多学科设计优化技术在舰船设计中的应用.pdf

船海工程2006年第4期(总第173期)

文章编号167127953(2006)0420028204

多学科设计优化技术在舰船设计中的应用

陈炉云1郭维2王德禹1
1.上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海2000302.驻719研究所军代表室武汉430064

摘要介绍多学科优化设计的主要基本理论、研究和应用状况及发展前景,根据舰船设计特点进行舰
船多学科设计优化分析,重点分析舰船结构设计中的多学科设计优化问题,建立优化数学模型是多学科优化
设计的重要内容,并对数学模型进行了分析。
关键词多学科设计优化全局目标流程数学模型
中图分类号U662.2文献标识码A

Applicationofmultidisciplinarydesignoptimizationinshipdesign
CHENLu2yun1GUOWei2WANGDe2yu1
1.StateKeyLaboratoryofOceanEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghai200030
2.MilitaryCommissaryofficeof719InstituteWuhan430064
AbstractInthispaper,somebasictheoriesofmultidisciplinarydesignoptimization(MDO),anditscurrentresearch
andapplicationsstatusaswellasdevelopmentfuturesareintroduced.Inlightofthecharacteristicofshipdesign,thepaper
investigatestheapplicationoftheMOD.Makinganexampleofshipstructuraldesign,theauthorsestablishandanalyzethe
mathematicalmodelsforMDOstudy.
Keywordsmultidisciplinarydesignoptimizationoverallobjectsproceduremathematicalmodel

舰船设计是一项周期长、涉及面广的复杂工统已有的知识,从全局的角度求解复杂工程系统设
程,它的设计变量涉及多种类型,这些变量可能是计的优化问题。该理论通过探索和利用工程系统之
连续的、离散的或非数值的。基于对舰船总体性能间的相互作用的协同机制,考虑各学科或各分系统
的考虑,在舰船设计工作中要涉及多个设计目标、之间的相互作用,以达到缩短设计周期,降低开发成
多种约束条件、多个关联学科。如水面舰艇、潜艇本,提高产品竞争力之目的,实现解决各个分系统的
等的设计都涉及到流体力学、结构、声学、振动学、之间耦合性对整个复杂系统的性能影响问题。
电磁学、控制学等等学科。传统的串行设计方式没多学科设计优化这些特点使其越来越受到工
有考虑到各学科之间的相互耦合而产生的协同效程设计人员的关注,该技术在工业发达国家的开
应并割裂多学科之间的相互作用,该设计方法只能展已有较长的研究历史,美国已经广泛地应用该
获得局部的最优解,很有可能失去全局最优解[1]。技术于各种工业领域并开发出相应的通用性软
[3]
面对传统设计思想在舰船系统设计中所遇到的问件。如Engenious的iSIGHT系统和Technosoft的
题,引入基于并行设计理念上的多学科设计优化理AML系统及Altair的HyperStudy都是优秀的多学科
论MDO(multidisciplinarydesignoptimization)技术成优化集成设计框架软件,这些软件为复杂工程的
为一种现代设计理念[2]。多学科设计优化的主要优化设计提供了全流程的技术支持平台。在舰船
设计思想是在复杂系统的整个设计过程中通过分工程设计中引人MDO技术,能充分利用合适的优
解和协调等手段将复杂系统分解成为与现有工程化策略来组织和协调设计过程,实现舰船系统整
设计组织相一致的若干个子系统并充分利用分布体性能最优,如美国将Optimus软件应用于潜艇及
式计算机网络技术来集成各学科的知识或各子系航空母舰设计开发,并取得了很大的成果。
在舰船的多学科设计优化方面,国内的研究
收稿日期2005211228工作开展得较晚,其基本理论主要借助于在航空
修回日期2006203213航天工业方面的一些理论和成果。在舰船设计和
作者简介陈炉云男博士生。
(1976-),,航空航天领域的设计中有些相似性,如系统结构
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多学科设计优化技术在舰船设计中的应用———陈炉云郭维王德禹

复杂、涉及多个交叉学科、风险性大、可靠性要求如同一设计变量对不同学科系统的影响具有差异
高等