畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表 班級學(xué)號(hào)姓名 指導(dǎo)教師畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 江海直達(dá)型 150TEU 集裝箱船總體設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要工作內(nèi)容和計(jì)劃進(jìn)度(由學(xué)生填寫)目前已完成工作情況(由學(xué)生填寫)存在的主要問題和解決方案(由學(xué)生填寫)設(shè)計(jì)內(nèi)容：（1）調(diào)研收集分析有關(guān)資料，提出設(shè)計(jì)任務(wù)書（2）確定船型方案和主要船型參數(shù)（3）完成布置方案設(shè)計(jì)，繪制總布置圖（4）完成型線設(shè)計(jì)（5）航速、螺旋槳設(shè)計(jì)（6）完成靜水力、干舷、穩(wěn)性估算計(jì)劃進(jìn)度：2011 年 3 月 21 日至 2011 年 6 月 12 日，共 12 周。3.21～3.27 查閱資料、調(diào)研，完成開題報(bào)告；3.28～4.3 確定主尺度和船型方案4.4～4.24 完成總布置設(shè)計(jì)4.25～5.15 完成型線設(shè)計(jì)5.16～5.29 螺旋槳設(shè)計(jì)、性能計(jì)算5.30～6.5 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文6.6～6.12 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯開題報(bào)告、總布置圖、型線圖設(shè)計(jì)，靜水力曲線圖已完成，正進(jìn)行船舶螺旋槳及性能的計(jì)算。存在的問題：穩(wěn)性計(jì)算公式對于計(jì)算小型集裝箱船不準(zhǔn)確。解決方案：應(yīng)用軟件計(jì)算，保證計(jì)算的準(zhǔn)確性。指導(dǎo)教師對學(xué)生工作態(tài)度評價(jià) √認(rèn)真 □較認(rèn)真 □一般 □差指導(dǎo)教師對學(xué)生完成工作質(zhì)量評價(jià) √優(yōu) □良 □中 □一般 □差指導(dǎo)教師意見和建議 認(rèn)真設(shè)計(jì)，進(jìn)一步優(yōu)化指導(dǎo)教師簽字：年 5 月 4 日船舶設(shè)計(jì)整體優(yōu)化Apostolos Papanikolaou船舶設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室，國家技術(shù)大學(xué)，雅典，希臘摘 要船舶設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，需要成功的協(xié)調(diào)許多技術(shù)和非技術(shù)性質(zhì)的學(xué)科，以及個(gè)別專家研究得出有價(jià)值的設(shè)計(jì)方案。再加上固有的設(shè)計(jì)過程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，即許多可行的最佳解決方案的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，或者說一套標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇。船舶設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以看作是一個(gè)集成了多種系統(tǒng)及其組成部分的復(fù)雜的船舶子系統(tǒng)，例如，貨物儲(chǔ)存和處理、能源/發(fā)電和船舶推進(jìn)，船員/乘客的住宿和船舶航行子系統(tǒng)。單獨(dú)的要考慮到船舶的設(shè)計(jì)應(yīng)真正解決整個(gè)船舶的生命周期，它可分成是傳統(tǒng)概念/初步設(shè)計(jì)、合同和詳細(xì)設(shè)計(jì)、船舶建造/制造過程、船舶操作所組成的各個(gè)階段經(jīng)濟(jì)生活和廢棄/循環(huán)再造。很明顯，最佳船是一個(gè)完整的、建立在定義之上的在她整個(gè)生命周期船舶系統(tǒng)整體優(yōu)化的結(jié)果。但即使是關(guān)于上述定義的優(yōu)化問題最簡單的部分，即第一階段（概念 /初步設(shè)計(jì)） ，是復(fù)雜到需要在實(shí)踐中加以簡化（降低） 。船舶設(shè)計(jì)所固有的優(yōu)化也是相互矛盾的要求，從設(shè)計(jì)約束和優(yōu)化準(zhǔn)則（優(yōu)異或目標(biāo)函數(shù)）產(chǎn)生的，反映了各種船舶設(shè)計(jì)的股份持有人的利益。本文提供了一個(gè)簡要介紹了船舶設(shè)計(jì)整體優(yōu)化的方法，定義了通用的船舶設(shè)計(jì)優(yōu)化問題并演示了先進(jìn)的優(yōu)化技術(shù)用于計(jì)算機(jī)輔助生成、優(yōu)化設(shè)計(jì)的探索和選擇的解決方案。它討論提出了一些典型的船舶設(shè)計(jì)多目標(biāo)優(yōu)化問題的基礎(chǔ)方法，從而在增加載貨能力、提高安全性和生存能力、減少所需的供電和改善環(huán)境保護(hù)的方面做出提高和部分創(chuàng)新設(shè)計(jì)。擬議的方法來解決綜合性船舶系統(tǒng)所存在的生命周期的優(yōu)化問題仍然是具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，但在不久的將來這會(huì)變得簡單。關(guān)鍵詞：整體船舶設(shè)計(jì)；多目標(biāo)優(yōu)化；遺傳算法；最小敞水阻力；增強(qiáng)生存能力11. 全面介紹船舶設(shè)計(jì)優(yōu)化船舶設(shè)計(jì)在過去更是一種藝術(shù)而非科學(xué)的、高度依賴于經(jīng)驗(yàn)豐富的造船工程師與各種基本的、專門的科學(xué)和工程學(xué)科為良好背景。在設(shè)計(jì)空間幾乎探索使用啟發(fā)式方法，即常通過幾十年的試錯(cuò)過程中獲得知識(shí)的積累。設(shè)計(jì)過程的耦合在本質(zhì)上是設(shè)計(jì)初始化，即最佳解決方案的缺乏許多可行性的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)或者說一套標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)船舶設(shè)計(jì)方法的系統(tǒng)可以考慮作為一個(gè)整合了船舶及其部件的各種子系統(tǒng)的復(fù)雜的系統(tǒng)，例如，貨物存儲(chǔ)及處理、能源/發(fā)電和船舶推進(jìn)、船員住宿/乘客和船舶導(dǎo)航子系統(tǒng)。他們都是明確服務(wù)于船體功能。船舶功能可分為兩大類，即有效載荷功能和固有的船體功能（圖 1） 。對于貨船，載荷功能是與貨艙空間，貨物裝卸和貨物處理設(shè)備的規(guī)定相關(guān)的。船舶職能是從港口之間以一定的速度安全的運(yùn)載有效載荷。圖 1 船舶功能，根據(jù) Levander[1]單獨(dú)地考慮到船舶的設(shè)計(jì)應(yīng)真正解決整個(gè)船舶的生命周期，它可分成是傳統(tǒng)概念/初步設(shè)計(jì)、合同和詳細(xì)設(shè)計(jì)、船舶建造/制造過程中、船舶操作組成的各個(gè)階段經(jīng)濟(jì)生活和廢棄/循環(huán)再造。很顯然，相對于它的整個(gè)生命周期的最佳船是一個(gè)完整的，上述定義是生命周期船舶系統(tǒng)整體 （根據(jù)亞里士多德的原則（形而上學(xué)）整體論：整體大于各部分之和）優(yōu)化的結(jié)果。值得注意的是，從數(shù)學(xué)上講每一個(gè)上面定義的船舶的生命周期系統(tǒng)本身的組成形式有明顯的約束和標(biāo)準(zhǔn)/各種復(fù)雜的目標(biāo)函數(shù)的設(shè)計(jì)變量非線性優(yōu)化問題還有待共同優(yōu)化。