基于多学科的大型船舶概念设计平台技术

林 锐，宋一淇，张 博，李鼎文，齐 翔

（中国舰船研究设计中心，武汉 430064）

0 引言

船舶总体设计是一项多专业、跨学科的系统工程，特别是大型船舶，其设备、系统众多，复杂程度高。而概念设计是船舶总体设计工作的起点和重要阶段，使用多学科设计优化方法，构建大型船舶概念设计综合集成平台，对于解决传统各学科相互独立，数据流转效率低等问题，分析船舶概念设计中复杂的耦合关系，优化制约总体方案的强影响参数，对比概念设计多方案，最终求解得到整体较优的方案，具有重要意义，能用较短的时间和较低的成本，实现概念设计阶段大型船舶性能优化及效能评估。

1 平台体系架构

根据大型船舶总体、船体、动力、电气等多学科的设计流程和工作特点，结合计算机技术、网络技术以及多学科优化技术，集成Friendship、Shipflow、CATIA、ISIGHT等商业软件和自研程序，构建知识数据库，最终实现基于多学科的大型船舶概念设计平台搭建。

平台采用B/S架构，运行于内部局域网，网络传输协议采用TCP/IP。客户端操作系统平台基于Windows 2000／XP／9x／NT操作系统，客户端采用ExtJs开发用户界面，服务器端采用Windows server2003操作系统，采用Mysql数据库进行数据管理，计算服务程序采用Visual C++开发。其平台体系架构分为四层（图1），分别为基础环境层、软件工具层、集成优化层以及人机交互层，实现数据集成、工具集成和过程集成，支撑大型船舶总体快速概念设计。

图1 基于多学科的大型船舶概念设计平台框架

基础环境层属于平台的基础设施，包括计算机硬件、操作系统、网络环境等。

软件工具层主要对大型船舶各学科概念设计成熟应用的商用软件，如:Friendship、Shipflow和自研的学科模块程序进行封装和集成。

集成优化层主要根据多学科间并行协同的设计流程，打通各子模块间的数据接口，实现数据的有效流转，采用多学科协同优化MDF策略和多岛遗传优化算法，分两级进行优化，即系统级优化和子系统级优化（图2），为船型子系统优化框架，形成自动化、集成化迭代优化设计过程，最后求解出大型船舶的多学科概念设计的较为优化的可行解。

图2 船型子系统优化框架

人机交互层提供人机界面，设计人员可通过界面中设计向导完成基于多学科的大型船舶概念设计，设计向导如图3所示。主要包括:系统级参数输入，如:航速、续航力等；各专业模块配置参数设定；系统运行；过程数据监控；生成方案展示。

图3 平台界面

优化方案快速生成后，可生成三维虚拟样船、总布置图、船体结构图、型线图，还可根据计算生成的概念设计方案相关数据进行性能评估（图4）。

图4 基于多学科的大型船舶概念设计平台关系图

2 平台关键技术

2.1 工具软件集成

各学科工具软件的集成是实现基于多学科的大型船舶概念设计平台的关键和难点。通过对工具软件进行封装和集成，建立不同工具软件之间的数据关联，可以实现不同工具软件之间数据信息的共享应用，消除信息孤岛现象。工具软件分为自研软件和商用软件两类，自研软件采用标准数据格式与平台集成，具有良好的开放性、可维护性、可扩展性。商用软件计算结果更加精确，但数据接口受限制多，不够灵活，因此采用专用数据格式，编制求解器，打通商业软件与平台之间接口，实现数据格式的自动转换和数据传递，避免手工传输工作和人工干预，具体如图5所示。

图5 专用数据格式求解器

2.2 设计流程自动化

设计流程自动化的实现需要规范的设计流程，结合船舶概念设计的特点，分析各专业间的耦合关系，封装工程经验方法，深层次的集成工具软件，引导和驱动设计过程，实现设计流程的自动化。

3 结论

基于多学科的大型船舶概念设计平台的搭建有效避免学科间解耦依赖经验所带来的盲目性，减少了因为各个学科设计不协调导致的返工，实现设计流程化和自动化，提高工作效率和改善设计质量，有效减少人力、物力浪费，缩短设计周期。

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