的細致洞察。那么，如何通過活動設(shè)計來激發(fā)旅游者與城市品牌建立共生關(guān)系？筆者以為，旅游城市營銷者應(yīng)緊密圍繞其城市形象定位，基于社會化思維設(shè)計出易于激發(fā)旅游者參與的線上活動，以使其增值成一個個與目標(biāo)旅游者直接溝通的關(guān)系接觸點，再將其轉(zhuǎn)化成一系列便于旅游者展示自我價值的社會化協(xié)作崗位，由此可將目標(biāo)旅游者對旅游城市形象從“認(rèn)知”層面提升到“參與”甚至“構(gòu)建”層面，而旅游城市也因此收獲了構(gòu)成其品牌忠誠的兩個最核心要素——認(rèn)同感與歸屬感。

由此表明，社會化思維就是決定旅游城市形象新媒體傳播是否能夠成功的關(guān)鍵，旅游營銷實踐中往往將其分為兩種形式：一類是個體性的獨立創(chuàng)作，城市品牌主動推出一個開放式構(gòu)建平臺，邀請目標(biāo)旅游者集思廣益，例如城市旅游局官方微博可以舉辦以展現(xiàn)城市品牌形象為目的的旅游者DIY城市旅游路線活動，另一類是群體性的社會協(xié)作，筆者建議旅游城市形象傳播不妨借鑒“宜家搬家秀”的創(chuàng)意思維，可以設(shè)計推出一個富含各類城市品牌元素的在線游戲，并在網(wǎng)上游戲高手選拔公告，通過提供各種游戲角色來吸引目標(biāo)旅游者踴躍參與。社會化其實就是信息互動及分享，這也意味著旅游城市形象新媒體傳播的所有社會化技術(shù)創(chuàng)新的終極目標(biāo)都是為了便于旅游者獲取和利用城市旅游信息，為此旅游城市營銷者必須理解如何以社會化思維來統(tǒng)領(lǐng)新媒體運作并整合新舊媒體，使之無縫融入整個旅游城市形象傳播組合戰(zhàn)略當(dāng)中。

四、社會化傳播的關(guān)系路徑演變

旅游者與旅游城市品牌的互動渠道及方式在不斷變化，“先交朋友，再做生意”的傳統(tǒng)生意經(jīng)早已深人人心，而新媒體傳播基于社會化思維在網(wǎng)絡(luò)空間里能更好地踐行這一理念。根據(jù)斯科特·斯特萊登的理解，新媒體傳播的社會化機制帶來的最大創(chuàng)新就在于與客戶真正建立起長期互動，這種關(guān)系與傳統(tǒng)的人際關(guān)系極為相似，同樣包括熟悉、了解、關(guān)心等，將其拓展到旅游城市形象傳播領(lǐng)域就是——將簡單的私人關(guān)系變成城市品牌與旅游者復(fù)雜的公開關(guān)系。我國傳統(tǒng)的社會文化通常表現(xiàn)為熟人“圈子”內(nèi)人際關(guān)系友善而互助，但對“圈子”外的人卻沒那么熱情，伴隨新媒體傳播的社會化機制，這種封閉式“關(guān)系圈”會逐漸走向開放式“關(guān)系鏈”，社會性組織力量也會促使人際關(guān)系發(fā)生深刻變化，主要表現(xiàn)為陌生人基于互聯(lián)網(wǎng)很容易建立起“弱聯(lián)系”關(guān)系鏈。中國旅游者對旅游城市的選擇總是具有很強的品牌意識，但同時又缺乏品牌忠誠，而社會化機制可以促使中國傳統(tǒng)的“強聯(lián)系”關(guān)系型文化轉(zhuǎn)變?yōu)楦子诳焖俳⒓巴卣沟摹叭趼?lián)系”關(guān)系型文化，為此筆者建議旅游城市營銷者換一種思路，可以嘗試放棄以往從“強聯(lián)系”到建立品牌忠誠度的直線傳播模式，轉(zhuǎn)向從建立“弱聯(lián)系”開始再逐步形成品牌認(rèn)同乃至忠誠的曲線傳播模式。

通過接觸傳統(tǒng)廣告建立起來的旅游者與城市品牌關(guān)系是“硬”性的，只有通過實地旅游體驗才能建立真正的“軟”性關(guān)系，而社會化就是一個使一大群彼此陌生的旅游者先建立起“弱聯(lián)系”再通過頻繁互動轉(zhuǎn)化為“強聯(lián)系”的傳播過程，其最終目的就是幫助旅游城市品牌實現(xiàn)“旅游者代言”。由此可見，旅游城市形象新媒體傳播引入社會化機制更多是想在留住老客戶上發(fā)揮作用，其衍生品才是借助老客戶口碑傳播獲得新客戶，其互動性傳播優(yōu)勢使城市品牌能直接而迅速地獲得目標(biāo)旅游者聲音，而旅游城市營銷者對此要做的就是快速反應(yīng)，力求以正面聲音壓倒負面聲音。為此筆者建議旅游城市營銷者主動加入旅游者對話，并盡可能豐富旅游者之間、旅游者與城市品牌之間弱聯(lián)系的內(nèi)容和形式，例如城市旅游局官方微博或微信可以在新年之際為用戶提供多種有趣的視頻賀卡生成工具，其中可富含其城市各類標(biāo)志性旅游元素，以使目標(biāo)旅游者之間的在線問候成為城市品牌形象傳播的有效載體。

五、社會化機制的現(xiàn)實定位

面對旅游者不斷產(chǎn)生的新需求，旅游城市形象新媒體傳播應(yīng)始終著眼于為“他們”創(chuàng)造意義和價值，其關(guān)鍵價值并不體現(xiàn)在任何新功能或新應(yīng)用上，而是如何使他們的在線社交活動變得更有針對性和條理性。從本質(zhì)上講，旅游城市形象新媒體傳播的社會化機制體現(xiàn)出來的是旅游者社會心理及價值觀的變化，由此也決定了它更應(yīng)是一項戰(zhàn)略而不僅僅是一個戰(zhàn)役，那些把它放在戰(zhàn)略高度去重視和運用的旅游城市都已借此積累起較強的社交品牌資產(chǎn)。旅游城市形象新媒體傳播的社會化機制已日漸清晰，但對廣告功能的過度強調(diào)致使其忽略了其他更有價值的互動及分享特質(zhì)，而社會化機制對傳統(tǒng)的城市營銷傳播所帶來的最大變革就是——改變了城市品牌一旅游者之間及旅游者之間的溝通方式。新媒體傳播有可能成為旅游城市在實地旅游以外能讓旅游者參與城市品牌體驗的最大契機，調(diào)查表明，新媒體傳播基于社會化機制在幫助組織實現(xiàn)各類商業(yè)目標(biāo)中的作用依次為：塑造品牌、構(gòu)建社區(qū)、客戶服務(wù)、聲譽和危機管理等，其中有超過70%選擇的是“塑造品牌”。

