基于区间分析方法的船舶不确定稳健设计优化

实际船舶优化设计中,大量不确定因素的存在可能会导致船舶性能达不到预定的设计目标。因此为了保证船型方案的可行性,本文将区间分析方法应用到不确定稳健设计优化中,以一条散货船的概念设计为例,针对单个不确定变量存在和多个不确定变量共同存在的情况,分别进行研究,以单位运输成本的中值和半径最小为目标,采用双层嵌套优化体系,内层采用多岛遗传算法求解目标函数的区间,外层采用NSGA-II算法来优化目标函数,从而保证船舶的稳健性。     

船型方案优化设计的应用探讨

根据设计船舶的具体要求确定设计变量、目标函数及约束条件，构造描述船舶优化设计的数学模型。运用有约束条件非线性规划问题的罚函数算法、多目标决策问题的分层序列算法，结合MATLAB“Optimization Toolbox”进行优化计算。计算结果和实际营运效果表明，优化船型船舶与本航区同类非优化船型船舶相比，营运性能有显著提高。     

基于最优Pareto集的船舶出坞拖轮配置优化

本文采用多目标遗传算法求解船舶出坞拖轮配置优化模型的近似Pareto最优解集.针对遗传算法只能优化单目标、无约束问题,作者通过引入罚函数除去了船舶出坞中多变量非线性有约束问题的约束限制.文中利用加权和方法处理船舶出坞拖轮配置多目标优化问题,并按专家决策方法确定各目标函数的权系数.拖轮配置优化结果表明了多目标遗传算法的有效性,并为船坞主管进行船舶出坞拖轮配置决策提供了充分的依据.     

基于最优Pareto集的船舶出坞拖轮配置优化

本文采用多目标遗传算法求解船舶出坞拖轮配置优化模型的近似Pareto最优解集，针对遗传算法只能优化单目标、无约束问题，通过引入罚函数除去了船舶出坞中多变量非线性有约束问题的约束限制。本文利用加权和方法处理船舶出坞拖轮装置多目标优化问题，并按专家决策方法确定各目标函数的权系数。拖轮配置优化结果表明了多目标遗传算法的有效性，并为船坞主管进行船舶出坞拖轮配置决策提供了充分的依据。     

非线性规划在船型方案设计中的应用

根据设计船舶的具体要求确定设计变量、目标函数及约束条件，构造出描述船舶优化设计的数学模型。运用有约束条件的非线性规划问题的罚函数算法、多目标决策问题的分层序列算法，结合MATLAB Optimization Toolbox进行优化计算。计算结果表明，优化船型与非优化船型相比，营运性能将有所提高。     

基于PSO-BP神经网络的油船中部结构优化

以舱段质量为目标函数,以相关规范要求的板厚及应力为约束条件,通过灵敏度分析确定设计变量,对油船中部结构优化。构建基于粒子群优化的BP神经网络模型,并代替有限元分析确定应力与设计变量之间关系,从而对舱段进行结构优化。优化后舱段质量降低了4.2%,优化后的有限元分析结果表明满足规范要求,PSOBP神经网络模型在船舶结构优化设计中具有可行性。     

基于遗传算法的船舶螺旋桨优化设计

船舶螺旋桨的设计主要分为理论法与图谱法,目前,图谱法设计已有成熟的计算程序与之匹配,采用遗传算法搜索进行船舶螺旋桨优化设计是一条新的思路。采用Wageningen B图谱的回归多项式,利用遗传算法的高效、并行、基于适应度函数的搜索法,进行螺旋桨优化设计,将螺旋桨直径、螺距比和盘面比作为设计变量,空泡性能作为约束条件,在保证目标转速的前提下优化船舶航速。经优化设计实例计算表明,遗传算法适用于船舶螺旋桨的优化设计。     

多目标模糊优化在船舶结构设计中的应用

船舶的结构设计过程需要分析和处理大量的不确定性因素,比如结构尺寸、载荷、强度和配合公差等参数,是一个典型的多目标优化过程。为了提高船舶结构的质量,对大量不确定性因素进行优化求解具有重要的意义。本文根据船舶结构设计过程的不确定因素,建立多目标模糊优化函数模型,并采用多目标分层序列法和权重分配法对具有重要性差异层次的目标函数进行判定,找到船舶结构设计参数的最优解。     

