曾凡明，劉金林，賴國(guó)軍

海軍工程大學(xué) 動(dòng)力工程學(xué)院，湖北武漢430033

艦船動(dòng)力裝置多學(xué)科集成設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

曾凡明，劉金林，賴國(guó)軍

海軍工程大學(xué) 動(dòng)力工程學(xué)院，湖北武漢430033

［目的］在充分分析艦船動(dòng)力裝置總體設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，指出現(xiàn)有動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)方法中存在缺乏從多學(xué)科耦合角度進(jìn)行仿真和優(yōu)化，從而制約設(shè)計(jì)質(zhì)量提高的問(wèn)題，有必要開(kāi)展動(dòng)力裝置多學(xué)科集成優(yōu)化理論、方法及關(guān)鍵技術(shù)研究。［方法］建立艦船動(dòng)力裝置多學(xué)科集成優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)框架，并對(duì)動(dòng)力裝置多學(xué)科優(yōu)化技術(shù)、現(xiàn)代設(shè)計(jì)工具技術(shù)、協(xié)同仿真、支撐環(huán)境、設(shè)計(jì)軟件開(kāi)發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究。［結(jié)果］給出了有效的解決方案。［結(jié)論］研究成果能為開(kāi)展艦船主動(dòng)力裝置多學(xué)科集成設(shè)計(jì)優(yōu)化提供一定的參考，同時(shí)為艦船動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)水平的提高奠定一定的基礎(chǔ)。

艦船主動(dòng)力裝置；總體設(shè)計(jì)；多學(xué)科集成設(shè)計(jì)優(yōu)化；協(xié)同仿真

0 引 言

隨著現(xiàn)代艦船對(duì)動(dòng)力裝置要求的不斷提高，動(dòng)力裝置的復(fù)雜程度也不斷增加，因此對(duì)艦船動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)提出了更高的要求。動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)是一個(gè)涉及面很廣、綜合性極強(qiáng)的研究領(lǐng)域：從系統(tǒng)工程學(xué)的角度看，艦船動(dòng)力裝置由眾多的分系統(tǒng)組成，每個(gè)分系統(tǒng)還可以分解成若干個(gè)子系統(tǒng)及裝置，子系統(tǒng)甚至還能分解成若干層更細(xì)的子系統(tǒng)及元部件；從設(shè)計(jì)過(guò)程看，包括不同的設(shè)計(jì)階段，各設(shè)計(jì)階段包含大量的數(shù)據(jù)、圖紙和文件資料；從涉及的學(xué)科領(lǐng)域看，需要機(jī)械、力學(xué)、材料、結(jié)構(gòu)、控制、振動(dòng)及噪聲控制、紅外抑制、傳熱學(xué)、系統(tǒng)仿真、人機(jī)工程學(xué)等相關(guān)理論的支持［1］。如此復(fù)雜的設(shè)計(jì)過(guò)程，需要一種有效的技術(shù)手段，能在早期支持對(duì)設(shè)計(jì)的分析驗(yàn)證，以便在設(shè)計(jì)階段及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種可能存在的缺陷，從而確保設(shè)計(jì)質(zhì)量，提升動(dòng)力裝置的綜合性能［2］。

1 動(dòng)力裝置總體設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀

國(guó)外自上世紀(jì)70年代初開(kāi)始將仿真應(yīng)用到動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)論證中。如美國(guó)海軍研究與發(fā)展中心、德國(guó)MTU公司、英國(guó)YARD公司、法國(guó)ALSTOM公司等研究機(jī)構(gòu)通過(guò)動(dòng)力裝置動(dòng)態(tài)匹配特性仿真，分析控制系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響；另外雅典國(guó)立技術(shù)大學(xué)的Kyrtatos等［3-4］、英國(guó)紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的Fowler［5］、意大利羅馬大學(xué)的Orecchini等［6］、韓國(guó)的Jeon等［7］以及挪威的Hansen等［8］專家在動(dòng)力系統(tǒng)性能仿真方面做了大量的研究工作。我國(guó)從上世紀(jì)80年代開(kāi)始將動(dòng)力系統(tǒng)仿真應(yīng)用到設(shè)計(jì)及模擬訓(xùn)練中，如上海交通大學(xué)、哈爾濱工程大學(xué)、海軍工程大學(xué)、海軍裝備研究院等科研院所分別在動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真理論及方法、數(shù)字仿真、模擬訓(xùn)練仿真、動(dòng)態(tài)匹配特性仿真等方面取得了豐富的研究成果，并將這些研究成果廣泛應(yīng)用到了艦船動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)及模擬訓(xùn)練中。

