Σύνδεση Μελών

Σύνδεση με προνόμια ΕΛ.Ι.Ν.Τ.

Ανάπτυξη και εφαρμογή ολοκληρωμένης μεθοδολογίας για την μελέτη και σχεδίαση Ε/Γ-Ο/Γ πλοίων

Γ. Ζαραφωνίτης, Σ. Σκούπας, Γ. Κατσαούνης,  Α. Παπανικολάου
ΕΜΠ, Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών

Περίληψη

Στο κείμενο που ακολουθεί παρουσιάζεται μια μεθοδολογία για την προμελέτη και βελτιστοποίηση σύγχρονων Ε/Γ-Ο/Γ πλοίων. Η μεθοδολογία αυτή βασίζεται στην διατύπωση του προβλήματος της μελέτης και σχεδίασης ενός πλοίου με την τυπική μορφή ενός πολυκριτηριακού προβλήματος βελτιστοποίησης. Βασικό στοιχείο της όλης διαδικασίας αποτέλεσε η ανάπτυξη κατάλληλου λογισμικού για την παραμετρική σχεδίαση Ε/Γ-Ο/Γ πλοίων, το οποίο στη συνέχεια συνδέθηκε με κατάλληλο λογισμικό πολυκριτηριακής βελτιστοποίησης. Η μεθοδολογία που αναπτύχθηκε εφαρμόστηκε στη σχεδίαση μιας σειράς πλοίων διαφόρων μεγεθών για τις ανάγκες της ελληνικής ακτοπλοΐας. Αποτελέσματα από τις μελέτες αυτές παρουσιάζονται και σχολιάζονται στη συνέχεια.

1    ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η μελέτη και σχεδίαση ενός πλοίου αποτελεί μία ιδιαίτερα σύνθετη και χρονοβόρα τεχνοοικονομική εργασία. Κατά τη διάρκειά της, ξεκινώντας από τα επιχειρησιακά χαρακτηριστικά του πλοίου (μεταφορική ικανότητα, υπηρεσιακή ταχύτητα, ακτίνα ενέργειας, θεσμικό πλαίσιο, ιδιαιτερότητες του θαλάσσιου περιβάλλοντος λειτουργίας του πλοίου, απαιτήσεις ποιότητας παρεχομένων υπηρεσιών κ.λ.π.) θα προκύψουν όλα τα τεχνικά και οικονομικά χαρακτηριστικά που αφορούν στην κατασκευή, λειτουργία και οικονομική εκμετάλλευση του πλοίου. Λαμβάνοντας υπ’ όψιν τις επικρατούσες συνθήκες της αγοράς, τις εξελίξεις της τεχνολογίας και τους ισχύοντες κανονισμούς, επιχειρείται η επίτευξη της, κατά το δυνατόν, τεχνικά πληρέστερης και οικονομικά πλέον συμφέρουσας σύνθεσης των συχνά αλληλοσυγκρουόμενων ή/και ανταγωνιστικών απαιτήσεων.

Η αλληλεξάρτηση των επί μέρους εργασιών επιβάλλει συνεχείς αναθεωρήσεις και επαναλήψεις στην εκτέλεση των διαφόρων υπολογισμών, μελετών και σχεδίων. Η παραδοσιακή μέθοδος μελέτης και σχεδίασης μπορεί συνεπώς να παρασταθεί σαν μια επαναληπτική διαδικασία, που ξεκινά με μια σειρά εκτιμήσεις, επιλογές και υποθέσεις για τα κύρια τεχνικά χαρακτηριστικά του πλοίου, με βάση διαθέσιμα τεχνικά στοιχεία και την εμπειρία του μελετητή και συνεχίζεται με την εκπόνηση μιας σειράς επάλληλων κύκλων σχεδίασης (Σχήμα 1, Evans, [1]). Τα αποτελέσματα του κάθε κύκλου μελέτης-σχεδίασης αποτελούν το σημείο εκκίνησης του επομένου, έως ότου η διαδικασία συγκλίνει ικανοποιητικά και καταλήξει στα τεχνικά χαρακτηριστικά του υπό μελέτη πλοίου. Η επαναληπτική διαδικασία έχει σκοπό να διορθώσει εκτιμήσεις τεχνικών μεγεθών των προηγούμενων κύκλων με βάση μεταγενέστερα στοιχεία, που προέκυψαν από ακριβέστερους υπολογισμούς ή λεπτομερή σχεδίαση, έτσι ώστε η τελική σχεδίαση να είναι τεχνικά άρτια, να ικανοποιεί τις απαιτήσεις των κανονισμών και να διαθέτει τα επιχειρησιακά χαρακτηριστικά που καθορίζει ο πλοιοκτήτης.

