【技术】天洑数据建模实施案例集锦(6) - 船体型线智能设计

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技术背景

船体型线设计是船舶设计的关键环节和重要内容，对船舶的技术性能和经济性有重大影响。传统的船型设计方法经历了手工设计、CAD辅助设计和CAD辅助设计+CFD技术评估的发展过程，但传统设计方法的自动化和智能化程度不高。借助于智能的一体化设计优化平台，以性能参数为目标，能够有效快速寻找“最优”设计方案。

问题与挑战

1. CAD辅助设计的船型设计方法严重依赖设计人员的设计经验，并且需要多轮水池试验进行验证，人力物力成本较高；

2. 引入CFD进行设计方案评估能够节省一定的人力物力成本，但是单次评估时间较长，并且自动化程度较低；

3. 用代理模型替换CFD，基于代理模型的优化设计方案能够大大缩短设计周期，但是代理模型的精度影响着设计方案的最终效果。解决方案
由于传统船型设计方法的自动化和智能化程度较低且评估时间较长，因此利用一体化的设计平台，并且采用基于代理模型的优化设计方案，以提高设计方案的自动化、智能化程度。同时为了提高代理模型精度，综合采用HDDV高维可视化、HierarchicalStratify分层分类、ROD异常点清理以及AIAgent智能训练算法等多种核心技术用以辅助船体型线的智能化设计，目前这些核心技术已经集成在天洑自研的数据建模软件平台DTEmpower之中。

图1 船型智能优化设计解决方案

1. 借助于参数化建模工具提取母型的几何特征，并利用CFD仿真工具得到用于数据建模的仿真数据集；2. 考虑到CFD工具的运行速度限制导致生成的数据集规模通常较小，这会影响数据模型的精度。因此提出了一系列的提升方案，包括DTEmpower中集成的HDDV高维可视化、HierarchicalStratify分层分类、ROD异常点清理以及AIAgent智能训练算法等关键技术，用以提升代理模型精度；3. 在相关船型设计数据集上的建模结果表明，AIAgent智能训练算法相较于常见的开源算法具有显著优势，可使模型的R2指标从常见算法的83%提高到94%；

4. 用代理模型替换CFD仿真工具可使单个算例的评估时长由小时级别缩短到秒级，这为基于大量算例的智能优化奠定基础。并且借助于一体化的设计平台，能够实现船型设计的自动化和智能化。

应用价值

缩短船型设计的周期，提高设计效率

通过基于代理模型优化的设计方法能够在较短时间内评估优化上万种设计方案，并且通过智能优化算法能够找到较优的设计方案。

节约船型设计成本

传统的船型设计方法需要依赖设计人员的设计经验，并且需要多轮的水池试验进行方案验证，全流程的自动化设计平台能够在较短时间内找到相对最优的设计方案，并减少水池试验次数。这节省了船型设计过程中的人力和物力成本。

图2 基于代理模型优化的船型设计方案的优势相关案例

图3 智能优化设计平台如对完整实施方案或相关软件感兴趣，可以联系我们或申请软件试用。