進(jìn)入90年代后，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)及學(xué)者開(kāi)始將CAE和虛擬樣機(jī)等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到艦船動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)中。國(guó)外比較典型的有美國(guó)MSC公司的NASTRAN，PATRAN，Acumen等模塊為船舶行業(yè)提供了完整的CAE解決方案，目前已在亞太地區(qū)尤其是日本和韓國(guó)得到廣泛的應(yīng)用［9］。在CAE技術(shù)的牽引下，國(guó)內(nèi)輪機(jī)工程領(lǐng)域也開(kāi)始將CAE技術(shù)廣泛應(yīng)用于動(dòng)力系統(tǒng)中，如上海交通大學(xué)、海軍工程大學(xué)利用MSC的CAE方案進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)減振降噪技術(shù)研究［10-11］，哈爾濱工業(yè)大學(xué)利用Hypermesh和ABAQUS進(jìn)行艦用齒輪箱抗沖擊技術(shù)研究［12］。

從當(dāng)前動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行的各類仿真及CAE分析研究來(lái)看，基本都是針對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的某個(gè)部件或者某個(gè)分系統(tǒng)，從某個(gè)學(xué)科的角度進(jìn)行分析，因此往往需要對(duì)其他的部件、系統(tǒng)或者其他學(xué)科領(lǐng)域的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，這樣容易產(chǎn)生隱性問(wèn)題，從而對(duì)研究結(jié)果的置信度產(chǎn)生一定影響。事實(shí)上，動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)活動(dòng)或仿真活動(dòng)均會(huì)涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。以動(dòng)力裝置的性能仿真為例，傳統(tǒng)的做法主要側(cè)重于采用單一的仿真軟件，如應(yīng)用MATLAB/SIMULINK對(duì)控制系統(tǒng)、主機(jī)、螺旋槳等建立模型并進(jìn)行性能仿真，對(duì)于船體轉(zhuǎn)彎、惡劣海況的因素，往往采用簡(jiǎn)化的方法來(lái)模擬舵角變化和由船體運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的負(fù)載變化等情況，從而對(duì)模型的精度和仿真結(jié)果的置信度產(chǎn)生一定的影響。因此，對(duì)于動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)和仿真而言，針對(duì)某個(gè)部件或者某個(gè)分系統(tǒng)的單學(xué)科領(lǐng)域問(wèn)題當(dāng)前已經(jīng)得到了較好的解決，但是在動(dòng)力裝置多學(xué)科集成優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，目前還缺少相關(guān)研究，已成為制約動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)水平提高、乃至綜合性能水平提升的瓶頸，是目前動(dòng)力系統(tǒng)總體優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域亟需解決的問(wèn)題。

事實(shí)上，國(guó)外學(xué)者自20世紀(jì)80年代就開(kāi)始進(jìn)行 多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)（Multidisciplinary Design Optimization，MDO）的相關(guān)研究。美籍波蘭裔科學(xué)家Sobieski［13］首先提出了復(fù)雜耦合系統(tǒng)全局敏度方程分析方法和并行子空間優(yōu)化方法，為多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的理論研究奠定了基礎(chǔ)。90年代初，Balling和Sobieski提出MDO模型［14］。美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）于20世紀(jì)90年代末開(kāi)展了航天飛行器的多學(xué)科優(yōu)化研究，將設(shè)計(jì)由單領(lǐng)域部件級(jí)的仿真拓展到多學(xué)科協(xié)同的系統(tǒng)級(jí)仿真，通過(guò)仿真為設(shè)計(jì)過(guò)程提供各種關(guān)鍵信息，并由此優(yōu)化設(shè)計(jì)［15］；美國(guó)福特汽車公司通過(guò)機(jī)械、控制、液壓的多領(lǐng)域協(xié)同仿真，進(jìn)行汽車姿態(tài)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，極大地提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量并縮短了設(shè)計(jì)周期［16］；菲亞特研究中心將協(xié)同仿真應(yīng)用于新型擺式列車的半主動(dòng)側(cè)向懸架的開(kāi)發(fā)中，以保證擺式列車高速?gòu)澋佬羞M(jìn)時(shí)的側(cè)向乘坐舒適性；同菲亞特?cái)[式列車相似，ABB公司利用多領(lǐng)域協(xié)同仿真，對(duì)電氣機(jī)車控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

