美國艦船概念方案設計方法發展綜述

熊治國，胡玉龍中國艦船研究設計中心，湖北武漢430064

美國艦船概念方案設計方法發展綜述

熊治國，胡玉龍
中國艦船研究設計中心，湖北武漢430064

艦船的主要總體特性和功能特征是在概念方案設計階段確定，該階段對艦船方案的綜合效能、研制風險和研制費用具有重要影響。通過分析美國艦船概念方案設計體系和方法發展特點，將其分為艦船綜合模型開發、總體方案綜合效能評估和總體方案綜合優化3個階段。針對艦船綜合模型，歸納整理基本原理和發展歷程，分析其不足；闡述基于效能、費用和風險的艦船總體方案綜合效能評價體系及方法；對基于綜合效能優化的艦船概念方案設計原理及應用進行系統的梳理。美國艦船概念方案設計方法的發展特點與經驗對我國艦船概念方案設計體系的研究和發展具有借鑒意義。

艦船設計；概念設計；艦船綜合模型；綜合效能評估；優化設計

0　引言

現代艦船功能系統結構日趨復雜、系統與設備數量大幅增加，導致現代艦船的研制費用和研制風險不斷增長。艦船設計人員越來越認識到在艦船設計早期對艦船的全系統結構和狀態進行優化配置，對控制研制費用與風險、避免后續設計階段出現重大技術狀態或指標調整并最終得到總體綜合效能均衡的設計方案具有重要作用［1-2］。因此，世界主要海軍強國都致力于開展艦船概念方案設計體系和方法的研究，以得到總體效能、費用和風險均衡的設計方案并提高概念設計的效率與決策的科目名稱、Taylor標準系列的剩余阻力系數、所有負載明細清單。這些數據只需在開始時讀入1次，將會用于該設計船后續所有概念方案的開發計算。子程序DATA2用于對輸入的數據進行格式化的存儲，便于程序調用。

2）如果方案的垂線間長LBP沒有指定，子程序GEOM自動計算水線下的形狀來得到LBP，子程序GEOM的輸入參數為L/B，B/H，Cp和Cx；如果指定了LBP，則通過給子程序UWDIM提供自由液面修正，Cp，Cx，GM/B，估計的KG和滿載排水量等參數，程序自動計算型寬B、吃水H和水線面系數Cwp。

3）子程序HPCALC用來估算方案的最大航速或者最大航速對應的有效馬力，同時，也用來計算經濟航速下的有效馬力。該子程序利用標準泰勒系列試驗結果來進行阻力和有效馬力的估算。

4）子程序EPLANT用來進行巡航、戰斗工況下的電力負載和24 h平均電力負載估算，同時，在沒有指定發電機的情況下，該程序還用來決策需要的發電機數量和尺寸。學性。其中，以美國海軍組織研究的基于艦船綜合模型的艦船概念方案設計流程體系與方法最為完整、適用性最強，目前已應用于美國海軍所有水面和水下艦艇的概念方案開發與探索中。本文擬按近50年來美國艦船概念方案設計歷經的“艦船綜合模型—總體方案綜合效能評估—總體方案綜合優化”3個階段對其艦船概念方案設計流程和方法進行系統的跟蹤、整理與分析，以期對我國艦船概念方案設計體系的研究和發展提供借鑒。

1　艦船綜合模型及其發展

在20世紀60年代之前，美國艦船方案論證是設計者通過對每個方案進行一系列復雜、耗時的標準計算來完成，效率低、可選方案少。從1960年開始，美國海軍開始研究利用計算機建立艦船綜合模型，開發出了具有代表性的“驅逐艦綜合模型DD07”與“艦船概念設計模型CODESHIP”［3-4］。前者只針對驅逐艦這單一艦型，后者雖可用于不同主尺度和類型的艦船（從巡邏艇到航空母艦），但是由于過分強調通用性，導致該程序預報特定船型性能時精度受到限制；因而上述2種基于艦船綜合模型的艦船概念方案設計工具的適用性和精度較差。

