基于全民閱讀的經(jīng)典閱讀推廣策略研究及基于設(shè)計空間探索的型線自動優(yōu)化

基于全民閱讀的經(jīng)典閱讀推廣策略研究[摘要]全民閱讀活動在我國取得較大進展，國民綜合閱讀率連年上升。但傳統(tǒng)閱讀、經(jīng)典閱讀的現(xiàn)狀卻不容樂觀，圖書館作為閱讀推廣的主陣地之一，應(yīng)抓住契機，采取有效措施，在全民閱讀的基礎(chǔ)上，做好經(jīng)典閱讀的導(dǎo)讀、宣傳、推廣工作，讓經(jīng)典閱讀重新成為大眾閱讀的主旋律。[關(guān)鍵詞]全民閱讀經(jīng)典閱讀圖書館

2007年，我國國民閱讀率止住連續(xù)6年下滑趨勢而略有回升，顯示社會各界近年來積極開展國民閱讀促進活動初見成效。隨后的幾年時間里，國民綜合閱讀率逐年上升，第八次全國國民閱讀調(diào)查結(jié)果顯示，2010年我國18-70周歲國民的綜合閱讀率達到了77.1%，69.1%的國民認為當今社會閱讀對于個人的生存和發(fā)展來說“非常重要”或“比較重要”【1】。綜合閱讀率的增長雖然令人欣慰，但一個不爭的事實是，這些增長率大多來源于數(shù)字閱讀、通俗閱讀、動漫閱讀等，傳統(tǒng)紙質(zhì)媒介閱讀率增幅低于數(shù)字閱讀增長率。調(diào)查沒有給出經(jīng)典閱讀上升或下降的數(shù)據(jù)，但可以想見，以紙質(zhì)媒介為主體的經(jīng)典閱讀率即使有所上升，漲幅也是有限的。因此，對于公共圖書館來說，當前的一個重要任務(wù)就是，在推進全民閱讀的同時，有目的、針對性地加強對經(jīng)典閱讀的宣傳與推進。公共圖書館在促進全民閱讀中取得的進展2006年4月5日，中共中央宣傳部、中央文明辦、新聞出版總署、文化部、教育部等11家部委共同向全社會發(fā)出關(guān)于開展全民閱讀活動的倡議書，倡導(dǎo)全國各地區(qū)各部門各團體，積極開展全民閱讀活動。圖書館以其專業(yè)性、權(quán)威性和獨有的豐富資源成為讀書活動的一個主要陣地，也是倡導(dǎo)全民閱讀、終身閱讀等閱讀基本理念的中堅，是聯(lián)系群體閱讀和個體閱讀的橋梁。近年來，我國圖書館在倡導(dǎo)全民閱讀方面也取得了一定的成就，除了在傳統(tǒng)的提供閱讀空間和閱讀材料服務(wù)上的不斷改進以外，圖書館還主動開展了一些有關(guān)全民閱讀的項目和活動。1.1中圖學(xué)會閱讀推廣委員會2009年，中國圖書館學(xué)會閱讀推廣委員會正式成立，下設(shè)秘書處和15個專業(yè)委員會，所屬200余位專家、學(xué)者遍布全國各級學(xué)會組織和圖書館，從事閱讀活動的策劃、組織、實施和研究工作，為全民閱讀的推廣提供了重要的、強有力的組織保障和隊伍保障【2】。其中，圖書館與社會閱讀委員會掛靠東莞圖書館，旨在通過對社會閱讀領(lǐng)域的研究工作，指導(dǎo)、協(xié)助全國各級各類圖書館開展科普與閱讀活動，為其提供理論及實踐方面的咨詢、幫助，充分發(fā)揮圖書館組織社會閱讀的核心作用。這支具備理論與實踐能力的骨干隊伍有力地推動了全民閱讀活動的有序開展，并迅速形成品牌效應(yīng)，在業(yè)內(nèi)和社會引起了較大反響。1.2北京“尚讀”沙龍這是首都圖書館和北京青年報社聯(lián)合主辦的公益性文化活動，2010年成立，以名家新作為出發(fā)點，培養(yǎng)全社會的閱讀習(xí)慣。該沙龍每兩周一次，邀請國內(nèi)外知名專家、學(xué)者、作家作為主講人出席，以演講、對談等形式，與市民進行面對面的交流，并向所有市民免費開放。1.3“小桔燈”閱讀計劃深圳沙頭角街道圖書館的“小桔燈”閱讀計劃于2007年4月制定實施。主要內(nèi)容包括開心閱讀、成長閱讀、分享閱讀、經(jīng)典閱讀和網(wǎng)絡(luò)閱讀5個方面近20個不同類別的活動。并通過舉辦形式多樣的閱讀推廣活動，引導(dǎo)轄區(qū)居民多讀書、讀好書。1.4全民閱讀的“蘇州模式”蘇州圖書館有著“讀書人的天堂”之美譽，每年9月28日，以該館為中心，開展多種多樣的讀書活動。蘇州地區(qū)文化底蘊深厚，有非常悠久的讀書傳統(tǒng)，蘇州圖書館正是在此基礎(chǔ)上，逐步推進讀書活動，這些活動不僅得到了政府的支持，也得到了民眾的響應(yīng)。1.5東莞“圖書館之城”東莞圖書館在一年一度的“東莞讀書月”，推出一系列與讀書有關(guān)的活動，如：舉辦東莞學(xué)習(xí)論壇、讀書系列講座、圖書展等，這些活動豐富了人們的文化生活，產(chǎn)生了良好的社會效果。在此基礎(chǔ)上，市政府召開專門工作會議，著力打造建設(shè)“圖書館之城”。2推廣經(jīng)典閱讀當前是在全民閱讀的基礎(chǔ)上推廣經(jīng)典閱讀的重要時機。隨著讀書活動的成功舉辦，閱讀也呈現(xiàn)出碎片化閱讀、速讀、縮讀、讀圖等新特征，“深閱讀”、“經(jīng)典閱讀”似乎成了學(xué)術(shù)界的專利，與大眾越來越遠。對這種現(xiàn)象，公共圖書館要引起重視，在營造全民閱讀氛圍的基礎(chǔ)上，抓住機會，積極推動讀者進行經(jīng)典閱讀。