然而，旅游城市形象新媒體傳播依靠社會化機制，是否一定就能構(gòu)建起社交媒體所具備的用戶黏性還有待考量，畢竟旅游屬于一個相對短暫、消費頻次不高的體驗性產(chǎn)品類型，因此，期冀依靠旅游去建立起長期性社交關(guān)系的想法明顯不太靠譜，但反過來依靠社交關(guān)系去刺激有關(guān)城市品牌形象的UCC互動還是非常現(xiàn)實的。實證結(jié)果表明，借助于社交網(wǎng)絡(luò)新媒體傳播的受眾定位精準(zhǔn)度可高達90%，而完勝于平均精準(zhǔn)度僅為35%的一般性新媒體，表明旅游城市形象新媒體傳播借助社會化機制可以深入挖掘客戶細微需求，從而使城市旅游體驗分享更有針對性，客戶關(guān)系也不再僅僅是旅游者在旅游城市停留期間而是會在持續(xù)互動中，旅游城市也憑借這種隨時陪伴旅游者的關(guān)系價值構(gòu)筑起其城市品牌競爭優(yōu)勢。

結(jié)語

篇（6）

中圖分類號:TP274文獻標(biāo)識碼:B

文章編號: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

在現(xiàn)代信號處理和電子應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域,FIR數(shù)字濾波器因具有穩(wěn)定性和線性相位兩大優(yōu)點而得到了廣泛的應(yīng)用。FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計方法主要有窗函數(shù)法、頻率采樣法、切比雪夫逼近法,這些方法的最終目的是對理想濾波器理想性能的逼近,而不可能真正做到理想濾波器的幅頻響應(yīng),正基于此,多年來許多專家學(xué)者在數(shù)字濾波器的優(yōu)化設(shè)計問題上做了大量的研究工作,在一定優(yōu)化準(zhǔn)則下,提出了一些設(shè)計方法,如Caratheodory_Fejer(CF)法[1],神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Neural Network)法[2],最小P誤差法[3]以及模型擬合頻率響應(yīng)法[4]等。這些優(yōu)化算法各長,它們在數(shù)字濾波器的設(shè)計中都取得了較好的設(shè)計效果,也為數(shù)字濾波器的設(shè)計打開了新的思路。

遺傳算法是一種模仿生物進化過程的全局優(yōu)化概率搜索算法,它提出了一種求解復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化問題的通用框架,且不依賴于問題的領(lǐng)域和種類,因此在諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是標(biāo)準(zhǔn)的遺傳算法存在兩個重大的缺陷:早熟和收斂速度慢。這里提出了一種自適應(yīng)調(diào)整遺傳參數(shù)的遺傳算法,并用其實現(xiàn)了FIR數(shù)字濾波器的優(yōu)化設(shè)計,仿真結(jié)果說明了算法的有效性。

1 FIR數(shù)字濾波器及優(yōu)化設(shè)計

1.1 FIR數(shù)字濾波器的頻率特性

有限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器(FIR)的輸出僅取決于有限個過去的輸入和現(xiàn)在的輸入,用x(i),y(i)分別表示其輸入和輸出,FIR濾波器可以表示為[5]:

y(i)=∑N-1j=0h(j)x(i-j)(1)

式中:h(i)(實數(shù))為FIR的沖激響應(yīng),顯然:

h(i)=h(i), 0≤i≤N-1

0,N

即FIR的沖激響應(yīng)只有有限N個,稱N為FIR的階次。

對于N階線性相位FIR濾波器,其單位沖激響應(yīng)h(i)為實數(shù),且以對稱中心α=(N-1)/2對稱的,即有以下約束關(guān)系:

h(i)=±h(N-1-i)(3)

1.2 FIR濾波器優(yōu)化設(shè)計準(zhǔn)則

設(shè)一個FIR數(shù)字濾波器的理想頻率響應(yīng)為:

Hd(jω)=Hd(ω)e-jθ(ω), ω∈[-π,π](4)

式中:Hd(ω)≥0,若用一個N階的FIR頻率響應(yīng)來逼近它,設(shè)其沖激響應(yīng)為h(i),i=0,1,2,…,N-1,那么其頻率響應(yīng)可表示為:

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個頻率采樣點ωp(p=0,1,2,…,P-1),并且為每一個ωp設(shè)置一個權(quán)重系數(shù)αp≥0(p=0,1,2,…,P-1)。那么描述H(jω)逼近Hd(jω)的加權(quán)均方誤差可近似寫成:

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)

如果采樣點ωp的數(shù)量足夠多且間隔足夠小,那么式(8)精確地表達了H(jω)與Hd(jω)的加權(quán)均方誤差。顯然,如果E2為0,那么所設(shè)計的FIR的頻率響應(yīng)應(yīng)在ωp(p=0,1,2,…,P-1)點上,幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)兩方面嚴(yán)格地等于Hd(ωp)和φ(ωp)。由于N有限,E2不可能為0,任務(wù)在于尋找一種有效的算法使E2盡量小。由式(8)可知,αp取值的大小表達了對其對應(yīng)的ωp點的重視程度,αp取值越大則要求在ωp附近頻域內(nèi)H(jω)越嚴(yán)格地逼近Hd(jω)。

綜上所述,一維實數(shù)FIR數(shù)字濾波器優(yōu)化設(shè)計問題就是尋找一組h(i)使式(8)的值盡可能小。

2 自適應(yīng)遺傳算法

遺傳算法自提出以來,因其具有很強的解決問題的能力和廣泛的適應(yīng)性,因而近年來滲透到研究與工程的各個領(lǐng)域,取得了良好的效果。但在實際應(yīng)用中,基本遺傳算法也逐漸暴露出一些缺陷,這些缺陷主要集中在兩個方面:早熟和收斂速度慢[6,7]。