即使是最簡單的船舶設(shè)計(jì)過程部分，即第一階段（概念/初步設(shè)計(jì)） ，在實(shí)踐中加以簡化（降低 （對還原論的原則可以被看作是整體主義相反，這意味著一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)可以通過減少其基本部件接觸。不過，整體論與還原論，應(yīng)被視為補(bǔ)充方212法，因?yàn)樗鼈兌夹枰趯?shí)踐中妥善處理復(fù)雜的系統(tǒng) ） ）是足夠復(fù)雜的。此外，船舶設(shè)計(jì)所固有的優(yōu)化是設(shè)計(jì)約束和優(yōu)化準(zhǔn)則（優(yōu)點(diǎn)或目標(biāo)函數(shù)）產(chǎn)生的相互矛盾所造成的，反映了各種船舶設(shè)計(jì)的股份持有人的利益：船舶所有人 經(jīng)營者、船舶建造商、船級社 海/ /岸警衛(wèi)隊(duì)、監(jiān)管機(jī)構(gòu)、保險(xiǎn)公司、貨主/貨代、港口運(yùn)營商等等。假設(shè)有一組特定的要求（通常是船東的商船或海軍艦艇的任務(wù)說明的要求 ）：船舶需要進(jìn)行優(yōu)化成本效益的最高運(yùn)作效率或最低要求運(yùn)價(jià)（RFR） 、提供乘客/船員最高安全性和舒適性、令人滿意的保護(hù)貨物和船舶本身的硬件，以及最后但并非最不重要的，最小的環(huán)境影響，特別是在石油運(yùn)輸方面的海洋污染事故情況和高速船產(chǎn)生的波浪尾流。最近，船舶發(fā)動(dòng)機(jī)排放和空氣污染方面甚至需要考慮進(jìn)船舶設(shè)計(jì)和運(yùn)行中（見海事組織 2008 年，[2]） 。這些規(guī)定顯然是矛盾的并且優(yōu)化船舶設(shè)計(jì)必須做出有關(guān)合理的決定。為了使事情變得更加復(fù)雜但越來越接近現(xiàn)實(shí)，即使是一套集船舶種類、貨物容量、速度、范圍等規(guī)范的設(shè)計(jì)要求，都復(fù)雜到足夠要求另一項(xiàng)優(yōu)化程序妥善考慮到作為一個(gè)工業(yè)產(chǎn)品和服務(wù)的國際市場或其他船舶運(yùn)載工具所有利益相關(guān)者的利益。事實(shí)上，船舶設(shè)計(jì)要求，初步建立在一個(gè)主要集中在船舶設(shè)計(jì)和建造方面具有豐富經(jīng)驗(yàn)的決策者和試圖表達(dá)自己的愿望和權(quán)衡他們愿意妥協(xié)的最終用戶之間。由先進(jìn)的歐盟資助的項(xiàng)目LOGBASED [3]已經(jīng)以一種方式進(jìn)行了、并以合理的方式鞏固這種討論。20 世紀(jì) 60 年代中期以來，隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件的進(jìn)步，在設(shè)計(jì)過程中越來越多的地方已經(jīng)應(yīng)用電腦，特別是多重計(jì)算和起草船舶設(shè)計(jì)元素方面。與此同時(shí)，首先計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的初步介紹與數(shù)學(xué)的參數(shù)化設(shè)計(jì)空間探索的基礎(chǔ)上的交易經(jīng)驗(yàn)/船舶模型簡化為特定類型或船舶設(shè)計(jì)變量為特定的經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)、優(yōu)化梯度的搜索技術(shù)（墨菲等人.[4]，諾瓦茨基等 .[5]）另外，電腦輔助學(xué)習(xí)上的一個(gè)船舶的最小阻力船型優(yōu)化和最好的耐波性的行為（水力設(shè)計(jì)優(yōu)化）或船舶的中橫剖面/結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最小鋼重量（結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化 ）在近 幾年開 始被 引入海 軍建筑 科學(xué) 界后直 到得到 成熟 的結(jié)果 （例如 ，見Papanikolaou 等.[6]，Valdenazzi 等.[7]，Zalek 等.[8]） 。計(jì)算機(jī)硬件和軟件工具已隨著它們?nèi)谌霃?qiáng)大的硬件和軟件設(shè)計(jì)集成系統(tǒng)而有了更遠(yuǎn)、更快的發(fā)展，時(shí)間已經(jīng)看到未來船舶設(shè)計(jì)優(yōu)化領(lǐng)先于整體的方式，至少在設(shè)計(jì)、建造和營運(yùn)階段，通過處理和優(yōu)化多個(gè)，并逐步所有船舶的生活的各個(gè)方面（或整船的生命周期系統(tǒng)的所有元素） ；船舶設(shè)計(jì)整體優(yōu)化這里我們也應(yīng)該明白詳盡的多目標(biāo)和多約束的船舶設(shè)計(jì)優(yōu)化程序，甚至是減少了整個(gè)實(shí)際問題的船舶的生命（如概念設(shè)計(jì)）的各個(gè)階段。最近推出的總體框架的“X 設(shè)計(jì) ” ，即“安全 性設(shè)計(jì) ”和“ 危險(xiǎn)基礎(chǔ)性設(shè)計(jì)”（SAFEDOR [9]，Vassalos [10]，Papanikolaou（教育）[11]） 、 “提高效率設(shè)計(jì)” 、生產(chǎn)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)學(xué)科操作等。解決整體上船舶設(shè)計(jì)優(yōu)化問題表明需要對方法的必要性和成熟的方法和計(jì)算工具的可用性（Papanikolaou 等. [12] ） 。3在遺傳算法（GAs）與微觀尺度勘探和基于梯度搜索技術(shù)的實(shí)用功能設(shè)計(jì)評價(jià)技術(shù)相結(jié)合，使用本文作為一個(gè)先進(jìn)的通用的類型用于生成和識(shí)別，通過有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)探索大規(guī)模，非線性設(shè)計(jì)空間和眾多的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。微觀尺度探索是基于梯度的搜索技術(shù)和實(shí)用功能的設(shè)計(jì)評價(jià)技術(shù)，結(jié)合在其中的遺傳算法（GAs）的使用在本文是作為一個(gè)先進(jìn)的通用型優(yōu)化技術(shù)用于生成和識(shí)別，通過有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)探索大規(guī)模、非線性設(shè)計(jì)空間和眾多的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)通用的、多目標(biāo)優(yōu)化船舶設(shè)計(jì)的一些應(yīng)用通過使用該方法設(shè)計(jì)的船舶設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)實(shí)驗(yàn) 室NTUA（NTUA-SDL） ，整合各種應(yīng)用軟件工具的方法和行之有效的海上建筑和優(yōu)化軟件包作為所必需的穩(wěn)定性、阻力、耐波性評價(jià)，結(jié)構(gòu)完整性等。在所列出的參考文獻(xiàn)（Abtet al. [13]）可能會(huì)發(fā)現(xiàn)。下面的例子是或可能是突出最近完成或正在運(yùn)行的歐盟資助的項(xiàng)目涉及 NTUA-SDL 的推斷?！て撇ǜ咚賳误w的最小阻力和最佳耐波性的船型優(yōu)化（VRSHIP - ROPAX2000，[14,15]） ?！じ咚賳误w和雙體最小興波阻力船型優(yōu)化（FLOWMART，[16,17]） ?！?yōu)化 RoPax 船的水密分艙從而增加破損穩(wěn)定性和生存能力和最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)重量（ROROPROB，[18,19] ） ?！?yōu)化海軍艦艇船從而增加生存能力一方在波浪中破損和應(yīng)用最小結(jié)構(gòu)重量[20]。·優(yōu)化浮動(dòng)液化天然氣終端以減少對終端的背風(fēng)面的運(yùn)動(dòng)和波浪衰減（ GIFT，[21,22]） 。·物流為基礎(chǔ)的優(yōu)化船舶設(shè)計(jì)（LOGBASED，[3,23，24]） ?！