筆者認為，綜合各種因素考慮，當前正是開展經(jīng)典閱讀的大好時機。2.1全民閱讀的高漲為經(jīng)典閱讀推廣打下良好的基礎(chǔ)全國國民閱讀調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2008年，18-70周歲的成年國民書報刊及數(shù)字出版物等各種媒介綜合閱讀率為69.7%，2009年為72%，2010年綜合閱讀率為77.1%。閱讀率的連年上升說明國民對閱讀作用的認知和接受程度越來越高，全民閱讀的氛圍已經(jīng)或者說正在形成，自覺閱讀漸成風尚。另外，在對我國國民最喜歡的圖書與作家的調(diào)查中，《三國演義》、《紅樓夢》、《水滸傳》和《西游記》以明顯優(yōu)勢位居前列，魯迅、曹雪芹、老舍等文學(xué)巨匠也連年榜上有名。2010年，14-17周歲人群最喜歡的10本書中，中國古代四大名著列于前四。這些數(shù)據(jù)充分說明在全民閱讀氛圍的帶動下，讀者是有閱讀經(jīng)典的渴望的，只是這種渴望往往被“功利性閱讀”、“娛樂性閱讀”擠壓下去了，公共圖書館要做的就是將讀者的經(jīng)典閱讀渴望進一步激發(fā)出來。2.2中央及各級政府對經(jīng)典閱讀的重視起到示范帶頭作用2010年，中國開始在文化領(lǐng)域掀起一輪打擊“三俗（庸俗、低俗、媚俗）”活動，而且“低俗化”已經(jīng)被視為文化體制改革中出現(xiàn)的新問題。胡錦濤在中共中央政治局第22次集體學(xué)習(xí)時指出，要堅決抵制庸俗、低俗、媚俗之風，這是近年來中央最高層首次明確強調(diào)抵制“三俗”之風【3】。專家指出，要從根本上抵制“三俗”，需要重塑主流價值觀的引導(dǎo)力和影響力，讓主流文化重新占領(lǐng)文化的主陣地，“唱紅歌”、“讀經(jīng)典”就是重要措施之一。重慶市是“讀經(jīng)典”活動的典型，2008年11月，重慶市向全市領(lǐng)導(dǎo)干部發(fā)出“讀點經(jīng)典”的號召，在全市開展經(jīng)典閱讀活動。圍繞“讀點經(jīng)典”活動，由重慶市委宣傳部和西南大學(xué)共同編輯出版了《讀點經(jīng)典》叢書，各區(qū)縣、市級各單位組織開展各類讀書活動300余項，掀起了全市閱讀經(jīng)典的高潮。黨政領(lǐng)導(dǎo)帶頭閱讀經(jīng)典，不僅在全社會具有極大的示范作用，也是對開展經(jīng)典閱讀的有力支持，公共圖書館可以以此為契機，在普通大眾中也掀起經(jīng)典閱讀的熱潮。2.3國家對公共圖書館投入力度的加大為經(jīng)典閱讀推廣提供保障近年來，國家對公共圖書館的投入力度逐年加大，2006年國家對公共圖書館財政補助為366089.2萬元，2007年增加到450512萬元，2008年加大到531926.4萬元【4】，購書經(jīng)費也相應(yīng)的有所增加，這就使得公共圖書館有了更大的財力去購買經(jīng)典圖書，舉辦閱讀活動。2011年2月，文化部下發(fā)《文化部、財政部關(guān)于推進全國美術(shù)館、公共圖書館、文化館（站）免費開放工作的意見》的文件，要求各級公共圖書館進一步向社會免費開放，取消公共圖書館辦證費、驗證費、自修室使用費、電子閱覽室上網(wǎng)費等收費項目，降低非基本服務(wù)收費。文件中還提出了免費開放的保障機制，要求各級文化、財政部門要高度重視，將免費開放作為公共文化服務(wù)體系建設(shè)的重點工作，納入文化建設(shè)總體規(guī)劃，納入重要議事日程，納入財政預(yù)算。各級財政部門要建立免費開放經(jīng)費保障機制，中央財政安排專項資金，重點對中西部地區(qū)公共圖書館開展基本服務(wù)項目所需經(jīng)費予以補助，對東部地區(qū)予以適當獎勵。投入力度的加大為公共圖書館的全面發(fā)展提供了保障，為經(jīng)典閱讀的推廣解決了“無米之炊”的煩惱。3公共圖書館推廣經(jīng)典閱讀的具體策略隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，國民收入也不斷增長，人們對圖書價格接受能力明顯提高，但這種提高遠遠趕不上目前圖書實際定價的增長速度，一些有內(nèi)涵的經(jīng)典圖書恰恰是“貴中之貴”，圖書價格的虛高讓許多讀者望而卻步【5】。在中國家庭藏書還得不到普及的情況下，圖書館在閱讀生活中的意義就被凸現(xiàn)出來，推動經(jīng)典閱讀更是責無旁貸。3.1倡導(dǎo)圖書館員主動閱讀經(jīng)典、傳遞經(jīng)典圖書館員向讀者傳遞信息的過程，實際上有一個將書中的信息通過自己的思維轉(zhuǎn)換出來的環(huán)節(jié)，然后再準確地推薦給讀者。正因為這種推薦融入了館員自身的理解與思維，所以在倡導(dǎo)國民經(jīng)典閱讀之前，必須要求館員自身重視經(jīng)典，有閱讀經(jīng)典的興趣。