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原文传递面向多任务状态的舱室布局不确定性优化设计研究

论文题名：	面向多任务状态的舱室布局不确定性优化设计研究
关键词：	舱室布局设计;多任务状态;混合不确定性分析;稳健性;区间优化
摘要：	寻找优秀的舱室布局方案，是提高船舶总体设计的效率、降低船舶设计成本的重要途径。近年来学者们对于船舶舱室智能化布局设计的研究更为深入，但绝大多数的研究均基于确定性优化思想。然而在实际工程设计中，优化方案会受到多种不确定性因素的影响，忽视这些不确定性因素可能会导致设计方案与实际工程产生误差，进而影响方案的实用性。而在面向多任务状态的舱室布局优化设计中，多种任务状态的交替存在使得不确定性更为复杂，因此在优化设计中需要重点考虑不确定性因素。在进行不确定性优化设计之前，首先需要明确不确定性的类别、产生方式以及量化方法，并分析其对优化方案可靠性及稳健性的影响。为此本文针对优化模型输入参数中的不确定性因素进行了不确定性分析。基于分析结果、各类不确定性优化方法的特点以及在船舶设计领域的适用性，将区间优化方法应用到舱室布局不确定性优化设计中。为了保障舱室布局设计方案的合理性，本文开展了以下研究：　　首先，明确多任务状态的种类、定义、工作任务及人员物料流动情况，选定优化舱段并建立舱室布局简化模型。本文选择属具及设备受损状态、遇险逃生状态、维修保障状态、日常航行状态4种任务状态，基于其工作任务下的人员物料流动情况和各舱段的特点，同时为保证布局优化研究的普适性，选择假想邮轮生活区舱段作为优化舱段。并基于二维FLP思想和多行布局模型，构建舱室布局简化模型。　　其次，基于舱室布局简化模型，建立舱室布局优化数学模型。以舱室序列为设计变量，从邻接、流通需求两个角度建立分目标函数，加权后得到总目标函数，约束条件考虑通道布局位置约束和舱段可用面积约束。搭建确定性优化平台，优化方法选择遗传算法，并将该算法结合优化模型进行一定改进。通过优化计算结果来验证优化模型、优化方法的可行性，并与不确定性优化结果进行对比分析。　　再考虑模型输入参数中的邻接、流通强度系数所存在的不确定性，按产生方式分为随机不确定性和认知不确定性，并根据概率理论和区间理论分别量化为随机变量和区间变量。基于两类变量的特点，建立概率—区间混合不确定性模型，通过求解该模型的功能函数，来评估不同的不确定性参数对于方案稳健性的影响，以此来选择不确定性优化方法。　　最后，根据不确定性分析的结果，结合各类不确定性优化方法在船舶设计领域中的适用性，选择区间优化方法来进行不确定性优化设计。基于区间序关系建立区间优化目标函数，并引入双层嵌套优化体系，根据内外层的优化任务不同，选择改进型遗传算法和模拟退火算法进行优化计算，将优化结果与确定性优化进行对比，评估优化模型和方法的有效性，进而验证不确定性分析和优化在多任务状态下舱室布局问题中的适用性和可行性。　　综上，基于多任务状态建立优化舱段的舱室布局简化模型，并以此构建布局优化数学模型，针对模型输入参数中的不确定性因素开展分析，通过求解不同的不确定性参数对优化方案稳健性的影响，选择了区间优化方法进行不确定性优化设计。通过确定性优化和不确定性优化计算结果对比，表明了考虑不确定性的舱室布局优化目标函数值虽然不如确定性优化结果，但求解的舱室布局方案能更好地满足多任务状态下的邻接和流通需求，大大提升了布局方案的性能。
作者：	李浩男
专业：	船舶与海洋工程
导师：	侯远杭
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2022