船舶主船體高效率布置設(shè)計方法研究.pdf

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

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

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

4、后續(xù)設(shè)計對船體線型的逆向反饋設(shè)計過程。根據(jù)船體線型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，分別從整體和局部對船體線型進(jìn)行變換和修改，從而驗證船體線型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在船體線型設(shè)計中的指導(dǎo)作用。
　　基于屬性化的船體線型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，分析不同類型船舶主船體貨艙內(nèi)殼的結(jié)構(gòu)形式，提出了貨艙內(nèi)殼結(jié)構(gòu)的參數(shù)化表達(dá)方法。研究主船體內(nèi)殼結(jié)構(gòu)的形狀和構(gòu)成，通過參數(shù)化設(shè)計方法定義內(nèi)殼各組成部分的位置和尺寸。提出了改進(jìn)的粒子群算法，在滿足法規(guī)和規(guī)范要求的基礎(chǔ)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(biāo)，對貨艙內(nèi)殼結(jié)構(gòu)的各形狀參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。對50000 DWT成品油船和174000 DWT散貨船的主船體貨艙內(nèi)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，驗證改進(jìn)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(jìn)性。
　　基于參數(shù)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(shù)學(xué)模型。提出了改進(jìn)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(jié)合，依據(jù)船舶管路的布置方法制定相應(yīng)的計算策略等

6、方式，提高改進(jìn)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(guān)系的協(xié)同進(jìn)化算法優(yōu)化船舶多管路布置問題，該算法以改進(jìn)的蟻群遺傳算法作為各種群進(jìn)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(shù)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(jìn)性。
　　基于船舶機(jī)艙布置的基本流程和基本準(zhǔn)則，分析船舶機(jī)艙內(nèi)設(shè)備布置和管路布局之間的設(shè)計關(guān)系，建立船舶機(jī)艙優(yōu)化布置的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)船舶機(jī)艙中設(shè)

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(guān)系的協(xié)同進(jìn)化算法優(yōu)化船舶機(jī)艙布置問題，該算法分別采用粒子群算法和改進(jìn)的蟻群遺傳算法對代表設(shè)備和管路的種群執(zhí)行進(jìn)化過程，獲得使設(shè)備位置和管路路徑都能夠達(dá)到最優(yōu)布置效果的船舶機(jī)艙布置方案。并將該算法分別應(yīng)用于數(shù)值模擬實驗和實際工程算例驗證，驗證該協(xié)同進(jìn)化算法在求解船舶機(jī)艙優(yōu)化布置問題中的可行性和先進(jìn)性。
　　針對船舶設(shè)計過程中各設(shè)計節(jié)點(diǎn)間缺乏聯(lián)系降低設(shè)計質(zhì)量和效率的問題，