本文關(guān)鍵詞：多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化算法及其在船舶概念優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

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【摘要】：對(duì)于船舶總體設(shè)計(jì)而言，它涉及到建造經(jīng)濟(jì)性、浮性、穩(wěn)性、快速性、操縱性、工藝等，是一項(xiàng)設(shè)計(jì)周期長、涵蓋范圍廣的復(fù)雜系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)問題。隨著結(jié)構(gòu)、水動(dòng)力、控制等學(xué)科理論不斷完善，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們能夠采用更高精度的有限元模型進(jìn)行各學(xué)科的仿真與性能預(yù)報(bào)，然而，與各學(xué)科或子系統(tǒng)設(shè)計(jì)日新月異形成鮮明對(duì)比的是，長期以來，船舶總體設(shè)計(jì)方法的發(fā)展一直停滯不前，其理論落后、方法陳舊。雖然這些理論和方法在過去數(shù)十年發(fā)揮了極其重要的作用，為船舶設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)，但是它們割裂了各學(xué)科之間的耦合效應(yīng)、不能充分利用學(xué)科的發(fā)展成果、低效、耗時(shí)且成本高昂。這一系列固有缺陷決定了它們已無法適應(yīng)現(xiàn)代船舶設(shè)計(jì)發(fā)展的迫切需要。 上世紀(jì)八十年代興起于航空航天領(lǐng)域的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化，正是針對(duì)這一問題而形成的一種綜合設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法論，，其通過充分探索和利用各學(xué)科間相互耦合所產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，來獲取工程產(chǎn)品整體性能最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。相對(duì)于飛機(jī)、火箭等航空航天結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)物，船舶系統(tǒng)的復(fù)雜程度有過之無不及。將多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化引入到船舶總體設(shè)計(jì)中來前景巨大。 論文以多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化算法及其在船舶總體設(shè)計(jì)中的應(yīng)用為核心，主要工作包括以下幾個(gè)方面： 1)簡述了傳統(tǒng)的船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)理念和方法的缺陷及本文研究的目的與意義。敘述了多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的定義、特點(diǎn)、發(fā)展概況與研究內(nèi)容。接著對(duì)多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在船舶與海洋工程中的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，并對(duì)本文的組織結(jié)構(gòu)和研究內(nèi)容進(jìn)行闡述。 2)對(duì)多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)中的單級(jí)優(yōu)化求解策略：單學(xué)科可行方向法(Individual Discipline Feasible,IDF)、多學(xué)科可行方向法(Multidisciplinary Feasible Method,MDF；也稱All-In-One,AIO)、同時(shí)分析和設(shè)計(jì)方法(Simultaneously Analysis And Design,SAD；All-At-Once也稱AAO)。多級(jí)優(yōu)化求解策略：并行子空間優(yōu)化算法(Concurrent Subspace Optimiza-tion,CSSO)、協(xié)同優(yōu)化算法(Collaborate Optimization,CO)、兩級(jí)集成系統(tǒng)綜合(Bi-level Integrated System Synthesis,BLISS)的構(gòu)造原理和特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析與評(píng)述。定性的比較了CSSO、CO、BLISS三種多級(jí)集成優(yōu)化策略的分解條件及收斂特征，結(jié)合船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物的總體設(shè)計(jì)特征，提出最適合于船舶總體性能優(yōu)化的多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)框架。 3)對(duì)協(xié)同優(yōu)化算法的基本思想、框架結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)模型、計(jì)算性能進(jìn)行了詳盡的闡述。分析了協(xié)同優(yōu)化算法求解困難的原因，將當(dāng)前協(xié)同優(yōu)化算法的改進(jìn)措施分成三類：(1)從數(shù)學(xué)描述形式上改變；(2)引入近似技術(shù)；(3)結(jié)合現(xiàn)代智能優(yōu)化算法。列舉了幾種代表性的改進(jìn)措施，并分析了其優(yōu)缺點(diǎn)。提出了一種基于一致性差異信息的動(dòng)態(tài)罰函數(shù)協(xié)同優(yōu)化算法(Dynamic Penalty CollaborativeOptimization, DPCO)，其基本思想是將系統(tǒng)級(jí)一致性約束最優(yōu)化問題通過罰函數(shù)方法轉(zhuǎn)化為一個(gè)無約束優(yōu)化問題。同時(shí)，給出了兩種不同的基于差異信息的動(dòng)態(tài)可調(diào)罰系數(shù)，以保證在優(yōu)化初期，系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)變量與學(xué)科級(jí)共享變量相差較大時(shí)，懲罰力度也大，促使一致性差異在總目標(biāo)函數(shù)中占主導(dǎo)地位，則一致性差異將迅速下降。隨著優(yōu)化的進(jìn)行，罰系數(shù)變小，懲罰力度減輕，加快目標(biāo)函數(shù)的收斂。最后，結(jié)合典型函數(shù)優(yōu)化和減速齒輪箱輕量化設(shè)計(jì)兩個(gè)MDO經(jīng)典測(cè)試算例，比較了基于一致性差異信息的動(dòng)態(tài)罰函數(shù)協(xié)同優(yōu)化算法、標(biāo)準(zhǔn)協(xié)同優(yōu)化算法，Alexandrov提出的松弛協(xié)同優(yōu)化算法，韓明紅提出的罰函數(shù)協(xié)同優(yōu)化算法四種協(xié)同優(yōu)化算法的收斂特性。 4)將船舶概念設(shè)計(jì)劃分為多個(gè)子學(xué)科系統(tǒng)，并分別對(duì)每個(gè)子學(xué)科進(jìn)行簡化分析，采用經(jīng)驗(yàn)公式或回歸公式給出了每個(gè)學(xué)科的分析模型。采用基于一致性差異信息的動(dòng)態(tài)罰函數(shù)協(xié)同優(yōu)化算法建立船舶概念設(shè)計(jì)階段的數(shù)學(xué)模型，論證了改進(jìn)協(xié)同優(yōu)化算法的工程實(shí)用性。
【關(guān)鍵詞】：協(xié)同優(yōu)化 罰因子 多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì) 差異信息 船舶設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：中國艦船研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U662
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-21
• 1.1 課題的研究背景與意義9-10
• 1.2 多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法研究綜述10-19
• 1.2.1 多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的發(fā)展概況10-13
• 1.2.2 多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的研究體系13-18
• 1.2.3 多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化在船舶領(lǐng)域的研究進(jìn)展18-19
• 1.3 論文的組織結(jié)構(gòu)19-21
• 第二章 多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)中的求解策略21-29
• 2.1 引言21
• 2.2 單級(jí)求解策略21-23
• 2.2.1 多學(xué)科可行方向法21-22
• 2.2.2 同時(shí)分析和設(shè)計(jì)方法22
• 2.2.3 單學(xué)科可行方向法22-23
• 2.3 多級(jí)優(yōu)化求解策略23-27
• 2.3.1 協(xié)同優(yōu)化算法23-24
• 2.3.2 并行子空間優(yōu)化算法24-26
• 2.3.3 兩級(jí)系統(tǒng)綜合算法26-27
• 2.4 本章小結(jié)27-29
• 第三章 多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化算法及其改進(jìn)29-46
• 3.1 引言29
• 3.2 協(xié)同優(yōu)化算法29-31
• 3.2.1 協(xié)同優(yōu)化算法的數(shù)學(xué)描述及求解流程29-30
• 3.2.2 協(xié)同優(yōu)化算法計(jì)算困難的原因30-31
• 3.3 協(xié)同優(yōu)化算法的常見改進(jìn)措施31-34
• 3.3.1 基于一致性約束松弛的協(xié)同優(yōu)化算法31-32
• 3.3.2 基于近似模型的協(xié)同優(yōu)化算法32-34
• 3.3.3 基于現(xiàn)代智能優(yōu)化算法的協(xié)同優(yōu)化算法34
• 3.4 基于動(dòng)態(tài)差異信息的改進(jìn)協(xié)同優(yōu)化算法34-37
• 3.5 數(shù)值算例37-44
• 3.6 本章小結(jié)44-46
• 第四章 基于改進(jìn)協(xié)同優(yōu)化算法的船舶概念設(shè)計(jì)優(yōu)化46-57
• 4.1 引言46
• 4.2 學(xué)科分析46-53
• 4.2.1 浮性與穩(wěn)性學(xué)科46-48
• 4.2.2 艙容性學(xué)科48-49
• 4.2.3 快速性學(xué)科49-50
• 4.2.4 操縱性學(xué)科50-52
• 4.2.5 經(jīng)濟(jì)性學(xué)科52-53
• 4.3 基于 DPCO 的船舶概念設(shè)計(jì)架構(gòu)53-55
• 4.4 優(yōu)化實(shí)例及結(jié)果分析55-56
• 4.5 本章小結(jié)56-57
• 第五章 總結(jié)與展望57-59
• 5.1 全文總結(jié)57
• 5.2 研究展望57-59
• 參考文獻(xiàn)59-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文情況67-68
• 致謝68

