第1章﹐全方位優化船舶設計和營運全壽命周期(HOLISHIP)概述

1.1HOLISHIP發展歷程
1.2 HOLISHIP項目介紹
參考文獻
第⒉章船舶整體設計優化
2.1船舶整體設計優化簡介

2.2船舶整體設計優化演變歷程

2.3船舶設計優化的一般性問題

2.4油船設計優化

2.4.1 AFRAMAX油船多目標設計

2.4.2設計方法

2.4.3油艙布置設計

2.4.4結構模型

2.4.5設計分析和模擬

2.5結果討論
2.5.1探索

2.5.2網格劃分

2.5.3妳敏感性參數

2.5.4 RFR-OOI綜合敏感性分析

2.6 結論

參考文獻

第3章船舶全生命周期設計的發展歷程
3.1引言

3.2船舶設計模型
3.2.1船舶優化設計
3.2.2船舶設計流程
3.2.3船舶設計常規模型

3.3船舶設計優化研究的具體案例

3.3.1 船型建模

3.3.2綜合模型

3.3.3多目標模型

3.3.4整體設計模型

3.3.5基於風險的設計模型

3.4 結論
參考文獻
第4章市場條件、任務要求和營運概況
4.1簡介
4.1.1客滾船
4.1.2首尾同型渡船
4.1.3海上支援船

4.2客滾船細分的市場分析

4.2.1簡介
4.2.2客滾船細分
4.2.3 首尾同型渡船市場細分

4.2.4客滾船部分(包括首尾同型渡船)未來發展的結論
4.3任務要求
4.3.1運輸任務
4.3.2定義船舶
4.4初始規模
4.4.1概念設計的定義
4.4.2回歸分析
4.4.3其他利益相關方及其影響

4.5營運概況
4.5.1―其他利益相關方及其影響
4.5.2︰營運分析工具----輸入

4.5.3 營運概況工具----模擬

4.5.4營運概況工具---結果:客滾船應用案例

4.5.5︰營運分析工具---結果:首尾同型渡船應用案例

4.5.6﹑營運分析工具----結果:海上支援船應用桑例

4.5.7︰營運概況工具---討論

4.6利用智能總布置圖設計給定任務的船舶概念

4.6.1設計工具要求
4.6.2概念設計階段的三維總布置圖

4.6.3 智能化總體布置工具
4.6.4內部模塊
4.6.5﹑連接模塊
4.6.6優化平臺集成

參考文獻

第5章船舶設計的繫統方法
5.l由營運方案驅動的船舶設計

5.1.1作為技術要求補充的營運方案

5.1.2技術要求

5.1.3︰從需求推斷營運方案

5.2船舶繫統結構建模

5.2.1多層次的體繫結構模型
5.2.2結構分析----電路和網絡、功能鏈

5.2.3 繫統結構作為性能的基礎和可靠性、可用性和可維修性(RAM)分析的基礎
5.3﹑以“利益共同體”管理設計流程

5.3.1﹑船舶設計:一個協作設計流程

5.3.2協作軟件結構
5.3.3 SAR 工具的結構

5.3.4以人為中心的設計過程

參考文獻

第6章船舶設計中的流體動力學工具
6.1船舶設計中的水動力挑戰
6.1.1 船舶阻力
6.1.2推進

6.1.3適航性
6.1.4操縱性

6.2不同類型的流體動力工具

6.2.1基本注意事項

6.2.2驗證工具

6.2.3勢流量代碼
6.2.3螺旋槳代碼
6.2.4黏性流代碼
6.3基於仿真的設計優化和自適應模型

6.3.1、確定性無導數全局算法的局部混合

6.3.2﹑自適應模型

6.4HOLISHIP集成概念（適用於CFD代碼)，滾裝渡船(RoPAX)的水動力性能優化
6.4.1流體力學
6.4.2船型
6.4.3組織計算
6.4.4結語