基于對上述問題的考慮，美國海軍上尉軍官Reed于1976年發表了題為“水面艦船綜合模型”的碩士論文［5］，該文的目的是為水面艦船開發更為實用的綜合模型。該模型允許設計者針對設計艦船調整或選擇設計標準和設計方法，相比于前述2種綜合模型，能夠得到更具功能化特性的艦船設計指標。該模型基于標準艦船數據庫開展系列計算，同時能夠讓設計人員通過修改來反映不同的設計需求和標準的設計輸入從而得到不同的設計結果。該模型初步具備多方案探索研究能力。

艦船綜合模型應該能夠滿足可行解所要求的條件：1）重量和艦船排水量的平衡；2）內部可用空間必須大于或等于系統設備空間需求；3）可用能量必須滿足能源需求，包括推進、輔機、電力需求等；4）重量和排水體積的分布必須滿足規范的要求，例如橫穩性、總縱強度、耐波性等。滿足上述約束的可行方案需要通過綜合模型的反復迭代來獲得。該綜合模型程序的邏輯流程圖如圖1所示。

該綜合模型主要由主程序（Main）和16個子程序組成，由主程序按圖1所示的邏輯流程對子程序進行調用。

其基本流程如下所示。

1）程序開始時，讀入的數據為：需要輸出的項

圖1　艦船綜合模型邏輯流程圖Fig.1　 Logical program flow of ship synthesis model

5）子程序MACHLQ用來估算飲用水、儲備供給水、潤滑油、燃油和柴油等液體載荷的重量及對應的液艙容積需求。

6）子程序MBSIZE用來估算船體的最小型深。

7）子程序VOLUME開始計算需求容積和可用容積，并通過調整船體主尺度要素來實現上述容積的平衡。

8）子程序WEIGHT用來估算空船重量和載荷重量，計算得到滿載排水量并與上次估算的排水量進行比較。如果偏差在設定的范圍內，程序進行重心高的估算；如果偏差超出設定的范圍，則調用子程序GEOM和UWDIM對主尺度要素進行調整迭代，直至偏差在設定的范圍內。

9）子程序VRTCG用來估算全船重心高度（VCG），并與上次估算的結果進行比較。如果偏差在設定的范圍，程序進入下一個模塊；否則，調用子程序GEOM和UWDIM對主尺度要素進行調整迭代直到偏差控制在設定的范圍內。此時，程序會檢查增加的抬升甲板（艉部直升機起降平臺形成的結構）的長度是否超過了垂線間長LBP。如果超過，主程序會調用子程序GEOM和UWDIM對主尺度要素進行調整并重新迭代；如果沒有超過，便生成一個平衡可行的總體方案。

10）子程序FNCGPR將重量和體積分給對應的功能組。

11）子程序SEASPD對平衡方案在北大西洋海浪環境下的經濟航速和耐波性進行估算，以作為不同可行方案比較的參考依據。

12）子程序OUTPUT輸出最后的平衡方案，主要包括主尺度及船型系數、功能組重量列表、功能組電力需求負荷等。

13）調整輸入，程序進行下一個方案的迭代過程。

上述綜合模型解決了方案論證設計過程中需要大量人力反復迭代計算的問題，大大提高了方案論證的效率。

上世紀80年代末，美國海軍海上系統司令部在該綜合模型的基礎上通過進一步拓展設計空間的約束集并增強適用性和預報程序的精度，開發出了基于圖形化操作界面的高級水面艦船評估工具（Advanced Surface Ship Evaluation Tool，ASSET）［6］，如圖2所示。

ASSET可以針對不同的艦船類型（普通水面艦船、航空母艦、兩棲攻擊艦等）進行可行總體方案的迭代生成和評估。在ASSET中，設計方案以數據的形式存儲在數據庫中，每個數據包含艦船不同組件的信息。ASSET用多級樹狀結構來組織數據，艦船的主要組件，如推進設備、電力設備、船體設備等作為第1級，每個主要組件進一步被分解為二級部件，如船體設備細分為船型、分艙和船體結構，并作為第2級數據；同樣，第2級部件還可以進一步細分為第3級部件，這種細化分解一直進行到能用參數來表達該部件的物理特性，所有這些參數的列表稱為模型參數列表（MPL）［7］。同時，按照艦船工作分解結構（SWBS）將艦船的不同組件分解為7個重量組，每個重量組分為3個層級，采用自下而上的方式來得到全船重量。7個重量組分別為船體結構、推進設備、電力設備、指揮和監視系統、輔助系統、舾裝和家具、武備，用W 100，W 200，…，W 700來分別表示，儲備排水量與載荷裝載量分別用WM00和WF00表示，上述9個重量組求和便得到了艦船總重量。

