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| 內容簡介： |
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本书论述了全方位优化船舶设计和营运全寿命周期(HOLISHIP)方案和相关的设计综合模型。该模型遵循现代计算机辅助工程(CAE)程序，集成了技术经济数据库、计算和优化模块和软件工具，以及一个虚拟船舶框架形式(VVF)完整的虚拟模型，可以使新船在建造前进行虚拟测试。本书来源于HOLISHIP项目阶段获得的成果，旨在促进相关专业课程的改进，并着重阐述船舶设计这一重要课题，让读者了解将整体方法整合到船舶设计过程中的基本原理和细节。本书适用于船舶行业的工程技术人员和专业人士﹐也能为造船﹑海洋工程和海上运输项目的研究人员和相关专业的研究生提供参考。
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| 關於作者： |
主编简介
工学博士阿波斯托洛斯·帕帕尼古拉乌教授毕业于德国技术大学造船和海洋工程专业。他曾任希腊雅典国立技术大学(NT-UA)教授以及船舶设计实验室的负责人长达30多年。如今他是德国汉堡船模试验水池的高级科学顾问、NTUA的名誉教授以及英国斯特拉斯克莱德大学客座教授。他主持了多个资助研究项目，著作/合著超过600部，研究方向包括常规和非常规船舶的设计和优化、静水力性能和海道中船舶性能的水动力分析与评估、基于逻辑基础的船舶设计﹑船舶稳性和安全性以及国际海事组织相关规范的沿革。他因在船舶流体动力学﹑创新船舶设计和安全评估方面的研究工作和科学贡献而获得了各种国际奖项，在过去10年中他曾获得劳氏船级社名录2009年希腊航运技术创新奖(与德国劳氏船级社联合获得)，著名的美国造船与轮机工程师学会(SNAME)2010年船舶研究杰出贡献的Dr.K. Davidson奖，2014年水上运输高级研究人员欧洲冠军杯一等奖。他是英国皇家造船工程师学会(RINA)的成员，美国造船与轮机工程师协会(SNAME)的研究员﹐德国船舶技术协会(STG)的研究员，日本造船和海洋工程师协会(JASNAOE)的杰出外籍成员以及美国造船与轮机工程师协会(SNAME)的国际副总裁。
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| 目錄：
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第1章﹐全方位优化船舶设计和营运全寿命周期(HOLISHIP)概述
1.1HOLISHIP发展历程
1.2 HOLISHIP项目介绍
参考文献
第⒉章船舶整体设计优化
2.1船舶整体设计优化简介
2.2船舶整体设计优化演变历程
2.3船舶设计优化的一般性问题
2.4油船设计优化
2.4.1 AFRAMAX油船多目标设计
2.4.2设计方法
2.4.3油舱布置设计
2.4.4结构模型
2.4.5设计分析和模拟
2.5结果讨论
2.5.1探索
2.5.2网格划分
2.5.3妳敏感性参数
2.5.4 RFR-OOI综合敏感性分析
2.6 结论
参考文献
第3章船舶全生命周期设计的发展历程
3.1引言
3.2船舶设计模型
3.2.1船舶优化设计
3.2.2船舶设计流程
3.2.3船舶设计常规模型
3.3船舶设计优化研究的具体案例
3.3.1 船型建模
3.3.2综合模型
3.3.3多目标模型
3.3.4整体设计模型
3.3.5基于风险的设计模型
3.4 结论
参考文献
第4章市场条件、任务要求和营运概况
4.1简介
4.1.1客滚船
4.1.2首尾同型渡船
4.1.3海上支援船
4.2客滚船细分的市场分析
4.2.1简介
4.2.2客滚船细分
4.2.3 首尾同型渡船市场细分
4.2.4客滚船部分(包括首尾同型渡船)未来发展的结论
4.3任务要求
4.3.1运输任务
4.3.2定义船舶
4.4初始规模
4.4.1概念设计的定义
4.4.2回归分析
4.4.3其他利益相关方及其影响
4.5营运概况
4.5.1―其他利益相关方及其影响
4.5.2︰营运分析工具----输入
4.5.3 营运概况工具----模拟
4.5.4营运概况工具---结果:客滚船应用案例
