基于船型柔性化定制的船舶设计方法及计算机存储介质与流程

1.本技术涉及船舶设计技术领域，具体而言，涉及基于船型柔性化定制的船舶设计方法及存储介质。


背景技术：

2.这部分中描述仅提供与本公开有关的背景信息且可以不构成现有技术。
3.船舶产品的设计建造过程是一项多专业、跨学科的系统工程，其结构复杂程度高、设备繁多、系统复杂，在产品设计过程中既需满足产品功能需求及专业间设计协同需求，同时也要兼顾建造模式及资源条件需求。因此船舶产品的设计过程同比其它产品有着更高的难度和设计要求。随着科技的不断创新和发展，目前数字化设计技术已经广泛地应用于船舶研发设计过程，逐渐改变着传统的船舶设计与制造模式，与此同时，面向建造的模块化设计方式，也改变了传统的设计习惯和设计流程，将船舶产品直接通过模块组装的方式进行设计，不仅可支撑模块化生产建造需求，还有助于实现设计过程中的标准化和规范化。三维数字化设计及模块化设计方式的出现，对提高研发设计效率、改善建造质量、降低研制成本和风险等方面具有重要意义。
4.但是，由于船舶产品设计的复杂性、产品的个性化定制、船型种类复杂等特性，其三维设计的应用程度相对其它行业还较为落后。虽然在船舶设计领域已引进多种三维数字化设计软件进行船舶设计，在提高设计效率和设计质量上取得了些成效，但传统船舶三维设计软件平台不同专业、不同功能设计功能模块及设计工具使用配置灵活性较差，当部署较多的二次开发功能后，用户在使用及查找功能时经常出现找不到相应设计功能，或不知道该用什么功能的情况。


技术实现要素：

5.本技术实施例的目的在于提供一种基于船型柔性化定制的船舶设计方法，用于解决传统船舶三维设计软件平台不同专业、不同功能设计功能模块及设计工具使用配置灵活性较差的问题。
6.本技术实施例的另一目的还在于提供一种实现上述方法的基于船型柔性化定制的计算机存储介质。
7.第一方面，提供一种基于船型柔性化定制的船舶设计方法，包括以下步骤：
8.s1，构建面向目标船型的船舶数字化设计本体；
9.s2，基于s1构建的本体框架，构建本体与模块功能子本体的关系影射，并判断引用现有模块功能子本体是否满足目标船型的数字化设计需求；
10.s3，若s2中的现有模块功能子本体满足设计需求，则进行步骤s4；若不存在或不能满足当前船型设计需求，则重新构建对应的模块功能子本体；
11.s4，将s3中的模块功能子本体与s1创建的船舶数字化设计本体进行融合；
12.s5，通过将离散设计工具与s4中已完成融合的知识图谱本体进行映射关联，实现
知识图谱设计工具与对象的关系创建；
13.s6，判断模块功能子本体关联的设计工具集是否满足设计需求；如果不满足要求，则进行离散型设计工具定义，如果满足要求，则进行步骤s7；
14.s7，基于已构建的数字化设计本体和目标船型各模块关联的设计工具集，面向目标设计驱动知识规则映射关系重构；
15.s8，判断知识规则是否满足所有图谱节点设计工具设计驱动需求，如果不满足，则对设计知识库进行知识维护，并通过s7步骤,完成设计工具与设计工具映射关系的重构；
16.s9，基于知识图谱的柔性化定制设计工具集可视化推送展示：将设计工具在船舶数字化设计系统平台中以图谱形式进行可视化展示，根据不同专业、不同权限、不同设计对象，对展示和推送的设计工具进行限制，以能够根据实用需求展示对应的工具集图谱。
17.一种可能实施的方案中，s1包括：根据不同船型模块化设计建造特点，构建基于船型的数字化设计本体框架，明确目标船型设计模块划分原则，以及各模块间的关联关系；将知识图谱的模块层级关系图当作树，划分的模块节点作为树的节点。
18.一种可能实施的方案中，s2包括：模块功能子本体为已构建的船舶模块设计本体，模块功能子本体表达了目标模块各专业协同设计关系、知识规则、智能设计工具，在数字化设计过程中根据模块功能子本体进行设计工具推送及相关知识规则推理，并驱动设计工具进行设计。