與之相比，我國(guó)在多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的研究、應(yīng)用方面起步較晚。繼2001年第10屆世界結(jié)構(gòu)與多學(xué)科優(yōu)化會(huì)議在大連理工大學(xué)舉行后，各科研院所紛紛開(kāi)展相關(guān)研究并在多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)理論及工程應(yīng)用方面取得了豐富的成果。清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、華中科技大學(xué)和浙江大學(xué)都已陸續(xù)開(kāi)展這方面的研究［17］。其中，清華大學(xué)CIMS中心的熊光楞等［18］在多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)和協(xié)同仿真研究領(lǐng)域是國(guó)內(nèi)起步較早且研究成果較多的專家，主要包括多學(xué)科優(yōu)化理論研究、多學(xué)科協(xié)同仿真理論及應(yīng)用研究、多學(xué)科協(xié)同仿真標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究等，另外，清華大學(xué)和航天領(lǐng)域的研究機(jī)構(gòu)還聯(lián)合開(kāi)發(fā)了多學(xué)科協(xié)同仿真支撐平臺(tái)原型系統(tǒng)COSIM［19-20］。

2 總體框架研究

艦船動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)的任務(wù)是探求在既定的約束條件下使整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)達(dá)到預(yù)定目標(biāo)的最佳配置和主要機(jī)械設(shè)備最佳的總體布置，一般通過(guò)方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)等階段完成。針對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)及特點(diǎn)，研究構(gòu)建如圖1所示的艦船動(dòng)力裝置多學(xué)科集成優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)架。系統(tǒng)分為5個(gè)部分：支撐環(huán)境、數(shù)據(jù)管理平臺(tái)、多學(xué)科集成優(yōu)化平臺(tái)、仿真環(huán)境、協(xié)同設(shè)計(jì)/應(yīng)用軟件。

1）多學(xué)科集成優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)支撐環(huán)境。

艦船動(dòng)力裝置多學(xué)科集成優(yōu)化設(shè)計(jì)環(huán)境為系統(tǒng)運(yùn)行提供底層支撐硬件及軟件環(huán)境，其中硬件環(huán)境主要包括支持網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的相關(guān)硬件，軟件環(huán)境主要包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境等。

2）數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。

數(shù)據(jù)管理平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)3類數(shù)據(jù)的管理：一是動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)各個(gè)階段的任務(wù)書(shū)、計(jì)算書(shū)等具體項(xiàng)目數(shù)據(jù)；二是工作流程、審批流程等項(xiàng)目過(guò)程數(shù)據(jù)；三是設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)規(guī)范等元數(shù)據(jù)。在實(shí)現(xiàn)對(duì)上述數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)上，同時(shí)為各設(shè)計(jì)部門之間的數(shù)據(jù)共享、協(xié)同提供支撐。

3）多學(xué)科集成優(yōu)化平臺(tái)。

艦船動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)是典型的復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題，涉及多學(xué)科理論與技術(shù)，需滿足多項(xiàng)性能指標(biāo)要求。因此需要以仿真為手段，在研究各學(xué)科之間耦合關(guān)系的基礎(chǔ)上，對(duì)動(dòng)力裝置總體設(shè)計(jì)中所涉及到的學(xué)科進(jìn)行分解，建立艦船動(dòng)力裝置的協(xié)同仿真模型，并研究合適的近似算法和優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)艦船動(dòng)力裝置多學(xué)科集成優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4）仿真環(huán)境。