6.4.5討論

6.5結論

參考文獻
第7章﹐概念和合同前船舶設計階段的參數優化

7.1 介紹
7.2參數化概念設計優化

7.2.1優化方法

7.2.2早期概念設計問題的形成

7.2.3工具的適用性
7.2.4應用範例

7.3合同前期參數化船舶設計與優化

7.3.l船型參數化建模與水密分艙

7.3.2評估工具

7.3.3 參數化模型
7.3.4樣本優化的公式化

7.3.5結論及討論
參考文獻

第8章CAESES-——流程集成及設計優化的HOLISHIP平臺
8.1介紹及動機
8.2流程集成與設計優化

8.2.1概述
8.2.2背景
8.2.3 CASES內在功能概述

8.2.4 HOLISHIP中采用的基於CAESES的集成方法

8.2.5集成工具

8.3變量幾何
8.3.1幾何模型
8.3.2以一艘滾裝渡船為例的完全參數化模型

8.3.3以一艘平臺供應船為例的部分參數化模型

8.4︰數據管理

8.4.1層次模型

8.4.2參數與自由變量

8.4.3妳自下而上的集成方法

8.4.4數據的變換和充實

8.5軟件連接
8.5.l軟件連接器
8.5.2單一工具的集成

8.5.3多個工具的集成
8.5.4與其他框架的連接

8.6優化
8.6.1概述
8.6.2探索

8.6.3開發

8.6.4評估
8.7直接模擬與代理模型

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應用方案
8.8.1―手動與自動設計

8.8.2通過網絡應用提供

8.9前景

8.項目

8.9.2供應商、顧問和用戶共同體
8.10 結論
參考文獻
第9章結構設計優化—工具以及方法

9.1引言
9.2優化方法的趨勢

9.3優化工具
9.4帕累托解的質量評估

9.5 LBR-5:成本的結構優化方法

9.6 BESST項目
9.6.1項目背景動機

9.6.2研究模型

9.6.3優化工作流程描述

9.6.4結果與討論

9.7 HOLISHIP項目

9.7.l 介紹

9.7.2方法

9.7.3概念設計階段

9.7.4合同設計階段
9.8踫撞工況下船舶和海上結構物的高效優化工具

9.8.1概述
9.8.2響應面法(RSM)

