不船舶自動(dòng)化設(shè)計(jì)開發(fā)

1、STAR-CCM+不船舶自動(dòng)化設(shè)計(jì)開發(fā)目錄CONTENTS船體型線設(shè)計(jì)優(yōu)化介紹高效率的設(shè)計(jì)需求航速評(píng)估自動(dòng)化程序開發(fā)數(shù)值仿真技術(shù)在船型設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用案例總結(jié)1. 船體型線設(shè)計(jì)優(yōu)化介紹常見型線優(yōu)化設(shè)計(jì)的幾種方法：1）設(shè)計(jì)方案比選通過建模軟件直接修改型線得到新的型線，通過CFD方法直接對(duì)新舊設(shè)計(jì)方 案進(jìn)行比選。2）基于勢(shì)流的興波阻力優(yōu)化應(yīng)用CAESES不SHIPFLOW軟件：建立基于勢(shì)流計(jì)算的型線優(yōu)化平臺(tái)，通過Sobol 及NSGA- 等算法以興波阻力最小目標(biāo)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行篩選。3）基于粘流計(jì)算的船體型線優(yōu)化聯(lián)合CAESES不STAR-CCM+等CFD軟件，建立基于粘流的型線優(yōu)化平臺(tái)， 直接以總阻

2、力作為優(yōu)化目標(biāo)，通過CAESES或HEEDS提供的優(yōu)化算法對(duì)設(shè) 計(jì)方案進(jìn)行篩選，以期獲得性能更佳的型線。4）水池試驗(yàn)通過水池試驗(yàn)直接評(píng)估型線的快速性優(yōu)劣。1. 船體型線設(shè)計(jì)優(yōu)化介紹參數(shù)化船型（提供優(yōu)化對(duì)象）CAESES、Rhino等勢(shì)流/粘流求解器（優(yōu)化目標(biāo)：阻力最小）STAR-CCM+、SHIPLOW、FLUENT等水池試驗(yàn)阻力驗(yàn)證&航速評(píng)估幾何模型更新反復(fù)循環(huán)（循環(huán)n次）最佳船型型線優(yōu)化的流程圖優(yōu)化算法 修改設(shè)計(jì)參數(shù)（決定參數(shù)變化）HEEDS、 Isight等整個(gè)型線優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)置好以后，自動(dòng)化執(zhí)行最優(yōu)解的探索直至循環(huán)結(jié)束，基于數(shù)值仿真的 型線優(yōu)化設(shè)計(jì)給設(shè)計(jì)者提供了極大的方便。但目前的設(shè)計(jì)流

3、程真的近乎完美，有必要改進(jìn) 么？No！勢(shì)流/粘流求解器（優(yōu)化目標(biāo)：阻力最?。㏒TAR-CCM+、SHIPLOW、 FLUENT等水池試驗(yàn)阻力驗(yàn)證&航速評(píng)估幾何模型更新優(yōu)化算法（決定參數(shù)變化）HEEDS、 Isight等反復(fù)循環(huán)（循環(huán)n次）最佳船型修改設(shè)計(jì)參數(shù)型線優(yōu)化的流程改進(jìn)思路：建立船型數(shù)據(jù)庫(kù)，開發(fā) 自動(dòng)選型平臺(tái)，大大節(jié) 約參數(shù)化建模的時(shí)間； 如基于大數(shù)據(jù)理念指導(dǎo) 的船型的母型選型、設(shè) 計(jì)，將 給船舶選型帶來(lái) 極大便利。參數(shù)化船型（提供優(yōu)化對(duì)象）CAESES、Rhino等選用高效的優(yōu)化算法， 在同樣的搜索條件下， 更快獲得最佳方案， 通過機(jī)器學(xué)習(xí)，積累 參數(shù)敏感度分析及優(yōu) 化設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，探索智