有人甚至建議設(shè)立“閱讀指導(dǎo)咨詢師”一職，為用戶提供閱讀方面的指導(dǎo)咨詢，與讀者分享自己的閱讀經(jīng)歷、閱讀體驗、閱讀人生觀，并針對不同的讀者群體，推薦不同的閱讀書目，讓讀者能有針對性地進行有效閱讀。這就要求圖書館員本人就熱愛閱讀，熱愛經(jīng)典，而且善于用閱讀美化自己的生活，提升自己的專業(yè)素養(yǎng)。當然，這必須以館員豐富的閱讀經(jīng)歷以及廣博的知識根基作為前提。3.2重視圖書館閱讀環(huán)境和閱讀空間的建設(shè)閱讀環(huán)境直接影響讀者的閱讀情趣，經(jīng)典閱讀與碎片閱讀不一樣，它需要更加安靜的空間和環(huán)境來達到閱讀的持續(xù)和深入，在條件許可的情況下，圖書館應(yīng)該盡力為讀者打造這樣一片空間。2006年4月23日，中圖學(xué)會副理事長兼科普與閱讀指導(dǎo)委員會主任王余光教授在成立大會上說：“圖書館要營造一種閱讀的氛圍。清華大學(xué)的老圖書館極有這種氛圍，我到那里參觀，感覺那個地方真漂亮，寬大的落地窗、古典的書柜、寧靜的氛圍。坐在那明凈寬大的玻璃窗下，陽光柔和地灑落在書桌上，或聽著雨點垂落在樹葉上的聲音，我們不僅感受到書的魅力，也在體悟著時空的靜謐。我覺得這就是我理想中的那種環(huán)境。”【6】3.3搭乘“國學(xué)熱”快車，使圖書館成為經(jīng)典閱讀的一個重要站點國學(xué)熱即為中國傳統(tǒng)文化學(xué)習(xí)的熱潮。近幾年來，許多研究中國傳統(tǒng)文學(xué)的學(xué)者，都呼吁、提倡學(xué)習(xí)中國傳統(tǒng)文化，于是在學(xué)界與媒體的聯(lián)手推動下，激起了國人對重學(xué)中國傳統(tǒng)文化的激情。在圖書界，國學(xué)類圖書成了出版社的重點項目，與國學(xué)相關(guān)的一些史學(xué)讀物成了書店的常銷書和暢銷書。這些書籍盡管有許多流于形式的弊病，但可以看作一個通過重讀民族經(jīng)典，打造國民文化認同與文化價值的有益嘗試。圖書館應(yīng)該抓住這股熱潮，以國學(xué)為開端，加大對經(jīng)典的導(dǎo)向力度，逐步培養(yǎng)讀者閱讀經(jīng)典的興趣和習(xí)慣。3.4加強與其他社會機構(gòu)的聯(lián)系，共同推進經(jīng)典閱讀活動的開展政府機構(gòu)、出版商和書店、圖書館、協(xié)會和民間機構(gòu)、傳媒機構(gòu)是當今世界組織讀書活動的五大主要力量【7】。應(yīng)該明確，正是它們出于不同動機的努力，才使得現(xiàn)代經(jīng)典讀書活動豐富多彩，深入人心。圖書館在開展經(jīng)典閱讀實踐活動中，必須借助政府和社會組織的力量，取長補短、相互協(xié)作，共同推動經(jīng)典閱讀活動的開展。3.5創(chuàng)新讀書活動形式，加強輿論宣傳與引導(dǎo)經(jīng)典不是流行一時的文本,是經(jīng)受了時間和空間的反復(fù)考驗、選擇和確認的產(chǎn)物。所以經(jīng)典具有生命永久、意蘊豐厚、地位權(quán)威、道德要求理想等特點，與之相對應(yīng)的，經(jīng)典閱讀就具有超越時空、文化傳承、審美體悟的特點。在組織讀者活動時，一定要結(jié)合這些特點，采取講座、誦讀、征文、論壇等多種形式，吸引讀者參加到經(jīng)典閱讀中來。如，開辦文化展覽，提高讀者的藝術(shù)鑒賞力；開展書評活動，幫助讀者更深刻地理解原著；組織知識講座、讀者座談會，提高讀者的知識修養(yǎng)，促進讀者間的溝通和交流【8】。在讀書活動開展過程中，圖書館要充分利用廣播、電視、報紙、期刊、網(wǎng)絡(luò)、手機短信等媒體形式，圍繞讀什么樣的書、怎樣讀書等話題，及時推薦各類經(jīng)典書目與讀物，吸引讀者關(guān)注。4結(jié)語提倡閱讀，尤其是傳統(tǒng)經(jīng)典的閱讀，不僅是為了獲取知識，也是為了一個悠久文化的傳承與發(fā)展。它同時還是尋求一個完善、獨立的自我與品格的最好途徑。在當今缺少深度閱讀、缺少對中國傳統(tǒng)經(jīng)典閱讀而家庭藏書量常年處于較低水平的社會背景下，圖書館要主動地承擔起社會責任，既要把圖書館建設(shè)成為經(jīng)典閱讀的主要陣地，又要聯(lián)絡(luò)各種社會力量，扮演好發(fā)起者和推進者的角色，共同倡導(dǎo)經(jīng)典閱讀，營造書香社會，提高國民素質(zhì)。