9.8.3 分析方法

9.8.4優化工具的未來

9.9結論
參考文獻

第10章模塊化設計
10.1模塊化設計導論
10.2︰定義和界定模塊性

10.2.1模塊化產品架構還是整體產品架構

10.2.2相關的概念

10.2.3模塊化類型

10.3設計階段的模塊化

10.3.1支持產品平臺策略

10.3.2基於模塊化配置的設計效率

10.3.3模塊化支持設計探索和創新

10.3.4 總結--船舶設計中的模塊化
10.4船舶生產中的模塊化

10.4.1對船舶建造價值鏈的影響
10.4.2早期裝備

10.5模塊化操作

10.5.1模塊化的操作靈活性

10.5.2便於改造和現代化的模塊

10.5.3 營運中模塊化適應的設計方法

10.6結論

參考文獻
第11章 船舶設計的應用可靠性、可用性和維護原則

11.1 RAM目標和方法的描述
11.1.1 RAM目標…
11.1.2 RAM方法

11.2 RAM應用程序

11.2.1飛機制造工業

11.2.2鐵路行業

11.2.3石油和天然氣/海上工業

11.2.4國防工業

11.2.5能源行業

11.2.6 加工工業

11.3 船舶設計中RAM分析的動機

11.3.1現狀與發展趨勢
11.3.2船舶設計初期RAM的預期效益

11.3.3妳用於RAM分析的主要目標船型

11.4從RAM分析的角度看船舶設計的特殊性

11.5自航船繫統的RAM分析

11.6 RAM研究
11.6.l RAM研究過程

11.6.2臨界性分析

11.6.3可靠性數據收集

11.6.4 RAM假設

11.6.5 RAM建模、模擬和計算

11.6.6結果
11.7 RAM建模

11.7.1布爾(Boolean)形式

11.7.2狀態/轉換式

11.7.3基於模型的模型

11.7.4適合船舶設計的建模

11.8 RAM工具的主要功能

11.8.1逐步分析驗證
11.8.2類型的計算

11.8.3 結論

11.8.4敏感性
11.8.5生命周期成本(LCC)計算

11.9 AM分析的可靠性數據
11.10結論
參考文獻
第12章生命周期績效評估(LCPA)工具
12.1介紹
12.2評估方法

12.2.1生命周期成本法

12.2.2生命周期評估

12.2.3海運行業的LCC和LCA

12.2.4成本估算方法和KPI的采用

12.3報廢階段

12.3.1生命結束階段的替代方案

12.3.2報廢評估的KPI輸入
12.3.3報廢評估所需的數據

12.3.4報廢程序的能源經濟評價

12.3.5國際規則

12.4整體方法選擇KPI
12.5整體方法的方法論

12.6 LCPA和KPI的計算

12.7︰考慮不確定因素

12.8 應用案例的結論和意見
參考文獻
第13章機械和動力繫統的建模與優化

13.1 介紹
13.2機械和動力繫統的定義/組成
13.3動力繫統建模的整體方法

13.4動力繫統概念設計的優化與驗證

13.5應用案例

13.6結論
參考文獻

第14章先進的船舶輪機建模和模擬

14.1船舶能源繫統:需要集成的方法
14.2過程建模與模擬

14.2.1問題類型及應用領域

14.2.2一 般問題描述/工作流
14.3 過程建模框架的數學表達式
14.3.1 守恆方程與物理現像....
14.3.2 連通性方程
14.3.3 熱物理性質....
14.4單個組件模型和流程庫...
14.4.1模型庫.
14.4.2--次能源轉換器
14.4.3二次能源轉換器
14.4.4 流體輸送設備
14.4.5 熱交換與相位分離
14.4.6 電氣繫統組件...
14.4.7控制和自動化
14.4.8 動力流
14.4.9質量分離和(生物)化學反應器
14.5.1目的
14.5.2建立具有交換和協同模擬能力的模型
14.6說明性應用
14.6.l﹑混合電力推進繫統
14.6.2脫硫洗滌塔

14.6.3 新造液化天然氣(LNG)運輸船配置替代方案

14.6.4 COSSMOS在Holiship項目集成平臺下的使用

14.7結論

參考文獻
第15章HOLISPEC/RCE:虛擬船舶仿真
15.1引言
15.2為什麼需要耦合模擬
15.3概念設計中的模擬

5.3.1引言

5.3.2數據表示和交換

15.4 設計驗證中的模擬

15.5可用的工具和框架
15.5.1遠程組件環境(RCE)和通用參數船舶配置方案(CPACS)