せ陲L(fēng)險(xiǎn)的增加貨運(yùn)能力和對環(huán)境影響最小的阿芙拉型船設(shè)計(jì)的優(yōu)化(SAFE-DOR,[7,25])。通過使用遺傳算法和其他程序，對于一般的概念和多目標(biāo)最佳化的細(xì)節(jié)，參考盧卡斯 [26]和森 [27]。安德魯斯等人最近提交了對現(xiàn)代船舶設(shè)計(jì)方法和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)程序的最新綜合報(bào)告。 [28]和諾瓦茨基 [29] ?？傊?，本文提供了一個(gè)簡要介紹船舶設(shè)計(jì)整體優(yōu)化方法，定義通用的船舶設(shè)計(jì)優(yōu)化問題，并演示了遺傳算法和在改進(jìn)階段探索和選擇發(fā)電相關(guān)技術(shù)的使用設(shè)計(jì)。它討論了對兩種典型的多目標(biāo)優(yōu)化問題的基礎(chǔ)上的船舶設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，即高速船船型優(yōu)化，可降低由于波浪沖洗所造成的供電和環(huán)境影響，滾降（RO-RO）渡輪的最佳化為最小結(jié)構(gòu)重量/提高運(yùn)輸能力和和碰撞損害的情況下提高生存能力。2. 通用船舶設(shè)計(jì)優(yōu)化問題在船舶設(shè)計(jì)整體優(yōu)化中我們應(yīng)該詳盡的數(shù)學(xué)化的理解多目標(biāo)、多約束優(yōu)化程序，以最小的減少整個(gè)實(shí)際設(shè)計(jì)問題。通用船舶設(shè)計(jì)優(yōu)化問題，其基本元素可以被定義為如下4（見圖.2） 。圖 2 通用的船舶設(shè)計(jì)優(yōu)化問題·優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)（優(yōu)異功能，目標(biāo)）：這指的是對數(shù)學(xué)上定義的性能/ 效率指標(biāo)清單，這個(gè)清單可最終成為一個(gè)經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)，即最初的投資利潤。單獨(dú)地，有可能是沒有直接提及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)制定的優(yōu)化準(zhǔn)則（優(yōu)異功能或目標(biāo)） 。對于一個(gè)特定的 X 船舶功能優(yōu)化研究，像在靜水和波浪中的船舶性能，船舶安全性、包括疲勞強(qiáng)度的船體強(qiáng)度等。船舶設(shè)計(jì)的優(yōu)化準(zhǔn)則是一個(gè)復(fù)雜設(shè)計(jì)參數(shù)的非線性函數(shù)（設(shè)計(jì)變量的向量）和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)程序中由程序定義的通用算法?！ぜs束：這主要是指一對數(shù)學(xué)定義的由有關(guān)安全監(jiān)管框架產(chǎn)生的（主要是船舶防污國際海上人命安全公約和法規(guī)）標(biāo)準(zhǔn)清單（以數(shù)學(xué)等式或不等式的形式 ） 。這份清單可以延長由不確定性特點(diǎn)的實(shí)際值形成的第二組準(zhǔn)則，這由市場條件（商船的需求和供應(yīng)數(shù)據(jù)） 、主要材料成本（船舶：鋼材、燃料、工藝成本） 、預(yù)計(jì)的財(cái)務(wù)狀況（資金成本、利息率）和其他具體案件的限制來確定。應(yīng)該指出的是，后一組標(biāo)準(zhǔn)往往被視為一組輸入數(shù)據(jù)的不確定性的優(yōu)化問題集，并可能對概率評估模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行評估?！ぴO(shè)計(jì)參數(shù)：這指的是參數(shù)（設(shè)計(jì)變量的向量）表征下優(yōu)化設(shè)計(jì)名單： 這包括船舶設(shè)計(jì)船舶的主要尺寸，除非獲得船東的要求（長度、型寬、型深、草案）規(guī)定并有可能延長到包括船舶的船型，在空間和（主要）舾裝的（主要）結(jié)構(gòu)元素和（主要）網(wǎng)絡(luò)元素安排（配管，電氣等） ，根據(jù)不同的拓?fù)鋷缀文Ｐ团c船舶的設(shè)計(jì)參數(shù)的可用性，以一個(gè)通用的船舶模型進(jìn)行優(yōu)化?！ぽ斎霐?shù)據(jù)：這首先是包括傳統(tǒng)的所有者的規(guī)范 /要求，這對一艘商船來說就是所需的貨物容量（載重噸和有效載荷） 、服務(wù)速度、續(xù)航力等，并可能輔之以影響船舶設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)生活的進(jìn)一步的各種數(shù)據(jù)，如財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)（利潤預(yù)期，利率 ） ，市場狀況（需求和供給5的數(shù)據(jù)） ，主要材料（鋼材和燃料）等費(fèi)用。輸入數(shù)據(jù)集可能包含除了大量參數(shù)也包含更多的通用數(shù)據(jù)類型的知識(shí)，像在在計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化過程中的繪圖（船舶總布置圖）和定性的信息必須適當(dāng)列入翻譯?！ぽ敵觯哼@包括一整套設(shè)計(jì)參數(shù)（設(shè)計(jì)變量的向量）為其指定的優(yōu)化準(zhǔn)則 / 擇優(yōu)功能獲得數(shù)學(xué)極端值（最小值或最大值） ；多準(zhǔn)則優(yōu)化問題的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案就是所謂的帕累托前沿，并可能在由決策者/設(shè)計(jì)師權(quán)衡的基礎(chǔ)上選出。一套策略和技術(shù)可被利用為探索和做出帕累托設(shè)計(jì)方案的最后選擇。·在數(shù)學(xué)方面，多目標(biāo)優(yōu)化問題可表述為min[?1 (χ?),?2 (χ),.?n (χ)] ,條件為 g(χ) ≤?0 和 h(χ) ??0 和 χl ≤?χ?≤?χu其中 ?i 是第 i 個(gè)目標(biāo)函數(shù)， g 和 h 是一種分別是不等式和等式約束， χ?為向量的優(yōu)化或設(shè)計(jì)變量。對上述問題的解決是一個(gè)帕累托解集，即解決方案在至少有一個(gè)其他目標(biāo)沒有惡化下，在一種條件下改善就不可能實(shí)現(xiàn)。因此，多目標(biāo)優(yōu)化問題（理論上）有無限的解決方案而不是一個(gè)獨(dú)特的解決方案，即帕累托一整套解決方案。多目標(biāo)遺傳算法（MOGAs）與微觀尺度探索基于梯度的搜索技術(shù)和實(shí)用功能的設(shè)計(jì)評價(jià)技術(shù)相結(jié)合的應(yīng)用，通過有效的探索大規(guī)模、非線性設(shè)計(jì)空間和船舶設(shè)計(jì)中產(chǎn)生的眾多的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，先進(jìn)的應(yīng)用在本文作為一種生成和識(shí)別優(yōu)化設(shè)計(jì)的通用性優(yōu)化技術(shù)。該通用，多目標(biāo)優(yōu)化船舶設(shè)計(jì)一些應(yīng)用通過應(yīng)用雅典國立技術(shù)大學(xué)的船舶設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室 的設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，整合海軍構(gòu)造軟件數(shù)據(jù)包 NAPA ，優(yōu)化軟件 modeFRONTIER和各種應(yīng)用軟件工具，作為穩(wěn)定性、抵抗性、耐波性等評估的必要。在所列出的參考文獻(xiàn)中可能會(huì)發(fā)現(xiàn)（見圖.3，一個(gè)普通的方法來優(yōu)化問題的通用船舶設(shè)計(jì)草圖） 。