基于自适应加权的船舶操纵性能多目标优化

针对多目标优化问题中固定加权和法存在的缺陷,提出以设计者期望目标值为约束的自适应加权和法.以水面船舶为研究对象,建立操纵性能多目标优化数学模型.35000吨级原油船算例表明基于自适应加权法求解操纵性优化模型能获得较为理想的Pareto最优前沿.最后,采用信息熵权TOPSIS法对Pareto方案排序供决策者选择.     

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(NSGA Ⅱ)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35 000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.     

改进的多目标优化算法及其在船舶设计中的应用

对多目标优化问题的固定加权和方法加以改进,采用随机权系数方法将多目标优化问题转换成为单目标优化问题,利用序列二次规划方法获得问题的最优解。由于权系数的随机性,多次运行能够得到多目标优化问题的Pareto优化解和Pareto前沿。和固定权系数相比,这种方法能够找到非凸均衡面上所有的Pareto最优解。采用TOPSIS法进行多属性决策(MADM)研究,对Pareto最优解给出排序。针对船舶概念设计阶段主尺度确定过程的多目标优化问题,给出了一艘散装货船两个优化目标的数值算例。计算结果表明,随机加权和方法可以求出多目标Pareto最优解集,和先验加权方法相比,随机加权方法能为设计者提供更多的选择;和遗传算法相比,现在的方法简便且精度良好。     

一种新的多学科协同优化方法及其工程应用

本文提出了一种新的多学科设计协同优化方法,并将其应用于潜艇分舱设计中.该方法在系统级通过学科级耦合变量的折中来得到系统级耦合变量,采用各学科级目标函数加权和来综合评价设计的优劣,避免了系统级优化过程,解决了标准协同优化算法系统级优化前期不收敛的不足,从而改善了数值稳定性,同时减少了总的计算迭代次数;在学科级目标函数中构建一致性惩罚函数,最终实现耦合变量之间的协调;在约束条件中实施变精度控制,逐步达到预期的精度要求,从而提高收敛性,并减少计算量.本文给出了新算法所得全局最优点即为所求原问题全局最优点的理论证明,并针对典型减速齿轮箱多学科设计优化问题,通过与标准协同优化算法在数值实验中的对比分析,验证了本方法在计算结果的收敛性、数值稳定性及可靠性等方面有优越性,最后通过在潜艇分舱设计中的应用体现了其工程实用价值.     

多学科设计优化在桁架式Spar平台概念设计中的应用(英文)

在传统的桁架式Spar设计过程中,设计人员通常只选择一个或两个学科作为某个阶段的设计目标,而没有把设计过程作为一个整体进行研究.同时,传统的设计方法没有充分考虑决定Spar性能的多个学科之间的相互影响和耦合作用.因而,传统的设计方法很难获得最优的设计方案.为解决这一问题,该文将多学科设计优化方法引入桁架式Spar的概念设计,以实现真正的设计优化.文中首先介绍了桁架式Spar的传统设计方法以及多学科设计优化的基本理论,讨论了如何将多学科优化技术应用于Spar平台的概念设计.进而提出了一种适用于Spar设计的多学科设计优化方法-基于响应面的协同优化方法,并基于该方法,建立了桁架式Spar的设计优化框架.最后,对今后的研究方向提出了几点建议.     

BLISCO方法在载人潜水器设计中的应用

结合两级集成系统综合方法(Bi-Level Integrated System Synthesis)和协同优化(Collaborative Optimization)方法的主要特点,提出了一种新的多学科设计优化方法一两级集成系统协同优化方法(Bi-Level Integrated Systern Collaborative Optimization,BLISCO).它的关键思想是将设计变量分为系统级设计变量和子系统设计变量,并在保留协同优化方法协同机制的同时,用子系统耦合输出响应的加权和代替一致性约束作为子系统优化的目标函数.通过电子封装优化设计问题验证了BLISCO的收敛性、准确性以及鲁棒性.最后,文中将BLISCO方法应用于载人潜水器的多学科设计优化,大大提升了载人潜水器的总体综合性能.     

