大型舰船通达性优化与评估方法研究

摘要

舰船通达性是舰船总体布局优劣与人员流动、物资流动效率的体现，对舰船的作战能力、保障能力和生命力有着重要的影响。随着我国海军舰船朝着大型化方向的发展，舰船的总体布局日趋复杂，人员和物资流动效率对舰船效能的影响也越来越重大。在目前的相关研究和现行规范中，对舰船通达性的系统研究较少，没有明确的定义，也缺乏有效的评估指标和评估方法。
　　针对舰船方案设计阶段，以舰船通达性为核心依托，分析和提出了舰船通达性的定义、要素和主要研究对象，研究了舰船通达性中舱室布局要素的多目标寻优和有限布局方案的多属性决策问题，以期建立一套基于通达性的支撑大型舰船总体方案设计、优化、评估、决策的体系和方法。
　　建立了基于典型场景的舰船通达性评估指标体系，该体系以每个典型场景下的布局指标、进程指标、时间指标和环境指标为框架，以影响人员流动和物资流动效率的阻碍因素为具体评估指标。针对人员和物资流动的时间计算问题，提出了基于动态网络流的人员流动时间估算模型，和基于随机 Petri网的物资流动时间估算模型，为方案设计阶段的舰船通达性评估模型提供便捷算法。
　　建立了舰船舱室布局的多目标寻优模型，该模型从人员和物资舱室间流动成本、舱室邻近或远离要求和舰船环境对人员的影响三个方面寻求舰船舱室布局的平衡。提出了基于网格的甲板平面和舱室表达方法，设计了寻优模型的参数计算简化模型，实现了舰船舱室布局多目标寻优模型的快速计算。
　　建立了基于分层进化多目标优化模型的舰船舱室布局多目标寻优算法策略，并针对舰船舱室布局的特点，设计了矩阵编码方式和初始种群生成、遗传交叉、遗传变异的方案，提出了区块内舱室排布算法，并分别通过单层和多层的甲板舱室布局寻优的算例，验证了算法的可行性和有效性。
　　基于舰船舱室布局方案多目标寻优结果，进行了舰船通达性的多属性决策研究。为了尽可能地减少评估专家主观因素对指标层权重的影响，选取了五种客观多属性决策方法：信息熵评价法、最小二乘灰色关联法、相对熵排序法、离差最大化法和拉开档次法分别进行了适用性研究。结果表明即使没有主观因素的影响，不同评估方法的评估结论也存在非一致性问题。因此，采用了基于方法集的组合评估法，对五种方法的评估结论进行组合评估，并寻得最终排序结果，以供决策。

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第 1 章 绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 通达性的一般定义与衡量方法

1.3 舰船通达性

1.4 舰船通达性的研究现状

1.5 舰船方案评估方法的研究现状

1.6 本文的主要研究内容

第 2 章 舰船通达性评估指标体系的构建

2.1 舰船通达性评估指标体系结构

2.2 评估指标体系准则层和指标层的构建

2.3 舰船通达性评估指标体系

2.4 评估指标层的计算模型

2.5 本章小结

第 3 章 舰船舱室布局多目标寻优模型研究

3.1 设施布局与舰船舱室布局

3.2 舰船舱室布局寻优的目标

3.3 舱室布局寻优目标参数的计算模型

3.4 舰船舱室布局多目标寻优模型的建立

3.5 本章小结

第 4 章 舰船舱室布局多目标寻优方法研究

4.1 概述

4.2 舰船舱室布局多目标寻优算法策略

4.3 单层甲板舱室布局寻优算法

4.4 多层甲板舱室布局寻优算法

4.5 区块舱室排布算法

4.6 算法验证

4.7 本章小结

第 5 章 舰船舱室布局多方案的通达性评估方法研究

5.1 舰船通达性评估问题描述

5.2 舰船通达性评估方法研究

5.3 基于方法集的舰船通达性组合评估法

5.4 布局方案通达性对比分析

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录 A 多层甲板待布舱室基本数据