基于NSGA-Ⅱ的燃气轮机排气引射装置多目标优化设计

[目的]排气引射装置是舰船燃气轮机进排气系统的重要组成部分,保证排气引射装置的排气与引射性能对船舶的正常运行至关重要。[方法]针对某型燃气轮机排气引射装置的结构特点,选取8个关键的设计参数作为优化变量,2个关键性能指标作为目标函数,通过单因素影响分析,获得目标函数与各设计变量之间的变化规律,确定与目标函数相关性较大的2个设计变量。然后在此基础上,基于多目标优化遗传算法NSGA-Ⅱ对设计参数进行优化,并将选定的优化方案放入燃气轮机进排气系统一体化模型中进行验证。[结果]结果显示,相比原方案,优化后的排气引射装置能显著提升燃气轮机箱装体的引射率,满足排气引射量的设计要求,但同时也会导致排气蜗壳出口总压增加。[结论]所做研究对燃气轮机排气引射装置的设计与优化具有一定的参考价值。     

基于规范计算的油船中剖面优化设计

为降低船舶造价,最大限度地实现船舶的轻量化设计,基于船体尺寸优化的思想,以油船中剖面结构为研究对象,采用法国船级社规范计算工具Mars2000对油船中剖面进行结构定义和载荷计算,通过优化分析软件ISIGHT集成设计变量、约束条件、目标函数,建立参数数据流;开发基于协调共同结构规范（Harmonized Common Structure Rules, HCSR)计算的船舶尺寸优化系统,获得油船中剖面结构设计方案。优化后中剖面面积比原始设计减少6.4%,实现油船的轻量化设计。     

基于提高舰船不沉性的分舱优化

从舰船的水密分舱(主船体分舱)方面考虑来提高舰船的不沉性。提出了"平均初稳性高"和"平均最小干舷"的概念,并建立其数学模型。然后以两者为目标函数,以设置的水密舱壁位置为设计变量进行遗传算法优化。优化过程中,利用线性加权和法将多目标问题转化为单目标问题,并结合与舰船不沉性相关的实际问题对遗传算法进行改进。最后,以某一舰船为例进行优化试验,计算结果表明,文中方法是可行的、有效的,可应用于主船体分舱等船舶工程领域。     

基于粒子群算法的无源滤波器多目标优化设计

为解决电力推进船舶谐波污染等问题,以电力推进船舶电能质量为研究对象,使用粒子群算法,以无源滤波器的投资成本、滤波效果和无功功率补偿能力作为优化对象进行多目标优化,并在此基础上采用离差排序法确定各目标函数权重,进行多目标优化设计无源滤波器;以"丰隆01"号自升、自航石油工程船电网参数为例进行计算,得到滤波器多目标优化结果;为进一步验证优化结果的正确性,按照船舶电网参数在MATLAB/SIMULINK中构建仿真模型,验证该方法的可行性和优越性。结果表明:该方法具有可行性与实用性,且可实现更灵活的谐波抑制。     

Nash均衡模型的船舶主尺度多目标优选

提出以船舶运输成本和年运货量为目标函数,建立主尺度的多目标优化模型,将设计变量集合分解为各博弈方的策略集。采用非合作Nash均衡模型,求解博弈方相对其他博弈方的最佳对策,最终获得Nash均衡模型的博弈均衡解。实例分析表明,Nash均衡优选法能快速、合理地选择船舶主尺度,并通过该算例证明该方法的有效性与可行性,拓展了船型优选的设计方案。     

多目标进化算法在船舶设计中的应用

针对船舶概念设计阶段船型参数优化问题,根据快速性、操纵性、舱容衡准及基于经验公式建立船舶优化数学模型,采用改进的非支配解排序的多目标进化算法（NSGA-Ⅱ）,以推进系统总效率、舰船经验系数、相对回转直径及船舶造价4个参数为优化目标,选取若干设计变量,对50 000 DWT油船进行多目标优化.数值算例表明,改进的非支配解排序的多目标进化算法能够有效、客观地选择合理的船舶主尺度参数.     

