船舶多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化的若干基礎(chǔ)問題研究

本項目按照計劃任務(wù)書要求，圍繞船舶多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化的應(yīng)用基礎(chǔ)技術(shù)及支撐技術(shù)進行了系統(tǒng)研究，取得預(yù)期研究成果，全面完成研究任務(wù)。 1．在系統(tǒng)分析及建模方面，將遺傳算法引入船舶設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣的聚類劃分中，實現(xiàn)了船舶的智能聚類劃分。為確定設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣中各元素之間的影響程度，以Sobol方法為基礎(chǔ)，采用均勻試驗設(shè)計點集取代Sobol低偏差序列，提出了主效應(yīng)靈敏度分析中偏方差的估計方式。 2．在求解策略及算法方面，通過改進物理規(guī)劃，結(jié)合動態(tài)偏好區(qū)間和轉(zhuǎn)動偽偏好結(jié)構(gòu)技術(shù)，提出了新的多目標(biāo)分級目標(biāo)傳遞法，解決了Pareto解個數(shù)受限和偽偏好結(jié)構(gòu)搜索位置分布不均的問題，擴展了其搜索范圍，提高了Pareto前沿的均勻性，并將其應(yīng)用于船舶水動力性能與結(jié)構(gòu)性能綜合優(yōu)化中。 3．在近似理論和技術(shù)方面，圍繞樣本點選取的均勻試驗設(shè)計方法，針對大樣本點數(shù)均勻設(shè)計方案構(gòu)造中的大計算量問題，提出了基于遺傳算法的均勻設(shè)計方案構(gòu)造方法；對于變量較多而樣本點數(shù)較少的情況，提出了基于切割法的均勻設(shè)計方案構(gòu)造方法。結(jié)合留一算法和變異函數(shù)，提出了基于相關(guān)性原理的動態(tài)樣本點選取方法，實現(xiàn)了利用性能空間特性指導(dǎo)樣本點的選取。 運用上述樣本點選取方法，基于徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了船舶阻力、操縱性、耐波性的近似計算模型。 4．在參數(shù)化幾何建模技術(shù)方面，應(yīng)用徑向基插值函數(shù)方法實現(xiàn)了船體曲面局部光順變形，利用DELAUNAY三角剖分算法實現(xiàn)了支撐半徑的自動選擇。 在基于特征的船體曲面參數(shù)化建模方面，對傳統(tǒng)的能量法進行改進，將數(shù)據(jù)點處的剪力躍度平方和與應(yīng)變能以加權(quán)和的形式構(gòu)造全新的光順性泛函。 5．在船舶水動力性能分析方面，基于三維勢流邊界元法自主開發(fā)了船舶運動的數(shù)值計算程序，并對船舶輻射及繞射問題進行了計算；采用重疊網(wǎng)格技術(shù)完成了船槳舵的耦合計算分析；基于靈敏度分析方法研究了船型參數(shù)對水動力性能的影響程度，初步實現(xiàn)了船型參數(shù)敏感性的定量排序。 構(gòu)建了一類質(zhì)量力模型，以描述復(fù)雜物體運動對流場干擾的影響；發(fā)展了基于徑向基函數(shù)MC算法的切割網(wǎng)格法；提出了一類基于尖銳界面的非線性兩相流模型。 6．在平臺開發(fā)方面，基于iSIGHT平臺，以多目標(biāo)分級目標(biāo)傳遞法為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了參數(shù)化建模、性能分析、近似模型的數(shù)據(jù)集成和過程集成，開發(fā)了船舶多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化平臺，并運用該平臺完成了多例船舶性能的綜合優(yōu)化。 2100433B

船舶是一個包含多個相互耦合子學(xué)科的巨復(fù)雜系統(tǒng)，某些子學(xué)科的設(shè)計目標(biāo)甚至相互矛盾。常規(guī)船舶設(shè)計方法是母型船法，且主要依靠設(shè)計人員的經(jīng)驗，設(shè)計結(jié)果可行而非最優(yōu)，其設(shè)計優(yōu)化也往往針對某學(xué)科的單個性能指標(biāo)進行，沒有兼顧各學(xué)科之間的協(xié)調(diào)，無法使設(shè)計船舶的綜合性能達到最優(yōu)。多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化方法是近年來發(fā)展起來的用于復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計的先進方法，其主要思想是在復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計的過程中通過充分利用各個學(xué)科之間的相互作用所產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，獲得系統(tǒng)的整體最優(yōu)。該方法是解決船舶設(shè)計綜合優(yōu)化的有效手段。本項目將針對多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化方法在船舶設(shè)計中應(yīng)用的一些基礎(chǔ)問題如船舶系統(tǒng)分析及建模理論、船舶多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化策略及方法、船舶多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化的近似方法以及船舶參數(shù)化建模方法、船舶CAD與CAE集成技術(shù)等開展研究，并建立考慮水動力及結(jié)構(gòu)性能的船舶多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化平臺，由此為實現(xiàn)船舶的多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化提供理論依據(jù)和技術(shù)方法。