6TR R圖 3 解決船舶設(shè)計(jì)最優(yōu)化問題的通用程序引進(jìn)通用的船舶設(shè)計(jì)雅典國立技術(shù)大學(xué)的船舶設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)化過程中應(yīng)用的幾個(gè)典型實(shí)例，并在下面的有關(guān)評論中簡要介紹。3 典型的船舶設(shè)計(jì)優(yōu)化問 題31 關(guān)于動(dòng)力估計(jì)和尾流的高速船 體形式優(yōu)化311. 問題概述船舶的水動(dòng)力性能表現(xiàn)在速度、動(dòng)力估計(jì)、耐波性特點(diǎn)，可操作性是非常重要的，尤其是高速船（HSC） 。直到最近發(fā)生波浪震動(dòng)既沒有讓船舶設(shè)計(jì)者也沒有讓船舶經(jīng)營者擔(dān)心。由于對海洋環(huán)境和沿海地區(qū)安全活動(dòng)的影響，目前駕駛海事當(dāng)局考慮為高速船操作申請一個(gè)盡可能合理的大型高速船波浪標(biāo)準(zhǔn)的簡介。因此，至少在高速船的設(shè)計(jì)、減少尾流已成為船的水動(dòng)力性能的主要要求以及其他傳統(tǒng)的水動(dòng)力的目標(biāo)。從概念上來看，細(xì)長船型被認(rèn)可其有良好的抵抗性和波浪特性。增加雙體船的間隔距離一般會(huì)造成洗興波阻力和尾流的減少。遺憾的是船只的主要資料的選擇是眾多因素和制約因素協(xié)調(diào)，因此不能僅根據(jù)尾流的要求來決定。因此，當(dāng)定義了船舶的主要事項(xiàng)和進(jìn)行了船型開發(fā)，在設(shè)計(jì)過程中最好是在整合的第一階段采用盡量減尾流的方法，這正在成為一個(gè)先決條件從而減少監(jiān)管航速的局限性影響，這將大大損害船舶最終的潛在效益。如果這種方法是有效的，就可得到一個(gè)可靠的預(yù)測尾流的數(shù)值方法。雖然波浪尾流預(yù)測根本不是一個(gè)簡單的問題，尤其是在半規(guī)劃和規(guī)劃條件下的船只，在軟件開發(fā)工具的發(fā)展下計(jì)算流體力學(xué)有了最新的進(jìn)展，要么基于信任度好的開爾文或可被應(yīng)用的蘭7金資源分布。在綜合設(shè)計(jì)環(huán)境下合并出這種數(shù)值工具是本文介紹工作的主要目標(biāo)。在一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問題的框架下構(gòu)想出的船舶設(shè)計(jì)計(jì)算方法，其中減少尾流就是目標(biāo)函數(shù)之一，這種計(jì)算方法允許正式優(yōu)化方法的應(yīng)用，推導(dǎo)出受業(yè)主的要求和技術(shù)和監(jiān)管限制的最佳船型。其他的目標(biāo)函數(shù)可能是船只的抵抗性，適航性，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性等，提供足夠的數(shù)值工具是為他們提供可靠的和有效率的計(jì)算。此外，優(yōu)化準(zhǔn)則反映了船舶的經(jīng)濟(jì)潛力，也可以使用如建設(shè)和運(yùn)營成本、運(yùn)輸能力、凈現(xiàn)值或必須的運(yùn)費(fèi)率。目前雅典國立技術(shù)大學(xué)的船舶設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室的研究主要集中在將功率估算和過度波浪沖擊造成的環(huán)境影響降低到最小限度。因此，總阻力和波浪沖擊的最小化限制了目標(biāo)函數(shù)的選擇。為了進(jìn)一步簡化計(jì)算，無論是噴水推進(jìn)器還是螺旋槳，該船只的推進(jìn)系統(tǒng)對波浪沖擊產(chǎn)生的影響都省略掉了。遺漏的目標(biāo)函數(shù)在強(qiáng)加的不變運(yùn)輸能力條件下反映了船舶經(jīng)濟(jì)表現(xiàn)的正確性。在實(shí)踐中這需要由最低限度的滾裝貨物甲板面積和恒定的排水量來確定。選定的目標(biāo)已接近如下：（a）總阻力近似等于興波阻力和摩擦阻力的和，其中摩擦阻力的計(jì)算由國際船模試驗(yàn)池會(huì)議上的摩擦阻力系數(shù)公式算出。船舶流體力學(xué)設(shè)計(jì)分析軟件 Shipflow 作為一個(gè)著名的商業(yè)計(jì)算流體力學(xué)的軟件被用作興波阻力和船尾波的計(jì)算。自從興波阻力和船尾波有必要考慮下沉和流動(dòng)效果的影響時(shí)，進(jìn)行了非線性迭代計(jì)算。（b）對于第二個(gè)目標(biāo)函數(shù)，一個(gè)適當(dāng)?shù)拇膊y量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該取決于對不同類型的波浪影響進(jìn)行評估，從而被每個(gè)特定的應(yīng)用選擇出來。在本研究中，一個(gè)簡單的波浪評估方法已經(jīng)被采納，主要目的是證明的優(yōu)化概念的潛力，沿著縱波從船的中心線一定距離切割即為平均波高 W 。2 1其中 ζ?( x, y) 是波高，而 x1 和 x2 是沿一個(gè)海蝕積分區(qū)間的起點(diǎn)和終點(diǎn)?？晒┻x擇的尾流標(biāo)準(zhǔn)可以很容易被引進(jìn)到優(yōu)化程序中，如當(dāng)?shù)匕l(fā)生的最大波高。波得周期和波長可能也被引進(jìn)，連同波高獲得尾流標(biāo)準(zhǔn)來表達(dá)當(dāng)?shù)氐牟芰棵芏?。對于此?yōu)化問題的解決方案，通用過程概述圖.2 已被應(yīng)用。312. 參考船只為示范概述的兩個(gè)已選定的參考高速船只的優(yōu)化過程，即一個(gè)高速單體船和一個(gè)雙體船。有關(guān)工作已經(jīng)在內(nèi)部的歐盟資助的項(xiàng)目快速低浪沿海運(yùn)輸 [16,17]進(jìn)行了。選定的單體船是由勒魯船廠制造的海盜 11000，該船的主要技術(shù)特征見表 1。8Rx 2W ?????????????ζ?( x, y) dx （1）∫1總長水線間長船寬吃水服務(wù)航速表 1 選定的海盜 11000 單體船的主要特點(diǎn)102m 運(yùn)輸能力 566 名乘客和 148 輛汽車87.5m 推進(jìn)功率 4 ×6500KW15.4m 主機(jī) 4 MTU 20V 1163TB73L2.5m 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)37 節(jié) 推進(jìn)器 4KaMeWa 噴水推進(jìn)器在 FLOWMART 工程的實(shí)施下 SIRHENA 進(jìn)行的上述船只的模型試驗(yàn)，試驗(yàn)采用h于在拖曳水池寬度較窄，反射波預(yù)計(jì)將顯著影響船尾波的測量。因此，計(jì)算是船舶在無限水面寬度和 90m 深度（滿量程）的條件下進(jìn)行的，還有一個(gè)與拖曳水池的尺寸通道想對應(yīng)的寬度和深度。在距離船體中心線 0.25L 和 0.5L 的橫剖面預(yù)測結(jié)果和測量結(jié)果的比較結(jié)果顯示在圖.4 和圖.5 中。圖四 0.25L 處橫剖面預(yù)測結(jié)果和測量結(jié)果比較圖 5 0.5L 處橫剖面預(yù)測結(jié)果和測量結(jié)果比較在波浪剖線的第一部分和從船首近似三個(gè)船長范圍，數(shù)值預(yù)測的有限通道寬度的影響是比較薄弱的。在遠(yuǎn)處的船尾，船舶在通道中的預(yù)測要大大好于試驗(yàn)的測量值，這種效果顯著增強(qiáng)。一個(gè)非常陡峭的波峰，大約從船首兩個(gè)船長范圍處，可觀察到在 0.25L處產(chǎn)生波浪削減的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這波峰大約比數(shù)值預(yù)報(bào)高出 50％以上。在 0.5L 處也出現(xiàn)了明顯的波浪削弱的現(xiàn)象，在試驗(yàn)測量值中可觀測到一個(gè)從船首 300m 到 400m 的陡峭91:30 的模型，在一個(gè)寬 5m 深 3m 的拖曳水池中進(jìn)行，相當(dāng)傅汝德數(shù)為 。由的波產(chǎn)生的數(shù)據(jù)顯著的預(yù)測這一結(jié)果。第二個(gè)選擇的船只是高速雙體船 Red Jet I II ，由 FBM 設(shè)計(jì)。