船舶多学科设计优化建模.研究

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1、独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学和其它教育机构的学位和证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所作的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了感谢。签名：斗颦日期．一越型7关于论文使用授权的说明本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留交向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影

2、印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。(保密的论文在解密后应遵守此规定)研究生(签名)．≯J玉哞导师(签名)哪日期神J．．武汉理．[人学硕士学位论文第1章绪论1．1论文研究背景与意义随着世界经济一体化与全球制造的发展趋势，以及我国国民经济的高速发展，我国造船工业遇上了千载难逢的好时机，并迅速发展成为世界第二造船大国。然而造船大国并不意味着造船强国，从目前国内造船业的现状来看，我国造船工业仍然处于现代造船模式的初级阶段，船舶的设计制造技术，自主创新能力与日、韩、欧美等先进国家相

3、比，仍有较大差距，对高科技、高附加值船型的开发缺乏应有的竞争能力。在这种条件下，船舶研制领域的设计原则已从那种不计成本，片面追求单个性能的思路转向追求全性能、全生命周期费用、可靠性、可维护性等各方面的综合平衡。船舶设计是一项周期长、技术密度高、涉及学科面广的复杂工程，它的设计变量涉及多种类型，这些变量可能是连续的、离散的或非数值的。基于对船舶总体性能的考虑，在船舶设计工作中要涉及多个设计目标、多种约束条件、多个关联学科。如船舶的设计涉及流体静力学、流体动力学、结构力学等学科，要求推进器、船体、主机等各个分系统的协调和匹配优化，是典型的多学科、系统设计问题；船舶的浮性、稳性、快速性

4、、适航性、操纵性等性能均要求达到较高水准，有太多的变量，稍有不慎即会引起失误，在耐波性、快速性等性能上还要防止顾此失彼，是典型的多目标权衡问题，具有明显的“多学科”特点。在传统的船舶设计中，设计者往往是根据用船部门对设计船提出的各项要求，凭借自己的经验，寻找几艘用途相仿、形状相似、营运中又比较受业主满意的船作为母型船，然后结合新船的设计特点，分析、确定船舶主尺度，形成初步方案。接下来就是估算这个方案的各种性能，并与母型船比较，确认是否达到预期的改进效果和技术任务书中的各项性能要求。由于船舶设计中的矛盾错综复杂，这种估算校核工作往往要进行多次，才能得到一个比较符合要求的方案。换言之

5、，船舶的设计过程是一个反复循环、螺旋式前进的过程【lJ。这种传统的设计方式在过去数十年发挥了极其重要的作用，为船舶设计技术的发展做出了巨大的贡献，但是它们没有考虑到各学科之间的相互耦合而产生的协同效应，割裂了各学科之间的相互作用，不能充分利用学科的发展成果，低效、耗时武汉理工大学硕士学位论文且成本高昂。20世纪80年代末，飞行器设计领域兴起了一种新的设计方法一多学科设计优化。该方法是一项应用在工程方案设计阶段的先进设计理念和设计方法【2】，它利用适当的方法将系统分解为以学科为基础的模型，然后根据学科之问的相互关系，利用各学科间的并行设计来挖掘设计潜力，通过系统的综合分析来进行方案

6、的选择，该技术的最大优点是能够充分考虑各因素之间的相互影响，协调各方利益，获得较和谐的设计结果pJ。目前，我国在船舶研制领域主要还是采用单学科或单目标的优化方法，尚无一套有效的全船综合集成的设计优化方法。运用多学科设计优化技术，充分考虑各学科的影响，实现多学科的集成和优化，可获得系统总体最优设计，从而有效控制生命周期费用、提高设计质量、节约建造经费。在此背景下，学习和分析国际上先进的工程设计理论和设计方法，深入研究适合船舶设计特点的优化设计方法，就显得极为重要。多学科设计优化建模是实施多学科设计优化的基础，船舶多学科设计优化建模目前尚无太多的研究，本文主要对实施船舶多学科设计优化

7、的基础问题进行研究，在对国内外现有的多学科设计优化技术进行探讨、分析的基础上，针对我国未来船舶行业设计的需要，对船舶设计的任务、内容和流程进行分析，对其涉及的学科进行了分类归纳总结，并分析了各学科之间的关系及相互影响，在此基础上建立船舶多学科设计优化模型框架，从而为多学科设计优化方法在船舶设计中的进一步应用打下技术基础。1．2船舶多学科设计优化问题的提出1．2．1船舶设计的特点船舶是一个由很多子系统构成的复杂系统，各主要子系统之间均有强弱不同的耦合关系。例如，改变船体的结构设计将