本項目研究內(nèi)容為“多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化空間探索”，系統(tǒng)、子系統(tǒng)最佳協(xié)同設(shè)計優(yōu)化理論方法，設(shè)計過程質(zhì)量工程與信息技術(shù)相結(jié)合，建立工程產(chǎn)品的多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化自動化的系統(tǒng)方項目研究內(nèi)容為“多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化空間探索”。系統(tǒng)、子系統(tǒng)最佳協(xié)同設(shè)計優(yōu)化理論方法項目研究內(nèi)容為“多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化空間探索”項目研究內(nèi)容為“多學(xué)科項目研究內(nèi) 2100433B

薄膜晶體管（TFT）是主動驅(qū)動平板顯示的核心元件，微晶硅TFT性能優(yōu)于非晶硅，制作工藝比多晶硅簡單，是實現(xiàn)AM-OLED的方案之一。 我們的研究由單個TFT器件，到TFT器件的集成，最終實現(xiàn)7英寸的TFT-OLED 顯示屏。主要結(jié)果如下。 一．微晶硅TFT 器件的研究 1.有源層的研究；（a）研究了生長條件如氫稀釋濃度、襯底溫度、功率密度和反應(yīng)氣體壓強對微晶硅晶化率的影響。（b）采用PECVD雙倍頻（27.12MHz）直接生長微晶硅薄膜：采用雙倍頻技術(shù)提升微晶硅薄膜的沉積速率，改善薄膜的晶化率，直接生長出高質(zhì)量的微晶硅薄膜。 2.絕緣層的研究:(a)通過優(yōu)化工藝參數(shù)從而調(diào)節(jié)表面的粗糙度及薄膜的折射率。將SiNx的折射率控制在1.85-1.90之間，有利于生長高質(zhì)量的微晶硅薄膜.(b)SiNx絕緣層采用沉積速率“先快后慢”兩步沉積工藝，改善絕緣層/有源層之間的界面態(tài)， 3.界面的改善:(a) SiNx絕緣層表面采用plasma處理，改善了器件的關(guān)態(tài)電流，提高開關(guān)比，降低了閾值電壓。（b）雙有源層結(jié)構(gòu)：采用a-Si/uc-Si復(fù)合結(jié)構(gòu)薄膜代替uc-Si薄膜作為有源層，改善了關(guān)態(tài)電流，由6x10-10 A 降到 6x10-12 A. 4．基于無重?fù)诫s的新型源漏電極的微晶硅TFT研究：為了避免傳統(tǒng)重?fù)诫s電極使用磷烷硼烷等有毒氣體，研制安全的歐姆電極.(a)采用鋁合金作為源漏電極我們采用鋁合金作用源漏電極。(b)制備 Al/LiF源漏電極。在Al電極與μc-Si之間插入LiF薄層，制成Al/LiF源漏電極，其電子注入勢壘由Al電極的0.512eV降到0.12eV。優(yōu)化后TFT性能：遷移率0.5cm2/V.s， 閾值電壓0.59V，開關(guān)比大于106 。 二．TFT 基板的制作：（a）像素采用2T1C 結(jié)構(gòu)設(shè)計?；宄叽纾?英寸。分辨率：VGA 640×RGB（H）×480（V）。驅(qū)動電壓：6-13V。像素大?。?22um×74um。（b）工藝：6 MASK 工藝：制作柵極；形成硅島；制作源漏電極及溝道；接觸孔；制作像素電極 (ITO)；制作平坦化層。 三．TFT-OLED顯示屏的制作。 在TFT基板上制備OLED 得到7inch AMOLED彩色顯示屏。分辨率：640X480；亮度：165 cd/m2；NTSC：65.5%。項目圓滿完成.

薄膜晶體管（TFT）是主動驅(qū)動平板顯示的核心元件，微晶硅TFT由于性能優(yōu)于非晶硅，其制作工藝又與非晶硅基本相同，比多晶硅便宜，因此是當(dāng)前最具競爭力的AM-OLED 的控制元件。我們將開展以下研究（1）微晶硅薄膜的新的制備和晶化研究。它具雙層結(jié)構(gòu)，先生長一層很薄微晶硅子晶層然后是非晶硅層；再用液相加熱晶化的方法進行晶化的以期得到高質(zhì)量，適合于量產(chǎn)的工藝。（2）歐姆接觸層的研究：以插入超薄的絕緣層來代替?zhèn)鹘y(tǒng)n a-Si:H來實現(xiàn)歐姆接觸；并探索其他制歐姆接觸層的可能性。（3）絕緣層的研究：研究Si3N4和SiO2 絕緣層制備條件與深能級的濃度和深度，表面粗糙度的關(guān)系。（4）界面層的研究。（5）新型TFT器件結(jié)構(gòu)的研究，如頂柵結(jié)構(gòu)的微晶硅TFT器件的研制等。（6）微晶硅TFT與OLED的集成的研究。尋找最佳的參數(shù)及最合適的器件結(jié)構(gòu)如底柵或頂柵TFT，微腔頂發(fā)射或微腔底發(fā)射OLED等。