林 銳，宋一淇，張 博，李鼎文，齊 翔

（中國艦船研究設計中心，武漢 430064）

0 引言

船舶總體設計是一項多專業(yè)、跨學科的系統(tǒng)工程，特別是大型船舶，其設備、系統(tǒng)眾多，復雜程度高。而概念設計是船舶總體設計工作的起點和重要階段，使用多學科設計優(yōu)化方法，構建大型船舶概念設計綜合集成平臺，對于解決傳統(tǒng)各學科相互獨立，數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)效率低等問題，分析船舶概念設計中復雜的耦合關系，優(yōu)化制約總體方案的強影響參數(shù)，對比概念設計多方案，最終求解得到整體較優(yōu)的方案，具有重要意義，能用較短的時間和較低的成本，實現(xiàn)概念設計階段大型船舶性能優(yōu)化及效能評估。

1 平臺體系架構

根據(jù)大型船舶總體、船體、動力、電氣等多學科的設計流程和工作特點，結合計算機技術、網(wǎng)絡技術以及多學科優(yōu)化技術，集成Friendship、Shipflow、CATIA、ISIGHT等商業(yè)軟件和自研程序，構建知識數(shù)據(jù)庫，最終實現(xiàn)基于多學科的大型船舶概念設計平臺搭建。

平臺采用B/S架構，運行于內(nèi)部局域網(wǎng)，網(wǎng)絡傳輸協(xié)議采用TCP/IP?？蛻舳瞬僮飨到y(tǒng)平臺基于Windows 2000／XP／9x／NT操作系統(tǒng)，客戶端采用ExtJs開發(fā)用戶界面，服務器端采用Windows server2003操作系統(tǒng)，采用Mysql數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)管理，計算服務程序采用Visual C++開發(fā)。其平臺體系架構分為四層（圖1），分別為基礎環(huán)境層、軟件工具層、集成優(yōu)化層以及人機交互層，實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成、工具集成和過程集成，支撐大型船舶總體快速概念設計。

圖1 基于多學科的大型船舶概念設計平臺框架

基礎環(huán)境層屬于平臺的基礎設施，包括計算機硬件、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡環(huán)境等。

軟件工具層主要對大型船舶各學科概念設計成熟應用的商用軟件，如:Friendship、Shipflow和自研的學科模塊程序進行封裝和集成。

集成優(yōu)化層主要根據(jù)多學科間并行協(xié)同的設計流程，打通各子模塊間的數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效流轉(zhuǎn)，采用多學科協(xié)同優(yōu)化MDF策略和多島遺傳優(yōu)化算法，分兩級進行優(yōu)化，即系統(tǒng)級優(yōu)化和子系統(tǒng)級優(yōu)化（圖2），為船型子系統(tǒng)優(yōu)化框架，形成自動化、集成化迭代優(yōu)化設計過程，最后求解出大型船舶的多學科概念設計的較為優(yōu)化的可行解。

圖2 船型子系統(tǒng)優(yōu)化框架

人機交互層提供人機界面，設計人員可通過界面中設計向?qū)瓿苫诙鄬W科的大型船舶概念設計，設計向?qū)鐖D3所示。主要包括:系統(tǒng)級參數(shù)輸入，如:航速、續(xù)航力等；各專業(yè)模塊配置參數(shù)設定；系統(tǒng)運行；過程數(shù)據(jù)監(jiān)控；生成方案展示。

圖3 平臺界面

優(yōu)化方案快速生成后，可生成三維虛擬樣船、總布置圖、船體結構圖、型線圖，還可根據(jù)計算生成的概念設計方案相關數(shù)據(jù)進行性能評估（圖4）。

圖4 基于多學科的大型船舶概念設計平臺關系圖

2 平臺關鍵技術

2.1 工具軟件集成

各學科工具軟件的集成是實現(xiàn)基于多學科的大型船舶概念設計平臺的關鍵和難點。通過對工具軟件進行封裝和集成，建立不同工具軟件之間的數(shù)據(jù)關聯(lián)，可以實現(xiàn)不同工具軟件之間數(shù)據(jù)信息的共享應用，消除信息孤島現(xiàn)象。工具軟件分為自研軟件和商用軟件兩類，自研軟件采用標準數(shù)據(jù)格式與平臺集成，具有良好的開放性、可維護性、可擴展性。商用軟件計算結果更加精確，但數(shù)據(jù)接口受限制多，不夠靈活，因此采用專用數(shù)據(jù)格式，編制求解器，打通商業(yè)軟件與平臺之間接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的自動轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳遞，避免手工傳輸工作和人工干預，具體如圖5所示。

圖5 專用數(shù)據(jù)格式求解器

2.2 設計流程自動化

設計流程自動化的實現(xiàn)需要規(guī)范的設計流程，結合船舶概念設計的特點，分析各專業(yè)間的耦合關系，封裝工程經(jīng)驗方法，深層次的集成工具軟件，引導和驅(qū)動設計過程，實現(xiàn)設計流程的自動化。

3 結論

基于多學科的大型船舶概念設計平臺的搭建有效避免學科間解耦依賴經(jīng)驗所帶來的盲目性，減少了因為各個學科設計不協(xié)調(diào)導致的返工，實現(xiàn)設計流程化和自動化，提高工作效率和改善設計質(zhì)量，有效減少人力、物力浪費，縮短設計周期。

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