該船的主要技術(shù)特點(diǎn)列于表 2。表 2 高速噴射雙體船 Red Jet III 主要特征總長 32.9m 服務(wù)航速 33Kn水線間長 29.58m 運(yùn)輸能力 120 名乘客船寬 8.32m 推進(jìn)功率 2×1360KW片體寬度 2.27m 主機(jī) 2 MTU 12V 396 TE 84吃水 1.133m 推進(jìn)器 2 MJP 650 噴水推進(jìn)器這條船的長度傅汝德數(shù)等于 0.97 并工作在規(guī)劃區(qū)域。挪威船舶技術(shù)研究所對上述船只進(jìn)行了模型試驗(yàn)，同樣也包括了快速低浪沿海運(yùn)輸[16]，在比例尺為 1:12.5，速度范圍為 10 節(jié)到 33 節(jié)，并且水深相當(dāng)于 3.75m、7.5m、15m、和 37.5m（滿量程） 。在 30 kn的速度和距中心線 0.845L 橫剖面的預(yù)測對比測試結(jié)果比較列于圖 . 6 和圖.7。圖 6 0.845L 和 7.5m 水深處橫剖面預(yù)測結(jié)果和測量結(jié)果比較圖 7 0.845L 和 15m 水深處橫剖面預(yù)測結(jié)果和測量結(jié)果比較數(shù)值計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)測量值之間令人滿意的一致，從船首達(dá)到 5.5 倍船長。在遠(yuǎn)處的尾部，可以看出兩條曲線之間的巨大差異，可能是由于鄰近船尾處對自由表面板架區(qū)域的限制。10船型開發(fā)所開發(fā)的優(yōu)化程序是基于通過使用 NAPA R 產(chǎn)生的可替代船舶參數(shù)。仔細(xì)識(shí)別最適合的設(shè)計(jì)參數(shù)以及它們的變化適當(dāng)?shù)姆秶?，是需要確定生成了可行并有效的船型。對于單體船船型的產(chǎn)生是受到由一組點(diǎn)和傾角控制的。通過這些點(diǎn)創(chuàng)建一個(gè)網(wǎng)格從而定義船體。典型的船型透視圖見圖.8，其中包括柵格和定義點(diǎn)。圖 8 網(wǎng)格定義和產(chǎn)生的船體形式對于雙船體的情況下，兩步船型開發(fā)程序獲得通過。首先，輔助船型已被推導(dǎo)出，此外再使用適當(dāng)?shù)亩x點(diǎn)（見圖.9） 。這船體的特點(diǎn)是貫穿整個(gè)船長有一較長船體折角線，并在底部和側(cè)面以直線段通過橫截面。兩個(gè)過渡曲線，然后投影在側(cè)面和底部（如圖.9虛線所示） 。一個(gè)新的柵格定義最終船體被創(chuàng)建時(shí)，在兩條過渡曲線之間繞行出橫剖面。適當(dāng)?shù)暮曛噶钜寻l(fā)展到充分利用 NAPA 宏語言方便船型參數(shù)化建模。在創(chuàng)建了船體的形式之后，其他的宏指令被執(zhí)行去檢查遵守情況與幾何約束并準(zhǔn)備適當(dāng)?shù)妮敵鑫募@種文件經(jīng)過船舶流體力學(xué)分析專用軟件 Shipflow 的處理，用適當(dāng)?shù)姆绞絹砻枋鰩缀螌W(xué)。313.結(jié)果優(yōu)化圖 9 雙體船網(wǎng)格定義和產(chǎn)生的船體形式在以下各節(jié)對上述半排水量單體船和高速雙體船船型優(yōu)化的典型結(jié)果進(jìn)行了討論。3.1.3.1. 優(yōu)化單體船。 關(guān)于船尾波估測出的平均波高得散點(diǎn)圖與總阻力 RT （估算公式T F W體力學(xué)分析專用軟件的計(jì)算）都以密集的源泉顯示在右上角的圖中。11R ??R ??R ）相對抗產(chǎn)生的設(shè)計(jì)被表示見圖.10。原始船舶相應(yīng)的測試值（根據(jù)船舶流圖 10 總阻力和波高散點(diǎn)圖一些具有良好動(dòng)力 特性的設(shè)計(jì)是被認(rèn)可的。與原始船相比較，得到阻力，船尾波3 0.25L的測量值和最大波高的減少列于表 。類似的比較可從在位于距離船體中心線 和0.75L 橫剖面處的波的削減計(jì)算中得到。對應(yīng)著最佳結(jié)果的邊界線（“ 帕累托前沿”）如圖.10 所示。所有位于該行的設(shè)計(jì)都被認(rèn)為是“最佳的” ，因?yàn)檫@不可能在提高船舶的一個(gè)性能方面的標(biāo)準(zhǔn)而不影響其他方面的性能。在這條線之間的設(shè)計(jì)中選擇出最適合的解決方案是設(shè)計(jì)師的責(zé)任，主要根據(jù)他的經(jīng)驗(yàn)，并可能做出進(jìn)一步的評估標(biāo)準(zhǔn)。決策者支持像有使用功能的技術(shù)工具，它在前沿模式下被應(yīng)用為在本次選擇程序中輔助設(shè)計(jì)者。表 3 比較的結(jié)果最大可能垂RT（KN） 差值% W（m ） 差值% 向破損 H 差值%（m）原船 500.5 0 0.205 0 1.0515 047 號(hào)船 449.3 -10.2 0.173 -15.6 0.8840 -15.9118 號(hào)船 464.3 -7.2 0.160 -22.0 0.789 -24.9282 號(hào)船 494.4 -1.2 0.155 -24.4 0.7473 -28.9列于圖.11 中的結(jié)果被計(jì)算在潮濕表面上應(yīng)用 2×686 面板和在自由表面上用 2×3345面板。一套最大的四次迭代數(shù)集導(dǎo)致每個(gè)船只應(yīng)用 1000 個(gè) XP 工作站造成大約 630 秒中央處理器時(shí)間。表 3 給出的結(jié)果已具有較大的自由表面排版面積編輯器。相應(yīng)的，與其相一致的幾乎 100％的計(jì)算機(jī)能力（2×7742 自由表面板：7602 秒的 CPU 時(shí)間） 。在所有船只九次迭代后就已經(jīng)收斂。注意到在表 3 中測得的平均波高 W 也需要為一個(gè)較大的集合間隔做出重新計(jì)算（當(dāng)其船尾部在波浪削弱的零交叉點(diǎn)位置時(shí)，這位于靠近船首后面的 500m 處的點(diǎn)） 。與其相應(yīng)的在船型軌跡 Lpp/2 處的波浪自由表面的正視圖見圖.11。12圖 11 Lpp/2 處自由表面高度比較3.1.3.2. 雙體船的優(yōu)化。 對于選定的高速雙體船進(jìn)行了一系列的優(yōu)化研究。在最后的優(yōu)化階段圖表顯示對于每個(gè)試驗(yàn)過的船只，已獲得的船尾波估測平均波高與總阻力 RT 比較見圖.12。與原船（根據(jù)流體力學(xué)分析專用軟件 shipflow 的計(jì)算）相應(yīng)的測試值用濃密的實(shí)心圓圈表示。應(yīng)該指出的是原始的 Red Jet III 已經(jīng)仔細(xì)的被設(shè)計(jì)為低阻力和低船尾波的船型，它是從一開始就預(yù)計(jì)，已經(jīng)實(shí)施的最優(yōu)化很難再獲得進(jìn)一步的改善。至少對于阻力來說，這已證實(shí)最大獲得的減少量依次為 0.7%的試驗(yàn)結(jié)果。然而，許多波浪特性良好的船型都可在圖.12 中確定得到。其中，船尾波測得的平均波高 W 減少了 13.8％的船號(hào)為 98B15W 的船舶和總阻力實(shí)際上是等同于原始的或者還可能被認(rèn)為是一個(gè)強(qiáng)大的可供選擇的原始船型。相對于原來的船只，在阻力、船尾波的測量和最大波高獲得的減少均被記載在表 4。13圖 12 高速雙體船總阻力和波高散點(diǎn)體?98B15W 號(hào)船舶的計(jì)算運(yùn)行整理等同于由船首 0.163 。為了研究對生成的船尾波運(yùn)行整理的影響，一些列這種船的變體船被測試。在零運(yùn)行整理下的一種變體（98B125W號(hào)船舶）的結(jié)果被列入表 4。表 4 比較的結(jié)果最大可能垂RT（KN） 差值% W（m ） 差值% 向破損 H 差值%（m）原船 64.09 0 0.116 0 0.546 0船船應(yīng)用濕表面上的 2×348 面板和自由表面上的 2×1763 面板而計(jì)算得出的結(jié)果見圖.12。五次迭代的最大數(shù)集導(dǎo)致了每條船大約 310 秒的處理時(shí)間。在一個(gè)大的自由表面排版區(qū)域（2×8455 自由表面面板：34960 秒得中央處理時(shí)間）和十次反復(fù)迭代計(jì)算出了結(jié)果并呈現(xiàn)在表 4 中。