ASSET分為計算模塊和輸入/輸出模塊，計算模塊又分為綜合模塊和分析模塊，綜合模塊起艦船綜合模型的作用，主要進行可行總體方案的迭代生成。計算模塊主要用于可行總體方案的性能特征計算；輸入/輸出模塊履行人機交互數據輸入、結果圖形化顯示、數據庫存儲等功能。隨后，相關學者通過引入進化算法和設計公理（AAD）來不斷地對綜合模型的結構進行分解和優化，減少了迭代次數，提高了總體方案論證生成的效率［8］。

美國海軍在其海上系統司令部的組織與領導下，依托科研機構和院校，建立了基于艦船總體資源與功能需求迭代平衡思想的艦船綜合模型框架，在拓展設計空間的約束集并增強適用性和預報程序精度的基礎上，吸收當時計算機科學技術領域的最新成果，研制出以ASSET為代表的實用化艦船總體概念方案論證軟件平臺，解決了傳統概念方案論證過程需要依靠大量人工開展耗時計算的問題，實現了概念設計論證流程的通用化與程序化。以ASSET為代表的實用化的艦船總體概念方案生成體系與方法，增強了總體方案論證的效率和科學性。但總的來說，基于迭代生成的總體概念方案論證還存在以下2個問題：

圖2　 ASSET圖形用戶界面Fig.2 The graphicaluser interface of ASSET

1）綜合模型主要關注總體方案是否滿足總體資源與系統功能需求的平衡（容積、重量、重心、能源）以及主要平臺技術性能指標，沒有系統考慮綜合效能、經濟性、風險等因素，不能適應現代艦船強調總體效能均衡優化的設計理念；

2）綜合模型的基本思想是在設計人員提供輸入和選擇設計手段及標準的前提下，提供一組總體可行的總體方案作為設計基線，不能保證這些方案在方案解空間內較其他可行解是較優的。

上述基于迭代的艦船綜合模型已經不能滿足現代艦船概念方案論證和設計階段越來越注重艦船綜合效能均衡優化設計的需求，為此，美國海軍研究機構組織科研力量開展了艦船綜合效能評價體系和方法的研究。

2　艦船方案總體綜合效能評估

針對艦船總體多方案決策問題，美國海軍組織研究開發了基于綜合效能、費用和風險的艦船總體綜合效能評價指標體系和方法，作為艦船概念方案量化評價的手段和方案之間比較的依據，其基本評估流程如圖3所示。

圖3　艦船效能與風險評估流程圖Fig.3 The assessment flowchart for OMOE and OMOR

2.1綜合效能評估

艦船綜合效能指標（OMOE）被定義為系統滿足任務需求的程度，OMOE用0～1來表示艦船在特定任務中的效能［9-10］。艦船綜合效能評估流程為：

1）根據使命任務分析，確定作戰能力需求（ROC）列表，該工作在需求分析階段完成；

2）列舉出為滿足每項作戰能力需求而要求的性能指標（MOP）及其取值范圍（由門限值和目標值構成）；

3）使用多屬性價值理論（MAVT）建立各性能指標的性能值（VOP）函數（直線或S形曲線），并根據此函數計算性能指標對應的VOP值。例如：最大航速的基本值為20 kn，對應的VOP值為0；最優值為30 kn，對應的VOP值為1；

4）用層次分析法（AHP）形成水面艦船效能評估指標體系，并根據專家打分結果計算各指標的權重；

5）使用如式（1）所示的效能評估數學公式計算水面艦船綜合效能。

式中：VOP（MOP）為性能指標對應的性能值；wi為性能指標的權重。經過加權相加計算得到方案的作戰效能。

2.2費用評估

目前，美國海軍用于艦船概念方案設計論證時的裝備費用估算由于涉及敏感信息，因此其估算方法和相關數據沒有向工業界和學術界公開。早期使用的費用估算模型是建立在費用—重量數據回歸統計分析基礎上［11］。該模型采用首艦采辦費（Lead Ship Acquisition Cost，LCA）作為衡量艦船方案經濟性的指標，首艦采辦費分為建造費、管理費和后期維護費3部分。該費用估算模型需要采用7個艦船工作分解結構組的重量、內部通信系統的重量、武器彈藥載荷的重量、航空保障設備和推進系統需要的燃料重量作為估算的輸入，估算過程中，考慮相對參考年（如1981年）10%的年通脹率來計算基準年的艦船費用，通脹因子按式（2）計算。