4.5.5︰营运分析工具---结果:首尾同型渡船应用案例
4.5.6﹑营运分析工具----结果:海上支援船应用桑例
4.5.7︰营运概况工具---讨论
4.6利用智能总布置图设计给定任务的船舶概念
4.6.1设计工具要求
4.6.2概念设计阶段的三维总布置图
4.6.3 智能化总体布置工具
4.6.4内部模块
4.6.5﹑连接模块
4.6.6优化平台集成
参考文献
第5章船舶设计的系统方法
5.l由营运方案驱动的船舶设计
5.1.1作为技术要求补充的营运方案
5.1.2技术要求
5.1.3︰从需求推断营运方案
5.2船舶系统结构建模
5.2.1多层次的体系结构模型
5.2.2结构分析----电路和网络、功能链
5.2.3 系统结构作为性能的基础和可靠性、可用性和可维修性(RAM)分析的基础
5.3﹑以“利益共同体”管理设计流程
5.3.1﹑船舶设计:一个协作设计流程
5.3.2协作软件结构
5.3.3 SAR 工具的结构
5.3.4以人为中心的设计过程
参考文献
第6章船舶设计中的流体动力学工具
6.1船舶设计中的水动力挑战
6.1.1 船舶阻力
6.1.2推进
6.1.3适航性
6.1.4操纵性
6.2不同类型的流体动力工具
6.2.1基本注意事项
6.2.2验证工具
6.2.3势流量代码
6.2.3螺旋桨代码
6.2.4黏性流代码
6.3基于仿真的设计优化和自适应多保真元模型
6.3.1、确定性无导数全局算法的局部混合
6.3.2﹑自适应多保真元模型
6.4HOLISHIP集成概念（适用于CFD代码)，滚装渡船(RoPAX)的水动力性能优化
6.4.1流体力学
6.4.2船型
6.4.3组织计算
6.4.4结语
6.4.5讨论
6.5结论
参考文献
第7章﹐概念和合同前船舶设计阶段的参数优化
7.1 介绍
7.2参数化概念设计优化
7.2.1优化方法
7.2.2早期概念设计问题的形成
7.2.3工具的适用性
7.2.4应用范例
7.3合同前期参数化船舶设计与优化
7.3.l船型参数化建模与水密分舱
7.3.2评估工具
7.3.3 参数化模型
7.3.4样本优化的公式化
7.3.5结论及讨论
参考文献
第8章CAESES-——流程集成及设计优化的HOLISHIP平台
8.1介绍及动机
8.2流程集成与设计优化
8.2.1概述
8.2.2背景
8.2.3 CASES内在功能概述
8.2.4 HOLISHIP中采用的基于CAESES的集成方法
8.2.5集成工具
8.3变量几何
8.3.1几何模型
8.3.2以一艘滚装渡船为例的完全参数化模型
8.3.3以一艘平台供应船为例的部分参数化模型
8.4︰数据管理
8.4.1层次模型
8.4.2参数与自由变量
8.4.3妳自下而上的集成方法
8.4.4数据的变换和充实
8.5软件连接
8.5.l软件连接器
8.5.2单一工具的集成
8.5.3多个工具的集成
8.5.4与其他框架的连接
8.6优化
8.6.1概述
8.6.2探索
8.6.3开发
8.6.4评估
8.7直接模拟与代理模型
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应用方案
8.8.1―手动与自动设计
8.8.2通过网络应用提供
8.9前景
8.9.1元项目
8.9.2供应商、顾问和用户共同体
8.10 结论
参考文献
第9章结构设计优化—工具以及方法
9.1引言
9.2优化方法的趋势
9.3优化工具
9.4帕累托解的质量评估
9.5 LBR-5:成本的结构优化方法
9.6 BESST项目
9.6.1项目背景动机
9.6.2研究模型
9.6.3优化工作流程描述
9.6.4结果与讨论
9.7 HOLISHIP项目
9.7.l 介绍
9.7.2方法
9.7.3概念设计阶段
9.7.4合同设计阶段
9.8碰撞工况下船舶和海上结构物的高效优化工具
9.8.1概述
9.8.2响应面法(RSM)
9.8.3 分析方法
9.8.4优化工具的未来
9.9结论
参考文献
第10章模块化设计
10.1模块化设计导论
10.2︰定义和界定模块性
10.2.1模块化产品架构还是整体产品架构
10.2.2相关的概念
10.2.3模块化类型
10.3设计阶段的模块化
10.3.1支持产品平台策略
10.3.2基于模块化配置的设计效率
10.3.3模块化支持设计探索和创新
