船舶设计整体方法

　　本书论述了全方位优化船舶设计和营运全寿命周期（HOLISHIP）方案和相关的设计综合模型。该模型遵循现代计算机辅助工程（CAE）程序，集成了技术经济数据库、计算和优化模块和软件工具，以及一个虚拟船舶框架形式（VVF）完整的虚拟模型，可以使新船在建造前进行虚拟测试。本书来源于HOLISHIP项目第一阶段获得的成果，旨在促进相关专业课程的改进，并着重阐述船舶设计这一重要课题，让读者了解将整体方法整合到船舶设计过程中的基本原理和细节。本书适用于船舶行业的工程技术人员和专业人士﹐也能为造船﹑海洋工程和海上运输项目的研究人员和相关专业的研究生提供参考。

　　主编简介工学博士阿波斯托洛斯·帕帕尼古拉乌教授毕业于德国技术大学造船和海洋工程专业。他曾任希腊雅典国立技术大学（NT-UA）教授以及船舶设计实验室的负责人长达30多年。如今他是德国汉堡船模试验水池的高级科学顾问、NTUA的名誉教授以及英国斯特拉斯克莱德大学客座教授。他主持了多个资助研究项目，著作/合著超过600部，研究方向包括常规和非常规船舶的设计和优化、静水力性能和海道中船舶性能的水动力分析与评估、基于逻辑基础的船舶设计﹑船舶稳性和安全性以及国际海事组织相关规范的沿革。他因在船舶流体动力学﹑创新船舶设计和安全评估方面的研究工作和科学贡献而获得了各种国际奖项，在过去10年中他曾获得劳氏船级社名录2009年希腊航运技术创新奖（与德国劳氏船级社联合获得），著名的美国造船与轮机工程师学会（SNAME）2010年船舶研究杰出贡献的Dr.K. Davidson奖，2014年水上运输高级研究人员欧洲冠军杯一等奖。他是英国皇家造船工程师学会（RINA）的成员，美国造船与轮机工程师协会（SNAME）的研究员﹐德国船舶技术协会（STG）的研究员，日本造船和海洋工程师协会（JASNAOE）的杰出外籍成员以及美国造船与轮机工程师协会（SNAME）的国际副总裁。

第1章﹐全方位优化船舶设计和营运全寿命周期(HOLISHIP)概述
1.1HOLISHIP发展历程
1.2 HOLISHIP项目介绍
参考文献
第⒉章船舶整体设计优化
2.1船舶整体设计优化简介
2.2船舶整体设计优化演变历程
2.3船舶设计优化的一般性问题
2.4油船设计优化
2.4.1 AFRAMAX油船多目标设计
2.4.2设计方法
2.4.3油舱布置设计
2.4.4结构模型
2.4.5设计分析和模拟
2.5结果讨论
2.5.1探索
2.5.2网格划分
2.5.3妳敏感性参数
2.5.4 RFR-OOI综合敏感性分析
2.6 结论
参考文献
第3章船舶全生命周期设计的发展历程
3.1引言
3.2船舶设计模型
3.2.1船舶优化设计
3.2.2船舶设计流程
3.2.3船舶设计常规模型
3.3船舶设计优化研究的具体案例
3.3.1 船型建模
3.3.2综合模型
3.3.3多目标模型
3.3.4整体设计模型
3.3.5基于风险的设计模型
3.4 结论
参考文献
第4章市场条件、任务要求和营运概况
4.1简介
4.1.1客滚船
4.1.2首尾同型渡船
4.1.3海上支援船
4.2客滚船细分的市场分析
4.2.1简介
4.2.2客滚船细分
4.2.3 首尾同型渡船市场细分
4.2.4客滚船部分(包括首尾同型渡船)未来发展的结论
4.3任务要求
4.3.1运输任务
4.3.2定义船舶
4.4初始规模
4.4.1概念设计的定义
4.4.2回归分析
4.4.3其他利益相关方及其影响
4.5营运概况
4.5.1―其他利益相关方及其影响
4.5.2︰营运分析工具----输入
4.5.3 营运概况工具----模拟
4.5.4营运概况工具---结果:客滚船应用案例
4.5.5︰营运分析工具---结果:首尾同型渡船应用案例
4.5.6﹑营运分析工具----结果:海上支援船应用桑例
4.5.7︰营运概况工具---讨论
4.6利用智能总布置图设计给定任务的船舶概念
4.6.1设计工具要求
4.6.2概念设计阶段的三维总布置图
4.6.3 智能化总体布置工具
4.6.4内部模块
4.6.5﹑连接模块