[參考文獻]1中國新聞出版研究院全國國民閱讀調(diào)查課題組.第八次全國國民閱讀調(diào)查成果十大結(jié)論.出版參考，2011（5上）：8-92全民閱讀[EB/OL].[2011-6-6]./reader.jsp?id=993連玉明，武建忠.2010-2011中國國策報告.北京：中國時代經(jīng)濟出版社，2011：250-2514文化部財政局.2009中國文化文物統(tǒng)計年鑒.北京：國家圖書館出版社，2009：235《圖書情報工作》雜志社.國民閱讀推廣與圖書館.北京：海洋出版社，2011：86王余光等.中國閱讀文化史論.北京：北京圖書館出版社，2007：43-447胡蓉.圖書館如何推動經(jīng)典閱讀的開展.圖書館理論與實踐，2009（1）：26-288雷素芳.試議城市圖書館提升市民閱讀素養(yǎng)的途徑.新世紀圖書館，2011（5）：19基于設(shè)計空間探索的型線自動優(yōu)化摘要：船舶型線優(yōu)化是改善船舶阻力性能、提高運行經(jīng)濟性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本研究將型線修改、阻力CFD模擬、設(shè)計空間探索優(yōu)化等流程整合在一起，創(chuàng)建了一個型線“自動優(yōu)化”的平臺。在該平臺上實現(xiàn)了對美國海軍水面作戰(zhàn)中心（NavalSurfaceWarfareCenter）潛艇模型DTRCModel5470艏部型線的自動優(yōu)化，得出了一個阻力性能最優(yōu)的艏部型線方案。經(jīng)過模型拖曳試驗驗證，證明了該種“自動優(yōu)化”方案的可行性與有效性。關(guān)鍵詞:自動優(yōu)化、船舶型線、阻力性能中圖分類號：TheHullLinesAutomaticOptimizationBasedonDesignSpaceExplorationAbstract:Shiphulloptimizationisthemostimportantproceduretoimprovetheresistanceperformanceandoperationaleconomy.Inthispaper,an“AutomaticOptimization”platformfortheshiphulloptimizationispresentedbyintegratingthehullformmodification,CFDcomputation,designspaceexploration,anddesignoptimizationtogether.ThisplatformisappliedtothebowoptimizationofthesubmarineDTRCModel5470fromUSANavalKeywords:Automaticoptimization,Shiphullform,ResistanceperformanceCLCnumber:O661.31DocumentCode:A

1引言船舶阻力性能是影響船舶運行經(jīng)濟性的重要因素，通過對船舶線型的優(yōu)化可以大幅提高船舶的節(jié)能性，對世界海運業(yè)的健康發(fā)展具有舉足輕重的作用[1]。傳統(tǒng)的型線優(yōu)化設(shè)計大多按照經(jīng)驗修改、CFD模擬計算、性能評價的步驟重復(fù)計算多個方案，然后在這些方案中進行選擇。在美國一項三體船阻力性能優(yōu)化的課題研究中[2]，對外船體與中心船體的縱向位置和橫向間距的多種組合進行了消波效果探討，共完成了48678個組合方案的CFD計算，從中選擇確定了最佳設(shè)計方案。這種優(yōu)化過程可稱為“手工優(yōu)化”[3]。“手工優(yōu)化”方法雖然已大量應(yīng)用，但無法突破內(nèi)在的局限性。第一，需要多次手動修改原始線型方案，反復(fù)手工設(shè)置基本一致的CFD模擬，然后對計算所得結(jié)果進行比較。重復(fù)性的人工干預(yù)過程耗費了大量的資源，也造成了計算機的間斷性工作，無法大幅提高優(yōu)化工作效率。第二，“手工優(yōu)化”所獲得的優(yōu)化方案局限于設(shè)計者的經(jīng)驗，常常只能在一定程度上改進阻力性能，而不能保證獲得全設(shè)計空間中的最優(yōu)值。這種優(yōu)化設(shè)計本質(zhì)上只是方案改進，而不是真正意義上的最優(yōu)設(shè)計。為克服“手工優(yōu)化”的不足，人們一直在探索將CFD模擬與自動優(yōu)化方法相結(jié)合的“自動優(yōu)化”平臺[3]～[6]，期望達成下列目標：第一，充分利用計算機做重復(fù)有序性工作的優(yōu)越能力，在多種軟件信息交流的基礎(chǔ)上，將整個設(shè)計優(yōu)化過程集成為一個自動流程，從而達到節(jié)省資源、提高效率的目標；第二，基于最優(yōu)理論，綜合考慮各約束條件，對設(shè)計空間進行深入而全面的探索，以獲得全設(shè)計空間中的最優(yōu)方案。本研究將型線修改、阻力CFD模擬、設(shè)計空間探索優(yōu)化等流程整合在一起，利用OPTIMUS5.2將GAMBIT2.3.16及FLUENT6.3.26中的計算過程集成起來，創(chuàng)建了一個“自動優(yōu)化”的平臺。在該平臺上實現(xiàn)了對美國海軍水面作戰(zhàn)中心（NavalSurfaceWarfareCenter）潛艇模型DTRCModel5470[7]，[8]艏部型線的自動優(yōu)化，得出了一個阻力性能最優(yōu)的艏部型線方案。經(jīng)過模型拖曳試驗驗證，證明了該種“自動優(yōu)化”方案的可行性與有效性。