Για μια επιτυχημένη σχεδίαση όμως, η τεχνική αρτιότητα δεν είναι αρκετή αν δεν συνοδεύεται και από οικονομική ανταγωνιστικότητα. Το αποτέλεσμα της σχεδίασης πρέπει να ικανοποιεί τις απαιτήσεις του πλοιοκτήτη κατά τον πλέον οικονομικό τρόπο, μεγιστοποιώντας την απόδοση του επενδεδυμένου κεφαλαίου κατά τη διάρκεια της ζωής του πλοίου. Είναι προφανές ότι, με βάση την επαναληπτική διαδικασία, η ποιότητα των αποτελεσμάτων της τελικής φάσης σχεδίασης εξαρτάται άμεσα και αποφασιστικά από επιτυχημένες αποφάσεις και επιλογές που λαμβάνονται στα πρώτα στάδια της εργασίας, στη φάση της προμελέτης. Τυχόν εσφαλμένες επιλογές στο στάδιο της προμελέτης που οδηγούν σε πλοίο μειωμένης οικονομικής ανταγωνιστικότητας είναι αδύνατον να αντισταθμιστούν σε επόμενα στάδια, παρά μόνον αν η διαδικασία επαναληφθεί από την αρχή. Είναι γενικά αποδεκτό ότι αν η προμελέτη απαιτεί εργασία σε ποσοστό 10% των συνολικών απαιτούμενων ανθρωποωρών, εν τούτοις οι αποφάσεις που λαμβάνονται κατά την εκπόνησή της καθορίζουν την επιτυχία της όλης προσπάθειας και την οικονομική ανταγωνιστικότητα του πλοίου σε ποσοστό της τάξης του 90%. Το πρόβλημα που αντιμετωπίζει η μελετητική ομάδα είναι ότι η έκταση των απαιτούμενων μελετών και υπολογισμών είναι τόσο μεγάλη, που με τις παραδοσιακές μεθόδους είναι αδύνατη η διερεύνηση ενός αρκετά μεγάλου αριθμού εναλλακτικών σχεδιάσεων, έτσι ώστε να εντοπιστεί μια κατά τεκμήριο βέλτιστη λύση.

Το πρόβλημα αυτό μπορεί να αντιμετωπιστεί αποτελεσματικά μόνο με τη βοήθεια ηλεκτρονικού υπολογιστή και με την ανάπτυξη εξειδικευμένων εφαρμογών προμελέτης-βελτιστοποίησης πλοίων. Τέτοιου είδους εφαρμογές έχουν εμφανιστεί (αρχικά βέβαια σε ιδιαίτερα απλή μορφή) ήδη από την δεκαετία του ’60. Λαμβανομένης όμως υπ’ όψιν της πολυπλοκότητας του προβλήματος, οι εφαρμογές αυτές έχουν συνήθως περιορισμένο εύρος χρήσης, έχοντας αναπτυχθεί για να αντιμετωπίσουν συγκεκριμένα προβλήματα (π.χ. βελτιστοποίηση μορφής γάστρας για μείωση της ισχύος πρόωσης). Η ανάπτυξη μιας ολοκληρωμένης μεθοδολογίας και του αντίστοιχου λογισμικού για την προμελέτη και βελτιστοποίηση σύγχρονων Ε/Γ-Ο/Γ πλοίων αποτέλεσε βασικό στόχο ενός τριετούς ερευνητικού προγράμματος που εκπονήθηκε από τη Σχολή Ναυπηγών-Μηχανολόγων Μηχανικών του ΕΜΠ και των Ναυπηγείων Ελευσίνας με την οικονομική υποστήριξη της Γενικής Γραμματείας Έρευνας και Τεχνολογίας του Υπουργείου Ανάπτυξης. Το βασικό στοιχείο της μεθοδολογίας αυτής αποτελεί ένα λογισμικό «παραμετρικής σχεδίασης» Ε/Γ-Ο/Γ πλοίων, το  οποίο με βάση ένα επιλεγμένο σύνολο παραμέτρων σχεδίασης (ελεύθερων μεταβλητών) παράγει την εξωτερική επιφάνεια και την εσωτερική υποδιαίρεση του πλοίου και στη συνέχεια καλεί κατάλληλες υπορουτίνες ή εξωτερικά προγράμματα για την εκτέλεση σειράς μελετών και υπολογισμών, που απαιτούνται για την ολοκλήρωση της προμελέτης.