10.3.4 总结--船舶设计中的模块化
10.4船舶生产中的模块化
10.4.1对船舶建造价值链的影响
10.4.2早期装备
10.5模块化操作
10.5.1模块化的操作灵活性
10.5.2便于改造和现代化的模块
10.5.3 营运中模块化适应的设计方法
10.6结论
参考文献
第11章 船舶设计的应用可靠性、可用性和维护原则
11.1 RAM目标和方法的描述
11.1.1 RAM目标…
11.1.2 RAM方法
11.2 RAM应用程序
11.2.1飞机制造工业
11.2.2铁路行业
11.2.3石油和天然气/海上工业
11.2.4国防工业
11.2.5能源行业
11.2.6 加工工业
11.3 船舶设计中RAM分析的动机
11.3.1现状与发展趋势
11.3.2船舶设计初期RAM的预期效益
11.3.3妳用于RAM分析的主要目标船型
11.4从RAM分析的角度看船舶设计的特殊性
11.5自航船系统的RAM分析
11.6 RAM研究
11.6.l RAM研究过程
11.6.2临界性分析
11.6.3可靠性数据收集
11.6.4 RAM假设
11.6.5 RAM建模、模拟和计算
11.6.6结果
11.7 RAM建模
11.7.1布尔(Boolean)形式
11.7.2状态/转换式
11.7.3基于模型的模型
11.7.4适合船舶设计的建模
11.8 RAM工具的主要功能
11.8.1逐步分析验证
11.8.2类型的计算
11.8.3 结论
11.8.4敏感性
11.8.5生命周期成本(LCC)计算
11.9 AM分析的可靠性数据
11.10结论
参考文献
第12章生命周期绩效评估(LCPA)工具
12.1介绍
12.2评估方法
12.2.1生命周期成本法
12.2.2生命周期评估
12.2.3海运行业的LCC和LCA
12.2.4成本估算方法和KPI的采用
12.3报废阶段
12.3.1生命结束阶段的替代方案
12.3.2报废评估的KPI输入
12.3.3报废评估所需的数据
12.3.4报废程序的能源经济评价
12.3.5国际规则
12.4整体方法选择KPI
12.5整体方法的方法论
12.6 LCPA和KPI的计算
12.7︰考虑不确定因素
12.8 应用案例的结论和意见
参考文献
第13章机械和动力系统的建模与优化
13.1 介绍
13.2机械和动力系统的定义/组成
13.3动力系统建模的整体方法
13.4动力系统概念设计的优化与验证
13.5应用案例
13.6结论
参考文献
第14章先进的船舶轮机建模和模拟
14.1船舶能源系统:需要集成的方法
14.2过程建模与模拟
14.2.1问题类型及应用领域
14.2.2一 般问题描述/工作流
14.3 过程建模框架的数学表达式
14.3.1 守恒方程与物理现象....
14.3.2 连通性方程
14.3.3 热物理性质....
14.4单个组件模型和流程库...
14.4.1模型库.
14.4.2--次能源转换器
14.4.3二次能源转换器
14.4.4 流体输送设备
14.4.5 热交换与相位分离
14.4.6 电气系统组件...
14.4.7控制和自动化
14.4.8 动力流
14.4.9质量分离和(生物)化学反应器
14.5.1目的
14.5.2建立具有交换和协同模拟能力的模型
14.6说明性应用
14.6.l﹑混合电力推进系统
14.6.2脱硫洗涤塔
14.6.3 新造液化天然气(LNG)运输船配置替代方案
14.6.4 COSSMOS在Holiship项目集成平台下的使用
14.7结论
参考文献
第15章HOLISPEC/RCE:虚拟船舶仿真
15.1引言
15.2为什么需要耦合模拟
15.3概念设计中的模拟
5.3.1引言
5.3.2数据表示和交换
15.4 设计验证中的模拟
15.5可用的工具和框架
15.5.1远程组件环境(RCE)和通用参数船舶配置方案(CPACS)
15.5.2﹑虚拟船舶框架(Holispec)
15.6应用与案例研究
15.6.1 概念测试
15.6.2虚拟海上试验
15.6.3耦合模拟
15.6.4―概念设计中的模拟:案例研究
15.7结论和展望
参考文献
—些重要术语的释义
参考文献
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| 內容試閱：
