船舶概念设计阶段多学科和多目标优化研究.pdf

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1、第14卷第8期20lO年8月船舶力学JoumaiofShipMechanicsV01．14No．8Aug．20lO文章编号：1007_7294(2010)08_0879-08船舶概念设计阶段多学科和多目标优化研究唐正茂l，2，解德1，马士虎2(1华中科技大学船舶与海洋工程学院，武汉430074；2武汉第二船舶设计研究院，武汉430064)摘要：船型设计之初，设计者往往会通过船舶多个学科的分析，并从很多船型方案中进行选择比较。该文基于多学科设计优化(MDO)的框架．采用多目标进化算法和决策技术的运用，讨论了船舶概念设计阶段的综合性能优化问题。将船舶总体概念设计按MDO的要求分解为系

2、统控制层和5个子系统，考虑了排水量、综合效率、相对回转直径和造价等多目标函数，采用改进的非支配解排序的多目标进化优化算法(NSGAⅡ)和多学科可行解方法(MDF)求出Pa陀to最优解。然后用逼近理想解的排序方法(ToPSIS)对这些Pareto解进行选优。应用文中的方法，对35000吨载重量的油船进行了概念设计分析。数值算例表明，综合多学科设计和多目标优化以及决策，能够有效、客观选择合理的船型和主尺度参数。关键词：船舶概念设计；多学科设计优化；多目标优化和决策；NSCAⅡ；7mPsIS中图分类号：U662文献标识码：AApplicationofMultidisciplinaryD

3、esignOptiInizationandmulti—objectiVeprobleminconceptualdesignofshipTANGZkng_M01”，xlEDel，MAsho时(1sch00lofNavalArcIIicecture＆0ce蛐En萄neering，Hu北h伽gUniver8i【yofScienceandTechnolo夥，Wuh叽430074，Clli曲；2Wuh锄secondShipDesi印andRe8earchInstitute，Wuhan430064，China)Abstract：Shipdesigllisrequiringthecoordin

4、ationofmanydi能rentdisciplines．Conceptualdesignis幽ele鄱tdefinedstageoftheshipdesignprocess．An印pmachformulcidisciplinaryoptimization，mul“一objec-tiveoptimizationstudyofship’sprincipalp啪metersinconceptualdesigni8pIDposedinpresentanalysis．Fi璐t，aMDOnowisconstmctedforshipdesi印circle．111etotalsystemca

5、nbedividedintoonesystemcon·tml1eveland5sub一8ystems．Then，aNon—d咖inatedSonjngGeneticAlgodthmII(NSGAII)isemployedt0app嗽imatet}lesetofParetosolutions．Finally，adecisionmakingskillisadoptedtorankthese80lu—tions．AcontainershipexaⅡlpleisconductedtoillustratetheanalysisprocessinpresentstudy．Paretof南n-

6、tiel瞎areobtainedandtherankingofParetosolutionisba8edonentl．opyweight肌dTOPSISmethod．Keywor‘Is：conceptualdesignofship；multi—objectiVeoptimization；decisionmaking；NSGAII：ToPSIS1引言在20世纪80年代，航空领域兴起了一种新的设计方法一多学科设计优化(MDO)，并得到了广泛的应用。美国宇航局IJangley研究中心的波兰裔科学家Sobieski在这方面做了一系列开创性的工作【Ⅷ。收稿日期：2010一05—12作者简介

7、：唐正茂(1973一)，男，高级工程师，华中科技大学船舶与海洋工程学院博士生。880船舶力学第14卷第8期这种方法能够考虑学科问的耦合关系，将系统分解为以学科为基础的模型，通过特定的框架协调和控制这些子系统(学科)，从而得到整个系统的全局最优解。对于船舶设计领域而言，它涉及到水动力学、操纵、结构、材料、工艺等多个方面。船舶设计过程通常可以用设计螺旋线的方式来表达。这种设计过程实际上是一种顺序求解、综合权衡的过程。每迭代～次，设计结果就完善一步。迭代结束后可以得到局部的最优解。将多