2型線“自動優(yōu)化”方法2.1基于FLUENT的潛艇阻力CFD計算本研究以潛艇模型DTRCModel5470為案例[7]，[8]，計算模型縮尺比為1:50，模型總長2.178m，計算模型外形見圖1。圖1潛艇模型DTRCModel5470Fig1SubmarinemodelDTRCModel5470計算采用無量綱化的RANS方程作為控制方程，張量形式表達為：?ui=0?xi?ui?ui1?p??ui''+u=F?+(υ?uu)?tj?xjiρ?xi?xj?xjij其中，ρ為流體的密度,υ為流體的運動粘性系數(shù)，F(xiàn)i為外力項，ui為平均速度，p為平均壓力，ui'''uu為速度脈動量。雷諾應(yīng)力項ij借助湍流模型表達以實現(xiàn)方程的封閉：?uu=v(?ui+?uj)?2kδijt?xj?xi3ijk2νt=Cμε其中δij是Kronecker符號，νt為紊動粘性系數(shù)，Cμ是常數(shù)；紊動能k及其耗散率ε。湍流模式采用RNGk?ε兩方程模型，通過在大尺度運動和修正后的粘度體現(xiàn)小尺度的影響，使小尺度運動有系統(tǒng)地從控制方程中去除，可以更好地處理高應(yīng)變率及流線彎曲程度較大的流動模擬,?????k?(ρk)+(ρkui)=?αμkeff?+Gk+Gb?ρε?YM+Sk?t?xi?xj???xj???????ε?εε2()+(ρεu)=αμ+C(G+GG)?Cρ?R+Sρεi?keff?1εk3εb2εεε?t?xi?xj???xj??kk其中Gk是由層流速度梯度而產(chǎn)生的湍流動能，Gb是由浮力而產(chǎn)生的湍流動能，Ym是在可壓縮湍流中因過渡的擴散產(chǎn)生的波動，C1ε=1.42,C2ε=1.68是常量，αk和αε是k方程和ε方程的湍流Prandtl數(shù)，Sk和Sε可由用戶定義為0。在GAMBIT2.3.16中生成三維非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。相對于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的適應(yīng)能力強，局部加密也比較容易。在梯度大的地方，網(wǎng)格必須保證足夠細密。為了有效而接近實際的壁面模擬，+=ΔνΔy要求合理布置邊界層區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格[9]。定義量綱一的量yuτyp/，其中p為第一層網(wǎng)格結(jié)點離開壁面的距離，可由下式進行估算：y+=0.172??Δyp??Re0.9?L?+較好的網(wǎng)格劃分應(yīng)使y在30到500之間，而且邊界層內(nèi)有足夠的網(wǎng)格數(shù)。本案例計算中，Re=4.8×106（以潛艇長為特征長度），y+≈33.05。計算流場區(qū)域設(shè)定為高7米，半徑為2米的半圓柱體，潛艇首部離來流入口約一個艇長。為了減少網(wǎng)格數(shù)目降低計算量，在潛艇外劃分一個長3米、半徑0.5米的小半圓柱區(qū)域，使網(wǎng)格總數(shù)控制在380萬左右。計算區(qū)域?qū)ΨQ面網(wǎng)格如圖2所示。本案例計算采用定常計算方法，邊界條件設(shè)定如下：速度入口：潛艇艏部向前2米，x方向來流速度大小為航速，y和z方向為零；壁面：潛艇外表面；壓力出口：潛艇艉部向后約兩個艇長，設(shè)定相對參考壓力點的流體靜壓值；對稱面：垂直于對稱面的速度分量為0，平行于對稱面的速度分量的法向?qū)?shù)為0；圖2非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格Fig2Non-Structuremesh2.2基于OPTIMUS的優(yōu)化方法由于目前較多應(yīng)用的“手工優(yōu)化”方法主要根據(jù)模擬計算結(jié)果進行經(jīng)驗修正，所獲得的優(yōu)化結(jié)果能夠優(yōu)于原型方案但無法保證最優(yōu)。最優(yōu)解的獲得必須建立在全設(shè)計空間探索的基礎(chǔ)上，一般包括試驗設(shè)計、響應(yīng)面模擬、最優(yōu)點搜索等若干步驟。試驗設(shè)計DOE（DesignOfExperiment）的目的是對數(shù)值或物理試驗進行科學(xué)合理的安排，以較少的試驗次數(shù)獲得較多的設(shè)計空間信息，達到設(shè)計空間探索的最佳效果。一個科學(xué)而完善的試驗設(shè)計，能夠合理地安排各種試驗因素，有效地分析試驗數(shù)據(jù)，從而使用較少的資源最大限度地獲得豐富而可靠的資料。試驗設(shè)計學(xué)科由費希爾在農(nóng)業(yè)試驗研究中創(chuàng)立，運用均方差排列的拉丁方和方差分析原理解決了長期存在的實驗條件不均衡問題。二戰(zhàn)以后試驗設(shè)計已經(jīng)成為不同領(lǐng)域各類試驗的通用技術(shù)[10]。