式中：FI為計算基準年的通脹因子；RI為年通脹率；n為基準年與1981年之間的時間間隔（以年為單位）。艦船工作分解結構組的總費用（ΣCLi）由7個分解結構組重量費用CLi求和得到，各分組費用計算公式分別為：

系統集成費用按式（10）計算。

總裝建造費用按式（11）計算。

根據上述估算公式，首艦建造費為上述9項之和，首艦價格在首艦建造費的基礎上考慮10%的利潤。首艦承制費用還要在首艦建造費的基礎上加上由于訂貨或計劃延誤等造成的成本增加部分，該部分費用大約占首艦價格的12%。因此，首艦采辦費中的首艦承制費用為112%的首艦價格。首艦采辦費中的管理費主要包括武器彈藥、小艇采購費、舾裝費和生產中的儲備費用，該部分約占首艦價格的20%。后期維護費約占首艦價格的5%。最后，首艦采辦費由艦船承制費、管理費和后期維護費求和得到。

上述基于重量的艦船費用估算模型不能很好地反映費用隨機械設備配置的變化而變化。事實上，艦船的很多裝備或系統的價格并不是由其重量而是由其功能決定。因此，上述費用模型在實際應用中還存在一定的局限性。

2.3風險評估

艦船綜合風險指標（OMOR）通過量化函數表征全船研制的總體風險，美國在艦船方案評估過程中通常將其劃分為性能風險Wperf、費用風險Wcost和進度風險Wsched。每項風險函數由風險事件的發生概率Pi和預期后果Ci所組成：Ri=PiCi。計算綜合風險需要性能風險Wperf、費用風險Wcost與進度風險Wsched等各項風險的權重，各風險事件的權重用wi，wj與wk表示。

在風險識別、風險分析和風險評價這3個階段中，每個階段都有多種方法可供選擇，也可組合不同的方法用于風險評估。風險識別常見的方法有專家調查法、歷史記錄統計法、現場調查法、故障樹分析法、流程圖法、聚類分析法、模糊識別法、人工神經網絡法等；風險分析和風險評價常見的方法有專家咨詢法、概率樹法、決策分析法、層次分析法、類推比較法、網絡分析法、矩陣分析法及分解估算法等。風險評估采用的方法要全面而科學，既要確保專家對每一項指標能夠順利地給出量化評價，又要做到簡便有效。

針對開展總體方案綜合效能評估，標志著美國海軍艦船研制由只注重方案性能指標向注重方案總體效能、經濟性和研制風險均衡的設計理念的轉變，確立了以系統工程思想為指導的艦船裝備論證研制與管理體系。通過引入系統工程、管理和金融領域的相關理論與方法，美國海軍建立了完善的艦船總體方案總體效能、費用和研制風險評估指標體系；增強了艦船總體方案決策的全面性和科學性。通過與ASSET概念方案生成軟件的配合，在用戶提供需求輸入的前提下，實現了概念總體方案的自動化生成與評估。

3　基于總體綜合效能優化的艦船概念方案設計及應用

通過開展艦船綜合模型的研究，美國海軍可根據用戶使用需求，在提供相關系統輸入的前提下得到滿足戰術技術指標需求的方案設計基線；然而由于用戶使用需求在艦船的研制早期或后續階段會面臨部分調整，而且現代艦船可選用的功能系統選擇范圍也在進一步擴展，導致對應于使用需求的方案設計基線不唯一，也就是說綜合模型通過迭代調整得到的設計基線只是滿足設計需求和約束條件的解空間內的一個可行解。艦船總體綜合效能評估體系和理論的建立使得美國海軍建立起了針對效能、費用和風險進行方案設計基線評價的能力，從而實現了對方案設計基線的比較優選手段。借助人工智能領域不斷發展的智能優化搜索技術，通過融合綜合模型和艦船綜合效能評價模型，美國海軍實現了從用戶使用需求到總體概念優化方案的快速響應能力，即基于總體綜合效能優化的艦船概念方案設計體系及手段［1］。