表 4 船尾波測得的平均波高已經(jīng)再次為一個(gè)更大的積分區(qū)間計(jì)算，這與圖.12 中的數(shù)值相比較產(chǎn)生了明顯的降低。相應(yīng)的位于船舶中心線 Lpp/2 處的剪切波自由表面主視圖見圖.13。1498B15W 號(hào) 63.65 -0.7 0.100 -13.8 0.462 -15.498B125W 號(hào) 63.76 -0.5 0.105 -9.5 0.496 -9.2314.結(jié)論圖 13 雙體船 Lpp/2 處自由表面高度比較可以證明的是先進(jìn)的程序?yàn)楦鞣N各樣高速船船型的發(fā)展提供了有價(jià)值的設(shè)計(jì)工具。應(yīng)用局部形狀的不斷變化，并根據(jù)速度、位移、設(shè)計(jì)水線長度和間距（對于雙體船的情況下）的假設(shè)，根據(jù)數(shù)值表示的船尾波預(yù)測，最大獲得的波高下降為單體船的 30%和雙體船的 15%。注意到，這兩個(gè)具有良好水動(dòng)力性能和市場性能的原始船都被精心優(yōu)化設(shè)計(jì)。該方法允許目標(biāo)函數(shù)的進(jìn)一步引入和與設(shè)計(jì)師在日常實(shí)踐中的需求相一致。為更低的速度設(shè)計(jì)的其他各種船舶，這種應(yīng)用呈現(xiàn)出簡單的甚至更少的問題，因?yàn)榈暮线m的流體力學(xué)軟件工具可以更好的對簡單的平靜水面流體力學(xué)進(jìn)行評估。最優(yōu)化程序呈現(xiàn)出的結(jié)果的正確性嚴(yán)格依賴于準(zhǔn)確的數(shù)值處理方法被應(yīng)用為對可供選擇的船型的流體動(dòng)力學(xué)的評估。雖然從有效地實(shí)驗(yàn)測量值中的數(shù)值預(yù)測的比較中得出的結(jié)果表明了令人鼓舞的一致，但是需要對完善數(shù)值方法的應(yīng)用做進(jìn)一步的驗(yàn)證工作。同時(shí)使用關(guān)于評估船舶阻力和波浪特性的勢流理論做出了重大的簡化，即使預(yù)測到方法不能對目標(biāo)函數(shù)的絕對值（特別是關(guān)于船舶阻力）做出非常準(zhǔn)確的結(jié)果，它仍然是一個(gè)相當(dāng)有用的工具，特別是在設(shè)計(jì)的初步階段，它啟用快速設(shè)計(jì)空間探索和協(xié)助設(shè)計(jì)師在不好的設(shè)計(jì)中區(qū)分出好的并且在正確的執(zhí)行順序下分類可供選擇的設(shè)計(jì)解決方案。3.2. 對滾裝客船艙間布置優(yōu)化從而增加安全性和效率321. 問題概述大約在 35 年以前，概率破艙穩(wěn)性控制概念（A.265 [30])， ）作為可替代具有決定性的海上人命安全公約 74 條被引進(jìn)了，它一直被認(rèn)為是朝著評估船舶破損后的穩(wěn)定性的15合理化邁出了重要的一步。在 2009 年 1 月 1 日，新的海上人命安全公約破損穩(wěn)定性條例生效，它適用于完全以概率性概念為基礎(chǔ)的任何客船或任何類型的貨物的新建筑。因此設(shè)計(jì)師現(xiàn)在要強(qiáng)制學(xué)會(huì)運(yùn)用概率性的概念來工作，相對于傳統(tǒng)的確定性的概念，這個(gè)非常復(fù)雜且難懂的。相關(guān)的計(jì)算來那個(gè)相當(dāng)大并且只能應(yīng)用專門的軟件程序，這需要它與其他的船舶設(shè)計(jì)軟件工具和優(yōu)化程序接口并用。這 種 設(shè) 計(jì) 經(jīng) 驗(yàn) 和 系 統(tǒng) 研 究 的 不 足 激 發(fā) 了 基 于 概 率 性 規(guī) 則 的 滾 裝 客 船ROROPROB[18]的優(yōu)化歐洲聯(lián)盟資助的項(xiàng)目?；诟怕势婆摲€(wěn)性規(guī)定的項(xiàng)目于 2003 年完成，它的目的是制定和實(shí)施的滾裝客船細(xì)分綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。下面的概述是與雅典國立技術(shù)大學(xué)的船舶設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室基于概率性規(guī)則的滾裝客船ROROPROB 項(xiàng)目有關(guān)，它基于破艙穩(wěn)定性評估的概率方法[19]，指的是一個(gè)正式的多目標(biāo)的滾裝客船內(nèi)部分艙優(yōu)化程序的開發(fā)。最優(yōu)化的目標(biāo)是依據(jù)同時(shí)增大載重量和車庫甲板空間使船舶抵抗傾覆的能力達(dá)到最大化 ，這由船舶的分艙指數(shù)和運(yùn)輸能力來表達(dá)。另外，獲得的分艙指數(shù) 可能會(huì)被看做是（通過表單獲得分艙指數(shù) ≥?需求的分艙指數(shù)）一種約束，并且可能對運(yùn)輸能力的最大化和建造成本的最小化進(jìn)行優(yōu)化，這是一種更接近船東觀點(diǎn)的方法。建造費(fèi)用的減少被認(rèn)為主要是鋼材重量最小化的結(jié)果。除了結(jié)構(gòu)重量之外，甲板一下的水密艙室的細(xì)分?jǐn)?shù)量的減少，同樣也包括設(shè)備費(fèi)用的減少均被認(rèn)為有重大的影響。322. 程序的概述所采用的程序是基于一個(gè)著名商業(yè)船舶設(shè)計(jì)軟件（ NAPA）和通用優(yōu)化軟件包（modeFRONTIER）的集成。在通用的解決方案中概述的程序框架圖 . 2 中。根據(jù)假設(shè)的船型和給定的主要布局概念，船舶的水密分艙是在大量設(shè)計(jì)變量和設(shè)計(jì)參數(shù)的基礎(chǔ)上自動(dòng)生成的。對于每個(gè)設(shè)計(jì)變量，獲得的分艙指數(shù)與全部運(yùn)載工具的航線長度保持在較低的水平并且鋼材重量達(dá)到的主甲板的頂端一起都要被計(jì)算。已采納的程序的主要特點(diǎn)在以下各節(jié)中概述。3.2.2.1. 艙室內(nèi)部布置的參數(shù)化發(fā)展 ?；谝恍┝性O(shè)計(jì)變量，為了船舶內(nèi)部的水密布置的產(chǎn)生已經(jīng)創(chuàng)造了適當(dāng)?shù)拇霸O(shè)計(jì)軟件指令，并形成了所謂的 “設(shè)計(jì)空間” ，同時(shí)除此之外用戶還提供了一整套的設(shè)計(jì)參數(shù)。在優(yōu)化的過程中多樣設(shè)計(jì)變量系統(tǒng)更新，在前沿模式下應(yīng)用適當(dāng)?shù)膶?shí)用程序來完成設(shè)計(jì)空間的探索。用戶提供的設(shè)計(jì)參數(shù)被用來定義局部船舶的完整裝載條件和滿載出水，同時(shí)為各種各樣的運(yùn)算（結(jié)構(gòu)重量計(jì)算的比重，運(yùn)載工具的尺寸為計(jì)算航道的長度）提供了必要的數(shù)據(jù)。在優(yōu)化過程中設(shè)計(jì)參數(shù)始終保持不變。挑選出來的工程量可能被視為設(shè)計(jì)變量或參數(shù)，這需要根據(jù)用戶的意圖或每個(gè)設(shè)計(jì)方案的具體要求而定。例如，在特殊情況下，如水密分艙的優(yōu)化要受到船舶前段的輪機(jī)艙的限制，用戶可能將定義尾機(jī)型船艙室布置的相應(yīng)的設(shè)計(jì)變量作為參數(shù)。167繼內(nèi)部布局的產(chǎn)生后，程序在每個(gè)設(shè)計(jì)變量的估測下繼續(xù)充分應(yīng)用 船舶設(shè)計(jì)軟件NAPA 有效的計(jì)算能力。適當(dāng)?shù)?NAPA 指令已經(jīng)被發(fā)展為控制破艙穩(wěn)性分析，并用來計(jì)算結(jié)構(gòu)重量和運(yùn)輸能力（依據(jù)載重噸數(shù)和航線長度）并驗(yàn)證每個(gè)設(shè)計(jì)的一致性。由上述過程產(chǎn)生，同時(shí)包含中央和舷側(cè)在主甲板上的安排的特點(diǎn)設(shè)計(jì)均見圖.14 和圖.15。除了主殼，在船尾主甲板處的小的雙舷側(cè)都可以在總布置圖中見到。所有較低貨艙（靠前或靠后，如果有的話）的縱向和橫向范圍，橫向艙壁的位置、垂向位置、雙層底的范圍和所有其他內(nèi)部艙室布置的細(xì)節(jié)都由設(shè)計(jì)變量控制。