在OPTIMUS中包含有近二十種試驗設(shè)計方法，如全因子（FullFactorial）、拉丁超立方體（LatinHypercube）、隨機法（Random）、部分因子（FractionalFactorial）等。本次設(shè)計選用拉丁超立方體作為DOE方法，是一種“充滿空間”（spacefilling）的試驗設(shè)計方法。依據(jù)此方法進行若干數(shù)值模擬試驗，可獲得設(shè)計空間中數(shù)目與位置確定的一系列設(shè)計點，在此基礎(chǔ)上可以進行目標變量與控制變量的相關(guān)性分析等后處理，并且能夠以回歸方法建立控制變量與目標變量之間的函數(shù)關(guān)系，即響應(yīng)面模型。響應(yīng)面模型RSM（ResponseSurfaceModel）反映了目標變量（因變量)與多個控制變量（自變量)間的函數(shù)關(guān)系。由于這種函數(shù)關(guān)系一般是曲線或曲面的關(guān)系，因而稱為響應(yīng)面模型RSM。由于響應(yīng)面模型必須根據(jù)系列試驗數(shù)據(jù)回歸得到，回歸分析的優(yōu)劣程度直接決定了響應(yīng)面模型的精確性?；貧w分析的過程一般可分為兩個階段，第一階段的主要目的是確定當前的設(shè)計點或試驗點是否接近響應(yīng)面的最優(yōu)（最大或最小）位置。當試驗點遠離響應(yīng)面的最優(yōu)位置時，可使用如下的一階模型（first-ordermodel）去逼近：my=β0+∑βiix+εi=1其中βi表示xi的斜率或線性效應(yīng)。當試驗區(qū)域接近響應(yīng)面的最優(yōu)區(qū)域或者位于最優(yōu)區(qū)域中，可以開始第二階段的設(shè)計，目的就是獲得響應(yīng)面在最優(yōu)值周圍的一個精確逼近并且識別出最優(yōu)設(shè)計點。這時常采用如下的二階模型（Second-ordermodel）來逼近[11]：y=βEQ\*jc2\o\ad(\s\up17(m),∑)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(m),∑)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(m),∑)20iiijijiiixxxxβββ++++ε11iiji=<=OPTIMUS為RSM響應(yīng)面模擬提供了一系列的數(shù)學(xué)近似方法，如線性插值（Interpolation）、泰勒法（Taylor）等。在合適的數(shù)據(jù)量基礎(chǔ)上，使用Taylor法能得到近似程度相當不錯的響應(yīng)面模型。而數(shù)據(jù)比較少時，可采用線性插值建立響應(yīng)面模型。本次案例計算采用線性插值方法中的Kriging函數(shù)法[11]。在生成的RSM響應(yīng)面模型上進行最優(yōu)點搜索，通常需要包括以下設(shè)定：設(shè)計目標(最大或最小)、約束條件、以及最優(yōu)算法的選擇。通過OPTIMUS能夠方便的給模型添加數(shù)學(xué)約束、確定設(shè)計目標，并提供了一系列的最優(yōu)點搜索算法，如梯度算法、序列二次規(guī)劃算法（SequentialQuadratic）等局部搜索算法，以及自適應(yīng)遺傳算法（Self-AdaptiveEvolution）、模擬退火算法等全局搜索算法。本次案例優(yōu)化采用自適應(yīng)遺傳算法，是演化算法的一個分支[13]。2.3“自動優(yōu)化”過程集成過程集成是將某個系統(tǒng)中各個獨立的流程單元通過良好的數(shù)據(jù)交換接口彼此連接，并按照整個系統(tǒng)的運行順序整合起來，形成一個完整的流程集成平臺。隨著計算機應(yīng)用技術(shù)的提高，過程集成方法逐步滲透到了多種領(lǐng)域，尤其是設(shè)計制造領(lǐng)域，可以實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)的高度自動化，達到節(jié)省資源、提高效率的目的。如波音公司將CAD建模、CFD性能模擬等過程集成，實現(xiàn)了設(shè)計、分析、加工和檢測的一體化，成功完成了波音777客機的設(shè)計生產(chǎn)，成為過程集成方法的應(yīng)用典范。本次案例研究將潛艇型線修改、阻力CFD模擬、設(shè)計空間探索優(yōu)化等流程整合在一起，利用OPTIMUS5.2將GAMBIT2.3.16及FLUENT6.3.26中的計算過程集成起來，創(chuàng)建了一個“自動優(yōu)化”的平臺。