基于船舶流体力学技术的船型优化平台建设方案.doc
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2023-09-26
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基于船舶流体力学技术的船型优化平台建设方案
一、方案介绍
传统的船型优化方法主要通过人工手动寻优。通过手动修改船体线性，然后利用船舶流体力学软件建模，
生成网格，最后通过船舶流体力学软件计算得到优化目标函数的计算结果，并通过工程师经验或者借助试验来
判断修改方案的优劣。这种方法的主要缺点在于寻优的效率比较低，周期非常长，无法满足船型开发的要求。
由于人工手动寻优耗费的时间周期长且实验成本非常大，无法大范围的对船体线性进行改动，因此极有可能在
寻优的过程中遗漏真正的最优解，使得船型优化方案最终失败。基于船舶流体力学技术的船型优化平台是通过
多目标优化软件，船舶流体力学计算软件和网格变形软件来实现船型自动优化。可以实现完全通过计算机软件
来寻优，无需人为干预，理论上通过该优化平台，可实现真正的船型优化，并完全可以找到符合工程要求的最
优船型。
基于船舶流体力学技术的船型优化平台目前在国外应用成功案例比较多，其中很多比较著名的船舶科研机
构和企业均利用多目标优化软件和船舶水动力学计算软价，并结合网格变形工具来完成船型优化研究。在此介
绍的是世界最大的造船企业之一 Fincantieri（芬坎蒂尼）。其业务包括：负责设计和生产动力柴油引擎、造船
研发和推进领域的海军技术研究中心（CETENA）和负责海军系统（轻武裝快舰、大型驱逐舰、驱逐舰和航空
母舰）领域的研发和设计。被造船业界公认为世界级领导厂商。Fincantieri 十分依赖产品设计流程中的工程分
析能力。2000 年 CETENA 联合 Fincantieri 以及柏林工业大学共同开展船型优化研究，该项目受到欧盟的资助
并取名为 FANTASTIC。在这项研究中，CETENA 利用多目标优化软件 modeFRONTIER™来搭建优化平台，
并利用 STAR-CCM+软件完成船舶水动力学计算，船舶线性变形采用 DEP-Morpher 并最终获得了优化船型。
二、方案说明
基于 CFD 技术的船型优化平台由四个软件协同仿真来共同完成大型船舶尾部线型的优化，分别为多目标
优化软件 modeFRONTIER™和船舶流体力学软件 STAR-CCM+和网格变形软件 DEP-Morpher 以及几何清理和
网格生成工具 ICEM-CFD 软件。该方案实施将填补国内科研单位在大型船舶尾部线型优化技术的空白，并且
该方案的实施将对船舶改型工作带来借鉴意义。
（一）多目标优化软件 modeFRONTIER™的介绍
modeFRONTIER™是由意大利 ESTECO 公司开发并在全球推广的世界上第一款多目标优化软件。
ESTECO 公司具有深厚的学术基础和强大的研发能力，软件的发展和更新速度非常迅速。
多目标优化软件 modeFRONTIER™的典型特点和优势：
1) modeFRONTIER™是第一款全面支持多目标优化算法的软件，包含了丰富的多目标算法：NSGA-II，
MOGA-II，ARMOGA，MOPSO，MACK， MOGT，MOSA，FMOGA-II，MMES，NBI-NLPQLP 等，其
多目标算法要远多于同行业其他公司的同类软件。（详细算法介绍参见附录）
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