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结合模块化思维和PGA算法的船舶住舱布局优化研究

杨尧 李由

杨尧,李由. 结合模块化思维和PGA算法的船舶住舱布局优化研究[J]. 机械科学与技术,2023,42(6):939-948 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230190
引用本文: 杨尧,李由. 结合模块化思维和PGA算法的船舶住舱布局优化研究[J]. 机械科学与技术,2023,42(6):939-948 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230190
YANG Yao, LI You. Research on Ship Cabin Layout Optimization Combining Modular Thinking and PGA Algorithm[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(6): 939-948. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230190
Citation: YANG Yao, LI You. Research on Ship Cabin Layout Optimization Combining Modular Thinking and PGA Algorithm[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(6): 939-948. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230190

结合模块化思维和PGA算法的船舶住舱布局优化研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230190
基金项目: 国家自然科学基金项目(51805043)
详细信息
    作者简介:

    杨尧(1983−),副教授,硕士研究生,研究方向为工业设计、艺术设计,46796760@qq.com

  • 中图分类号: TG156

Research on Ship Cabin Layout Optimization Combining Modular Thinking and PGA Algorithm

  • 摘要: 船舶住舱环境对船员的心理状态及工作效率有着显著的影响,针对住舱的布局优化是能够提升舰队整体作战水平的重要方式之一。本文主要针对住舱空间的布局优化,提出模块化思维的划分方式,并利用模糊聚类分析将住舱模块进行划分,利用PGA算法进行多目标优化计算,从而引导遗传算法的演化结果更符合其工程实用性,来有效提升船员居住的舒适度,进一步提升海上长航工作的质量。最终通过重心排序的模糊综合评价对输出的优化方案进行验证。
  • 图  1  舰船住舱现状

    图  2  住舱原始布局模块

    图  3  动态聚类树

    图  4  住舱布局分布图

    图  5  模块活动及重叠范围

    图  6  运算流程图

    图  7  不同权重的迭代模型

    图  8  中期方案筛选

    图  9  中期方案筛选

    图  10  重心计算坐标系

    图  11  整体方案布局

    图  12  方案细节图

    表  1  2006海事劳工条约住舱相关规则

    项目客船特种用途船
    卧室自然采光无要求硬性要求
    卧室配置及最小
    地板面积
    4人间14.5 m2
    操作级高级船员卧室
    (无休息室)7.5 m2
    管理级高级船员卧室
    (无休息室)8.5 m2
    4人间以上
    人均3.6 m2
    其余与客船一致
    船舱最低允许净高203 cm
    床位最小内部面积198 cm × 80 cm
    衣柜及抽屉体积475 L;56 L或合计500 L/人
    个人卫生设施无硬性要求,但需为没有个人卫生设施的每6个人至少提供一个抽水马桶、一个洗脸池、一个浴盆和/或淋浴器
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    表  2  住舱内部模块参数及符号表示

    名称参数数量占用面积/m2区域符号
    床位460 mm × 1980 mm×
    800 mm
    41.58住舱下部
    照明8住舱舱壁
    工作台4舱壁边缘
    座椅600 mm × 400 mm ×
    350 mm
    40.252活动区域
    储物箱500 L40.5住舱下部
    盥洗池755 mm× 330 mm×
    550 mm
    10.18住舱下部
    换气装置1住舱舱壁
    供暖及冷气1住舱舱壁
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    表  3  功能相关性划分

    关系描述相关数值
    共同完成某功能 1.00
    功能关系较强 0.40 ~ 0.99
    功能关系较弱 0.01 ~ 0.39
    无功能关系 0
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    表  4  几何相关性划分

    关系描述相关数值
    高相似度 1.00
    较高相似度 0.40 ~ 0.99
    较低相似度 0.01 ~ 0.39
    无相似度 0
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    表  5  物理相关性划分

    关系描述相关数值
    不可拆分1.00
    较难拆分0.40 ~ 0.99
    较易拆分0.01 ~ 0.39
    无关联性0
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    表  6  模块重叠权重

    等级影响程度赋予权重
    1重叠影响过大0.05
    2重叠影响较大0.18
    3重叠影响一般0.32
    4重叠影响较低0.45
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    表  7  最优解计算表

    种群迭代次数编号X/cmY/cmZ/cm
    50500111.81.52.8
    50500212.26.25.7
    50500312.16.86.1
    50500414.64.61.5
    50500515.94.69.6
    50500615.95.511.0
    50500717.05.73.4
    50500817.23.73.4
    50500917.61.710.4
    505001020.11.44.5
    505001121.92.66.0
    505001225.21.73.8
    505001325.31.710.9
    505001425.70.96.7
    505001526.61.84.6
    505001627.61.99.8
    505001728.52.73.8
    505001829.44.01.6
    505001931.17.13.0
    505002031.92.34.1
    505002133.45.51.5
    505002234.84.04.9
    505002335.74.213.2
    505002436.26.73.4
    505002536.66.74.0
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    表  8  评价标准权重值

    第1级因素赋予权重第2级因素赋予权重
    舒适性 0.43 坐姿舒适性 0.15
    站姿舒适性 0.08
    睡姿舒适性 0.21
    可及性 0.21 储物箱 0.08
    开关按键 0.13
    可操作性 0.36 休息 0.11
    照明 0.09
    通风换气 0.08
    工作 0.03
    洗漱 0.05
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    表  9  级因素评价结果

    评价指标非常差很差较差一般较好很好非常好
    专家10.700.500.340000
    专家20.200.470.600.36000
    专家30.400.620.240000
    专家400.130.540.20000
    专家50.210.300.670.310.1600
    专家60.620.420.200.12000
    专家700.180.500.300.1700
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    表  10  各方案评价结果

    评价结果$ {S}_{r {\rm{max}}} $$ {S}_{r {\rm{min}}} $
    方案a0.946427.4129
    方案b21.29416.0265
    方案c15.37088.2755
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  • 收稿日期:  2022-07-25
  • 刊出日期:  2023-06-25

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