所謂早熟是指遺傳算法收斂于局部最優(yōu)值,而非全局最優(yōu)值的現(xiàn)象。這往往是由于在算法搜索的初期階段,種群中出現(xiàn)了某些超級個體,這些超級個體的適應(yīng)值很高,隨著進化過程的進行,它們會很快占據(jù)整個種群,導(dǎo)致種群缺乏多樣性而陷入局部極值。由于遺傳算法從本質(zhì)上而言是一種隨機搜索優(yōu)化算法,所以當(dāng)待求解問題規(guī)模較大或問題較復(fù)雜時,搜索空間往往非常龐大,于是導(dǎo)致遺傳算法的收斂速度很慢。

選擇合適的遺傳算子執(zhí)行概率,是遺傳算法能否收斂到最優(yōu)解的關(guān)鍵之一。遺傳算法的參數(shù)中交叉概率Pc和變異概率Pm的選擇是影響遺傳算法行為和性能的關(guān)鍵所在,直接影響算法的收斂性,Pc越大,新個體產(chǎn)生的速度就越快。然而Pc過大時遺傳模式被破壞的可能性也越大,使得具有高適應(yīng)度的個體結(jié)構(gòu)很快就會被破壞;但是如果Pc過小,會使搜索過程緩慢,以致停滯不前。對于變異概率Pm,如果過小,就不易產(chǎn)生新的個體結(jié)構(gòu);如果過大,那么遺傳算法就變成了純粹的隨機搜索算法。針對不同的優(yōu)化問題,需要反復(fù)試驗來確定Pc,Pm,這是一件繁瑣的工作,而且很難找到適應(yīng)于每個問題的最佳值。

在傳統(tǒng)的遺傳算法中,交叉概率Pc、變異概率Pm與種群進化過程無關(guān),從始至終都保持定值。近年來的研究表明,交叉概率和變異概率的選取對系統(tǒng)性能有重要的影響。用不變的Pc和Pm來控制遺傳進化,很容易導(dǎo)致“早熟”,降低算法的搜索效率。目前,調(diào)整遺傳算法控制參數(shù)較好的方法是動態(tài)自適應(yīng)技術(shù),其基本思想是使Pc,Pm在進化過程中根據(jù)種群的實際情況,隨機調(diào)整大小,目前這方面已有大量的研究[8,9]。具體做法為:當(dāng)種群趨于收斂時,減小Pc、增大Pm,即降低交叉的概率,提高變異的概率,以保持種群的多樣性,避免“早熟”;當(dāng)種群個體發(fā)散時,增大Pc、減小Pm,即提高交叉的概率,降低變異的概率,使種群趨于收斂,增加算法的收斂速度。

在多數(shù)情況下,種群中不同個體的適應(yīng)度不盡相同,因此可以用適應(yīng)度分布的離散程度來表征種群的“早熟”程度。種群在進化過程中發(fā)生“早熟”的主要表現(xiàn)是:種群內(nèi)適應(yīng)度暫時最大的一些個體相互重復(fù)或趨同,使得它們有較大的概率參與下一代的選擇復(fù)制操作,且它們之間交叉后的子代也不會與父代有太大的變化,導(dǎo)致遺傳算法尋優(yōu)過程十分緩慢,降低搜索效率。因此,要正確判斷一個種群是否會發(fā)生“早熟”主要看這個種群當(dāng)前適應(yīng)度最大的那些個體是否重復(fù)或相互趨同。“早熟”程度可以使用下面方法評價:

設(shè)第t代種群個體的平均適應(yīng)度為t,t代種群中最優(yōu)個體適應(yīng)度為Ftmax,種群中個體適應(yīng)度大于t的個體的平均適應(yīng)度為tmax,那么可以用Ftmax與tmax之間的差值來評價種群的“早熟”程度:

D=Ftmax-tmax(10)

式(10)中,指標(biāo)D用來表征種群的“早熟”程度。可以看出,當(dāng)D增大時,種群趨于發(fā)散;D減小時,種群趨于相同。此方法只計算Ftmax與tmax的差值,不涉及適應(yīng)度低于平均適應(yīng)度的個體,從而避免了那些適應(yīng)度較差個體對D的影響,更能反映種群中那些適應(yīng)度較好的個體之間的趨同程度。

根據(jù)種群“早熟”程度的指標(biāo)D,使得交叉概率Pc和變異概率Pm在進化過程中隨著D的變化而改變,如下式所示:

Pc=1/\(11)

Pm=1-1/\(12)

式中:k1,k2>0。Pc取值范圍在[0.5,1]之間,Pm的取值范圍在[0,0.5]之間。在進化過程中,Pc,Pm根據(jù)D取值的不同而動態(tài)地自適應(yīng)調(diào)整:當(dāng)種群個體趨于離散(即D變大)時,Pc增大、Pm減小,種群開發(fā)優(yōu)良個體能力增強;當(dāng)種群個體趨于收斂(即D變小)時,Pc減小、Pm增大,種群產(chǎn)生新個體能力增強。

3 基于自適應(yīng)遺傳算法的FIR數(shù)字濾波器優(yōu)化設(shè)計

3.1 編碼

遺傳算法中首先要完成的是對解的編碼,由于文中的問題是一個非線性函數(shù)的優(yōu)化問題,故采用實數(shù)編碼技術(shù)。將染色體表示成如下向量:X=\,x(i)∈[0,1],i=0,1,2,…,N-1。其中:x(k)∈[0,1],k=0,1,…,(N-1)/2,可由如下映射關(guān)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 適應(yīng)度函數(shù)

FIR數(shù)字濾波器的優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)是使式(8)的值最小,因此使用式(8)的倒數(shù)作為適應(yīng)度函數(shù),即:

f=1/E2(14)