船艉结构静动态多目标优化设计

建立用于船体结构静动力学性能一体化设计优化的2种多目标优化模型:基于多目标遗传算法的多目标优化模型和基于多学科优化技术的多目标协同优化模型。模型均使用矩阵描述由板材厚度和骨材型号构成的离散设计变量集,以结构质量最小化和最大加速度最小化组成多目标函数。以某集装箱船艉部结构为例,对其进行了结构静力学、动力特性和动力响应的计算分析与优化设计。优化后的结构不仅具有更轻的质量、更低的振动水平,而且具有更高的固有频率储备,同时仍满足强度和刚度要求。     

海洋平台支援船的多学科协同优化设计

引入多学科设计优化理论解决海洋平台支援船的优化设计问题。针对海洋平台支援船优化设计存在的多目标、多约束特点,建立了海洋平台支援船的多学科优化设计模型,并采用协同优化算法,完成了优化模型的求解。优化结果证明了协同优化算法解决海洋平台支援船的优化设计优化问题的有效性,为解决更为复杂工程系统的设计优化问题奠定了基础。     

基于多学科设计优化的UUV总体组合优化方法

无人水下航行器(UUV)是多学科交叉的复杂耦合系统,采用多学科设计优化(MDO)可以大大缩短UUV研发周期,提升UUV总体性能。针对UUV的总体设计,开展模块化学科划分,建立各学科分析模型。由于UUV总体系统属于多变量高维空间,单一的优化方法并不能得到全局范围的最优解,采用序列二次规划法结合自适应模拟退火法以及序列二次规划法结合多岛遗传算法的组合优化设计方法,基于协同优化策略,开展以UUV总重量为主优化目标的多学科设计优化,并利用仿真分析对优化后的UUV结构强度与稳定性进行校验。由优化设计的结果可以看出,UUV满足各个子系统约束的前提下,有效地减小了UUV总重量。     

基于BLH框架的大深度载人潜水器总体性能的多学科设计优化

建立了一个大深度载人潜水器总体性能多学科设计优化的数学模型,并提出了BLH多学科设计优化框架来对大深度载人潜水器多学科设计优化数学模型进行构建.通过拉丁方试验设计方法对设计变量与多学科优化目标的相关性进行分析,最终得到满足性能指标要求的大深度载人潜水器总体设计优化结果.     

舰船总体设计中的多学科优化技术

MDO（多学科优化设计）技术适用于解决复杂工程系统和子系统的设计优化。为推广多学科优化设计技术在舰船总体设计中的应用,阐述了多学科优化技术的基本理论、研究和发展应用情况,系统介绍了协同优化算法的应用环境、特征和基本原理,将舰船总体设计根据MDO的要求分解为浮态与稳性、水动力性能、造价等5个子学科并进行了学科分析,基于多目标协同优化算法建立了舰船总体优化的数学模型及优化框架。     

两层分级多学科设计框架在AUV的总体设计中的应用

将多学科优化方法作为一种新的设计方法应用于AUV的总体性能优化设计中.文中构建顶层控制系统层和并行独立子系统底层的两层分级的多学科优化设计框架,来实现AUV总体设计的有效载荷部分长度和推进力最大化和总重量最小化等的多个设计目标.使用的设计工具为商业软件iSIGHT和Fortran.     

云环境中的船舶多目标任务自适应管理技术研究

首先设计云环境中的虚拟机放置自适应管理框架,并对框架中4个模型如何实现自适应管理进行描述。根据云环境特点,将船舶多目标任务自适应管理问题转换成云计算中虚拟机放置优化问题,利用多目标蚁群优化实现物理机资源浪费和流量消耗最少的优化问题。     

水面舰船多学科设计优化(英文)

多学科设计优化(MDO)被认为是目前处理海洋结构物设计的有效方法.中国船舶科学研究中心也开展了将多学科设计优化应用于船舶设计的研究.上一篇文章从船舶设计研究人员的角度出发对多学科设计优化的理论进行了介绍并且对一条发表了的国外舰船的模型进行了优化.在本文中,作者对国内的一艘实船的概念设计建立了多学科设计优化模型,该模型包括快速性、操纵性和船中剖面的总纵强度分析,它有37个设计变量,9个约束和两个目标.iSIGHT9.O被用来集成这些模块并执行优化,最终找到的优化设计不仅提高了该船的快速性,同时减小了船中剖面的截面积.     