具體流程控制過程為：在GAMBIT中生成潛艇幾何模型，并定義型線修改的控制變量；在GAMBIT中生成計算模型并進行網(wǎng)格劃分，導(dǎo)出mesh文件至FLUENT；在FLUENT中進行模擬計算，獲得阻力計算結(jié)果；在OPTIMUS中設(shè)置優(yōu)化流程，根據(jù)試驗設(shè)計DOE結(jié)果改變型線控制變量，輸入GAMBIT；在GAMBIT中按照新的控制變量重新生成模型，重復(fù)上述流程，直至獲取DOE要求的足夠的數(shù)值試驗結(jié)果；在OPTIMUS中建立RSM響應(yīng)面模型，完成最優(yōu)方案搜索。完整的流程結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3流程結(jié)構(gòu)圖Fig3Flowoftheprocedures為了在OPTIMUS中實現(xiàn)上述流程，必須建立如圖4所示的過程集成平臺，包含下列流程單元：控制變量：通過該變量的數(shù)值變化實現(xiàn)潛艇型線和幾何模型的變化?？稍贕AMBIT命令記錄文件gambit.jou中進行變量設(shè)置，達到自動修改的目的。在本次案例計算中，選取了潛艇子午線首部三個點的位置偏移量作為控制變量，可以控制首部型線修改；輸入文件gambit.jou，fluent.jou：gambit.jou為GAMBIT命令記錄文件，按照該文件運行可使GAMBIT自動重復(fù)幾何模型生成、網(wǎng)格劃分、網(wǎng)格文件輸出的過程。fluent.jou為FLUENT命令記錄文件，按照該文件運行可使FLUENT自動重復(fù)讀入網(wǎng)格文件、邊界條件設(shè)定、完成模擬計算、輸出計算結(jié)果、保存case和data文件的過程；求解器FLUENT，GAMBIT：兩個求解器代表的是安裝在Linux服務(wù)器上的GAMBIT和FLUENT程序。OPTIMUS中通過添加遠程調(diào)用命令（rsh）來實現(xiàn)遠端服務(wù)器上的兩個程序的調(diào)用運行。GAMBIT以gambit.jou為輸入，輸出網(wǎng)格文件marin.msh；FLUENT以fluent.jou為輸入，讀入網(wǎng)格文件marin.msh后輸出結(jié)果文件out.trn。兩個求解器都包含有OPTIMUS自帶的等待命令，以保證輸出文件的正常生成和流程的連貫執(zhí)行。另外，為使自動迭代過程中不同數(shù)值試驗生成的多個msh、cas、dat文件發(fā)生沖突，使用dos下的del命令將每一次執(zhí)行所生成的結(jié)果文件刪除，同時OPTIMUS將自動進行讀取和保存數(shù)值試驗結(jié)果。輸出文件out.trn：out.trn中包含F(xiàn)LUENT計算結(jié)果。由于out.trn格式固定，OPTIMUS可通過位置匹配將目標變量值和約束變量值抽取出來。輸出變量：OPTIMUS按照固定抽取規(guī)則從out.trn中獲得輸出變量，包括目標變量和約束變量。本次案例計算中抽取潛艇阻力（resistance）作為目標變量。圖4OPTIMUS過程集成流程圖Fig4IntegratedproceduresinOPTIMUS在過程集成完成后，將控制變量的值設(shè)為零，完成一次試運行，測試流程的正確性以及模擬計算的準確性，這個過程在OPTIMUS中稱為Nominal，是一個流程調(diào)試過程。在本案例優(yōu)化中，以DTRCModel5470潛艇原型的模擬計算作為流程調(diào)試Nominal依據(jù)，通過模型拖曳試驗進行驗證。3案例優(yōu)化結(jié)果3.1案例原型模擬結(jié)果與驗證DTRCModel5470潛艇原型的模擬計算在小型計算服務(wù)器上完成，一個速度計算需要完成迭代過程1000次，6核CPU并行計算約4小時可以收斂。原型模擬共計算了4個速度的阻力值，同時在上海交通大學(xué)船模拖曳水池完成了同尺度模型的拖曳試驗（見圖5）。模擬計算與拖曳試驗的對比結(jié)果列于表1，數(shù)據(jù)吻合度較高，模擬算法的準確性能夠滿足“自動優(yōu)化”的要求。表1原型潛艇阻力計算值與試驗值比較Table1Comparisonofcomputationalandexperimentalresistanceresults速度（m/s）原型阻力試驗值（N）原型阻力計算值（N）211.55612.924328.19530.186448.30751.335571.11377.574圖5潛艇原型拖曳試驗Fig5Modeltestoforiginalhull3.2自動優(yōu)化結(jié)果在本次案例優(yōu)化中設(shè)定了如圖6所示的3個控制變量：第一個控制變量offset_1為潛艇前端頂點x=0在x方向的偏移量，變動范圍為-0.1~0.01m；第二個控制變量offset_2為子午線上點x=0.035m沿y方向的偏移量，變動范圍為±0.02~±0.015m；第三個控制變量offset_3為子午線上點x=0.115m沿y方向的偏移量，變動范圍為±0.02~±0.015m。圖6控制變量Fig6Controlvariables控制變量的組合方案由試驗設(shè)計DOE確定。本次優(yōu)化過程采用了可選擇試驗次數(shù)的拉丁方方法進行試驗設(shè)計，設(shè)定試驗次數(shù)為16次。