美國弗吉尼亞理工大學Brown教授等［12］于2003年提出了最新的基于綜合模型的艦船概念方案設計與論證評估（美國稱之為“方案探索”）體系，其流程如圖4所示，將效能、費用、風險量化和軟件化，并納入艦船綜合模型，使決策者全面掌握各方案的效能、費用和風險，從而科學、合理地進行決策。

圖4全面描述了艦船總體方案論證評估流程。首先，任務說明書敘述用戶對艦船任務及目標圖像的需求。然后，確定任務所需的戰術技術能力，整理出戰術技術指標體系，繼而確定出設計變量（包括主尺度及船型系數的允許范圍、船型和各裝備型號的選項等）。最后，進入核心階段——艦船綜合模型，將反映艦船性能的物理模型與響應曲面模型（推進模塊、阻力模塊、船體模塊、電力模塊、重量模塊、可用空間模塊及液艙模塊等）、效能模塊、費用模塊和風險模塊集成到艦船綜合模型中，輸出滿足可行性要求的一系列初始方案。美國海軍通常聯合使用ASSET、多目標優化程序Darwin Optimizer與模型集成程序ModelCenter來進行艦船方案評估論證［13-14］。該論證過程包括：

1）Darwin產生系列初始方案集，形成優化種群，然后按照ModelCenter過程集成環境中提供的方法輸入給ASSET，經過ASSET迭代形成可行的方案集（方案數量和初始方案集保持一致），并得到這些可行方案集的主要性能指標參數；

2）Model Center的內部組件利用ASSET計算出的性能指標確定該方案的綜合效能、首艦采辦費和綜合風險；

3）將這些數值傳送回Darwin優化算子作為優化的目標函數，Darwin優化算子根據目標函數并利用進化算子對方案集變量進行修改更新形成新的方案集，進入下一個優化過程，這個過程將持續產生可行方案，直到迭代次數達到用戶要求為止。按照上述流程在ModelCenter中建立的概念設計程序集成環境如圖5所示。

通過構建基于艦船綜合模型、綜合效能評估模型和集成工具的艦船概念方案設計體系和平臺，借助于多目標智能優化算法，美國海軍可以通過設定不同的使用需求、備選系統配置、設計規則和方法來完成艦船概念方案的優化生成研究，在較大的方案空間內進行探索，得到一系列總體綜合效能（綜合效能、費用和風險）均衡的備選方案集，并以Pareto前沿解（圖6）的形式展示給決策者，使決策者通過效能—風險—費用數據點圖進行方案決策。圖6中的每一個點代表一種總體概念方案，設計人員根據每個方案的總體綜合效能，采用決策理論進行方案決策，優選出設計基線進行深入設計。目前，美國海軍所有的水面艦船在概念開發階段都采用上述概念方案設計體系進行方案的探索研究，其海軍論證機構10個人、3個月可以完成數百個方案的論證與對比分析，大大提高了艦船概念方案探索的效率和科學性。

圖4　艦船概念方案優化設計流程Fig.4 The optimal design flow for naval ship conceptual design

圖5　概念設計程序集成環境Fig.5 The integrated code environment for naval ship conceptual design

圖6　總體概念方案Pareto解Fig.6 The Pareto points for conceptual design

受美國海軍的委托，Brown教授及其團隊根據上述艦船概念方案設計流程體系開展了31項艦船總體概念方案探索與開發工作［15-25］，其中包括：無人艦載機航空母艦2艘、導彈巡洋艦4艘、導彈驅逐艦1艘、護衛艦1艘、常規動力潛艇5艘、新概念瀕海作戰潛艇2艘、敏捷作戰艦船3艘、中型水面艦船3艘、小型水面艦船2艘、海洋考察船1艘、大型油輪4艘和后勤補給船3艘。另外于2006年，利用最新的艦船綜合模型與評估、優化方法，對上世紀80年代研發并服役的DDG51導彈驅逐艦重新進行了方案優化探索，得到了效能與費用均優于原方案的優化解。圖7按時間順序列出了典型艦船概念設計方案的效果圖。Brown教授開展的相關工作有力地支撐和推動了美國海軍在艦船平臺及其裝備發展方面的原始創新。