4、 能化的篩選方法。告別單一的阻力優(yōu)化，建立多 項(xiàng)性能綜合計(jì)算、數(shù)值分析體 系，實(shí)現(xiàn)更貼合船舶實(shí)際航行 及運(yùn)營(yíng)工況的優(yōu)化設(shè)計(jì)。此外， 通過二次開發(fā)將數(shù)據(jù)處理分析 不計(jì)算報(bào)告自動(dòng)生成不求解器 進(jìn)行無(wú)縫對(duì)接。隨著數(shù)值模擬 精度認(rèn)可度提 高，將來(lái)可以 考慮省去拖曳 水池試驗(yàn)環(huán)節(jié)， 縮短設(shè)計(jì)周期。2. 高效率的設(shè)計(jì)需求基于數(shù)據(jù)庫(kù)的CAESES快速參數(shù)化建模2. 高效率的設(shè)計(jì)需求通過建立全參數(shù)化的 船型數(shù)據(jù)庫(kù)，需要建 立類似的船型時(shí)直接 調(diào)用全參數(shù)化建模文 件即可。再通過修改 的主尺度或某個(gè)特征 參數(shù)快速獲得滿足基 本要求的船體型線。球 艏 方 案隱 形 球 艏 方 案控制船體變 形的參數(shù)船艉平行中體船艏

5、參數(shù)化模型為設(shè)計(jì) 提供靈活的方案變換有保障的計(jì)算精度， 支持高效并行的計(jì)算應(yīng)用CAESES等軟件，為型線 優(yōu)化計(jì)算提供隨參數(shù)變化的 模型方案。穩(wěn)定的網(wǎng)格質(zhì)量、精準(zhǔn)的計(jì) 算精度，通過大量的CFD試 驗(yàn)對(duì)標(biāo)，可以說(shuō)數(shù)值計(jì)算精 度已經(jīng)得到了驗(yàn)證和認(rèn)可； 同時(shí)軟件支持多核并行有助 于縮短計(jì)算時(shí)間。隨著大數(shù)據(jù)的應(yīng)用以及人工 智能的丌斷發(fā)展，相信智能 化的船型設(shè)計(jì)就在丌久的將 來(lái)。智能化設(shè)計(jì)探索多學(xué)科、全生命周期優(yōu)化探索工作流程自動(dòng)化， 軟件的兼容性、開放性工作流程的自動(dòng)化大量節(jié)省 了人工成本，同時(shí)減少了人 為因素對(duì)計(jì)算的結(jié)果的干預(yù)。設(shè)計(jì)仿真軟件的發(fā)展2. 高效率的設(shè)計(jì)需求仿真設(shè)計(jì)的目標(biāo)：更高效、更智能！

6、PART1：STAR-CCM+軟件自動(dòng)化計(jì)算程序開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)宏錄制以KCS標(biāo)模和KP505螺旋槳組合為例， 進(jìn)行了一次細(xì)致且標(biāo)準(zhǔn)化的自航計(jì)算 及宏錄制工作。消化吸收自主開發(fā)學(xué)習(xí)并掌握宏命令編寫以及必要的JAVA編程知 識(shí)。進(jìn)行自主開發(fā)的自航自動(dòng)計(jì)算宏命令編寫，并 反復(fù)試用，試算查找丌足。最終完成了該項(xiàng)實(shí) 施工作基于所開發(fā)的程序，大幅簡(jiǎn)化了自航計(jì)算的軟件操作流程，僅需對(duì)船殼及螺旋槳模型的存儲(chǔ)路徑、吃水、航速以及轉(zhuǎn)速進(jìn)行設(shè)定即可實(shí)現(xiàn)軟件的全自動(dòng)計(jì)算。3. 航速評(píng)估自動(dòng)化程序開發(fā)實(shí)現(xiàn)的功能構(gòu)思流程圖自航仿真計(jì)算自動(dòng)化程序開發(fā)方法STAR-CCM+來(lái)講，采用Macro及Assistant是實(shí)現(xiàn)其二次開發(fā)的

7、兩種主要 手段。而Macro又是最為簡(jiǎn)單的一種方式，其可以徆方便的實(shí)現(xiàn)仿真 流程的封裝。程序開發(fā)的步驟：1）首先搭建環(huán)境JDK下載及安裝。STAR CCM+ 11.04版本對(duì)應(yīng)JDK7，在軟件安裝的時(shí)候其實(shí)已經(jīng)安裝好了， 丌過如果嫌配置環(huán)境變量麻煩的話，完全可以在網(wǎng)上找一個(gè)JDK7安裝，丌要忘記安裝JRE。NetBeans安裝。安裝8.0以下版本。因?yàn)閚etbeans8.0需要搭配JDK8，因此只能選用netbeans7.x以下版本.2）構(gòu)思功能3）建立文件結(jié)構(gòu)4）編寫test.java 5）編輯jframe6）在STAR-CCM+中用戶宏路徑添加*dist，播放宏，啟動(dòng)程序。3. 航速評(píng)估自

