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。     

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.     

多维随机不确定性下的船舶多学科稳健设计优化研究

通常船舶多学科设计优化仅考虑确定性的影响,忽视设计中不确定性因素的存在,显然优化结果无法真正保障船型方案的可行性和航行性能的优良性。目前,不确定性船舶多学科设计优化主要集中在一维不确定性分析。为了得到船舶设计优化的最优方案,以多维不确定性下的多学科稳健设计优化问题为例,通过分析考虑随机不确定性因素的均匀分布和正态分布并存分布状况,提出了一种新的以Legendre polynomials和Hermite polynomials多项式为基础的多维多项式混沌方法,并以海洋平台支持船为对象构建多维不确定性量化模型。通过对多维随机不确定性因素对船舶优化方案的影响分析完成了船舶多学科稳健设计优化研究,有效地减少和避免船舶设计优化方案失效的可能性。     

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。     

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.     

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。     

船舶结构多学科设计优化近似方法的比较

随着船舶结构设计日益复杂,使用统计学方法为复杂的计算机分析建立近似模型已经逐渐成为一种趋势.文章简要地介绍了三种多学科设计优化中常用的建立近似模型的方法;响应面、Kriging和径向基神经网络,并通过两个算例对其性能进行了比较.建立近似模型所需的样本点由一系列随机正交表提供,三种近似方法的性能则通过误差分析来进行比较.除了常用的二阶响应面模型,文中也构造了三阶响应面模型来进行比较.研究结果表明:Kriging方法以其准确性和稳定性,比其它方法更加适合船舶结构的多学科设计优化.     

多学科设计优化方法的比较

为了推广多学科设计优化方法在船舶和海洋工程结构设计中的应用,讨论了三种典型的多学科设计优化方法:多学科可行方向法(MDF),协同优化方法(CO),两级系统综合方法(BLISS),并将其应用到齿轮减速箱的设计中;根据计算结果,对上述三种多学科设计优化方法进行了定量的比较和研究,得出BLISS方法最适合齿轮减速箱优化设计的结论.此外,还给出了多学科设计优化方法的选择标准,为多学科设计优化的工程应用提供了一定的指导和帮助.     

多学科设计优化算法比较及其在船舶和海洋平台设计上的应用

多学科设计优化(Multidiseiplinary Design Optimization,简称MDO)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.多学科设计优化算法是其核心部分,也是研究最活跃的领域.文中首先介绍了MDO算法的定义、分类和发展,然后从算法的来源和目的、优化过程、优缺点、改进方法和应用情况等五个方面对四种基于分解技术的MDO算法进行了综述,进而对比了这四种算法的异同点.最后,针对船舶和海洋平台设计的具体特点,归纳了适合于船舶或海洋平台多学科设计优化的MDO算法所需要具备的特征,并建议使用基于近似模型的协同优化算法或BUSS 2000算法进行船舶和海洋平台的多学科设计优化.     

多学科优化设计在半潜式钻井平台设计中的应用

多学科优化设计（Multidisciplinary Design Optimization，MDO）是通过考虑学科之间的相互耦合来挖掘设计潜力，通过系统的综合分析来进行方案的选择和评估的一种应用于工程设计阶段的先进设计理念和设计方法，能够达到提高设计效率，降低设计成本的目的。半潜式钻井平台是具有高复杂度的工程系统，在其方案设计中要考虑到水动力学、结构力学、动力定位、工程应用以及成本分析等多个学科，非常适合于多学科优化设计的应用。以半潜式钻井平台方案设计为例，介绍了如何使用多学科优化设计来考虑影响平台的多个因素之间的耦合关系，以确定平台的主尺度，来获得最佳的平台总体性能；介绍了应用多学科优化设计时的三个重要关键技术：复杂问题的分解、数学建模和近似模型技术。