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基于目标分流方法的船舶概念方案多学科设计优化

王健 谢伟 王涛 刘晓军

王健, 谢伟, 王涛, 刘晓军. 基于目标分流方法的船舶概念方案多学科设计优化[J]. 中国舰船研究, 2017, 12(5): 22-29. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.003
引用本文: 王健, 谢伟, 王涛, 刘晓军. 基于目标分流方法的船舶概念方案多学科设计优化[J]. 中国舰船研究, 2017, 12(5): 22-29. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.003
Jian WANG, Wei XIE, Tao WANG, Xiaojun LIU. Application of analytical target cascading method in multidisciplinary design optimization of ship conceptual design[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2017, 12(5): 22-29. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.003
Citation: Jian WANG, Wei XIE, Tao WANG, Xiaojun LIU. Application of analytical target cascading method in multidisciplinary design optimization of ship conceptual design[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2017, 12(5): 22-29. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.003

基于目标分流方法的船舶概念方案多学科设计优化

doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.003
详细信息
    作者简介:

    谢伟, 男, 1969年生, 博士, 研究员, 博士生导师。研究方向:舰船总体研究与设计

    通讯作者:

    王健(通信作者), 男, 1980年生, 博士生, 工程师。研究方向:舰船总体研究与设计。E-mail:13797049060@139.com

  • 中图分类号: U662.2

Application of analytical target cascading method in multidisciplinary design optimization of ship conceptual design

  • 摘要:   目的  船舶概念设计是通过多个学科分析、协调从而得到综合优化概念方案的过程,也是一项技术难度大、涵盖范围广泛的复杂系统设计问题。同时,与船舶单个子学科技术的迅速发展相比,船舶总体设计优化方法发展相对缓慢。  方法  在阐述船舶分解与协调策略的基础上,采用解析目标分流方法(ATC),以某油船设计为例,建立由浮态与稳性、阻力与推进(快速性)、操纵性、舱容、经济性共5个学科组成的船舶概念设计优化数学模型,探讨船舶概念设计阶段的总体设计优化问题。  结果  数值算例表明,解析目标分流方法可以较好地解决船舶总体设计学科间复杂耦合所带来的计算困难,具有良好的稳定性与收敛性,  结论  可有效支撑船舶的总体设计优化。
  • 图  1  非层次系统

    Figure  1.  Non-hierarchic system

    图  2  层次系统

    Figure  2.  Hierarchic system

    图  3  船舶总体设计分解后的协同框架

    Figure  3.  Coordination framework of overall ship design

    图  4  目标分解与协调

    Figure  4.  Target cascading and coordination

    图  5  基于ATC的产品层次分解结构

    Figure  5.  Allocation structure of ATC hierarchy element

    图  6  单元pij响应协调的参数信息流向示意图

    Figure  6.  Information flow of ATC element pij

    图  7  基于ATC方法的船舶概念设计多学科优化框架

    Figure  7.  The structure of ship conceptual design based on ATC

    图  8  系统层间的一致性误差

    Figure  8.  Plot for convergent error between systems

    图  9  系统层的设计优化目标

    Figure  9.  Plot for objective function

    图  10  水线长LWL优化过程

    Figure  10.  Plot for LWL in pptimization process

    图  11  水线宽BWL的优化过程

    Figure  11.  Plot for BWL in optimization process

    表  1  各学科设计参数与约束

    Table  1.   The design variable and constraint of disciplines

    序号 学科 设计变量 设计约束
    1 浮态与稳性 L, B, T, D, CB, Cm, Cwp L, B, T, D, CB, Ps
    2 舱容 L, B, T, D, CB, Ps VH, VO, VA
    3 操纵性 L, B, T, CB, Cm, Cwp, hR, bR C ′, D
    4 阻力与推进 L, B, T, D, CB, Cm, Cwp, LCB, Vs, $ \frac{{{A_{\rm{E}}}}}{{{A_{\rm{o}}}}} $, Dp, $ \frac{p}{{{D_{\rm{p}}}}} $ Tprop, RT, KT, KQ, Ps, Vs, J
    5 经济性 L, B, T, D, CB, Ps, Wh, Wm, Wo JP
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    表  2  设计变量及目标优化结果

    Table  2.   The optimization results of design variable and objective

    设计变量 取值范围 ATC优化后的结果
    L/m [160.0,180.0] 161.34
    B/m [28.0,32.0] 31.65
    D/m [9.0,12.0] 12.0
    T/m [7.0,10.0] 9.85
    CB [0.65,0.80] 0.799
    Cwp [0.75,0.85] 0.756
    Cm [0.90,0.98] 0.97
    LCB/% [-2.0,2.0] 0.48
    Vs/kn [14.0,18.0] 14.54
    Dp/m [3.0,8.0] 4.247
    p/Dp [0.5,1.4] 0.78
    AE/Ao [0.3,1.2] 1.056
    hR/m [5.5,7.0] 6.44
    bR/m [4.0,6.0] 4.03
    JP 5 420
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-03-15
  • 网络出版日期:  2017-09-26
  • 刊出日期:  2017-10-13

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