海上运输新发展及新一代概念船舶

随着世界经济贸易的发展和现代科学技术在海上运输的应用,海上运输随之发生了巨大的变革。尤其近年来随着世界货流结构的变化,运输船舶趋于大型化,以充分发挥其规模经济的优势,现已设计了多种新的概念船舶。文中主要介绍了两种最具有代表性的概念船舶。

船舶概念设计阶段多学科和多目标优化研究

船型设计之初，设计者往往会通过船舶多个学科的分析，并从很多船型方案中进行选择比较。该文基于多学科设计优化（MDO）的框架，采用多目标进化算法和决策技术的运用，讨论了船舶概念设计阶段的综合性能优化问题。将船舶总体概念设计按MDO的要求分解为系统控制层和5个子系统，考虑了排水量、综合效率、相对回转直径和造价等多目标函数，采用改进的非支配解排序的多目标进化优化算法（NSGAⅡ）和多学科可行解方法（MDF）求出Pareto最优解。然后用逼近理想解的排序方法（TOPSIS）对这些Pareto解进行选优。应用文中的方法，对35000吨载重量的油船进行了概念设计分析。数值算例表明，综合多学科设计和多目标优化以及决策，能够有效、客观选择合理的船型和主尺度参数。

基于目标分流方法的船舶概念方案多学科设计优化

[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。

船舶概念设计中的优化方法（一）

本文全面地叙述了船舶概念设计中使用优化技术的综合计算方法。尽管通常繁重的互作都已自动化处理，但是本文的方法还是允许设计人员运用其船舶建造知识及创造性指导设计互作。本文所叙述的方法需要有一些可接受的海船设计手段配合：一台高级完善的数据库装置以及一些优化处理程序。该方法采用模块化结构，它便于设计人员修改和容纳各种 各样的分析方法和数据资料，使之适合于手中要解决的问题。同时也允许设计人员恰当地选择优化目标和规定约束条件。利用这种系统的时候，要求设计过程必须按照正常程序，即从一组关键参数开始一直进行到一个完整的船形的确定（指用重量、空间尺寸型数值数据等表示船形）。对设计过程中所利用的各种优化设计的好处了作了讨论，并与传统的计算机辅助设计方法作了比较（旧方法中所有的设计决定由用户来掌握）。利用专家系统的可能性也简要地作了介绍。本文以一艘护卫舰的船形初步设计的应用为例对推荐方法的原理和结构作了说明，在这个实例中研究了两种优化方法，第一种是由两个参数的优化，即依赖于长度和排水量之比m的宽度和吃水深度之比，第二种是多参数的优化，即宽度与吃水之比、长度和排水量之比m、外飘菱形系数等。此外，还对若干个不同的优化过程作了简要介绍，并对它们的优缺点和适用性等问题在船舶概念设计范围内作了介绍。

基于动态罚因子的多学科协同优化算法及其在船舶设计中的应用

针对标准协同优化算法求解复杂系统工程问题的缺陷,提出了一种改进的协同优化算法,并将其应用于油船总体概念设计阶段。改进协同优化算法将系统级一致性约束最优化问题通过罚函数方法转化为一个无约束优化问题。同时,给出了两种不同的基于差异信息的动态可调罚系数,以保证在优化初期,系统级设计变量与学科级共享变量相差较大时,惩罚力度也大,促使一致性差异在总目标函数中占主导地位,则一致性差异将迅速下降。随着优化的进行,罚系数变小,惩罚力度减轻,目标函数的收敛加快。通过对MDO测试函数算例与标准协同优化和其他典型的改进协同算法的比较,验证了该方法在优化结果的可靠性和稳定性等方面有优势。最后,应用改进的协同优化算法求解以油船造价为系统级目标协同浮性与稳性、快速性等4个子学科的多学科优化问题以体现其工程实用性。

基于PMA的船舶多学科协同可靠性分析

针对现有的多学科可靠性分析方法只进行系统级优化,使系统级优化器的工作负担过重、求解效率低下的问题,提出一种基于性能策略法(Performance Measure Approach,PMA)的多学科遗传协同(Collaborative Optimization Based On Genetic Algorithm,GA-CO)可靠性分析方法(PMA-GA-CO)。该方法将PMA方法与多学科协同优化算法结合进行复杂系统工程可靠性分析。同时,采用遗传算法求解系统级可靠性优化问题,克服多学科协同优化算法中拉格朗日乘子不存在的缺陷。在PMA-GA-CO方法中所有的学科能够独立的进行优化,这样不仅解除了所有学科之间的耦合,提高了搜索最大可能点(Most Probable Point,MPP)的效率,而且学科级能进行优化,系统级优化器的负担可显著地降低。通过散货船概念设计多学科可靠性分析的工程例子证明了文中提出方法的效率和精度,这个优点在大规模的复杂工程系统的设计中能够更好地体现出来。

国际上运输船舶新发展

随着国际经济贸易的发展和现代科学技术的应用，国际海上运输发生了巨大的变革，尤其近年来随着国际货流结构的变化，国际运输船舶通过大型化和高速化，充分发挥其规模经济的优势。