船舶总体性能优化设计研究综述

船舶总体性能优化设计研究综述

李家平胡志恒

李家平胡志恒

武汉船舶设计研究院有限公司湖北省武汉市430064

摘要：船舶整体的性能设计主要值得是参照相关的研制任务书，景观分析和论证，以及计算还有试验与绘图的工作，提供相关的技术资料，使其能够对单位的设计的需要给予满足，保证造船厂可以真正的造出性能非常好的船舶。总的来说，船舶整体性能设计工作主要分为了整体的设计与局部设计。其中，整体设计其自身的任务是对设计里的主尺度方案等进行处置，其中主要包含了船体型线和上层建筑，以及结构形式与动力装置还有电子设备与武器系统选型等比较基础的问题;局部设计主要是在进行整体设计的基础上去完成细化的设计。

关键词：船舶总体性能优化设计

引言

对船舶整体的性能优化进行设计，可以说国内外分别对其自身的进展情况进行了研究和介绍，并且对于船舶自身的性能优化设计存在的特点进行分析，对于船舶自身的性能优化设计使用的相关方法给予保证，最后提出了对船舶整体性能给予优化设计过程中所需要进行研究的重点问题，使其能够对船舶自身的性能优化设计起到一定的引导作用。

1.船舶总体性能优化设计主要特点

船舶整体性能在进行优化设计过程中具备的特点:

1.1矛盾错综复杂

因为船舶本身存在的内部的矛盾非常的错综并且十分的复杂，这种情况使得船舶整体的性能在进行优化设计的过程中变得非常的复杂。比如在排水量并不会产生变化的情况下，船舶自身的负重量和船舶航速彼此产生的矛盾，船舶自身的耐波性和初稳性彼此产生的矛盾，船舶航向的稳定性以及操纵自身灵活彼此产生的矛盾等。在船舶自身整体性能进行优化设计的过程中，应该适当的对于存在的这些比较错综的问题和矛盾进行处置，不可以单一的使用折中的方式对其进行处置，需要按照其自身的相关原则:使得整体去服从与局部;次要的矛盾主要是与主要矛盾进行服从;整体耗能经济效益相互服从，同时使用最小的代价去获得更多的利益。

1.2问题具有多解性

可以说设计比较成功的一艘船舶，其自身整体的性能方案需要极大程度的对于研制任务书里所涉及到的相关战术以及技术性能上的指标需要给予满足。因此，对于相同的设计目标来讲，经常会设计出的非常多的方案，使其都可以对于同一设计目标需要给予满足，所以要求对于多个方案完成合理的分析以及评估，决策部门能够按照相关的任务需要以及具体的情况，从需要进行选择的设计方案里选择出最适宜的设计方案。

2.船舶总体性能优化设计主要方法

船舶总体性能优化设计是一个逐步近似并反复迭代的复杂过程，该项工作主要包括方案设计、初步设计、详细设计等设计阶段。为了对多个设计方案开展船舶总体性能的综合评估，并获得船舶整体系统的总体最优解，合理的做法是在船舶设计初期同时考虑船型、推进、布置等指标的设计，给出相应的设计变量、约束条件以及各子系统之间的相互耦合关系，即船舶总体性能设计是一个不断反复步近似的串行设计过程，这种设计模式可用图1所示的设计螺旋线表示。只有随着设计过程的深入，对设计对象的认识才会不断增加。

图1船舶总体性能优化设计螺旋线

船舶总体性能优化设计的最终目标是找到最佳的主尺度方案，常用的方法有逐步改进法、变值法、最优化方法和智能优化算法等，下面逐一进行简要介绍。

1）逐步改进法

这是船舶总体性能设计中最常用的一种方法，它建立在分析估算的基础之上。首先分析研制任务书中的任务，从设计船舶的备选方案中选出一套方案，估算该套方案的排水量、主尺度及各种性能。这样经过多次反复，直到达到满意的结果为止。逐步改进法在资料丰富的时候，可通过较少的工作量获得较满意的设计结果，其缺点在于难以证实所选方案是否是最佳的设计方案。

2）变值法

也称网格法或参数分析法，是船舶总体性能设计中经常使用的方案优选方法。通过系统地改变对设计船舶有显著影响的主尺度参数，在其可能的范围内，各选若干数值组成的一系列方案，对每组方案都进行各种性能的数值计算。在计算出的结果中，抛弃哪些明显不适用的方案，然后在剩余方案中，考虑到主尺度参数对船舶总体性能的影响规律，全面地开展分析比较后，选出最好的一个方案作为设计结果。

3）最优化方法

这是利用近代数学方法，通过求解多变量、有约束目标函数的极小值，进而获得最佳设计方案的一种方法。与变值法相比，最优化方法能够对更多的变量以更小的变化步长在更为广大的设计空间中搜寻最优解，因而可获得更为理想的最优设计方案，可有效解决计算时间长等问题。船舶总体性能优化设计是一个最优化问题，首先要把它用数学式表达出来，也就是要建立一个船舶总体性能的数学模型，同时还应完整地描述出设计变量、约束条件和目标函数等三大要素，最后通过求解目标函数的最小值得到最优的总体性能设计方案。

4）智能优化算法

这是一类通过模拟某一自然现象或过程而建立起来的优化方法。应用智能优化算法可有效地避免传统逐步优化方法搜寻不到全局最优解的缺点。船舶总体性能优化设计是典型的多目标优化问题，设计过程错综复杂，许多子目标之间存在着不同程度的耦合关系。对一个目标性能的改变，往往会造成其他目标性能的降低。为获得总体目标的近似最优解，合理的做法是在确定船舶主尺度方案时同时考虑多个子目标的因素，给出各目标的设计变量和约束条件，通过综合平衡各子目标之间的关系，使总体目标达到令人满意的程度。目前在船舶总体性能优化设计中，智能优化算法已获得初步应用，典型的算法包括神经网络优化算法、遗传算法等。

3.结论

近几年伴随着国内外造船行业在竞争上的不断激化，造船界开始去积极的寻找生产效率相对较高的对于船舶进行设计的方式，主要针对船舶自身的整体性能优化设计方式的有关研究去完成相关的梳理和总结，通过对于这种方式从船舶整体性能优化设计上的相关特点以及核心方式等两个方面去进行相关的分析，提出了使用这种方式需要进行研究的重点问题，对完成船舶整体体性能优化设计具备非常好引导作用。

参考文献:

［1］薄林槐．水面舰船阻力图谱的数学表达［J］．舰船科学技术，2015(5):22-27．

［2］程智斌，陈仁铃．舰船不沉性评价指标初探［J］．船舶工程，2013(3):17-21．