艦船動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)包括主推進(jìn)系統(tǒng)、輔助動(dòng)力裝置、自動(dòng)化系統(tǒng)、電站及配電系統(tǒng)、全船管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及機(jī)艙規(guī)劃等多方面的工作。建立艦船動(dòng)力裝置數(shù)字樣機(jī)，開(kāi)展各種功能和行為的仿真研究，對(duì)動(dòng)力裝置性能進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，為在設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)各種可能存在的隱性問(wèn)題，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量提供科學(xué)支撐。如開(kāi)展艦船動(dòng)力裝置動(dòng)態(tài)特性仿真，可為動(dòng)力裝置控制系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化提供依據(jù)；開(kāi)展動(dòng)力裝置虛擬機(jī)艙漫游和人體工程學(xué)研究，可為動(dòng)力裝置機(jī)艙布置設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供直觀的判定依據(jù)。

5）協(xié)同設(shè)計(jì)/應(yīng)用軟件。

艦船動(dòng)力裝置協(xié)同設(shè)計(jì)軟件主要包含2種類型的軟件：一是支持艦船動(dòng)力裝置分系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件，如機(jī)艙設(shè)計(jì)軟件、管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件等；二是支持艦船動(dòng)力裝置各設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用軟件，如方案論證軟件、使用管理軟件、虛擬訓(xùn)練軟件等。

3 關(guān)鍵理論及技術(shù)

3.1 艦船動(dòng)力裝置多學(xué)科優(yōu)化技術(shù)

艦船動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)涉及多個(gè)學(xué)科，且多學(xué)科之間相互耦合。在進(jìn)行艦船動(dòng)力裝置多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，首先需要對(duì)動(dòng)力裝置涉及的學(xué)科進(jìn)行分解，充分考慮系統(tǒng)設(shè)計(jì)變量、各學(xué)科的設(shè)計(jì)變量及各學(xué)科之間的耦合變量，對(duì)動(dòng)力裝置進(jìn)行多學(xué)科協(xié)同建模，在此基礎(chǔ)上對(duì)動(dòng)力裝置進(jìn)行多學(xué)科集成優(yōu)化設(shè)計(jì)。如在艦船軸系設(shè)計(jì)中，振動(dòng)特性指標(biāo)的重要性愈顯重要，其中軸系的縱向振動(dòng)特性對(duì)船體艉部振動(dòng)及低頻輻射噪聲影響較大，在軸系上安裝縱向減振器以優(yōu)化軸系的縱向振動(dòng)特性是一種有效的解決方法，而軸系的縱向振動(dòng)特性又會(huì)受到軸承滑油潤(rùn)滑特性的影響，因此，在軸向減振器優(yōu)化過(guò)程中，涉及到了機(jī)械、流體等學(xué)科。圖2為本文提出的采用MATLAB和ANSYS建立的軸系縱向減振器多學(xué)科優(yōu)化模型，其中優(yōu)化算法采用入侵性野草算法（Invasive Weed Optimization，IWO）。

3.2 現(xiàn)代設(shè)計(jì)工具/平臺(tái)

應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)工具建立動(dòng)力裝置的虛擬樣機(jī)以代替物理樣機(jī)，將設(shè)計(jì)的觸角延伸到傳統(tǒng)艦船動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)過(guò)程無(wú)法到達(dá)的領(lǐng)域，為各個(gè)階段提供更為直觀、合理的判據(jù)，對(duì)動(dòng)力裝置的性能、行為、功能進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化、性能測(cè)試和仿真評(píng)估以改進(jìn)設(shè)計(jì)質(zhì)量。圖3所示為以建立的動(dòng)力裝置虛擬樣機(jī)模型為基礎(chǔ)進(jìn)行的各種分析。

3.3 協(xié)同仿真技術(shù)

開(kāi)展艦船動(dòng)力裝置協(xié)同仿真技術(shù)研究是艦船動(dòng)力裝置多學(xué)科集成優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。目前能夠成功實(shí)現(xiàn)協(xié)同仿真的方式主要有以下2種。