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張志強(qiáng);何麟書;;通用再入飛行器多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2011年04期

2 趙敏;崔維成;;BLISCO方法在載人潛水器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J];船舶力學(xué);2009年02期

3 孫丕忠,夏智勛,趙建民;基于進(jìn)化搜索策略的并行子空間設(shè)計(jì)算法[J];國防科技大學(xué)學(xué)報(bào);2004年03期

4 趙峰;程素斌;楊磊;韋喜忠;李勝忠;;水面艦船航行性能MDO系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)研究[J];船舶力學(xué);2012年11期

5 宋磊;王建;楊卓懿;;Kriging模型在潛器型線優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J];船舶力學(xué);2013年Z1期

6 白小濤;李為吉;;基于近似技術(shù)的協(xié)同優(yōu)化方法在機(jī)翼設(shè)計(jì)優(yōu)化中的應(yīng)用[J];航空學(xué)報(bào);2006年05期

7 楊希祥;楊慧欣;江振宇;張為華;;基于支持向量回歸機(jī)和粒子群算法的改進(jìn)協(xié)同優(yōu)化方法[J];湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年03期

8 操安喜;崔維成;;基于多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的深海空間站總體設(shè)計(jì)方法研究[J];艦船科學(xué)技術(shù);2007年02期

9 馮佰威;劉祖源;聶劍寧;常海超;程細(xì)得;;基于iSIGHT的船舶多學(xué)科綜合優(yōu)化集成平臺(tái)的建立[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版);2009年05期

10 余雄慶;基于Agent模型的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法[J];機(jī)械科學(xué)與技術(shù);2002年05期

本文編號(hào)：1074860