信息时代,知识经济的飞速发展迅速深刻地改变着人类社会,以传统设计思想为指导的工程设计行为,已经不再能够完全满足现代设计与社会生产发展的要求,传统的设计过程向现代设计过程的转变将成为历史发展的必然。船舶属于现代工业产品,在其设计过程中,存在大量无法避免的多目标优化问题。对于常规船舶设计,最为常用的设计方法是“母型改造法”,这种方法过分依赖于历史设计范例的数据收集,具有一定的局限性。在船海工程设计领域内,应用最为广泛的设计理念就是经典的“设计螺旋”思想。设计螺旋思想准确的反映了船舶设计过程中的一些基本原则,同时又默示了船舶设计是具有相继性的周期性迭代过程,而不是开放式的并行协作过程。博弈分析法是基于博弈论的思想与基本原理而形成的一种解决工程多目标优化问题的方法,此方法融合了系统化思维与开放性的特点,通过运用博弈模型对问题进行分析和描述,讨论了一种分析问题的思维逻辑。针对传统船舶与海洋结构物设计思想和方法的不足与缺陷,本文从以下三个船舶与海洋工程中的设计问题入手,研究了博弈分析法在船海工程设计中的适用性。船舶居住舱室的布置设计,是在一个确定面积的空间内放置若干家具、设备以满足居住舱室的各项要求。舱室布置设计可以抽象为一个多目标优化问题,舱室内每件家具或设备都有一个最优的布置位置,但在有限的空间内各个家具的位置选择之间又会产生几何冲突。本文针对这个问题提出了两种分析与解决方法：一种是加权和法,用此方法把各个优化目标赋以不同的权值,按照权值的轻重逐次进行分析,分别评估赋值,运用线性加权的思想把问题转化为单目标优化问题,将各个权重的优化目标分别组合计算其加权和值后进行方案比较优选；另一种方法运用博弈论的观点把问题描述为一个博弈模型,以家具或设备为基础定义若干布置单元为参与者,把家具对空间位置的选择定义为行动策略,把家具的功能实现与舒适性水平定义为收益。通过求解博弈的均衡,有效的解决了多目标优化问题。船舶初步设计阶段具有包括多学科合作与多目标优化的复杂特性,本文针对船舶初步设计的特点,以学科专业为基础进行博弈模型的建立,开展博弈分析。将各个学科专业设计团队定义为参与者,设计目标为最终的期望收益,分析博弈到达均衡的过程就是各个设计团队合作完成设计方案的过程。当获得博弈均衡时,参与者在互动合作过程中的行动策略就是指导各个学科设计行为的具体方案。为了便于开展针对这个复杂模型的分析,本文给出“策略矩阵”式的描述分析方法,并利用矩阵的行列变换属性将复杂的模型分解为简单模型并逐步分析求解。同时,博弈分析的思想还被应用于多学科优化设计算法的研究中,在各个学科子系统分别进行优化的过程中,引入博弈的机制,形成了一种新的多学科优化设计算法。应用此方法能够实现船舶设计单个循环周期内的阶段性开放式并行设计过程。自升式海洋钻井平台与船舶同属重要的海洋工程装备产品,但是平台的设计过程与船舶的设计过程不尽相同。平台设计的过程从构成平台的各个功能性子系统着手,逐步综合形成最后的设计方案。将博弈分析法运用于某钻井平台的方案设计过程,应用矩阵式博弈模型描述设计过程,通过子博弈分解把复杂问题逐步简化,进而明确各个子系统的设计约束,有效的规划设计行为,得到最终的设计方案。最后,本文融合模块化设计和产品生命周期设计的思想,将博弈分析法进一步拓展应用于自升式海洋平台的全生命周期分析。将海洋平台这种复杂工业产品按照不同的服务功能性进行模块划分,并建立博弈模型,应用“策略矩阵”对设计过程进行分析。进而结合产品生命周期设计的思想与理念,在博弈模型中增加时间变量,将原来的博弈模型发展为即时博弈模型,使博弈分析法适用于产品生命周期全过程的各个阶段。