4.6.6优化平台集成
参考文献
第5章船舶设计的系统方法
5.l由营运方案驱动的船舶设计
5.1.1作为技术要求补充的营运方案
5.1.2技术要求
5.1.3︰从需求推断营运方案
5.2船舶系统结构建模
5.2.1多层次的体系结构模型
5.2.2结构分析----电路和网络、功能链
5.2.3 系统结构作为性能的基础和可靠性、可用性和可维修性(RAM)分析的基础
5.3﹑以“利益共同体”管理设计流程
5.3.1﹑船舶设计:一个协作设计流程
5.3.2协作软件结构
5.3.3 SAR 工具的结构
5.3.4以人为中心的设计过程
参考文献
第6章船舶设计中的流体动力学工具
6.1船舶设计中的水动力挑战
6.1.1 船舶阻力
6.1.2推进
6.1.3适航性
6.1.4操纵性
6.2不同类型的流体动力工具
6.2.1基本注意事项
6.2.2验证工具
6.2.3势流量代码
6.2.3螺旋桨代码
6.2.4黏性流代码
6.3基于仿真的设计优化和自适应多保真元模型
6.3.1、确定性无导数全局算法的局部混合
6.3.2﹑自适应多保真元模型
6.4HOLISHIP集成概念（适用于CFD代码)，滚装渡船(RoPAX)的水动力性能优化
6.4.1流体力学
6.4.2船型
6.4.3组织计算
6.4.4结语
6.4.5讨论
6.5结论
参考文献
第7章﹐概念和合同前船舶设计阶段的参数优化
7.1 介绍
7.2参数化概念设计优化
7.2.1优化方法
7.2.2早期概念设计问题的形成
7.2.3工具的适用性
7.2.4应用范例
7.3合同前期参数化船舶设计与优化
7.3.l船型参数化建模与水密分舱
7.3.2评估工具
7.3.3 参数化模型
7.3.4样本优化的公式化
7.3.5结论及讨论
参考文献
第8章CAESES-——流程集成及设计优化的HOLISHIP平台
8.1介绍及动机
8.2流程集成与设计优化
8.2.1概述
8.2.2背景
8.2.3 CASES内在功能概述
8.2.4 HOLISHIP中采用的基于CAESES的集成方法
8.2.5集成工具
8.3变量几何
8.3.1几何模型
8.3.2以一艘滚装渡船为例的完全参数化模型
8.3.3以一艘平台供应船为例的部分参数化模型
8.4︰数据管理
8.4.1层次模型
8.4.2参数与自由变量
8.4.3妳自下而上的集成方法
8.4.4数据的变换和充实
8.5软件连接
8.5.l软件连接器
8.5.2单一工具的集成
8.5.3多个工具的集成
8.5.4与其他框架的连接
8.6优化
8.6.1概述
8.6.2探索
8.6.3开发
8.6.4评估
8.7直接模拟与代理模型
8.7.1代理建模思想
8.7.2典型的代理模型
8.7.3 使用代理模型
8.8应用方案
8.8.1―手动与自动设计
8.8.2通过网络应用提供
8.9前景
8.9.1元项目
8.9.2供应商、顾问和用户共同体
8.10 结论
参考文献
第9章结构设计优化—工具以及方法
9.1引言
9.2优化方法的趋势
9.3优化工具
9.4帕累托解的质量评估
9.5 LBR-5:最低成本的结构优化方法
9.6 BESST项目
9.6.1项目背景动机
9.6.2研究模型
9.6.3优化工作流程描述
9.6.4结果与讨论
9.7 HOLISHIP项目
9.7.l 介绍
9.7.2方法
9.7.3概念设计阶段
9.7.4合同设计阶段
9.8碰撞工况下船舶和海上结构物的高效优化工具
9.8.1概述
9.8.2响应面法(RSM)
9.8.3 分析方法
9.8.4优化工具的未来
9.9结论
参考文献
第10章模块化设计
10.1模块化设计导论
10.2︰定义和界定模块性
10.2.1模块化产品架构还是整体产品架构
10.2.2相关的概念
10.2.3模块化类型
10.3设计阶段的模块化
10.3.1支持产品平台策略
10.3.2基于模块化配置的设计效率
10.3.3模块化支持设计探索和创新
10.3.4 总结--船舶设计中的模块化
10.4船舶生产中的模块化
10.4.1对船舶建造价值链的影响