3.3 選擇算子

使用錦標(biāo)賽選擇法和精英保留法相結(jié)合的選擇策略。錦標(biāo)賽選擇法在選擇時先隨機在群體中選擇K個個體進行比較,適應(yīng)度最好的個體將被選擇作為生成下一代的父體,參數(shù)K稱為競賽規(guī)模。這種選擇方式能使種群中適應(yīng)度好的個體具有較大的“生存”機會。同時,由于它只使用適應(yīng)度的相對值作為選擇的標(biāo)準(zhǔn),而與適應(yīng)度的數(shù)值大小不成直接比例,從而避免了超級個體的影響,在一定程度上避免了過早收斂和停滯現(xiàn)象的發(fā)生。

精英保留法即當(dāng)前種群中適應(yīng)度最好的個體不參加遺傳操作,直接復(fù)制到下一代,替換經(jīng)交叉和變異操作產(chǎn)生的子種群中適應(yīng)度最差的個體,其優(yōu)點是在搜索過程中某一代的最優(yōu)個體可不被遺傳操作所破壞,這樣可以保證遺傳算法以概率收斂到最優(yōu)解。經(jīng)驗證明,保留占種群總體2%～5%數(shù)量的個體,效果最為理想[10]。

3.4 交叉算子

交叉算子以概率Pc對兩個父個體進行隨機分割,然后再重新組合從而獲得兩個新個體。根據(jù)分割點的數(shù)量,可分為單點交叉或是多點交叉。其原理是每個父個體隨機選擇m個無重復(fù)的交叉點,在交叉點之間的變量間續(xù)地相互交換,產(chǎn)生兩條新的子個體,完成交叉操作。本文采用兩點交叉法,示意如圖1 所示。

圖1 兩點交差法

3.5 變異算子

變異就是根據(jù)一定的概率Pm,將個體染色體上某一位置上的基因進行攝動,使其產(chǎn)生突變。設(shè)父個體向量x=(x1,x2,…,xk),則分量xi以概率Pm被選擇作為變異,設(shè)對xi進行變異,則其后代為x′=(x1′,x2′,…,xk′),其中xi′以等概率取(1-r)xi或xi+(1-xi)r,r為[0,1]上的隨機數(shù)。

3.6 實現(xiàn)步驟

(1) 根據(jù)不同的頻段要求初始化αp。其中,權(quán)重系數(shù)αp的大小表達了設(shè)計FIR數(shù)字濾波器時,對與其對應(yīng)的ωp附近頻域內(nèi)逼近誤差的重視程度。在具體的設(shè)計中,αp是可以調(diào)整的,不同的αp取值將導(dǎo)致不同的設(shè)計結(jié)果。通常要求FIR數(shù)字濾波器應(yīng)具有較好的阻帶特性,而對過渡帶沒有嚴(yán)格的要求,因此可令:

αp=αp=1,ωp在通帶

αt=0,ωp在過渡帶

αs≥1,ωp在阻帶

式中,αp為通帶權(quán)重系數(shù);αt為過渡權(quán)重系數(shù);αs為阻帶權(quán)重系數(shù)。

(2) 隨機產(chǎn)生初始種群,在區(qū)間[-2,2]中產(chǎn)生一組隨機數(shù)作為初始化種群,每個個體表示為染色體的基因編碼。

(3) 計算A=∑P-1p=0αp。

(4) 計算個體的適應(yīng)度,并判斷是否符合優(yōu)化準(zhǔn)則。若符合,輸出最佳個體及其代表的最優(yōu)解,并結(jié)束計算;否則保留適應(yīng)度最好的個體,執(zhí)行(5)。

(5) 在種群中使用錦標(biāo)賽選擇法選擇兩條個體。

(6) 計算交叉概率Pc和變異概率Pm。

(7) 對選擇個體進行交叉和變異操作,產(chǎn)生新的個體。

(8) 重復(fù)(5)~(7),直到新種群數(shù)量等于上一代種群數(shù)量,并返回(4)。

4 FIR數(shù)字濾波器仿真實例

設(shè)計一個階次N為49,ωp=0.4π,ωs=0.5π,φ(ω)=18ω的低通實數(shù)FIR數(shù)字濾波器,設(shè)定αp=1,αt=0,αs=5,初始種群100,最大進化代數(shù)為300,最后選擇出最優(yōu)的結(jié)果如圖2所示。

圖2 FIR低通濾波器設(shè)計結(jié)果

5 結(jié) 語

針對遺傳算法存在的“早熟”和收斂速度慢的缺陷,設(shè)計了評價進化過程中種群的“早熟度”的方法,使交叉和變異概率根據(jù)“早熟度”的變化而自適應(yīng)調(diào)整,提高了遺傳算法的收斂速度,并將其應(yīng)用于FIR數(shù)字低通濾波器的優(yōu)化設(shè)計,并進行了仿真實驗,實驗結(jié)果表明該算法能夠設(shè)計出性能較好的數(shù)字濾波器。

參考文獻

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篇（7）

中圖分類號： S611文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：

航行于海面上的船舶，由于風(fēng)浪的作用，其受力和運動非常復(fù)雜，因此固定在船舶上的綁扎橋受集裝箱斜拉力情況也比較復(fù)雜。.在利用有限元方法分析綁扎橋的時候，首先要建立合適的力學(xué)求解模型，然后利用大型商業(yè)有限元軟件ANSYS對綁扎橋結(jié)構(gòu)進行求解分析。

本文主要是針對兩層綁扎橋這一新形式的結(jié)構(gòu)進行有限元強度及優(yōu)化設(shè)計，為綁扎橋結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析以及進一步的優(yōu)化設(shè)計提供一種有效的有限元數(shù)值解決方案。

1、基本假設(shè)條件

利用有限元方法對綁扎橋結(jié)構(gòu)進行分析時，需要把結(jié)構(gòu)的實際物理模型轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)有關(guān)受力分析離散成有限元計算模型，這一過程實際上是把一個真實模型簡化為一個理想模型，采用的基本假設(shè)條件如下：

（1）忽略模型的局部缺陷以及不均勻等特點，不考慮由于焊接不完整等因素而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)間斷問題，即分析中采用的模型連續(xù)性能的均勻模型；

（2）綁扎橋的側(cè)向受力特別小，且對稱，因此在綁扎橋受力分析中忽略側(cè)向力。

（3）綁扎橋通過螺栓與船艙連接，可以簡化為綁扎橋與船艙簡支連接。

綁扎橋優(yōu)化設(shè)計

2.1力學(xué)模型

綁扎橋主要受集裝箱對其斜拉力的作用，斜拉力的大小與方向與很多因素有關(guān)，譬如風(fēng)速、浪高、船體傾斜度等。在本項目中，我們只分析極限受力狀況下，綁扎橋受力變形狀況。單根綁扎載荷按230KN加載，綁扎橋極限受力狀況詳見圖1。