19.一种可能实施的方案中，s3中重新构建对应的模块功能子本体包括：创建模块功能子本体，以该船舶模块内各专业三维设计对象为本体构建依据，构建面向特定模块设计的知识图谱，该模块功能子本体将离散设计工具、知识规则与设计对象进行关联。
20.一种可能实施的方案中，s4包括构建相关图谱之间的关联映射，同一设计模块功能子本体，能够与多个船型数字化设计本体进行融合。
21.一种可能实施的方案中，s6中离散型设计工具定义方法为：对相应设计功能的设计工具进行开发定义，该设计工具需满足基于知识规则进行建模驱动的设计需求，同时可在设计平台中进行配置和关联调用，基于设计需求，将开发完成的设计工具，通过s5步骤完成与知识图谱的关系创建。
22.一种可能实施的方案中，s7中面向目标船型设计驱动知识规则映射关系重构的方式为：基于已构建的数字化设计本体和目标船型各模块关联的设计工具集，完成s1步骤构建的本体、设计工具、知识规则的关系创建，将知识规则库中的知识规则与目标船型对应模块功能子本体中的设计工具进行映射关系修正，实现基于目标船型设计驱动知识规则映射关系重构，在知识驱动规则关系创建过程，兼顾不同船型同一模块功能知识驱动的兼容性。
23.一种可能实施的方案中，s7中映射关系重构通过关系抽取方式进行批量创建。
24.一种可能实施的方案中，所述s6步骤中设计工具集是否满足需求判断依据为：模块功能子本体中包含的所有设计对象是否有对应设计工具进行支撑，根据模块功能子本体构建的模块子图谱中的对象-关系-工具三元组数量与设计对象数量是否一致。
25.第二方面，还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第一方面任一可能实施方案中所述的基于船型柔性化定制的船舶设计方法。
26.本技术的有益效果：基于知识图谱的柔性化定制设计工具集可视化推送设计系统平台，设计人员在船舶数字化设计过程中，基于构建的知识图谱，可根据设计内容自动匹配
对应设计模块，并根据设计阶段、设计专业、操作人员信息等，推送该模块与之对应的设计工具，设计人员在设计过程中只需点选对应模块设计对象，便可自动推送出该模块设计工具集。在点选对应设计工具后，基于构建的知识图谱，自动推理并调用与当前设计工具、设计环境想匹配的知识规则，并通过设计工具实现基于知识驱动的智能设计，解决了传统船舶三维设计软件平台不同专业、不同功能设计功能模块及设计工具使用配置灵活性较差的问题。
附图说明
27.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。
28.图1为根据本技术实施例示出的一种基于船型柔性化定制的船舶设计方法的原理图。
具体实施方式
29.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。
30.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。
31.根据本技术的第一方面，首先提供了一种基于船型柔性化定制的船舶设计方法，如图1所示，包括以下步骤：
32.s1，构建面向目标船型的船舶数字化设计本体：根据不同船型模块化设计建造特点，构建基于船型的数字化设计本体框架，明确目标船型设计模块划分原则，以及各模块间的关联关系。将知识图谱的模块层级关系图当作树，划分的模块节点作为树的节点。
33.具体的，根据现场建造方式和设计原则等要素划分的设计模块，构建图谱模块划分本体框架，图谱模块划分本体框架即数字化设计本体框架，以某型液化气船为例，本体一级节点主要为区域节点，包括艏部区域、艉部区域、上建区域、货舱区域等，二级节点主要为专业，包括结构、轮机、电气等，三级节点主要为模块、系统、功能单元等节点，以及更深入的节点划分，根据设计需求进行定义。数字化设计本体框架不限于以上节点组织方式，可根据实际应用需求进行柔性化定义。
34.s2，基于s1构建的本体框架，构建数字化设计本体与模块功能子本体的关系影射，并判断引用现有模块本体是否满足目标船型的数字化设计需求。模块功能子本体主要为已构建的船舶模块设计本体，该子本体表达了目标模块各专业协同设计关系、知识规则、智能设计工具等，在数字化设计过程中主要根据子本体进行设计工具推送及相关知识规则推