OPTIMUS以隨機種子值為基礎(chǔ)，在輸入變量的區(qū)間范圍內(nèi)以拉丁方算法的規(guī)則尋找16個組合方案，充滿設(shè)計空間（spacefilling），并按照這16個組合方案自動重復(fù)執(zhí)行4m/s速度下的數(shù)值試驗流程，獲得16個數(shù)值試驗結(jié)果，列于表2中。本案例DOE過程在6核CPU并行環(huán)境下連續(xù)自動運行約70小時后完成。在DOE所獲得的數(shù)值試驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，可回歸建立響應(yīng)面模型（RSM），獲得整個設(shè)計空間中控制變量與目標變量之間的函數(shù)關(guān)系模型。本次優(yōu)化過程采用Kriging插值法方法來建立響應(yīng)面模型，其中的一個RSM面如圖7所示。本次優(yōu)化是阻力最小的單目標優(yōu)化，使用自適應(yīng)進化算法在RSM面上搜尋最優(yōu)方案，獲得速度4m/s時的最優(yōu)阻力值為50.28N。該最優(yōu)方案對應(yīng)的三個控制變量offset_1,offset_2,offset_3的值分別為-0.0801m，0.0113m，0.0078m，優(yōu)化前后的潛艇型線對比如圖8所示，實物模型對比見圖9。表2DOE16次模擬試驗結(jié)果Table216DOEsimulationresultsDOE_NO.Offset_1(m)Offset_2(m)Offset_3(m)4m/sResistance(N)1-0.0064-0.0030-0.000351.0542-0.08220.0136-0.011251.92813-0.0541-0.01870.010052.02624-0.03530.0179-0.005551.26885-0.0763-0.0160-0.002451.09106-0.0650-0.01000.004650.86297-0.00300.00990.001750.81358-0.04620.01180.011750.44559-0.0128-0.0143-0.014252.1987100.00850.00720.009050.987011-0.0389-0.00750.013551.640112-0.0939-0.0017-0.009051.223513-0.06680.00280.005950.509214-0.0198-0.0087-0.006651.375815-0.02850.0012-0.012151.905816-0.09220.01620.002750.6482圖7控制變量1、2與阻力的RSM面Fig7RSMofcontrolvariables1,2圖8優(yōu)化前后潛艇艏部型線Fig8Hullshapebeforeandaftertheoptimization圖9優(yōu)化前后的實物模型Fig9Experimentalmodelsbeforeandaftertheoptimization3.3優(yōu)化結(jié)果驗證為了驗證優(yōu)化結(jié)果的準確性，首先進行了CFD模擬驗證，根據(jù)最優(yōu)方案對應(yīng)的控制變量結(jié)果重新生成計算模型，模擬計算結(jié)果為總阻力50.37N，與RSM上的優(yōu)化搜尋結(jié)果50.28N吻合較好。隨后在上海交通大學(xué)船模拖曳水池進行了優(yōu)化模型的拖曳試驗（見圖10），試驗結(jié)果與計算結(jié)果列于表3中，在3m/s、4m/s、5m/s都獲得了較高的一致性，只有2m/s時誤差大于10%。圖10優(yōu)化模型試驗Fig10Modeltestoftheoptimizedhull表3優(yōu)化潛艇阻力計算值與試驗值比較Table3Comparisonofcomputationalandexperimentalresistanceresults速度（m/s）優(yōu)化后阻力試驗值（N）優(yōu)化后阻力計算值（N）211.47812.826327.46529.631447.51950.364570.74976.116將優(yōu)化前后的總阻力系數(shù)計算值和試驗值在圖11中同時繪出無因次曲線，可以看出3m/s至4m/s的中速區(qū)阻力減小2％左右，而在2m/s和5m/s附近區(qū)域阻力降低不多。這種優(yōu)化效果的差別是由于優(yōu)化過程針對4m/s速度點，對低速和高速區(qū)域不具有針對性。圖11潛艇模型優(yōu)化前后阻力計算和試驗結(jié)果對比Fig11Computationalandexperimentalresistanceresultsoforiginalandoptimizedhulls4結(jié)論本次研究通過對案例潛艇的優(yōu)化應(yīng)用和試驗驗證，證明了所構(gòu)建的型線“自動優(yōu)化”平臺方案的可行性。優(yōu)化過程中通過