圖1綁扎橋受力示意圖

綁扎橋拓撲優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)上述力學(xué)模型，基于ANSYS建立了綁扎橋的拓撲優(yōu)化分析模型，拓撲優(yōu)化的目標(biāo)是尋找承受單載荷或多載荷的物體的最佳材料分配方案。這種方案在拓撲優(yōu)化中表現(xiàn)為“最大剛度”設(shè)計。綁扎橋拓撲優(yōu)化設(shè)計流程如圖:2所示：

圖2拓撲優(yōu)化示意圖

綁扎橋參數(shù)優(yōu)化設(shè)計

基于ANSYS建立了綁扎橋的拓撲優(yōu)化分析模型，對綁扎橋參數(shù)優(yōu)化分析。ANSYS參數(shù)優(yōu)化設(shè)計如圖3所示，首先建立初始有限元模型，然后求解，形成參數(shù)化結(jié)果、定義參數(shù)化變量、約束條件和目標(biāo)函數(shù)，然后ANSYS自動搜尋設(shè)計域，進行優(yōu)化設(shè)計。對綁扎橋進行優(yōu)化分析，設(shè)計變量為角度、跨距、板厚等變量，約束邊界條件為綁扎橋內(nèi)應(yīng)力不超過材料屈服應(yīng)力，位移滿足綁扎橋最小位移要求，目標(biāo)函數(shù)為質(zhì)量最小，經(jīng)過ANSYS參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，最終綁扎橋設(shè)計如圖3所示：

圖3ANSYS參數(shù)優(yōu)化設(shè)計流程圖

圖4綁扎橋參數(shù)優(yōu)化設(shè)計后的有限元模型

小結(jié)

基于ANSYS拓撲優(yōu)化設(shè)計和參數(shù)化優(yōu)化設(shè)計，對綁扎橋進行了優(yōu)化設(shè)計。進過優(yōu)化設(shè)計后的綁扎橋，無論是在強度上（綁扎橋應(yīng)力小于鋼材屈服應(yīng)力），還是在剛度上（綁扎橋位移小于限制位移），均滿足要求，且鋼材總用量減少了近10%，取得了不錯的經(jīng)濟效益。

參考文獻

篇（8）

中圖分類號：TH122文獻標(biāo)識碼： A 文章編號：

引言

如前所述，在船舶結(jié)構(gòu)的設(shè)計中能用到的變量都有好幾個限定條件，多個限定條件使得優(yōu)化結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)一些問題，為解決相關(guān)問題應(yīng)選用有效的離散變量。在船舶結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計中，主要參考現(xiàn)代數(shù)學(xué)理論、計算機技術(shù)以及工程的一些特征作為其未來的發(fā)展方向或前景。綜觀以往研究，國外更加注重開發(fā)優(yōu)化算法，在規(guī)范設(shè)計、數(shù)據(jù)設(shè)計以及專家經(jīng)驗的運用方面有所忽視。機械 工程在優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計中的運用減少了用戶的計算量以及對經(jīng)驗和機械 的需求，很大程度上提高了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的水平。

基本原理介紹

結(jié)構(gòu)設(shè)計中機械 工程的應(yīng)用

作為一種工程理論，機械 工程實現(xiàn)了機械 在不同領(lǐng)域的多重使用，它以將在相關(guān)領(lǐng)域長期實踐經(jīng)驗總結(jié)得到的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嵌入新型軟件為核心，通過推理和邏輯分析達到產(chǎn)品設(shè)計的目的。

對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化時，要求在條件限制下，設(shè)計一組包含數(shù)學(xué)函數(shù)以及其變量等參考數(shù)據(jù)，以便滿足目標(biāo)最優(yōu)化。結(jié)構(gòu)設(shè)計中運用機械 工程能夠幫助用戶在最初目標(biāo)函數(shù)的基礎(chǔ)上進項設(shè)計，以求在參數(shù)的不斷變化中找到最佳設(shè)計方案。

機械 工程的關(guān)鍵在于其對機械 的表示、獲取和推理。實現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用機械 工程要能夠利用技術(shù)獲取機械 ，然后能夠?qū)⑺脵C械 按某種形式轉(zhuǎn)化為計算機語言，最后在遇到具體問題時充分利用存儲庫中的機械 加以解決。

建立機械 庫

作為機械 的集合，機械 庫中儲存了大量的案例、規(guī)則和積累的經(jīng)驗。在機械 庫建立過程中，首先要對相關(guān)文獻以及經(jīng)驗進行整理劃分，將相關(guān)機械 按某種類別加以劃分，最后整理出針對不同問題的解決對策，并將其存入數(shù)據(jù)庫，作為機械 儲備。在獲取機械 時可以根據(jù)不同情況采用不同的方法，既可以向相關(guān)行業(yè)專家咨詢，也可以查閱文獻，不斷進行歸類整理。機械 庫的建立就是要為用戶解決問題、利用機械 提供有效的渠道。

相關(guān)概念的界定

結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理、是否符合制定的標(biāo)準(zhǔn)，需要我們通過一定的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)則和公式來進行檢查。以下是對相關(guān)概念的界定：

表格設(shè)計。其用來表示不同產(chǎn)品的不同性能，由于產(chǎn)品的大小、形狀各不相同，因此將產(chǎn)品的各種特性編制成表格更能清晰的反應(yīng)出來，為產(chǎn)品的設(shè)計提供依據(jù)。

規(guī)則設(shè)計。其主要指活動中各項具體規(guī)則的制定。

檢查設(shè)計。通過該設(shè)計能實現(xiàn)對信息的快速判斷。

結(jié)構(gòu)設(shè)計的流程與策略

流程設(shè)計

船舶體積龐大，在設(shè)計過程中會用到相關(guān)離散變量，諸如板材的樣式、厚度、寬度等。這些變量學(xué)科關(guān)聯(lián)度高、對設(shè)計的要求高、需要設(shè)定的限定條件也多，這使得設(shè)計中多峰性以及非線性問題嚴(yán)重。因此，在該設(shè)計中需要大量的計算以及數(shù)據(jù)的存儲，這樣耗費的時間過長。在將機械 工程引入以后，有效的解決了這些問題，在機械 庫中構(gòu)建并存儲有關(guān)船舶設(shè)計的專家經(jīng)驗、規(guī)范要求以及相關(guān)數(shù)據(jù)使得模型設(shè)計與參數(shù)實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換。