理，并驱动设计工具进行快速设计。
35.基于s1构建的本体框架，判断引用现有模块功能子本体是否满足目标船型的数字化设计需求，例如在已构建好的数字化设计图谱中“某型船-机舱区域-轮机专业-供水系统”中的“供水系统”子本体，是否满足目前定义的某型液化气船设计需求，同时也根据目标船型的特点，查看对应模块功能子本体是否存在。
36.s3，若s2中的现有区域功能子本体满足设计需求，则进行步骤s4；若不存在或不能满足当前船型设计需求，则重新构建对应的区域功能子本体。
37.若引用的模块功能子本体设计功能板块划分满足当前模块设计需求，例如“供水系统”子本体中定义了目标船型设计所需的管路建模、管附件建模、支架建模等建模设计需求，首先对目标本体进行实例化，然后通过知图谱融合技术，完成引用的模块功能子本体与目标船型本体的融合。引用的模块功能子本体可以是船舶数字化设计本体最小节点，也可以是子图谱节点，根据设计工具需求满足情况进行引用。
38.若s2中的模块功能子本体不存在或不能满足当前船型设计需求，重新构建对应的模块功能子本体。重新构建对应的模块功能子本体包括：创建模块功能子本体，以该船舶模块内各专业三维设计对象为本体构建依据，构建面向特定模块设计的知识图谱，该模块功能子本体将离散设计工具、知识规则与设计对象进行关联。
39.例如同比集装箱船，液化气船在货舱区域设计内容和设计方式有较大区别，需针对目标船型货舱区域进行模块功能子本体定义，例如货舱区域中的液罐区域的子本体需定义全部设计对象节点。模块功能子本体创建主要以该模块内船、机、电等各专业三维设计对象为本体构建依据，构建面向特定模块设计的知识图谱，该子本体主要将离散设计工具、知识规则与设计对象进行关联。
40.s4，将s3的重新构建对应的模块功能子本体与目标船型的船舶数字化设计本体进行融合。包括构建相关图谱之间的关联映射，同一设计模块功能子本体，能够与多个船型数字化设计本体进行融合。相关图谱包括设计规则相关的子图谱、模块功能子本体对应的图谱、基于设计本体构建的主谱图。
41.s5，离散设计工具映射关系重构：本技术中的设计工具改变传统集成式设计工具方式，可根据不同专业、不同设计对象、不同智能设计需求，构建封装好的设计工具，所有设计工具以独立、离散方式存在于设计平台系统中，可通过检索方式在系统中搜索到相关设计工具。在完成s4船型设计本体与设计模块功能子本体融合后，通过将该离散设计工具与s4中已完成融合的知识图谱本体进行映射关联，实现知识图谱设计工具与对象的关系创建，在映射关系创建过程中，需兼顾同一模块、同一设计对象不同船型设计工具，使得同一模块功能子本体可兼顾多种船型设计需求。综上，通过对应的设计工具，将设计工具与图谱建立关系映射，实现具体设计功能点。
42.构建映射关系的方式是：首先是找自动推理匹配，看是否能找到合适设计工具单元，如果未匹配到，则手工建立。具体的，完成目标船型设计本体构建后，创建离散设计工具与图谱映射关系，所有工具单元以工具集资源库方式存在于设计平台系统中，在创建关联过程中，操作人员通过关系抽取匹配创建工具单元与图谱对应节点映射关系，若关联关系存在错误，则通过在工具集资源库中搜索获取对应工具单元并与图谱创建关联。
43.s6，判断模块功能子本体关联的设计工具集是否满足设计需求；如果不满足要求，
则进行离散型设计工具定义，如果满足要求，则进行步骤s7。
44.每个模块功能子本体会关联各专业多项设计工具，需判断当前关联的设计工具是否全覆盖，以及已关联的设计工具是否满足目标船型该模块设计应用需求。
45.设计工具集是否满足需求判断依据为：区域功能子本体中包含的所有设计对象是否有对应设计工具进行支撑，根据模块功能子本体构建的模块子图谱中的对象-关系-工具三元组数量与设计对象数量是否一致。