圖7　主要艦船概念方案效果圖Fig.7 The design sketches of main conceptual projects

4　結語

美國海軍海上系統司令部自上世紀70年代以來組織領導其國內科研院所和高校共同開展了艦船概念設計流程與方法的研究，形成了緊貼艦艇裝備論證、設計與使用保障需求的通用型艦船概念設計體系與設計手段，提升了其在艦艇裝備發展方面的原始創新能力?？偟膩碚f，美國艦船概念方案設計發展歷經了“艦船綜合模型—總體方案綜合效能評估—總體方案綜合優化”3個階段，通過對其發展歷程的綜述，可以總結以下發展特點與經驗：

1）重視技術發展的頂層規劃和多學科融合牽引。美國海軍海上系統司令部在不同的時期瞄準未來10～20年艦艇發展需求，制定了艦船概念設計不同階段的發展目標，即按照“論證流程程序化—論證體系通用化—論證目標多元化—論證手段智能化、信息化”的發展思路，不斷調整和完善技術框架體系，積極引導國內高校和研究機構結合自身優勢開展針對性研究，對研究成果進行集成并積極應用。同時，在設計流程體系建設過程中，逐步引入融合了系統工程、管理、金融和人工智能的最新成果，不斷創新和充實艦船概念設計流程與方法。

2）重視艦船經濟性、研制風險在裝備論證研制過程中的重要作用。艦船裝備研制具有周期長、風險高的特點，在美國海軍裝備發展投資中占有很大的比例，因此，為了提高裝備研制效費比并有效管控研制風險，在本世紀初，美國海軍將艦船概念方案的研制費用、研制風險與其綜合效能一起作為方案論證決策的依據，并針對研制費用和研制風險指標評估開展了系統研究，建立了艦船概念方案經濟性和研制風險指標體系與評估手段。

3）重視對設計經驗和歷史數據的整理、挖掘與應用。艦船概念方案設計一方面面對許多不確定的因素，另一方面又要盡可能對方案開展全面和較為準確的評估。針對這一矛盾，美國海軍在艦船概念設計體系建設過程中非常重視對設計經驗、已有型號數據和作戰使用維護數據的整理、挖掘與應用。針對艦船概念設計需求特點，建立了動態化的裝備總體數據庫，并引入統計學、知識工程和智能推理的相關理論與手段對設計經驗和知識進行處理以便于知識的直接應用。艦船總體知識庫的建設有力支撐了艦船概念設計體系的發展。

4）重視智能化與信息化技術的應用。隨著艦船概念設計變量與設計約束范圍的不斷擴展，在高維、強非線性的艦船概念方案解空間中確定最優化的艦船概念方案變得越來越困難，設計效率提升也受到制約。針對該問題，美國軍方和學術界通過研究，積極引入人工智能優化與分布式協同設計技術，建立了集方案生成、評估和方案搜索于一體的艦船概念方案自動化設計集成環境與設計工具，大大提高了設計決策的科學性和效率，利用目前建立的艦船概念集成設計環境與工具，美國海軍論證機構10個人、3個月就可以完成幾百個方案的論證研究。

［1］WHITCOMB C A，SZATKOWSKI J J.Concept level naval surface combatant design in the axiomatic approach to design framework［C］//Proceedingsof ICAD，Cambridge，MA.Institute for Axiomatic Design，2000：300-308.

［2］WHITCOMB C A.Naval ship design philosophy imp lementation［J］.Naval Engineers Journal，1998，110 （1）：49-63.

［3］COTTON J L.Fourth update of CODESHIP payload shopping list，CNA 662-75［R］.Center for Naval Analyses，1975.

［4］TONY E J.Consolidated weight listing for various U.S. Navy cruiser/destroyers［R］.Naval Ship Engineering Center，1975.

［5］REED M R.Ship synthesis model for naval surface ships［D］.Cambridge，MA：Massachusetts Institute of Technology，1976.

［6］Naval Surface Warfare Center.ASSET user manual，version 5.0［M］.Naval SurfaceWarfare Center，1990.

［7］NETIS N.Ship design optimization using ASSET［D］. Blacksburg，VA：Virginia Polytechnic Institute and State University，2005.