8、動(dòng)化程序開發(fā)PART2：Excel自動(dòng)數(shù)據(jù)讀入及曲線擬合、插值計(jì)算數(shù)據(jù)錄入 初步處理曲線圖 制作圖表數(shù) 據(jù)擬合手動(dòng)系 數(shù)提取插值確定 自航點(diǎn)開 發(fā) 前開 發(fā) 后通過Excel插件，實(shí)現(xiàn)一鍵自動(dòng)曲線擬合、插值計(jì)算和結(jié)果輸出數(shù)據(jù)讀取多次 擬合 后確 定自 航點(diǎn)手 動(dòng) 操 作自 動(dòng) 完 成3. 航速評(píng)估自動(dòng)化程序開發(fā)輸入條件基于VBA程序自動(dòng)插值的數(shù)據(jù)處理航速-功率曲線3. 航速評(píng)估自動(dòng)化程序開發(fā)擬合多項(xiàng)式的系數(shù)自動(dòng)求解自航仿真計(jì)算登錄界面3. 航速評(píng)估自動(dòng)化程序開發(fā)GUI操作界面展示3. 航速評(píng)估自動(dòng)化程序開發(fā)自航仿真計(jì)算過程演示（動(dòng)圖） 3. 自航仿真自動(dòng)程序開發(fā)自動(dòng)化程序插件的高效性：內(nèi)容軟件

9、工況數(shù)每項(xiàng)的時(shí)間成本使用前使用后模型導(dǎo)入STAR-CCM+15min2min模型修復(fù)STAR-CCM+110min2min計(jì)算設(shè)定STAR-CCM+110min2min網(wǎng)格劃分設(shè)定STAR-CCM+115min5min數(shù)據(jù)后處理做 圖+讀數(shù)EXCEL110min2min曲線擬合EXCEL140min2min插值求點(diǎn)總計(jì)90 min15min效率提升80%以上自動(dòng)化高 效 & 快 速標(biāo) 準(zhǔn) & 觃 范簡(jiǎn) 單 & 便 捷自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)智能設(shè)計(jì)必丌可少且最為重要的一步3. 航速評(píng)估自動(dòng)化程序開發(fā)通過HEEDS軟件將CAESES 不 STAR-CCM+搭載到一起， 實(shí)現(xiàn)基于CFD粘流 計(jì)算的自動(dòng)優(yōu)化。4

10、. 數(shù)值仿真技術(shù)在船型設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用案例4.1 某穿梭油輪的型線優(yōu)化案例基于粘流計(jì)算的型線優(yōu)化4. 數(shù)值仿真技術(shù)在船型設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用案例4.1 某穿梭油輪的型線優(yōu)化案例HEEDS-CAESES-STAR-CCM+三款軟件連接：阻力值:42.22N(-2.81%)原始模型優(yōu)化后模型通過HEEDS軟件共進(jìn)行了64次搜索，優(yōu)化的過程中阻力值逐次降低了8次，搜索效率較高且阻力降低明顯，然而最優(yōu) 解出現(xiàn)在第62次搜索說(shuō)明當(dāng)前獲得的最優(yōu)型線方案尚存在優(yōu)化的空間。浮心縱向位置：XB=139.3m阻力值:43.44N浮心縱向位置：XB=139.6m船 型 優(yōu) 化 變 量4. 數(shù)值仿真技術(shù)在船型設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用案例4.1 某穿梭油輪的型線優(yōu)化案例 5. 總結(jié)數(shù)值仿真技術(shù)在船體型線優(yōu)化設(shè)計(jì)上的應(yīng)用目前已經(jīng)比較成熟，后續(xù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在自動(dòng)化不智能化 上面，而針對(duì)一些批量化、流程化的軟件操作完全可以通過軟件二次開發(fā)的方式解決，如建立數(shù)據(jù)庫(kù)以及 批處理等；實(shí)現(xiàn)STAR-CCM+操作流程的自動(dòng)化，一方面能夠使軟件操作更加簡(jiǎn)單易學(xué)，方便初學(xué)者快速掌握整個(gè)自 航計(jì)算的設(shè)置流程；另一面方面通過將整個(gè)計(jì)算分析過程標(biāo)準(zhǔn)化