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船舶设计的面貌正在发生变化。高附加值船舶和海上结构物的日益复杂以及越来越多规则﹑规范的发布，需要人们在短时间内提出新的船舶产品设计和试验理念。为了应对这一挑战﹐一个有着40家欧洲船舶企业和研究单位的队伍，响应“欧盟委员会地平线2020运输研究计划”(MG4.3-2015)的呼吁﹐成立了全方位优化船舶设计和营运全寿命周期(HOLI-SHIP)项目﹐并获得了开发下一代欧洲船舶工业的船舶设计系统的资金。
HOLISHIP着手解决当今船舶设计和营运中的关键问题，通过开发能够应对未来挑战的船舶设计整体方法，专注于未来的需求。大多数船舶产品通常与大规模投资密不可分，因而很少会大批量建造。相比得益于批量生产的经济性和其他运输方式，船舶产品的情况却并非如此。这些船舶产品的设计通常是为了进一步满足船东的需求，而这些需求正日益由以具有竞争力的价格实现高效率、灵活性和环境友好的需要所决定。因此船舶产品设计取决于传统桎梏(船东需求﹑技术要求和成本)和新要求(全寿命周期、环境影响和规范)之间的全球性权衡。重要的设计目标之一是在船舶产品的营运全寿命周期内将总成本降至，同时考虑维护、改装、更新、人员配备、回收、环境污染等因素。所有这些因素之间的权衡必须在设计过程的步就根据客户/船东的技术规格书进行评审。
HOLISHIP方案在先进的参数化建模工具和集成软件平台的保障下﹐将所有与船舶产品设计相关的主要学科结合在一起，从而实现船舶产品的参数化、多目标化和多学科化。该方案包括对市场分析以及需求﹑经济和效率的考量﹑船型设计、结构设计以及主机和舾装的选择。它们共同构成了任务需求﹐并能对船舶产品模型在其全寿命周期的生存能力进行合理的前瞻性分析。它考虑了传统的“船舶设计螺旋方式”的所有基本步骤。然而这些步骤在今天通过系统的、并行的处理方式更好地得以实现，而不是一个循序渐进的过程。
本书论述了HOLISHIP方案和相关的设计综合模型。该模型遵循现代计算机辅助工程(CAE)程序，集成了技术经济数据库、计算和优化模块和软件工具，以及一个虚拟船舶框架形式(VVF)完整的虚拟模型，可以使新船在建造前进行虚拟测试。现代的图形用户界面和信息交换系统将探索比当今更为巨大的设计空间，这将带来新的视野和更好的设计方案。船舶系统的覆盖范围不仅局限于概念设计，还延伸到船上相关的主要系统和部件。他们对全寿命周期性能的评估有望形成合理的舾装细节，这对于欧洲船厂的舾装密集型产品有高度的相关性。
本书来源于HOLISHIP项目阶段的成果。该项目是“欧盟委员会H2020运输研究计划”下的一个大型项目(合同号689074)，于2016年9月启动，将于2020年8月完成。第⒉篇将补充已开发的方法和工具及在 HOLISHIP项目第二阶段进行的一系列案例研究中的应用。
本书第Ⅰ章由德国汉堡船模试验水池(Hamburgische Schiffbau Versuchsanstalt Gm-bH，HSVA)项目经理乔钦·马齐(Jochen Marzi)博士，对全方位优化船舶设计和营运全寿命同期(HOLISHIP)项目的介绍作为概述。第2章由阿波斯特洛斯·帕帕尼古拉乌(Apos-tolos Papanikolaou)教授（德国汉堡船模试验水池和希腊雅典国立技术大学，HSVA&.NTUA)介绍整体船舶设计优化、相关概念和油船应用案例研究。第3章由柏林技术大学的霍斯特·诺瓦奇(Horst Nowacki)名誉教授阐述船舶全寿命周期设计。安蒂·耶里亚宁(Anti Yrjinainen)先生(Elomatic公司)在第4章中概述了船舶市场条件、任务要求和营运概况的影响。在第5章中，艾伦·圭根(Alan Guagan)先生(Sienna公司)及其合著者贝诺瓦伊特·拉芬(Benoit Rafine)和纳内娜(Romain Le Nena)(均来自DCNS海军集团)阐述了船舶设计的系统方法。乔钦·玛齐(Jochen Marzi)博士德国汉堡船模试验水池和里卡多·布罗格利亚(Ricardo Broglia)博士意大利罗马水池在第6章详述了船舶设计和实用的水动力方法及软件工具。