在本研究中提出的，43 種設(shè)計(jì)變量和28 種設(shè)計(jì)參數(shù)一起是用來定義船舶內(nèi)部布置的。根據(jù)用戶的選擇，設(shè)計(jì)變量的子集用來定義設(shè)計(jì)空間，而其余的變量在優(yōu)化過程中保存在固定不變。圖 14 中央和舷側(cè)在主甲板上的布置17圖 15 側(cè)后布置較低的設(shè)計(jì)變種3.2.2.2. 破艙穩(wěn)性計(jì)算。 根據(jù)概率破艙穩(wěn)性的概念，獲得的分艙因數(shù)的運(yùn)算已經(jīng)進(jìn)行。盡管我們處理的是滾裝客船，所得的結(jié)果是根據(jù)海上人命安全公約第 25 部分的 B - 1，但這原本適用于貨船。然而，發(fā)展的優(yōu)化程序可以很容易地延伸到解釋最新統(tǒng)一的由船舶設(shè)計(jì)軟件包審議的概率破艙穩(wěn)性構(gòu)想（海上人命安全公約 2009） 。3.2.3.3. 優(yōu)化程序的執(zhí)行。 該優(yōu)化程序的協(xié)調(diào)通過使用 modeFrontier 軟件包來執(zhí)行，提供了定義和計(jì)算控制鏈和必要的外部軟件集成的方法。一個(gè)圖形用戶界面被用于實(shí)施和邏輯的優(yōu)化方案審查（見圖.16） 。輸入變量以及它們的變化區(qū)間和必要的設(shè)計(jì)參數(shù)，均被定義在相關(guān)的出入文件中。相應(yīng)的外部應(yīng)用程序的鏈接已經(jīng)在批處理文件的幫助下確定了，這種鏈接優(yōu)化軟件 modeFrontier 控制程序的執(zhí)行并在網(wǎng)絡(luò)各種路徑和電腦之間上執(zhí)行必要的數(shù)據(jù)傳輸。適當(dāng)?shù)膬?yōu)化調(diào)度程序的選擇取決于特定的需要解決的問題。在我們的案例研究單一和多目標(biāo)遺傳算法（MOGA）已被使用。為了優(yōu)化程序輸出的分析，由 modeFrontier（平行圖，散點(diǎn)圖和分段劃分）所提供的各種選擇進(jìn)行了研究。后者是用來評估每個(gè)輸出值的輸入變量的重要性。18323.圖 16案例研究為提高滾裝船的效率和安全性應(yīng)用的多目標(biāo)化的邏輯方案系統(tǒng)化的案例研究已經(jīng)將上述程序適用于抽樣滾裝客船（圖.17） 。船舶的詳細(xì)資料及兩個(gè)初始荷載條件（完全和部分負(fù)荷）的定義列于表 5。橫傾角的計(jì)算僅限于 60 和沒有向下浸水的開口均在這里介紹的案例研究中界定。艙組的滲透設(shè)置等于 0.90；輪機(jī)艙是 0.85，并且其他的空間設(shè)置為 0.95。圖 17 所選的船體形式滾裝船渡輪19?總長垂線間長型寬型深（參考）設(shè)計(jì)吃水滿載吃水滿載排水量表 5 船的特殊要求及加載條件193.6m176.0m25.0m9.100m6.550m6.520m17520t3.2.3.1.滿載參考穩(wěn)性高 GM部分負(fù)荷吃水部分負(fù)荷位移部分負(fù)荷參考穩(wěn)性高 GM多目標(biāo)優(yōu)化是為了分艙指數(shù) A2.440m5.884m14880t1.830m和運(yùn)輸能力的最大化和結(jié)構(gòu)重量的最小化。在所提出的優(yōu)化研究已處理了獲得的分艙指數(shù) A 和航線計(jì)程的最大化，而結(jié)構(gòu)重量縮到最小。很明顯前兩個(gè)目標(biāo)是矛盾的，因?yàn)榉峙撝笖?shù) A 的最大化需要密集的分隔，而這將限制較低的可浸長度，從而限制了全部的許用艙長。該結(jié)構(gòu)重量的最小化也與分艙指數(shù) A的最大化的目標(biāo)相矛盾。對于適用的方法示范，在主甲板中央套管配置的結(jié)果列在下面（見套管的配置評估 3.2.3.2） 。船舶的艙室內(nèi)部布置優(yōu)化受到前部的主機(jī)艙區(qū)域的限制，船尾部分保持固定安排。優(yōu)化程序的邏輯計(jì)劃如圖.18 所示。描述前部主機(jī)艙的艙室布置的 7 個(gè)設(shè)計(jì)變量被選定來定義設(shè)計(jì)空間（自由變量） 。約束分艙指數(shù)的最小容許值已經(jīng)被應(yīng)用。多目標(biāo)遺傳算法（MOGA）優(yōu)化調(diào)度已被選定為實(shí)際的優(yōu)化，設(shè)計(jì)了 42 個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生的初始種群。若干初始設(shè)計(jì)是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則估算出來的，經(jīng)驗(yàn)法則建議 “2×變量數(shù)目×目標(biāo)數(shù)目”。為定向過零技術(shù) 0.5 抽選概率 0.5 突變概率 0.1 的 30 個(gè)改進(jìn)階段的優(yōu)化進(jìn)程隨后被發(fā)起。這項(xiàng)研究的帕累托設(shè)計(jì)結(jié)果載于圖. 19-21。圖 18 邏輯設(shè)計(jì)的程序開發(fā)的案例研究。20圖 19 帕累托圖的最大指標(biāo)分散和最小結(jié)構(gòu)重量的比較。圖 20 帕累托圖的最大指標(biāo) A 與最大許用長度的比較21圖 21 帕累托圖的最大長度與最小分艙結(jié)構(gòu)重量比較設(shè)計(jì)值 最好 的選擇 除了生 成的 帕累托 設(shè)計(jì)可 能被 多準(zhǔn)則 決策技 術(shù)[E.STE.CO（2003） ， “modeFrontier 軟件 v.2.5.x ”，h ttp://www.esteco.it/]的效用函數(shù)的支持。假設(shè)這三個(gè)目標(biāo)平等，主要外殼設(shè)計(jì)的排列見圖.22。由此產(chǎn)生的最優(yōu)設(shè)計(jì)（編號(hào) 782）綜合布置如圖.23 所示。圖 22 滾裝船權(quán)重安排目標(biāo)22圖 23 船中央套管滾裝船優(yōu)化設(shè)計(jì)(782 號(hào)):統(tǒng)一權(quán)重的目標(biāo)當(dāng)給予更高的載貨能力優(yōu)先權(quán)（許用艙長） ，這被認(rèn)為更接近潛在船東經(jīng)典設(shè)計(jì)的期望，航長度為對船舶的經(jīng)濟(jì)價(jià)值產(chǎn)生直接影響，然而結(jié)果改變了，要達(dá)到的分艙指數(shù)剛剛超過了安全法規(guī)，如圖. 24 和圖.25 所示。23圖 24 滾裝船船中分布:非均勻權(quán)重的目標(biāo)。圖 25 船中央套管滾裝船優(yōu)化設(shè)計(jì)(651 號(hào)):統(tǒng)一權(quán)重的目標(biāo)3.2.3.2. 中間和兩側(cè)外殼結(jié)構(gòu)的比較。 當(dāng)對中間和兩側(cè)外殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，從獲得的結(jié)果中比較如圖.26-28 所示。從這些數(shù)字可以觀察到兩側(cè)外殼的結(jié)構(gòu)可能導(dǎo)致運(yùn)輸能力的大大增強(qiáng)，并結(jié)合這分艙指數(shù)的明顯增加。運(yùn)輸能力的增加主要?dú)w因于主甲板面積更有效地利用。此外，雙舷側(cè)的存在，對船舶在受損下的穩(wěn)定性特征產(chǎn)生積極的影響，使較低的船艙區(qū)域同時(shí)要滿足增加的獲得的貨艙因數(shù)的需求成為可能。從比較中可觀察到關(guān)24于結(jié)構(gòu)重量的兩種設(shè)計(jì)概念之間沒有顯著差異。但是，應(yīng)該指出的是，此處結(jié)構(gòu)重量計(jì)算是根據(jù)船舶的各個(gè)分段預(yù)定義的具體每平方米比重，無論選擇的設(shè)計(jì)理念如何。在這方面，比較可能會(huì)在一定程度上偏向側(cè)面的結(jié)構(gòu)，考慮到中間外殼的布置本身可增加結(jié)構(gòu)剛度。在實(shí)踐中，較重的橫梁，深縱向大梁和許多柱子都需要支持側(cè)面外殼的甲板重量。圖 26圖 2725324.結(jié)論圖 28一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化過程已經(jīng)提出，旨在協(xié)助在初步設(shè)計(jì)階段幫助滾裝客船的設(shè)計(jì)師，當(dāng)研究了水密分艙的內(nèi)部布局后，考慮到概率破艙穩(wěn)性規(guī)定和效率方面的影響和建設(shè)成本。