10.4.2早期装备
10.5模块化操作
10.5.1模块化的操作灵活性
10.5.2便于改造和现代化的模块
10.5.3 营运中模块化适应的设计方法
10.6结论
参考文献
第11章 船舶设计的应用可靠性、可用性和维护原则
11.1 RAM目标和方法的描述
11.1.1 RAM目标…
11.1.2 RAM方法
11.2 RAM应用程序
11.2.1飞机制造工业
11.2.2铁路行业
11.2.3石油和天然气/海上工业
11.2.4国防工业
11.2.5能源行业
11.2.6 加工工业
11.3 船舶设计中RAM分析的动机
11.3.1现状与发展趋势
11.3.2船舶设计初期RAM的预期效益
11.3.3妳用于RAM分析的主要目标船型
11.4从RAM分析的角度看船舶设计的特殊性
11.5自航船系统的RAM分析
11.6 RAM研究
11.6.l RAM研究过程
11.6.2临界性分析
11.6.3可靠性数据收集
11.6.4 RAM假设
11.6.5 RAM建模、模拟和计算
11.6.6结果
11.7 RAM建模
11.7.1布尔(Boolean)形式
11.7.2状态/转换式
11.7.3基于模型的模型
11.7.4最适合船舶设计的建模
11.8 RAM工具的主要功能
11.8.1逐步分析验证
11.8.2类型的计算
11.8.3 结论
11.8.4敏感性
11.8.5生命周期成本(LCC)计算
11.9 AM分析的可靠性数据
11.10结论
参考文献
第12章生命周期绩效评估(LCPA)工具
12.1介绍
12.2评估方法
12.2.1生命周期成本法
12.2.2生命周期评估
12.2.3海运行业的LCC和LCA
12.2.4成本估算方法和KPI的采用
12.3报废阶段
12.3.1生命结束阶段的替代方案
12.3.2报废评估的KPI输入
12.3.3报废评估所需的数据
12.3.4报废程序的能源经济评价
12.3.5国际规则
12.4整体方法选择KPI
12.5整体方法的方法论
12.6 LCPA和KPI的计算
12.7︰考虑不确定因素
12.8 应用案例的结论和意见
参考文献
第13章机械和动力系统的建模与优化
13.1 介绍
13.2机械和动力系统的定义/组成
13.3动力系统建模的整体方法
13.4动力系统概念设计的优化与验证
13.5应用案例
13.6结论
参考文献
第14章先进的船舶轮机建模和模拟
14.1船舶能源系统:需要集成的方法
14.2过程建模与模拟
14.2.1问题类型及应用领域
14.2.2一 般问题描述/工作流
14.3 过程建模框架的数学表达式
14.3.1 守恒方程与物理现象....
14.3.2 连通性方程
14.3.3 热物理性质....
14.4单个组件模型和流程库...
14.4.1模型库.
14.4.2--次能源转换器
14.4.3二次能源转换器
14.4.4 流体输送设备
14.4.5 热交换与相位分离
14.4.6 电气系统组件...
14.4.7控制和自动化
14.4.8 动力流
14.4.9质量分离和(生物)化学反应器
14.5.1目的
14.5.2建立具有交换和协同模拟能力的模型
14.6说明性应用
14.6.l﹑混合电力推进系统
14.6.2脱硫洗涤塔
14.6.3 新造液化天然气(LNG)运输船配置替代方案
14.6.4 COSSMOS在Holiship项目集成平台下的使用
14.7结论
参考文献
第15章HOLISPEC/RCE:虚拟船舶仿真
15.1引言
15.2为什么需要耦合模拟
15.3概念设计中的模拟
5.3.1引言
5.3.2数据表示和交换
15.4 设计验证中的模拟
15.5可用的工具和框架
15.5.1远程组件环境(RCE)和通用参数船舶配置方案(CPACS)
15.5.2﹑虚拟船舶框架(Holispec)
15.6应用与案例研究
15.6.1 概念测试
15.6.2虚拟海上试验
15.6.3耦合模拟
15.6.4―概念设计中的模拟:案例研究
15.7结论和展望
参考文献
—些重要术语的释义
参考文献