多目标遗传算法在水面船舶快速性优化设计中的应用

在船舶设计中,船、机、桨的匹配问题一直是设计人员最关注的问题之一.快速性良好的船舶应使得船、主机和螺旋桨之间的性能综合匹配.通过采用改进的非支配解排序的多目标遗传算法,讨论了船舶概念设计阶段快速性优化问题.以推进系统综合效率和排水量为优化目标,考虑了混合变量的多目标优化问题.文中给出了载重量为35000t油船的快速性优化设计例子.结果表明,多目标遗传算法能够快捷搜索到全局最优解.     

非线性规划在船型方案设计中的应用

随着船舶工业的飞速发展 ,船舶的优化的设计工作已由计算机辅助设计系统完成。通过对广西贵港航区“6 0t× 5 5kW”客货船总体设计中尺度方案最优化的论证 ,具体讨论非线性规划在船型方案设计中的应用。首先根据设计船舶的具体要求确定设计变量、目标函数及约束条件 ,构造出描述有关技术及经济性能的数学模型 ,其次运用“运筹学”中有约束条件的非线性规划问题的罚函数算法、多目标决策问题的分层序列算法 ,结合MATLAB强大的“OptimizationToolbox”进行优化计算 ,最后通过航区内 3种型船的实际营运效果的对比得出船型方案优劣结果     

基于人机交互-蚁群算法的船舶交通多航道调度优化

传统基于纯蚁群算法的船舶交通多航道调度优化无法根据实际情况调整船舶优先级,船舶占港时间较长,经济效益差,因此设计一种基于人机交互-蚁群算法的船舶交通多航道调度优化方法。建立多航道调度优化模型,明确各船舶调度策略,确定调度时间、等待时间最小的目标函数,建立避免调度过程中产生混乱和协调船舶交叉的约束条件;在调度优化中引入人机交互-蚁群算法,采用人工设置临时改变船舶工作的优先级,以此来提高港口工作效率,并设置算法的搜索顺序,完成船舶交通多航道调度优化的研究。在算例仿真中,为验证传统方法与设计方法的调度结果,设置港口参数并分析两方法的调度方案,结果表明设计的方法得到的方案能有效缩短船舶平均在港口的停留时间和恢复正常生产所需要的时间。     

船舶最小回转半径

本文确定了动稳定船舶的最小定常回转半径,进而就可把最优化方法应用于船舶操纵性设计中去。 基于线性化操纵运动方程,在优化过程中,把船体诸形状参数和舵面积作为设计变量,把回转性指数的倒数作为目标函数,把动稳定准则c′作为优化的约束条件。 根据计算结果,本文清晰地阐明了船体某些形状参数及舵面积的变化对最小回转半径的影响。     

基于熵值法的船舶涂装工艺多目标评价模型

为提升船舶涂装工艺管理水平,解决传统涂装工艺评价对人工经验依赖性强的问题,基于多目标理论构建多目标评价模型,综合考虑干膜厚度、经济成本及涂装效率,以涂层质量、涂料用量和涂装工时为评价标准建立目标函数。采用熵值法确定各目标函数权重系数,可以更客观地反应各目标函数对评价结果的影响。结果表明,该方法对涂层质量的评价与人工检验结果一致,此外,该多目标函数综合考虑船舶涂装经济性与时效性,评价结果更加科学合理,该研究成果可为船舶涂装工艺的预制定与涂装工艺参数的优化提供参照。     

基于字典排序方法的螺旋桨优化设计

为实现螺旋桨效率在一定的设计进速系数范围内的最佳化,本文以母型桨设计进速周围多个进速点对应的敞水效率为目标函数,以螺距比的径向分布为优化变量,以推力和空泡性能为约束条件建立优化数学模型,基于字典排序方法对优化模型进行求解。得到了优化后的螺旋桨螺距比径向分布,并将优化结果与以设计航速点的螺旋桨效率为目标进行优化后的结果进行对比。结果表明,由于船舶航行时航速的变化,以设计航速点的效率为目标进行螺旋桨优化往往达不到预期的节能效果,需要综合考虑设计航速周围内多个工况点对应的效率。