船舶参数化设计DNA计算模型研究

China is the world's largest shipbuilding country, but in the new ship design capability still exists a gap with world shipbuilding powerful nation. Ship design the level rises urgently. The general design is the determinants of ship the performance. The parametric design method is introduced for ships general design theory, can effectively overcome the traditional spiral design method has low efficiency, long design cycle, is conducive to the many options to optimize the design, improve the design level. However, due to the ship's structure is more complex than other industrial products and components is very large number, general parametric design method in the ship overall design can not use the existing computer to solve large-scale geometric constraints problems. New DNA computing has a massively parallel, high-density storage and low power consumption characteristics, and may solve large-scale geometric constraint problems. Based on this background, the project intends to research through the establishment of ship parametric design DNA computing model ship parameterized in large-scale geometric constraint problems to solve, and focus on the establishment of DNA computing model for solving ship parametric surface design and ship parameters of statichydraulic calculation of related issues, new methods and technologies for ships parametric design.

我国作为世界第一造船大国,在新型船舶的设计能力上与世界造船强国之间还存在不小的差距，船舶设计水平亟待提高。总体设计是决定船舶各项性能指标的重要环节，将参数化设计方法引入船舶总体设计理论中，能有效克服传统的螺旋设计方法存在的效率低、设计周期长等问题，有利于对多方案进行优化设计，提高设计水平。然而由于船舶的结构比其他的工业产品更为复杂,构件数目十分庞大，一般的参数化设计方法在船舶总体设计中应用时将会碰到无法利用现有的电子计算机对大规模的几何约束问题进行求解的困难。新兴的DNA 计算具有超大规模并行性、高密度存储和低能耗等特性，为求解大规模的几何约束问题提供可能。基于这样的背景，本项目拟研究通过建立船舶参数化设计的DNA计算模型对船舶参数化中的大规模几何约束问题进行求解，集中解决建立DNA计算模型求解船舶参数化曲面设计以及船舶参数化静水力计算中的相关问题，从而为船舶参数化设计提供新方法和技术。

数字化造船的首要任务就是要实现数字化的船舶设计，其中船舶参数化设计便是船舶数字化设计的重要研究内容之一。一般的参数化设计方法在船舶总体设计中应用时将会碰到无法利用现有的电子计算机对大规模的几何约束问题进行求解的困难。新兴的DNA 计算具有超大规模并行性、高密度存储和低能耗等特性，为求解大规模的几何约束问题提供可能。基于这样的背景，本项目研究通过建立船舶参数化设计的DNA计算模型对船舶参数化中的大规模几何约束问题进行求解，集中解决建立DNA计算模型求解船舶参数化曲面设计以及船舶参数化静水力计算中的相关问题，从而为船舶参数化设计提供新方法和技术。. 项目研究的主要内容包括以下三个方面：（1）将基于几何约束求解的参数化技术应用于船舶总体设计，给出船体曲面参数化设计方法以及参数化静水力计算方法，给出理论计算模型。（2）结合图的最大团问题的已有的算法，诸如常规算法、神经网络算法、遗传算法和DNA计算模型相结合，给出求解几何约束的一般性的计算方法，并给出具体实验型的算法软件。（3）建立船舶参数化设计DNA计算模型. 项目研究的重要结果如下：. （1）根据船舶特征参数和特征曲线，通过数学方法，将船体横剖面曲线的设计转化为一个带约束的非线性规划问题，设计变量为表达横剖面曲线的控制点坐标；目标函数为曲线光顺性条件的数学形式；建立约束图来表达相应的几何约束条件，如：面积、形心及端点坐标、斜率、曲率等。通过采用改进能量目标函数，在应变能的基础上增加剪力跃度平方和的目标函数，使得生成的曲线更加符合光顺性条件。. （2）将参数化船舶设计问题中的约束问题用约束图表示，约束图的顶点代表几何元素，图的边表示其顶点对应的两个几何元素之间的约束关系，这样将几何约束转化为一个无向图，随后采用自顶向下的图归约方法进行几何约束系统的分解。通过图分解将一个大规模的约束系统化成许多约束子系统。. （3）对形状参数和集中几何约束进行DNA编码，对不同的形状参数及约束条件进行DNA编码，初步构建了DNA计算模型并设计相关的生化反应完成约束图进行求解。