粗糙集理論在船型優(yōu)化中的應(yīng)用研究.pdf

1、國際海事組織提出船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)（Energy efficiency design index，EEDI），這對綠色船型研發(fā)提出了新的挑戰(zhàn)，必須大力開展節(jié)能船型的研究。隨著計(jì)算流體力學(xué)（Computational fluid dynamics，CFD）和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，基于CFD的船型優(yōu)化技術(shù)不斷發(fā)展，成為開發(fā)節(jié)能船型的有效手段。該技術(shù)是將船體曲面參數(shù)化修改、計(jì)算流體力學(xué)仿真和最優(yōu)化技術(shù)等進(jìn)行集成，并應(yīng)用于新船型的設(shè)計(jì)。
　

2、　然而，船型優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)典型的復(fù)雜工程問題，它包含大量數(shù)值仿真計(jì)算、具有復(fù)雜的設(shè)計(jì)性能空間，從而導(dǎo)致優(yōu)化效率低，難以獲得全局最優(yōu)解。目前，主要通過以下幾個(gè)方面的研究來解決上述問題：1）開發(fā)高效的優(yōu)化算法；2）提升近似模型預(yù)報(bào)精度；3）采用高性能集群計(jì)算機(jī)等。
　　盡管這些研究已在船型優(yōu)化中得到應(yīng)用，但在求解效率和解的質(zhì)量上仍無法滿足工程應(yīng)用要求。在此背景下，本論文將設(shè)計(jì)空間縮減技術(shù)應(yīng)用于船型優(yōu)化，并對應(yīng)用中存在的具體問題進(jìn)行了研

3、究。本文主要開展以下研究工作：
　　1）闡述了粗糙集理論（Rough set theory，RST）的基本知識，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化問題的粗糙集理論表達(dá)，并通過函數(shù)算例介紹了粗糙集理論用于優(yōu)化設(shè)計(jì)空間縮減的基本流程。
　　2）研究了設(shè)計(jì)空間縮減中的部分科學(xué)問題。首先，通過對比分析均勻設(shè)計(jì)和優(yōu)化拉丁超立方設(shè)計(jì)，確定了均勻設(shè)計(jì)作為用于采樣的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法；其次，用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理分析了數(shù)據(jù)離散化中決策閾值的確定方法。最后，將設(shè)計(jì)空間縮減技術(shù)應(yīng)用于

4、KCS船型的興波阻力優(yōu)化。
　　3）提出序列空間縮減方法的應(yīng)用，并研究了存在的具體問題。首先，利用區(qū)間理論研究了兩組子空間交、并集的計(jì)算方法；其次，分析多組函數(shù)算例的空間縮減情況，為序列空間縮減應(yīng)用于工程優(yōu)化時(shí)，迭代終止條件的取值提供了建議。最后，以KCS船型的興波阻力優(yōu)化為例，驗(yàn)證了序列空間縮減技術(shù)應(yīng)用于船型優(yōu)化的可行性。
　　通過以上研究，本文提出了一種基于粗糙集理論序列空間縮減的船型優(yōu)化方法。該方法能夠顯著縮減設(shè)計(jì)空間