46.具体的，在设计平台系统中通过自动检测功能，检测目标船型全部设计对象是否均已关联设计工具，以及设计工具在模拟运行时是否能够有效启动并执行，例如系统模拟运行中发现图谱中“某型船-机舱区域-轮机专业-某箱柜单元模块”中的“某箱柜单元模块”无与之对应的设计单元，则自动提示。
47.若判断模块中缺少相应设计工具，或设计工具不满足目标船型设计需求，则对相应设计功能设计工具进行开发定义，该设计工具需满足基于知识规则进行建模驱动的设计需求，同时可在设计平台中进行灵活配置和关联调用，基于设计需求，将开发完成的设计工具，通过s5步骤完成与知识图谱的关系创建。
48.具体的，若系统模拟运行中发现相关设计单元或设计工具不满足目标船型设计需求，则基于设计平台系统，对相应设计对象的设计工具进行开发并入库管理，再通过s5步骤完成与知识图谱的关系创建。
49.s7，基于已构建的数字化设计本体和目标船型各模块关联的设计工具集，面向目标船型设计驱动知识规则映射关系重构：
50.基于已构建的数字化设计本体框架和目标船型各模块关联的设计工具集，完成设计本体、设计工具与知识规则的关系创建，将知识规则库中的知识规则与目标船型对应模块功能子本体中的设计工具进行映射关系修正，实现基于目标船型设计驱动知识规则映射关系重构，在知识驱动规则关系创建过程，需兼顾不同船型同一模块功能知识驱动的兼容性。其中设计本体是指s1步骤构建的本体，针对某种特定类型船的本体。设计工具指满足设计需求的最小程序模块，设计工具集为满足某项设计任务而组合应用的设计工具组合。
51.具体的，在图谱中关联的设计工具若未能与知识库中的知识规则有效关联，则通过语义定义和关系抽取方式，批量创建或修正知识规则库中的知识规则与目标船型对应模块功能子本体中的设计工具映射关系。
52.s8，判断知识规则是否满足所有图谱节点设计工具设计驱动需求，如果不满足，则对设计知识库进行知识维护，并通过s7步骤,完成设计工具与设计工具映射关系的重构。
53.在完成s7步骤设计驱动知识规则映射关系重构后，需判断已关联的知识规则是否与图谱中关联的设计工具进行有效关联，且关联的知识规则是否满足对应设计工具数字化设计知识驱动需求。
54.若相关设计工具关联的知识规则不满足设计工具建模知识需求，则对设计知识库进行知识维护，使得知识库中的知识表达满足设计工具设计需求，达到知识智能推送及驱动设计工具进行智能设计的效果，完成知识维护后，通过s7步骤，完成设计工具与设计工具映射关系的重构。
55.具体的，在完成s7步骤设计驱动知识规则映射关系重构后，在设计系统平台中批量模拟调用工具单元，判断设计工具是否有效启动，若无法有效启动，则自动提示，同时在
设计应用过程中若发现关联知识存在错误则手动维护知识规则库。
56.若功能单元模拟运行无法通过关联知识规则进行驱动，或设计过程中发现关联规则错误，则对知识库中的知识规则进行维护，知识规则库维护主要对知识规则图谱进行补充优化，既满足当前目标船型设计需求，同时也不影响其他船型知识应用，完成知识维护后，通过s7步骤，完成设计工具与设计工具映射关系的重构。
57.s9，基于知识图谱的柔性化定制设计工具集可视化推送展示：
58.完成上述以目标船型为本体的设计知识图谱构建后，基于构建的知识图谱，以图谱本体为主要展示框架，将设计工具在船舶数字化设计系统平台中以图谱形式进行可视化展示，根据不同专业、不同权限、不同设计对象等，对展示和推送的设计工具进行限制，设计人员可根据实际应用需求，展示对应的工具集图谱，通过图谱化的展示可实现对设计工具进行向导式快速选取和查找。
59.具体的，创建知识图谱的柔性化定制设计工具可视化推送设计系统平台，在设计平台中，根据设计人员不同专业、不同权限、不同设计对象等，向用户以图谱向导方式展示指定工具集，设计人员可根据图谱向导提示，快速完成对应设计模块建模设计。