15.5.2﹑虛擬船舶框架(Holispec) 
15.6應用與案例研究
15.6.1 概念測試
15.6.2虛擬海上試驗

15.6.3耦合模擬
15.6.4―概念設計中的模擬:案例研究
15.7結論和展望

參考文獻
—些重要術語的釋義
參考文獻

船舶設計的面貌正在發生變化。高附加值船舶和海上結構物的日益復雜以及越來越多規則﹑規範的發布,需要人們在短時間內提出新的船舶產品設計和試驗理念。為了應對這一挑戰﹐一個有著40家歐洲船舶企業和研究單位的隊伍,響應“歐盟委員會地平線2020運輸研究計劃”(MG4.3-2015)的呼吁﹐成立了全方位優化船舶設計和營運全壽命周期(HOLI-SHIP)項目﹐並獲得了開發下一代歐洲船舶工業的船舶設計繫統的資金。
HOLISHIP著手解決當今船舶設計和營運中的關鍵問題,通過開發能夠應對未來挑戰的船舶設計整體方法,專注於未來的需求。大多數船舶產品通常與大規模投資密不可分,因而很少會大批量建造。相比得益於批量生產的經濟性和其他運輸方式,船舶產品的情況卻並非如此。這些船舶產品的設計通常是為了進一步滿足船東的需求,而這些需求正日益由以具有競爭力的價格實現高效率、靈活性和環境友好的需要所決定。因此船舶產品設計取決於傳統桎梏(船東需求﹑技術要求和成本)和新要求(全壽命周期、環境影響和規範)之間的全球性權衡。重要的設計目標之一是在船舶產品的營運全壽命周期內將總成本降至,同時考慮維護、改裝、更新、人員配備、回收、環境污染等因素。所有這些因素之間的權衡必須在設計過程的步就根據客戶/船東的技術規格書進行評審。
HOLISHIP方案在先進的參數化建模工具和集成軟件平臺的保障下﹐將所有與船舶產品設計相關的主要學科結合在一起,從而實現船舶產品的參數化、多目標化和多學科化。該方案包括對市場分析以及需求﹑經濟和效率的考量﹑船型設計、結構設計以及主機和舾裝的選擇。它們共同構成了任務需求﹐並能對船舶產品模型在其全壽命周期的生存能力進行合理的前瞻性分析。它考慮了傳統的“船舶設計螺旋方式”的所有基本步驟。然而這些步驟在今天通過繫統的、並行的處理方式更好地得以實現,而不是一個循序漸進的過程。
本書論述了HOLISHIP方案和相關的設計綜合模型。該模型遵循現代計算機輔助工程(CAE)程序,集成了技術經濟數據庫、計算和優化模塊和軟件工具,以及一個虛擬船舶框架形式(VVF)完整的虛擬模型,可以使新船在建造前進行虛擬測試。現代的圖形用戶界面和信息交換繫統將探索比當今更為巨大的設計空間,這將帶來新的視野和更好的設計方案。船舶繫統的覆蓋範圍不僅局限於概念設計,還延伸到船上相關的主要繫統和部件。他們對全壽命周期性能的評估有望形成合理的舾裝細節,這對於歐洲船廠的舾裝密集型產品有高度的相關性。
本書來源於HOLISHIP項目階段的成果。該項目是“歐盟委員會H2020運輸研究計劃”下的一個大型項目(合同號689074),於2016年9月啟動,將於2020年8月完成。第⒉篇將補充已開發的方法和工具及在 HOLISHIP項目第二階段進行的一繫列案例研究中的應用。
本書第Ⅰ章由德國漢堡船模試驗水池(Hamburgische Schiffbau Versuchsanstalt Gm-bH,HSVA)項目經理喬欽·馬齊(Jochen Marzi)博士，對全方位優化船舶設計和營運全壽命同期(HOLISHIP)項目的介紹作為概述。第2章由阿波斯特洛斯·帕帕尼古拉烏(Apos-tolos Papanikolaou)教授（德國漢堡船模試驗水池和希臘雅典國立技術大學，HSVA&.NTUA)介紹整體船舶設計優化、相關概念和油船應用案例研究。第3章由柏林技術大學的霍斯特·諾瓦奇(Horst Nowacki)名譽教授闡述船舶全壽命周期設計。安蒂·耶裡亞寧(Anti Yrjinainen)先生(Elomatic公司)在第4章中概述了船舶市場條件、任務要求和營運概況的影響。在第5章中,艾倫·圭根(Alan Guagan)先生(Sienna公司)及其合著者貝諾瓦伊特·拉芬(Benoit Rafine)和納內娜(Romain Le Nena)(均來自DCNS海軍集團)闡述了船舶設計的繫統方法。喬欽·瑪齊(Jochen Marzi)博士德國漢堡船模試驗水池和裡卡多·布羅格利亞(Ricardo Broglia)博士意大利羅馬水池在第6章詳述了船舶設計和實用的水動力方法及軟件工具。概念設計和初步設計的參數優化在第7章由喬治·薩拉芬蒂斯(George Zaraphontis教授國立雅典理工大學、安德烈亞斯·克勞斯(Andreas Kraus)教授和格雷戈爾·謝爾(Gregor Schellenberger)教授(不來梅應用科學大學)闡述。第8章由斯蒂芬·哈裡斯(Stefan Harries)博士和克勞斯·阿布特(Claus Abt)先生(均來自Friend-ship Systems公司)介紹用於過程集成和設計優化的CAESES HOLISHIP平臺。第9章由菲利普·理戈(Philippe Rigo)教授、阿巴斯·巴亞特法爾(Abbas Bayatfar)(均來自列日大學)和讓·戴維·卡普拉斯(Jean-David Caprace)(裡約熱內盧聯邦大學)合作論述結構設計優化工具和方法。第10章由斯坦·奧夫·埃裡克斯塔德(Stein Ove Erikstad)教授(挪威科技大學,特隆赫姆分校)撰寫,討論模塊化設計。第11章的可靠性、可用性和維護(RAM)原則及工具在船舶設計中的應用由來自法國船級社(Bureau Veritas)的菲利普·科裡格南(Philippe Corrignan)博土帶領的一個團隊與文森特·勒·迪角(Vincent Le Diagon)、李寧祥(Ningxiang Li)和洛伊·克萊因(Loic Klein)合著。第12章的全壽命周期性能評估的方法和工具由保拉·古拉尼(Paola Gualeni)教授和瑪特奧·馬格岡卡爾達(Matteo Mag-gioncalda)(均來自熱那亞大學),基亞拉·諾塔羅(Chiara Notaro)基亞拉公證員和卡羅·考(Carlo Cau)(均來自CETENA)、馬科斯·博納佐恩塔斯(Markos Bonazuntas)教授、斯巴羅斯·斯塔馬蒂斯(Spyros Stamatis)和瓦西裡基·帕拉(Vasiliki Palla)(均來自阨普斯隆國際Epsilon International)組成的團隊闡述。第13章由斯維爾·托本(Sverre Torben)先生和馬丁·德·瓊(Martijn de Jongh)先生(均來自Rolls Royce)介紹主要機械和動力繫統的建模與優化。第14章由喬治·迪莫普洛斯(George Dimopoulos)博士和查拉·格奧爾格普洛(Chara Georgopoulou)女士(均來自DNV GI.)介紹船舶機械的建模和仿真工具。第15章由馬丁·弗裡克凱瑪(Maarten Flikkema)、馬丁·範·希斯(Martin van Hees)、蒂莫·維沃斯特(Timo Verwoest)和阿諾·邦斯(Arno Bons)先生(均來自MARIN)概述用於虛擬船舶仿真的HOLISPEC/RCE平臺。本書後補充了詞彙表/縮略語和參考文獻清單。本書的責任編輯是阿波斯特洛斯·帕帕尼古拉烏教授德國漢堡船模試驗水池,由艾米莉亞(Aimilia Alissafaki)女士國立雅典理工大學協助。