所開發(fā)的程序是基于 modeFrontier，應(yīng)用船舶設(shè)計(jì)軟件 NAPA 而產(chǎn)生的一個(gè)多目標(biāo)的和協(xié)同設(shè)計(jì)優(yōu)化，它是一個(gè)著名的海軍和通用建筑設(shè)計(jì)軟件包。從上述程序應(yīng)用的結(jié)果顯示它作為一種有用且實(shí)用的設(shè)計(jì)工具的可能性，從而使設(shè)計(jì)師能夠系統(tǒng)的并在很短的時(shí)間評價(jià)許許多多的可供選擇的設(shè)計(jì)，并使它服從各種各樣的和船舶的效率和安全性相關(guān)的約束和目標(biāo)函數(shù)。所開發(fā)的程序既可被用作船舶內(nèi)部從無到有的劃分的產(chǎn)生，也可被用作顯著改進(jìn)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)。它允許設(shè)計(jì)者獲得更好的設(shè)計(jì)空間的概覽，并取得了較好的設(shè)計(jì)目標(biāo)矛盾的妥協(xié)。為了評價(jià)每艘船，在每一船的破艙穩(wěn)性的概率計(jì)算方法都需要大量的評估，這導(dǎo)致了用一個(gè) 2.4 千兆赫的奔騰 4 個(gè)人電腦微處理器計(jì)算時(shí)間約 3.5分鐘。近幾年，這種計(jì)算時(shí)間通過使用更多的在可利用的功效強(qiáng)大的電腦可能被顯著的降低，結(jié)果顯示最初在 2003 年產(chǎn)生的。上述程序擴(kuò)展到其他類型船舶直接的出現(xiàn)，尤其是像貨船這樣布置較少的，因?yàn)樗麄兛梢酝ㄟ^顯著減少分隔設(shè)計(jì)參數(shù)而生成。4. 結(jié)論及未來導(dǎo)向本文提供了一個(gè)簡要介紹了船舶設(shè)計(jì)整體優(yōu)化的方法，定義了通用的船舶設(shè)計(jì)優(yōu)化問題，通過應(yīng)用遺傳算法和發(fā)達(dá)的綜合性船舶設(shè)計(jì)優(yōu)化過程論證了它的解決方案。這適用于兩個(gè)不同的例子，即水動(dòng)力性能的優(yōu)化和高速船舶的環(huán)境影響和滾裝船舶強(qiáng)生存能力和運(yùn)輸效率的優(yōu)化。結(jié)果表明，多目標(biāo)數(shù)學(xué)優(yōu)化方法是非常寶貴的工具，它可大大提高船舶設(shè)計(jì)質(zhì)量，即使是采用傳統(tǒng)方法已經(jīng)優(yōu)化過的船只?？赡馨l(fā)現(xiàn)目前可供參考的進(jìn)26一步應(yīng)用程序更接近其它設(shè)計(jì)問題的解決。據(jù)指出，這份名單是在很大程度上僅限于雅典國立大學(xué)的船舶設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室的引用并且它確實(shí)不全面。一個(gè)未來導(dǎo)向上的最后的評論：雖然通用的解決方案接近整體的船舶設(shè)計(jì)問題似乎很好的確立了。它仍然是研究人員開發(fā)和集成相關(guān)的一長串的應(yīng)用軟件算法，解決了船舶的生命周期設(shè)計(jì)的多樣性。這是幾十年的長期任務(wù)，需要深刻的技能和對物理學(xué)和船舶設(shè)計(jì)的理解，一個(gè)領(lǐng)域需要適當(dāng)?shù)囊雅嘤?xùn)的造船工程師及相關(guān)學(xué)科的科學(xué)家。27致 謝所提出的財(cái)政工作已經(jīng)部分由歐洲聯(lián)盟支持，F(xiàn)P5 和 FP6 ，項(xiàng)目 FLOWMART，ROROPROB 和 SAFEDOR 。歐洲共同體和作者，不得以任何方式負(fù)責(zé)或承擔(dān)任何此類知識(shí)、信息或數(shù)據(jù)，或有關(guān)其后果的責(zé)任。作者想要感謝他的合作助手 G.Zaraphonitis教授、E. Boulougouris 博士、E. Eliopoulou 博士和 D. Mourkoyiannis 碩士，感謝他們對目前的工作所作出的貢獻(xiàn)。最后，筆者想表達(dá)對他的導(dǎo)師 Horst Nowacki 教授的感謝，在他在柏林技術(shù)大學(xué)研究和工作期間，感謝他介紹他進(jìn)入哲學(xué)、船舶設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化實(shí)踐，而在此同時(shí)只有極少數(shù)世界各地的科學(xué)家正在處理這個(gè)在很多方面都非常嚴(yán)格的學(xué)科系統(tǒng)。28附 錄在文件中使用的重要概念·整體論（希臘，這意味著全，總計(jì)）·還原論- 還原：有時(shí)解釋為整體論相反·“ ”一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)可通過減少它的基本部分來解決·為了適當(dāng)?shù)目紤]復(fù)雜系統(tǒng)，整體論和還原論需要被當(dāng)做是對系統(tǒng)分析的補(bǔ)充。·風(fēng)險(xiǎn)（財(cái)務(wù)）：“ 量化損失的可能性和低于預(yù)期的回報(bào)。 ”·風(fēng)險(xiǎn)（一般）：“ 可接受條件下的可量化損失的可能性或比預(yù)期更糟糕的條件” 。·安全：可以被定義為“ 可接受的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài) ”。·耐久性：在工程上，耐久性是一個(gè)系統(tǒng)的、次要系統(tǒng)、設(shè)備、工藝或過程量化能力在自然或人為干擾期間或之后能夠繼續(xù)運(yùn)作。船舶的生存能力可能被定義為船舶能在環(huán)境干擾（例如，航道的影響）或者是它的船體發(fā)生損壞或是由碰撞，擱淺或武器的影響（海軍船舶）造成的設(shè)備損壞下能繼續(xù)運(yùn)作。·優(yōu)化：“一個(gè)系列的許多最好的可行方案進(jìn)行鑒定” 。·船舶設(shè)計(jì)整體優(yōu)化：船舶設(shè)計(jì)的多目標(biāo)優(yōu)化要同時(shí)考慮到所有（全面地）船舶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面和船舶的整個(gè)生命周期。-主要設(shè)計(jì)目標(biāo)：性能、安全風(fēng)險(xiǎn)的生存能力、成本。-主要設(shè)計(jì)約束：安全法規(guī)、市場狀況（需求、供應(yīng)、鋼材、燃料等費(fèi)用） 、其他大部分特殊情況。·優(yōu)化的整體風(fēng)險(xiǎn)：考慮到在新造船的風(fēng)險(xiǎn)投資，在設(shè)計(jì)中應(yīng)以整體上優(yōu)化，我們可以解釋整體船舶設(shè)計(jì)優(yōu)化也作為一種通用的基于風(fēng)險(xiǎn)的船舶設(shè)計(jì)優(yōu)化，一個(gè)具體的盈利預(yù)期投資風(fēng)險(xiǎn)最小化，或?yàn)橐粋€(gè)可接受風(fēng)險(xiǎn)的利益最大化?！か@得的分艙指數(shù) A，是為對一個(gè)在統(tǒng)計(jì)上可能受損的船舶的生存概率的措施。這應(yīng)該比所謂的規(guī)定分艙指數(shù) R 少，這是獲得分艙指數(shù) A 的最小值并代表了船舶在條件下、相當(dāng)大小下和暴露在發(fā)生碰撞危險(xiǎn)的船上人數(shù)普遍的可接受的（施加在條例中）生存水平?！ひ虼耍ㄟ^ A 和 R 船舶直接比較，關(guān)于它的碰撞下的生存能力、相對安全的水平就可被確立了?！??i i i因子 Pi 代表了在考慮中的（i）分艙或艙組已浸水的概率。考慮到艙室（i）的合適的水29·該指數(shù)一般公式 A 是 ，這里的總和必須在所有水密艙或艙組采取。在此，平的分艙（邊界）的可能性，并且 i 代表現(xiàn)有水平邊界的空間不浸水的概率。上述因素都直接依賴于船舶的幾何構(gòu)造，同時(shí)由有系統(tǒng)收集的受損船舶數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析來決定。因子 S 代表的考慮浸水因素后的生存的艙或艙組生存的可能性，同時(shí)也包括水平邊界的可能性。30υ