專家指出船舶支架中的約束條件較為保守，只有滿足限定條件才能達到較好的設(shè)計效果。對于有些結(jié)構(gòu)較小的部件，由于其占據(jù)船舶重量的比例較小，對設(shè)計產(chǎn)生較小的影響，因此再設(shè)計時可將其作為已經(jīng)變量，重點放在對傳播者橫踢影響較大的部件上，這樣能夠大大提高效率，縮短設(shè)計的時間。

（二）策略設(shè)計

在設(shè)計船舶橫艙結(jié)構(gòu)時除了需要用到離散變量以外，會用到隨機變量。由于在該設(shè)計中用到標(biāo)準(zhǔn)化的材料，因此要在機械 庫中選擇標(biāo)準(zhǔn)材料；對于水平與垂直材料的焊接，應(yīng)該選擇隨機變量來衡量材料的厚度和高度；在依據(jù)相關(guān)規(guī)范對船舶橫艙進行設(shè)計以后，很容易發(fā)現(xiàn)其中的限定條件多為限制橫艙材料的厚度；剖面模數(shù)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。在設(shè)計過程中還要充分考慮局部設(shè)計的穩(wěn)定性，材料厚度設(shè)計要結(jié)合機械 庫中的相關(guān)數(shù)據(jù)來進行。

在具體設(shè)計中，可以將船舶橫艙的高度以及寬度設(shè)定為已知參數(shù)，依據(jù)機械 庫中存儲的數(shù)據(jù)對其賦值。變量主要是指在設(shè)計時能變動的參數(shù)，變動的所有數(shù)值將會有具體的方案與之相對。因此在設(shè)計時要使板材的參數(shù)與表格設(shè)計中的參數(shù)相對，分別對厚度、高度、寬度設(shè)置參數(shù)。限定條件的設(shè)計主要是針對剖面模數(shù)的限制以及材料和工藝穩(wěn)定性的限制。設(shè)計中也需要注意公式以及模型的編寫，這時機械 庫的作用尤為明顯。借助機械 庫中儲存的規(guī)則、公式進行結(jié)構(gòu)規(guī)劃，能夠有效的避免公式的重復(fù)編寫，減小了計算量，同時保護了企業(yè)的資產(chǎn)。

通過建立數(shù)據(jù)和限定條件、選取相關(guān)的模型，將會實現(xiàn)機械 理論向數(shù)學(xué)模型的轉(zhuǎn)變。優(yōu)化設(shè)計應(yīng)以減輕船舶重量，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益為目標(biāo)。同時該設(shè)計也豐富了機械 庫中經(jīng)驗的積累，實現(xiàn)了機械 和資源的有效共享。機械 工程在優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計中的運用，在更大程度上提升了結(jié)構(gòu)設(shè)計的水平。

結(jié)束語

綜上所述，機械 工程在船舶設(shè)計中的應(yīng)用，有效的解決了許多設(shè)計方面的問題或難題。同時，數(shù)據(jù)與限定條件的建立以及模型的選取，真正實現(xiàn)了機械 理論向數(shù)學(xué)模型的轉(zhuǎn)變。在優(yōu)化設(shè)計過程中，船舶的重量在不斷減小，生產(chǎn)的投入也在不斷降低，而經(jīng)濟效益與實踐經(jīng)驗卻在日益提高，可以說有效實現(xiàn)了機械 與資源的共享。所以，我們一定要積極推動機械 工程在船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計中的有效應(yīng)用，爭取取得更好的應(yīng)用效果。

參考文獻：

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[2]朱穌驥,顧學(xué)康,胡嘉.遺傳算法的改進及其在超大型油舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的應(yīng)用[J].船舶力學(xué).2010（01）.

篇（9）

中圖分類號：U661.34 文獻標(biāo)識碼：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

螺旋槳在設(shè)計過程中，一般會充分考慮船型特點、主機功率等要素進行分析估算，而螺旋槳的位置則需考慮與船體尾部型線的配合，保持一定的間隙。在充分考慮各種設(shè)計要素的情況下，為保證足夠的間隙，螺旋槳的位置盡量往船后方向移會對船舶性能產(chǎn)生什么樣的影響呢？我們通過修理一艘裝載量150 t的沿海貨船來探討這個問題。

2 實船驗證

進廠修理的150 t沿海貨船為單機單槳，航速11 kn。該船因航行時打彎了尾軸而進廠更換尾軸，船東提出能否解決船體尾部的振動噪音問題。該船由于出廠時先天不足，航行時尾部振動明顯，噪音每隔一段時間會明顯增大。在此之前，同一批船的另一艘嘗試由原來的3葉槳更換為4葉槳，下水后通過航行試驗，振動明顯減小，但航速下降至9 kn。

在不更換螺旋槳的情況下，我們嘗試將螺旋槳往后移。經(jīng)過方案論證，尾軸線夾角不變，尾軸加長100 mm，螺旋槳沿尾軸線往后移，與舵系保持適當(dāng)距離，螺旋槳槳葉與船底板的距離增大。軸系改造完成后進行下水試驗，結(jié)果振動明顯減小，異常噪音消失，航速增加至12.5 kn。

隨后，我們將這種方法應(yīng)用到此類型新造的船舶上，進一步論證螺旋槳后移對船舶性能的影響。

2012年建造的一艘100 t漁政船，總長33 m，單層連續(xù)甲板，主船體為鋼質(zhì)焊接結(jié)構(gòu)，上層建筑為鋁合金焊接結(jié)構(gòu)，傾斜船尾、方尾、圓舭線型，采用雙主機、雙槳，近海航區(qū)，螺旋槳為日本 MAU型的4葉槳，試航航速是16.8 kn，船舶各項性能優(yōu)越，無明顯振動，無異常噪音。2013年按照相同圖紙再建造一艘，我們對其進行優(yōu)化設(shè)計，將螺旋槳后移170 mm，如圖1、圖2。