1）基于接口技術(shù)的建模與仿真。

該技術(shù)主要依靠商業(yè)軟件來(lái)支持多領(lǐng)域協(xié)同仿真，如液壓、氣動(dòng)仿真軟件Easy5提供了與控制系統(tǒng)仿真軟件MATLAB/SIMULINK和MATRIXx的接口，可以實(shí)現(xiàn)液壓、氣動(dòng)與控制的多領(lǐng)域建模與仿真，這種方法要求仿真軟件之間必須相互提供接口、接口缺乏標(biāo)準(zhǔn)性和統(tǒng)一性、一般不直接支持分布式仿真等。

2）采用高層體系結(jié)構(gòu)（High Level Architec?ture，HLA）。

HLA根據(jù)已制定的標(biāo)準(zhǔn)（IEEE Standard 1516），利用現(xiàn)有商業(yè)軟件提供的接口并與之集成，實(shí)現(xiàn)不同領(lǐng)域仿真建模軟件所建立的模型之間的數(shù)據(jù)交互、仿真過(guò)程管理和控制等功能。每個(gè)商業(yè)軟件只需提供與HLA應(yīng)用程序框架接口的5個(gè)方法（從模型運(yùn)行空間內(nèi)取模型輸出變量新值、將模型輸入變量置入模型工作空間內(nèi)、仿真軟件的啟動(dòng)和模型的初始化、仿真結(jié)束后模型運(yùn)行空間處理以及商用仿真軟件的關(guān)閉、實(shí)現(xiàn)仿真步進(jìn)），即可方便地加入到多領(lǐng)域仿真之中。由于HLA的開(kāi)放性、標(biāo)準(zhǔn)性、可擴(kuò)展性和支持分布式仿真，該方法會(huì)獲得越來(lái)越多的應(yīng)用，從而較好地實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域建模的問(wèn)題。

要在艦船動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用協(xié)同仿真，可以先采用相對(duì)簡(jiǎn)單的基于接口的協(xié)同仿真方法，積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。隨著仿真規(guī)模的擴(kuò)大和精度要求的提高，再逐漸擴(kuò)展仿真領(lǐng)域，并嘗試采用HLA方法，最終建立動(dòng)力裝置的多領(lǐng)域模型庫(kù)，實(shí)現(xiàn)完整的協(xié)同仿真系統(tǒng)。以主動(dòng)力裝置性能仿真為例，基于接口的推進(jìn)系統(tǒng)協(xié)同仿真模型原理如圖4所示。該仿真模型與傳統(tǒng)的動(dòng)力裝置性能仿真模型相比，增加了專門的船體運(yùn)動(dòng)仿真模塊，并采用Fluent來(lái)對(duì)船體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真。由于船體運(yùn)動(dòng)對(duì)螺旋槳工作特性的影響非常明顯，采用此結(jié)構(gòu)的協(xié)同仿真模型使得主動(dòng)力裝置所帶負(fù)載的變化具有更高的仿真精度。

3.4 數(shù)據(jù)管理平臺(tái)研制

數(shù)據(jù)管理平臺(tái)主要用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中空間上異地分布的各部門之間的協(xié)同，以及時(shí)間上分散的艦船動(dòng)力裝置生命周期各個(gè)階段的并行。

現(xiàn)代Web技術(shù)的發(fā)展為艦船動(dòng)力裝置多學(xué)科集成優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的開(kāi)發(fā)提供了實(shí)現(xiàn)的平臺(tái)。圖5所示為基于多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)的動(dòng)力裝置數(shù)字化設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的層次結(jié)構(gòu)。根據(jù)圖5所示的層次結(jié)構(gòu)，以VS.NET 2005為系統(tǒng)平臺(tái)，采用SQL 2005數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)了動(dòng)力裝置數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。圖6所示為該平臺(tái)階段動(dòng)力裝置方案設(shè)計(jì)中選型部件的可視化配置管理。

3.5 協(xié)同設(shè)計(jì)軟件開(kāi)發(fā)