Το λογισμικό παραμετρικής σχεδίασης Ε/Γ-Ο/Γ πλοίων που αναπτύχθηκε είναι ένα ιδιαίτερα χρήσιμο βοήθημα για τον μελετητή στην φάση της προμελέτης, επιτρέποντας την συστηματική διερεύνηση μεγάλου αριθμού εναλλακτικών σχεδιαστικών λύσεων και την επιλογή της βέλτιστης σχεδίασης για περεταίρω διερεύνηση στην φάση της λεπτομερούς μελέτης. Σε κάθε περίπτωση ο σκοπός της ανάπτυξης του λογισμικού είναι να χρησιμεύσει σαν ένα εργαλείο στη διάθεση του μελετητή, χωρίς φυσικά να μπορεί ποτέ να υποκαταστήσει την εμπειρία, το αισθητήριο και την επινοητικότητα του μηχανικού. Προχωρώντας ακόμη ένα βήμα, το λογισμικό παραμετρικής σχεδίασης συνδέθηκε με ένα λογισμικό βελτιστοποίησης πολλαπλών κριτηρίων, με την βοήθεια του οποίου καθίσταται δυνατή η συστηματική και ορθολογική διερεύνηση του «πεδίου σχεδίασης», δηλαδή του πολυδιάστατου χώρου που περιλαμβάνει όλους τους δυνατούς συνδυασμούς τιμών των μεταβλητών σχεδίασης, χρησιμοποιώντας κατάλληλη μέθοδο βελτιστοποίησης (π.χ. Γενετικούς Αλγόριθμους). Η ολοκληρωμένη μεθοδολογία προμελέτης και βελτιστοποίησης σύγχρονων Ε/Γ-Ο/Γ πλοίων που αναπτύχθηκε χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη και σχεδίαση σειράς πλοίων διαφόρων μεγεθών και σε επιλεγμένες γραμμές της Ελληνικής Ακτοπλοΐας. Αποτελέσματα από τις μελέτες αυτές παρουσιάζονται στη συνέχεια.

Το πληρες άρθρο είναι διαθέσιμο μόνο για τα μέλη ΕΛ.Ι.Ν.Τ.
Αν είστε μέλος παρακαλούμε συνδεθείτε με τον κωδικό σας.
Για να γίνετε μέλος ΕΛ.Ι.Ν.Τ. ακολουθήστε τις οδηγίες στις Εγγραφές Μελών
Τετάρτη, 24 Απριλίου 2013

TRAINING WORKSHOP, ΠΟΥ ΟΡΓΑΝΩΘΗΚΕ ΑΠΟ «ΕΛΙΝΤ» / «MAR.TEC.M.A.» / «Ε.Ε.Δ.Ε.» ΣΤΙΣ 19 & 20 ΑΠΡΙΛΙΟΥ 2013, ΣΤΑ ΠΛΑΙΣΙΑ ΤΩΝ ΕΚΔΗΛΩΣΕΩΝ:
«ΗΦΑΙΣΤΟΣ 2013» / ΑΘΗΝΑ & «HE.M.E.EXPO. 2013» / ΣΑΓΚΑΗ

Σε συνέχεια της προηγούμενης – ενημερωτικής εσπερίδας που οργανώθηκε

Περισσότερα...
Παρασκευή, 25 Νοεμβρίου 2016

Το καθιερωμένο βραβείο ΕΛ.Ι.Ν.Τ απονεμήθηκε φέτος κατά τη διάρκεια του Επίσημου Δείπνου στο Ναυτικό Όμιλος Ελλάδος στον κ. Αθανάσιο Μαρτίνο για τη μεγάλη του προσφορά στο ναυτιλιακό χώρο αλλά και για το σημαντικό κοινωνικό έργο.

Περισσότερα...
Παρασκευή, 02 Μαΐου 2014

ΗΜΕΡΙΔΑ ΕΠΑΓΓΕΛΜΑΤΙΚΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ TOY 9ου ΕΠΑΓΓΕΛΜΑΤΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΕΙΡΑΙΑ – ΝΑΥΤΙΚΗΣ & ΝΑΥΤΙΛΙΑΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

Γίνεται γνωστό ότι την Τρίτη 08/04/2014 με πρωτοβουλία του «Ελληνικού Ινστιτούτου Ναυτικής Τεχνολογίας» πραγματοποιήθηκε

Περισσότερα...
Δευτέρα, 08 Απριλίου 2013

ΕΣΠΕΡΙΔΑ – “HEPHAESTUS 2013” ΤΗΝ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ 29/03/2013

Πραγματοποιήθηκε με πολύ μεγάλη επιτυχία η πρώτη προγραμματισμένη ενημερωτική εκδήλωση του forum «Ήφαιστος 2013» την Παρασκευή 29/03/2013 στις εγκαταστάσεις της «Environmental Protection Engineering» – E.P.E. S.A. Περισσότερα...