船舶建造完成下水試驗，與母型船各項性能對比見表1。

兩船在相同的水道進行航行試驗，試驗當(dāng)天的天氣及海況相差不大，試驗結(jié)果表明，優(yōu)化設(shè)計船航速稍有增加，螺旋槳對應(yīng)的舵機艙噪聲有所減小。從以上的實船驗證結(jié)果來看，螺旋槳位置往船后方向移對船舶的航速、振動及噪音均有一定的改善。

3 理論分析

我們從理論上分析一下螺旋槳定位后移對船舶的影響。

3.1 有效推力增大

螺旋槳在船后工作時，由于它的抽吸作用，使槳盤前方的水流速度增大，根據(jù)伯努利定理，水流速度增大壓力必然下降，故在螺旋槳吸水作用處及整個區(qū)域內(nèi)壓力都要降低，導(dǎo)致船體壓阻力增加，這個由螺旋槳在船后工作時所引起的船體附加阻力稱為阻力增額R。若螺旋槳發(fā)出的推力為T，則其中一部份用于克服船的阻力R（不帶螺旋槳的阻力），而另一部分則為克服阻力增額R，則有T=R+R，其中有效推力為（T-R）。螺旋槳槳葉與船體間的相對位置增大，增額阻力R減小，則螺旋槳有效推力（T-R）增加，有效推力增加則航速增大。

3.2 激振力減小

由于螺旋槳在不均勻的船尾伴流場中運轉(zhuǎn)，必將產(chǎn)生激振力，在螺旋槳振源中以螺旋槳誘導(dǎo)的脈動壓力，即表面力為最主要因素。螺旋槳的安裝，需考慮與船體尾部型線的配合，保持足夠的間隙，避免產(chǎn)生過大的激振力。通常情況下，槳葉和船體間隙不得小于船級社規(guī)范的要求。

按照挪威船級社對脈動壓力測量數(shù)據(jù)指出，與船體表面壓力緊密有關(guān)的因素有伴流場、葉梢至船體的間隙、螺旋槳設(shè)計狀況和尾吃水等。表面力與葉梢至船體的間隙成反比，葉梢至船體的間隙越大，表面力越小，產(chǎn)生的激振力越小。激振力的減小可減輕船舶振動，降低噪音。

4 應(yīng)用

當(dāng)然，螺旋槳后移是有一定局限性的。首先后移會加長尾軸的長度，對軸的強度有一定的影響，要滿足軸的強度要求，不能無限加長，只能作局部調(diào)整；其次，螺旋槳與舵系的距離既要保證舵機在艙內(nèi)的運作，也要保證在維修時部件有足夠的距離拆卸。

5 結(jié)束語

本文通過實船驗證的方式探討了螺旋槳后移對船舶的影響。這種方式對船舶航速、振動及噪音有積極的影響，雖然使用上有一定的局限性，但可以作為一種優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用在船舶的修理建造上。

參考文獻

篇（10）

中圖分類號：U662.2

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-7973（2016）01-0063-02

我國的內(nèi)河流與眾多，由于各個內(nèi)河流域的航道水文條件都不盡相同，因此，其船舶的航行速度也不同。但是，內(nèi)河流域的淺水航道因為自身的水文特點，對船舶推動裝置的要求就更高，如果船舶在航行中遇到天氣條件不好的狀況，那么航道的航行條件就更復(fù)雜。由于內(nèi)河淺水航道的水文特點，因此，其中的航行船舶體積都比較小，因此，在進行船舶推動裝置設(shè)計時，要從船舶的整體方面進行考慮。

1內(nèi)河淺水航道航行船舶動力推進裝置設(shè)計的意義

隨著我國船舶制造業(yè)的快速發(fā)展，內(nèi)河淺水航道的航行速度也在不斷提高，但是，由于內(nèi)河淺水航道具有內(nèi)河河道寬度不夠，水面和河底距離較短的特點，因此，內(nèi)河航道經(jīng)常會發(fā)生船舶淺水現(xiàn)象。在內(nèi)河淺水航道的某些區(qū)域，甚至?xí)l(fā)生船舶及其損害事故，基于這些原因，進行內(nèi)河航道航行船舶動力推進裝置設(shè)計，就顯得非常重要。以額爾古納河到恩和哈達之間的內(nèi)和淺水航道為例，這個航道全長950km，航道中水深最淺處為0.6m，屬于航道類型中的Ⅵ級航道，因此，對于這個航道的維護、疏浚等管理工作，水運部門已經(jīng)購置了多艘船舶進行工作，并且購置、建造了航道維護工程船舶，利用這些工程船舶來進行航道作業(yè)。但是，在內(nèi)河淺水航道航行時，船舶的拖輪會受到航道條件的嚴(yán)重影響，影響船舶的航行速度，因此，對內(nèi)河淺水航道航行的船舶動力推進裝置進行優(yōu)化設(shè)計意義非常重大。

2內(nèi)河淺水航道航行船舶動力裝置運行狀況

內(nèi)河淺水航道的一些航行區(qū)域的自然水位、泥沙等情況對航行不利，要求船舶在航行過程中對航行條件有較好的適應(yīng)能力，能夠在內(nèi)河淺水航道航行中實現(xiàn)自由移動、拖帶、拖拽等目的。

2.1輔助作業(yè)船動力裝置運行現(xiàn)狀

內(nèi)河淺水航道的輔助作業(yè)船在吃水1.0m的情況下，船舶能夠獲得最大的推動力，在這一情況下航行速度最快。船舶的排水量在1000t左右時，其拖帶的排水量也為1000t左右，我們最常見的就是挖沙船。內(nèi)河淺水航道的輔助作業(yè)船舶在托在浮船塢或者駁船調(diào)遣等機器進行運輸工作時，在吃水0.7m的情況下，可以通過港內(nèi)作業(yè)實現(xiàn)排水的目的，排水量大約在120t左右，這種輔助作業(yè)船有工作船、空駁船等，這些船舶可以進行內(nèi)移作業(yè)，實現(xiàn)船舶的運行目的。