舰船船型航行性能的多学科设计优化应用研究北大核心CSCD

舰船船型航行性能设计及优化是舰船总体设计的重要部分。针对以往迭代式的多方案船型设计及优选效率较低、难以获得全局最优解等不足,引入多学科设计优化方法,开展船型航行性能优化。以DTMB 5415标模船型阻力、耐波性和操纵性等综合优化为例,介绍船型多学科协同设计优化的一般过程,建立以典型性能指标为优化目标的数学模型,获得了综合航行性能明显改善的船型方案,验证了多学科设计优化在船型设计中的应用潜力。研究成果可为工程船型设计提供有益参考。     

多学科设计优化在舰船设计中的应用

多学科设计优化是一种通过充分探索和利用系统中的相互作用的协同机制来设计复杂系统工程和子系统的方法论,该法已广泛应用于现代工程设计。舰船设计是一个涉及到多个学科的工程问题,传统设计采用螺旋设计法,割裂了学科之间的相互影响,其设计结果的好坏往往决定于总设计师的经验。本文通过采用多学科设计优化方法,对美国弗吉尼亚理工大学公布的导弹驱逐舰DDG设计模块进行优化设计,对多级多学科设计优化方法在舰船设计方面的应用展开探索。     

两层分级多学科设计优化在AUV概念设计中的应用

建立了自治水下潜水器总体概念设计的两层分级多学科设计优化框架的数学模型,借助试验设计方法进行设计变量与目标函数的相关性分析,选取对AUV总体概念设计结果最有影响的设计变量,进行多种优化搜索策略和多组不同初始设计值的多学科设计优化,最后得到自治水下潜水器概念设计的优化结果。     

知识工程在船舶结构优化设计中的应用

针对船舶结构设计变量是涉及多种设计和约束条件的离散变量,造成结构优化的高度非线性、多峰性等问题,而且设计过程中需要设计规范和专家经验等知识支持,结合其具有很强的综合性、模糊性等特点,提出了基于知识工程的船舶结构优化设计方法。该方法利用知识工程与结构优化相结合,将获取的设计知识构建知识库应用于船舶结构优化设计,并通过知识工程技术实现参数化结构模型与优化数学模型的相互转化,降低结构优化设计对用户知识水平的要求。水密横舱壁结构的优化设计算例表明,满足约束要求的情况下,其结构重量在优化后比优化前降低了,保证了结构性能合理的同时实现重量最轻的目标;将结构参数化模型和数学优化模型结合在一起,为设计经验少的设计者提供了一种结构设计的捷径;实现了从不同资源中获取知识并应用于优化设计过程,促进设计能力的提高,降低优化设计过程对知识和经验的依赖。     

舰船多学科协同设计优化软件系统设计

针对舰船结构设计特点,设计出应用于舰船设计的分布式多学科协同优化软件系统。介绍软件的设计原则、设计要求、网络结构、数据共享、系统架构及其模块功能、工作机制、优化算法和流程。系统以多目标协同优化算法为核心,采用主从型任务管理模式,各学科并行计算分析,相互协同,共同完成设计任务。     

多学科设计优化研究应用现状综述

多学科设计优化是一种通过充分探索和利用系统中的相互作用的协同机制来设计复杂系统工程和子系统的方法论。综述了多学科设计优化研究和应用领域的当前进展,并针对多学科设计优化发展的两大难题——计算代价和组织复杂性,介绍了多学科设计优化的主要内容。然后分别介绍了当前处理多学科设计优化的两种方法——试验设计和多学科优化算法。船舶和海洋工程结构物设计也是一个涉及到多个学科的系统工程,然而多学科设计优化的应用却很少,因此实现船舶与海洋工程结构设计的多学科设计优化也必将具有十分广阔的前景。