［8］SHAHAK S.Naval ship concept design：an evolutionary approach［D］.Cambridge，MA：Massachusetts Institute of Technology，1998.

［9］BROWN A，THOMAS L M.Reengineering the naval ship conceptdesign process［C］//From Research to Reality in Ship Systems Engineering Symposium.American Society of Naval Engineers，1998.

［10］STEPANCHICK J，BROWN A.Revisiting DDGX/ DDG-51 concept exploration［J］.Naval Engineers Journal，2007，119（3）：67-88.

［11］GOGGINS D A.Response surface methods applied to submarine concept exploration［D］.Cambridge，MA：Massachusetts Institute of Technology，2001.

［12］BROWN A，SALCEDO J.Multiple-objective optimization in naval ship design［J］.Naval Engineers Journal，2003，115（4）：49-62.

［13］Phoenix Integration.Darwin usermanual，version 1.0 ［M］.Phoenix Integration，2002.

［14］Phoenix Integration.Model Center usermanual，version 6.0［M］.Phoenix Integration，2001.

［15］SCHULTZ J，BAITY J，KAST E，et al.Design report air superiority cruiser（CGX），ocean engineering design p roject AOE 4065/4066［R］.Virginia Tech，2006.

［16］ALBRIGHT J，DEMKO D，HECHT M，et al.Unmanned combat air vehicle carrier，CUVX design re-port，ocean engineering design project AOE 4065/ 4066［R］.Virginia Tech，2002.

［17］HATTENDORF J B.The evolution of the US Navy's maritime strategy，1977-1986［M］.Monterey，CA：NavalWar College，2004.

［18］STOCKER J.Destroyers for the future：background and analysis of the DDGX acquisition progress［R］. Washington DC：Congressional Research Service，1981.

［19］SHINGLER K.Advanced tactics littoral alternative submarine，ocean engineering design project［R］. Blacksburg：Virginia Tech，2004.

［20］CHIN J.Littoralwarfare submarine total ship systems engineering，ocean engineering design project［R］. Blacksburg：Virginia Tech，2004.

［21］ALEMAYEHU D，BOYLE R B.Guided missile submarine SSGx，ocean engineering design project［R］. Blacksburg：Virginia Tech，2005.

［22］ANNE L S.Area defense frigate design report，ocean engineering design project［R］.Blacksburg：Virginia Tech，2006.

［23］MAINES A，MARTZ M.Large ocean interface submarine SSLOI design report，ocean engineering design project［R］.Blacksburg：Virginia Tech，2006.

［24］CARVER B，CIBULLS.Modular ballistic missile defense cruiser（CGXmod）design report，ocean engineering design project［R］.Blacksburg：Virginia Tech，2008.

［25］GOOD N，BROWN A.Multi-objective concept design of an Advanced Logistics Delivery System Ship （ALDV）［C］//ASNE Joint Sea Basing Symposium. American Society of NavalEngineers，2006.

［責任編輯：易基圣］

Review on the development of naval ship conceptual design methods of USA

XIONG Zhiguo，HU Yulong China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China

The conceptual design of naval ships is of vital significance to the overall effectiveness，development risk，and cost of ships，since the main characteristics and functions of the ship are all determ ined during this phase.By analyzing the conceptual design progress of US naval ships，three stages can be observed：the development of the ship synthesis model，the research on overall effectiveness，and the general optimization of the conceptual plan.Firstly，the basic principles and drawbacks of the ship synthesis model are analyzed.Secondly，the systematical framework and methods for evaluating the total effectiveness，which are represented by overall effectiveness，development risk，and cost，are presented.Lastly，the optimization of the scheme and its applications are proposed.In brief，certain lessons can be drawn from the progress of US naval ship conceptual exploration methods，which could in turn help us to perfect our own conceptual design systems.

ship design；conceptual design；ship synthesis model；overall measure of effectiveness；op timal design

U662.2

A

10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.002

2014-10-09網絡出版時間：2015-7-28 17:25:04

熊治國，男，1974年生，碩士，高級工程師。研究方向：艦船總體研究與設計胡玉龍（通信作者），男，1985年生，博士，工程師。研究方向：艦船總體研究與設計。E-mail：huyulong1986@163.com