協(xié)同設(shè)計(jì)軟件主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力裝置各分系統(tǒng)設(shè)計(jì)及各設(shè)計(jì)階段的支持，如軸系設(shè)計(jì)軟件等動(dòng)力系統(tǒng)分系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，方案論證軟件等動(dòng)力裝置各設(shè)計(jì)階段支持軟件。各類設(shè)計(jì)/應(yīng)用軟件在開(kāi)發(fā)過(guò)程中需遵循統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，以有效支持各類軟件之間的協(xié)同。圖7所示為動(dòng)力裝置協(xié)同設(shè)計(jì)/應(yīng)用軟件平臺(tái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

4 結(jié) 語(yǔ)

1）全面分析了艦船動(dòng)力裝置研究的現(xiàn)狀。指出在現(xiàn)有動(dòng)力裝置總體設(shè)計(jì)中，缺乏從多學(xué)科耦合角度開(kāi)展仿真分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)的問(wèn)題。該問(wèn)題制約了動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)質(zhì)量的提高。在此基礎(chǔ)上，分析了多學(xué)科優(yōu)化理論的發(fā)展及在各領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，明確了開(kāi)展動(dòng)力裝置多學(xué)科集成設(shè)計(jì)優(yōu)化的必要性。

2）研究構(gòu)建了動(dòng)力裝置多學(xué)科集成優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)架，以多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)理論為核心，充分應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、仿真技術(shù)、虛擬樣機(jī)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多領(lǐng)域、多學(xué)科系統(tǒng)之間的協(xié)同，可為動(dòng)力裝置多學(xué)科集成優(yōu)化設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

3）針對(duì)多學(xué)科優(yōu)化技術(shù)、現(xiàn)代設(shè)計(jì)工具技術(shù)、協(xié)同仿真技術(shù)、數(shù)據(jù)管理平臺(tái)研制、協(xié)同設(shè)計(jì)軟件開(kāi)發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究，提出相應(yīng)解決方案，為動(dòng)力裝置多學(xué)科集成優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)和方法基礎(chǔ)。

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Multidisciplinary integrated design optimization methodology of marine power plants

ZENG Fanming，LIU Jinlin，LAI Guojun
College of Power Engineering，Naval University of Engineering，Wuhan 430033，China

In this paper,based on a full analysis of the research status for the overall design of marine power plants,the problem of the improvement of marine power plant design being limited by a lack of research into multidisciplinary coupling simulation and optimization for marine power plant design is pointed out,research into the multidisciplinary integrated design optimization theory and methodology for marine power plants is proposed,and a framework for a multidisciplinary integrated design system for marine power plants is built.Furthermore,multidisciplinary optimization technology,modern design tool technology,collaborative simulation technology,supporting platform technology,collaborative design software development and other key technologies are studied.A solution method is proposed.The research in this paper can provide a reference for the multidisciplinary integrated optimization design of marine power plants,and it may also help to improve the design quality of marine main power plants.

marine main power plant；overall design；multidisciplinary integrated design optimization；collaborative simulation

U664.1

A

10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.013

http://kns.cnki.net/kcms/detail/42.1755.TJ.20170313.1601.014.html

曾凡明，劉金林，賴國(guó)軍.艦船動(dòng)力裝置多學(xué)科集成設(shè)計(jì)優(yōu)化方法［J］.中國(guó)艦船研究，2017，12（2）：100-106，115.

ZENG F M，LIU J L，LAI G J.Multidisciplinary integrated design optimization methodology of marine power plants［J］. Chinese Journal of Ship Research，2017，12（2）：100-106，115.

2016-05-05 < class="emphasis_bold"> 網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：

時(shí)間：2017-3-13 16:01

國(guó)家部委基金資助項(xiàng)目；海軍工程大學(xué)基礎(chǔ)研究自主立項(xiàng)項(xiàng)目資助（20161519）

曾凡明，男，1962年生，博士，教授。研究方向：艦船動(dòng)力裝置總體設(shè)計(jì)，系統(tǒng)分析與仿真技術(shù)。E-mail：zeng_fm@sina.com

劉金林（通信作者），男，1981年生，博士，講師。研究方向：艦船動(dòng)力裝置總體設(shè)計(jì)，系統(tǒng)分析與仿真技術(shù)。E-mail：jinlingo@126.com

期刊網(wǎng)址：www.ship-research.com