船舶主船體高效率布置設計方法研究.pdf

1、船舶設計是一項涉及多個學科領域的系統(tǒng)工程。在船舶總體設計的過程中，設計者在滿足法規(guī)規(guī)范和設計任務的基礎上，根據船舶設計螺旋理論，逐步完成各項設計任務，最終獲得滿足要求的船舶設計方案。由于受到傳統(tǒng)船舶設計方法的限制，即使應用現有最先進的設計平臺，船舶設計過程也只能沿設計螺旋單向進行。這種單向進行的設計過程沒有充分反應出船舶各設計節(jié)點之間的聯系，前面節(jié)點的設計結果只能作為后續(xù)節(jié)點的固定設計背景，不能有效地對各設計方案進行即時的反饋和修改，局

2、部的修改將會導致關聯設計任務的全部重新設計，降低了船舶總體設計的設計效率。因此，本論文在傳統(tǒng)船舶設計螺旋的基礎上，提出了一種使螺旋雙向可逆的船舶設計方法和理念。在船舶各項任務的設計過程中預制關聯設計任務所需的設計參考和設計約束，使船舶各設計過程的特征和屬性相互關聯起來。在各設計任務之間實現局部范圍的螺旋設計過程，從而提高船舶總體設計的效率。分別針對船體線型設計、船舶分艙布置和船舶機艙規(guī)劃等幾個重要的船舶設計節(jié)點的雙向可逆設計理念的具體應

3、用展開一系列研究工作，具體研究內容包括以下幾點:
　　基于傳統(tǒng)線型圖和型值表的船體線型表達方法，分析船體線型各設計元素之間的層次結構和邏輯關系，提出了船體線型的基于特征屬性關聯的數據結構。研究船舶各節(jié)點的設計過程所需的形狀參考和位置參考，通過參數化設計方法將參考信息歸納到船體線型設計過程中，建立船體線型與其它設計任務之間的聯系。提出了船體線型數據結構的信息化的表達方法和參數化的三維建模方法，支持船體線型的快速設計和修改過程，并實現

4、后續(xù)設計對船體線型的逆向反饋設計過程。根據船體線型的數據結構，分別從整體和局部對船體線型進行變換和修改，從而驗證船體線型數據結構在船體線型設計中的指導作用。
　　基于屬性化的船體線型數據結構，分析不同類型船舶主船體貨艙內殼的結構形式，提出了貨艙內殼結構的參數化表達方法。研究主船體內殼結構的形狀和構成，通過參數化設計方法定義內殼各組成部分的位置和尺寸。提出了改進的粒子群算法，在滿足法規(guī)和規(guī)范要求的基礎上，以最大化貨艙容積和最小化壓載

5、艙容積為優(yōu)化目標，對貨艙內殼結構的各形狀參數進行優(yōu)化。對50000 DWT成品油船和174000 DWT散貨船的主船體貨艙內殼結構進行優(yōu)化，驗證改進粒子群算法在船舶分艙優(yōu)化布置問題中的有效性和先進性。
　　基于參數化的船舶分艙布置方案，分析船舶管路布置的基本特性和約束條件，建立船舶管路優(yōu)化布置的數學模型。提出了改進的蟻群遺傳算法優(yōu)化船舶單管路布置問題，該算法通過將蟻群算法和遺傳算法相結合，依據船舶管路的布置方法制定相應的計算策略等

6、方式，提高改進的蟻群遺傳算法的計算性能。還提出了相同種群且種群間為互利共生關系的協同進化算法優(yōu)化船舶多管路布置問題，該算法以改進的蟻群遺傳算法作為各種群進化方法，獲得各管路路徑相互配合的最優(yōu)布置方案。分別通過數值模擬實驗和實際工程算例，驗證了兩種算法求解船舶管路優(yōu)化布置問題中的可行性和先進性。
　　基于船舶機艙布置的基本流程和基本準則，分析船舶機艙內設備布置和管路布局之間的設計關系，建立船舶機艙優(yōu)化布置的數學模型。根據船舶機艙中設

7、備位置和管路路徑之間的位置約束，提出不同種群且種群間為互利共生關系的協同進化算法優(yōu)化船舶機艙布置問題，該算法分別采用粒子群算法和改進的蟻群遺傳算法對代表設備和管路的種群執(zhí)行進化過程，獲得使設備位置和管路路徑都能夠達到最優(yōu)布置效果的船舶機艙布置方案。并將該算法分別應用于數值模擬實驗和實際工程算例驗證，驗證該協同進化算法在求解船舶機艙優(yōu)化布置問題中的可行性和先進性。
　　針對船舶設計過程中各設計節(jié)點間缺乏聯系降低設計質量和效率的問題，