2.2拖帶船動力推進裝置運行現(xiàn)狀

內(nèi)河淺水航道的拖帶船的航速被定為6km/h，這種船舶是內(nèi)河淺水航道航行船舶中較為經(jīng)濟的一種，通過對這種船舶的阻力計算，它在運行過程中的總功率在320kw至360kw之間，因此，我們可以推算出船舶在進行自由航行時的航速可以大于18km/h。以額爾古納航道為例，它的全里程為949km，所以，拖帶船在吃水0.9m情況下，能夠持續(xù)航行1000km，這種船舶在額爾古納航道中的自持力為7天。如果在吃水0.7m的情況下，進行港內(nèi)作業(yè)，它能夠持續(xù)航行500km，自持力為3天。

2.3船舶的動力推進裝置設(shè)計要求

內(nèi)河淺水航道航行船舶的動力推進裝置設(shè)計要求，要根據(jù)具體的內(nèi)河航道來分析，主要的考慮因素包括船舶結(jié)構(gòu)，機電設(shè)備，排水量、穩(wěn)定性、人員數(shù)量空間等因素。

3內(nèi)河淺水航道航行船舶動力推進裝置設(shè)計

3.1船舶動力推進裝置種螺旋槳的功率消耗計算

對于船舶動力推進裝置種螺旋槳的功率消耗計算方法，主要有以下幾個步驟：①先對螺旋槳的直徑進行限定，限定值為1200mm；②對船舶航速進行確定，確定航速為13.0kn；③在系柱推力總共為26t時，船舶的航速就為4kn，這種情況下的船舶排水量為305t；④這時就可以計算出船舶螺旋槳的軸功率高于276kW。

3.2船舶動力推進裝置設(shè)計的考慮要素

根據(jù)內(nèi)河淺水航道的維護特點，要求巷道的維護疏浚船舶數(shù)量不要太多，一艘船舶對航道的維護疏浚效果最好，所以為了實現(xiàn)航道維護疏浚工作目的，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14萬畝以上，這樣的船舶船長一般為150m到210m之間，吃水情況一般維持在10.3m到16m之間，因此這種船舶的體積較大，因此，船舶得到動力推進裝置對船舶本身的操縱性的影響非常大，所以推力推進裝置在大型的耙吸挖泥船上的運用非常重要，是對船舶作業(yè)的影響非常大。而一般在0.5萬畝到13萬畝之間的耙吸挖泥船，它的體積和和疏浚性能等方面都比較良好，適合長時間在內(nèi)河淺水航道中航行、作業(yè)。下表是典型耙吸挖泥船的主要數(shù)據(jù)和各種影響因素：

3.3內(nèi)河淺水航道船舶動力推進裝置的設(shè)計功率

篇（11）

中圖分類號：U667.3 文獻標(biāo)識碼：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綠色節(jié)能環(huán)保型散貨船為我司目前在建的主力系列船型，該船型不僅要求設(shè)備動力節(jié)能環(huán)保，而且要求在整個建造過程中盡量做到省時省力，為此在設(shè)計過程中做了大量的優(yōu)化工作。就船體結(jié)構(gòu)而言，通過首制船的建造，發(fā)現(xiàn)該系列船的錨臺結(jié)構(gòu)的設(shè)計施工難度大、費時費力，因此在后續(xù)船將錨臺結(jié)構(gòu)做優(yōu)化設(shè)計，以達到提高施工效率、節(jié)省施工成本的目的。

2 初始設(shè)計方案存在的問題

如圖1、圖2所示，錨臺結(jié)構(gòu)主要由錨臺面板、錨臺外側(cè)板及內(nèi)部肘板三部分組成。目前設(shè)計所采用的施工方案為：先將錨臺面板、錨臺外側(cè)板、內(nèi)部肘板組裝成整體的錨臺結(jié)構(gòu)，然后整體定位上船體與船體外板和錨鏈筒焊接。由于整個錨臺結(jié)構(gòu)往船體外板上扣，這樣就形成了一個密閉的空間，（這里加了一個字，看不出是什么字）圖1中“***”標(biāo)注位置的焊縫將無法施焊，我們采取的施工方案是將兩塊錨臺外側(cè)板緩裝，先讓施工人員進入到錨臺內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行焊接施工，最后通過增加鋼襯墊焊接緩裝的外側(cè)板，如圖3所示。

這種錨臺結(jié)構(gòu)的設(shè)計及施工方案雖然也能完成錨臺的施工建造，但是費時費力，施工人員的施工環(huán)境較差，施工質(zhì)量得不到保證，因此該錨臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計有待進一步優(yōu)化。

3 優(yōu)化設(shè)計方案

原設(shè)計方案存在的主要問題在于錨臺結(jié)構(gòu)內(nèi)部肘板與船體外板及錨鏈筒之間的焊接不容易施焊，因此必須主要考慮改進內(nèi)部的肘板形式，新的錨臺結(jié)構(gòu)形式如圖4、圖5所示。

該優(yōu)化設(shè)計方案主要是將錨臺內(nèi)部肘板一分為二，相應(yīng)的錨臺安裝方案優(yōu)化為：首先將船體外板和錨鏈筒之間的肘板（即圖4中4、12相似位置的肘板）定位安裝焊接，然后將錨臺外側(cè)板、錨臺面板及上述兩者之間的肘板（即圖4中5、13相似位置的肘板）作為整體制作成錨臺結(jié)構(gòu)，最后將該整體結(jié)構(gòu)往船體外板上扣，此時僅圖4中節(jié)點1錨臺外側(cè)板與船體外板之間的焊縫需要實施單面焊，具體焊接節(jié)點如圖6所示。通過此結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工優(yōu)化方案后，施工人員不必再進入到錨臺內(nèi)部狹小的施工空間作業(yè)，改善了施工環(huán)境，節(jié)省了大量工時，同時也能保證施工質(zhì)量。

4 結(jié)束語

通過設(shè)計及審圖單位的確認(rèn)，此錨臺的結(jié)構(gòu)優(yōu)化形式滿足結(jié)構(gòu)強度要求，同時也征得了船東的同意。優(yōu)化后的設(shè)計施工方案大大提高了生產(chǎn)效率，改善了作業(yè)人員的施工環(huán)境，對于系列船的建造更新具有深遠的意義，同時該優(yōu)化結(jié)構(gòu)也可以用于類似船型的錨臺設(shè)計，具有很好的通用性。

參考文獻

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