60.s10，设计工具快速调用及基于知识驱动的智能设计实现：基于知识图谱的柔性化定制设计工具集可视化推送设计系统平台，设计人员打开设计对象，筛选出的设计工具集将图谱向导方式推送各设计人员，设计工具基于后台推理匹配的知识规则，实现高效、智能数字设计的效果。例如：轮机设计人员负责机舱区域某管路系统设计时，在设计平台中打开对应设计对象，则在设计界面中通过图谱向导方式推送该区域设计工具集，包括：系统管路自动布置、设备精准定位等相关设计工具集，当点选系统管路布置设计工具是，系统基于知识图谱自动推理与之匹配的建模规则，并通过设计工具实现基于知识规则的建模驱动，实现目标管路系统的快速、精准布置。
61.设计人员在船舶数字化设计过程中，基于构建的知识图谱，可根据设计内容自动匹配对应设计模块，并根据设计阶段、设计专业、操作人员信息等，推送该模块与之对应的设计工具，设计人员在设计过程中只需点选对应模块设计对象，便可自动推送出该模块设计工具集。在点选对应设计工具后，基于构建的知识图谱，自动推理并调用与当前设计工具、设计环境想匹配的知识规则，并通过设计工具实现基于知识驱动的智能设计。在设计人员对设计结果进行调整后，可同步更新知识图谱中关联的知识内容，使得下次设计过程更为准确。
62.本发明改变传统船舶三维设计软件设计模式，创新性提出一种基于船型柔性化定制的船舶设计方法及系统，通过在设计平台系统中将离散的设计工具与知识图谱有机集成并可视化展示，实现基于不同船型设计工具的柔性化定制，同时实现基于知识图谱的数字化设计知识规则需求精准推理。设计员在设计过程中可根据用户需求推送设计人员所需设计工具，同时为智能设计提供有效的手段。本发明不仅可提升设计工具利用效率，同时也提升知识重用率，避免设计资料的收集查找等工作，有效提升设计效率和设计质量。综上所述，本发明有效克服了现有技术中的诸多缺点，具有高度产业利用价值。
63.优选地，所述s2步骤引用现有模块功能子本体，为实例化该本体对象，与目标船型本体融合并关联设计工具和知识规则后，并不影响其他船型引用该本体对象，确保不同船型可同时引用同一模块功能子本体。
64.优选地，所述s5和s7步骤中的映射关系重构，可通过关系抽取方式进行批量创建。
65.优选地，所述s6步骤中工具集是否满足需求判断依据为模块功能子本体中包含的所有设计对象是否有对应设计工具进行支撑，区域子图谱中的对象-关系-工具三元组数量与设计对象数量是否一致。
66.优选地，所述s7步骤中知识规则映射关系重构中，需重构的知识规则主要对知识规则库中的知识进行优化处理后，自动扩充知识图谱知识规则推理范围，使之既满足目标船型设计需求，同时也不影响已关联船型设计驱动需求。
67.优选地，所述s8步骤中知识规则是否满足设计工具知识驱动需求判断依据为设计工具可通过模拟运行，验证设计工具是否存在对应驱动规则知识，驱动设计工具知识规则是否基于图谱实现智能推理。
68.本技术创新性提出一种基于船型柔性化定制的船舶设计方法，通过在设计平台系统中将离散的设计工具与知识图谱有机集成并可视化展示，实现基于不同船型设计工具的柔性化定制，同时实现基于知识图谱的数字化设计知识规则需求精准推理。
69.本技术的方法可针对船舶模块化设计过程中不同模块设计需求，自定义模块化智能设计工具，形成设计工具资源库，根据设计需求与图谱和知识规则库进行关联，设计员在设计过程中可根据用户需求推送设计人员所需设计工具。
70.该设计方法解决传统设计方法与智能化设计方法融合度不高的问题，实现基于知识驱动的模块化快速设计，为智能设计提供有效的手段。
71.该设计方法及系统将设计过程和知识有效集成融合，不仅可提升设计工具利用效率，同时也提升知识重用率，避免设计资料的收集查找等工作，有效提升设计效率和设计质量。
72.根据本技术的第二方面，还提供了一种实现上述方法的计算机存储介质。计算机存储介质存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现以上所述的基于船型柔性化定制的船舶设计方法。
73.优选地，所述存储介质包括：rom、ram、磁碟、u盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
74.以上所述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。