文档介绍：多学科设计优化在船舶水动力性能优化中的应用
刘小健
(708研究所,上海 200011)
摘要:阐述了多学科优化设计方法(Multidisciplinary Design Optimization,MDO)的发展应用情况。详细论述了基于协同优化方法的数学模型、优化原理和优化流程。针对水动力性能优化,分析了系统层和各学科的优化要素,初步建立了数学模型和优化框架。
关键词:船舶水动力性能;多学科设计优化(MDO);框架
中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:1005-9962(2010) 02-0010-04
Abstract: The multidisciplinary design optimization (MDO) method is introduced including its development history and application in the paper. The mathematical model, the optimization principle and program based on the collaborative optimization (CO) are shown. For the hydrodynamic performance optimization of ships, the optimization factors of the system-level and disciplines are analyzed in detail, meanwhile, the mathematical model and optimization framework based on CO are established.
Key words: ship hydrodynamic performance; MDO; framework
0 前言
船舶的水动力性能优化是1个多目标,多变量和多约束条件的复杂问题,传统的做法是将系统某一关键输出作为优化的目标函数,而将其它输出以约束的形式加以考虑,对单一目标函数求极值得到系统的最优解。也有的采用目标权重法,使多目标优化问题转变为单目标优化问题求解。目前,水动力性能优化,首先是进行快速性优化,然后进行耐波性、操纵性等的校核、验证。这种设计模式实质上是将船舶的快速性、耐波性、操纵性等子系统的设计工作完全人为地割裂开来,而没有充分利用各个学科(子系统)之间的相互影响可能产生的协同效应来改进船舶水动力性能的设计,因此极有可能失去系统的整体最优解,所以单学科的优化[1,2]对整体水动力性能似乎意义不大,甚至可能导致整体性能不佳。并且这种设计模式属于串行设计模式,设计周期长,开发成本高。因此,难以满足实际生产的需要。
近几年国内还有不少学者提出了“综合优化”的设计方法[3,4],这些方法是直接把多个学科的分析模型、设计变量和约束条件联接在一起,采用单学科优化的方法进行计算,因此还不是真正意义上的多学科优化设计。由于受到现实计算能力和优化算法
作者简介:刘小健,男,工程师。1979年生,2008年毕业于上海交通大学船舶与海洋结构物设计制造专业,目前从事船舶性能方面的研究工作。
效率的制约,这些设计方法的共同缺陷是所涉及的变量数目不可能