本書並不是研究生學習的教科書，因為對這一主題的研究仍在不斷開展，需要一段時間纔能完全成熟。然而，由於目前大學課程中幾乎沒有關於整體船舶設計優化的課題，因此本書旨在促進學術課程的必要改進，並致力於船舶行業的這一重要課題。本書的目的是讓讀者了解將整體方法整合到船舶設計過程中的基本原理和細節,這將有利於把“HOLISHIP"項目研究中的成果推廣到更廣泛的船舶界﹐並促進了從全壽命周期的角度處理整體船舶設計和優化的科學方法在業界的應用。
本書的主要目標讀者群是船舶行業的工程技術人員和專業人員以及開設造船,海洋工程和海上建築物等專業的高等院校科研人員和研究生。這本書填補了國際文獻的空白,因為在當今的主題領域中,尚沒有其他書籍能全面涵蓋整體船舶設計和多目標船舶全壽命周期優化這一復雜主題。
該學科的復雜性和不斷發展的特點需要許多活躍在該領域專家的貢獻。對本書取材除了來自HOLISHIP聯合會的專家外,還有從HOLISHIP項目以外的一些著名的專家。作為這本書的編輯,我感謝所有的作者,他們在各自章節中反映了他們在這一領域的長期研究和專長。此外還感謝整個HOLISHIP伙伴合伙人對本書的貢獻以及歐洲委員會(DG Re-search)的資助。

阿波斯托洛斯·帕帕尼古拉烏
德國漢堡船模試驗水池(HSVA)高級科學顧問
希臘雅典國立技術大學教授
2018年6月