概念设计和初步设计的参数优化在第7章由乔治·萨拉芬蒂斯(George Zaraphontis教授国立雅典理工大学、安德烈亚斯·克劳斯(Andreas Kraus)教授和格雷戈尔·谢尔(Gregor Schellenberger)教授(不来梅应用科学大学)阐述。第8章由斯蒂芬·哈里斯(Stefan Harries)博士和克劳斯·阿布特(Claus Abt)先生(均来自Friend-ship Systems公司)介绍用于过程集成和设计优化的CAESES HOLISHIP平台。第9章由菲利普·理戈(Philippe Rigo)教授、阿巴斯·巴亚特法尔(Abbas Bayatfar)(均来自列日大学)和让·戴维·卡普拉斯(Jean-David Caprace)(里约热内卢联邦大学)合作论述结构设计优化工具和方法。第10章由斯坦·奥夫·埃里克斯塔德(Stein Ove Erikstad)教授(挪威科技大学，特隆赫姆分校)撰写，讨论模块化设计。第11章的可靠性、可用性和维护(RAM)原则及工具在船舶设计中的应用由来自法国船级社(Bureau Veritas)的菲利普·科里格南(Philippe Corrignan)博土带领的一个团队与文森特·勒·迪角(Vincent Le Diagon)、李宁祥(Ningxiang Li)和洛伊·克莱因(Loic Klein)合著。第12章的全寿命周期性能评估的方法和工具由保拉·古拉尼(Paola Gualeni)教授和玛特奥·马格冈卡尔达(Matteo Mag-gioncalda)(均来自热那亚大学)，基亚拉·诺塔罗(Chiara Notaro)基亚拉公证员和卡罗·考(Carlo Cau)(均来自CETENA)、马科斯·博纳佐恩塔斯(Markos Bonazuntas)教授、斯巴罗斯·斯塔马蒂斯(Spyros Stamatis)和瓦西里基·帕拉(Vasiliki Palla)(均来自厄普斯隆国际Epsilon International)组成的团队阐述。第13章由斯维尔·托本(Sverre Torben)先生和马丁·德·琼(Martijn de Jongh)先生(均来自Rolls Royce)介绍主要机械和动力系统的建模与优化。第14章由乔治·迪莫普洛斯(George Dimopoulos)博士和查拉·格奥尔格普洛(Chara Georgopoulou)女士(均来自DNV GI.)介绍船舶机械的建模和仿真工具。第15章由马丁·弗里克凯玛(Maarten Flikkema)、马丁·范·希斯(Martin van Hees)、蒂莫·维沃斯特(Timo Verwoest)和阿诺·邦斯(Arno Bons)先生(均来自MARIN)概述用于虚拟船舶仿真的HOLISPEC/RCE平台。本书后补充了词汇表/缩略语和参考文献清单。本书的责任编辑是阿波斯特洛斯·帕帕尼古拉乌教授德国汉堡船模试验水池，由艾米莉亚(Aimilia Alissafaki)女士国立雅典理工大学协助。
本书并不是研究生学习的教科书，因为对这一主题的研究仍在不断开展，需要一段时间才能完全成熟。然而，由于目前大学课程中几乎没有关于整体船舶设计优化的课题，因此本书旨在促进学术课程的必要改进，并致力于船舶行业的这一重要课题。本书的目的是让读者了解将整体方法整合到船舶设计过程中的基本原理和细节，这将有利于把“HOLISHIP\项目研究中的成果推广到更广泛的船舶界﹐并促进了从全寿命周期的角度处理整体船舶设计和优化的科学方法在业界的应用。
本书的主要目标读者群是船舶行业的工程技术人员和专业人员以及开设造船，海洋工程和海上建筑物等专业的高等院校科研人员和研究生。这本书填补了国际文献的空白，因为在当今的主题领域中，尚没有其他书籍能全面涵盖整体船舶设计和多目标船舶全寿命周期优化这一复杂主题。
该学科的复杂性和不断发展的特点需要许多活跃在该领域专家的贡献。对本书取材除了来自HOLISHIP联合会的专家外，还有从HOLISHIP项目以外的一些著名的专家。作为这本书的编辑，我感谢所有的作者，他们在各自章节中反映了他们在这一领域的长期研究和专长。此外还感谢整个HOLISHIP伙伴合伙人对本书的贡献以及欧洲委员会(DG Re-search)的资助。
阿波斯托洛斯·帕帕尼古拉乌
德国汉堡船模试验水池(HSVA)高级科学顾问
希腊雅典国立技术大学教授
2018年6月
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