Parametric ship design and optimization
Authors: Κανελλοπούλου Αφροδίτη 
Published: July 2024

Η σχεδίαση του πλοίου θεωρείται μια ιδιαίτερα περίπλοκη και χρονοβόρα διαδικασία, από το αρχικό στάδιο της μελέτης εφικτότητας έως το στάδιο πριν την κατασκευή, όπου καθορίζονται με σαφήνεια όλα τα χαρακτηριστικά του πλοίου. Υπάρχουν πολλά στοιχεία που πρέπει να ληφθούν υπόψη. Οι απαιτήσεις του πλοιοκτήτη, οι υπάρχοντες κανονισμοί, η ασφάλεια των επιβατών, του πληρώματος και του περιβάλλοντος, ενώ ταυτόχρονα η οικονομικά βέλτιστη και πιο ανταγωνιστική λύση είναι οι κύριοι στόχοι. Για να επιτευχθούν όλα αυτά, ο μελετητής πρέπει να λάβει υπόψη του πρόσθετα δεδομένα, όπως η διαδρομή του πλοίου, ο τύπος και η ποσότητα του φορτίου, καθώς και οι λιμενικές εγκαταστάσεις. Το πρόβλημα της μελέτης και σχεδίασης πλοίων επομένως, μπορεί να αντιμετωπιστεί ως ένα πρόβλημα βελτιστοποίησης. Η βελτιστοποίηση είναι μια διαδικασία επιλογής, με στόχο τον εντοπισμό του βέλτιστου στοιχείου από ένα σύνολο διαθέσιμων εναλλακτικών λύσεων, με βάση επιλεγμένα κριτήρια και περιορισμούς. Το πεδίο της βελτιστοποίησης έχει λάβει μεγάλη προσοχή τις τελευταίες δεκαετίες και ειδικά στο σχεδιασμό των πλοίων εφαρμόζεται σε μεγάλη ποικιλία προβλημάτων, όπως για παράδειγμα στη βελτιστοποίηση του βάρους και της αντοχής μιας κατασκευής ή της αντίστασης και πρόωσης του πλοίου. Η γεωμετρική μοντελοποίηση παίζει καθοριστικό ρόλο σε τέτοιου είδους προβλήματα βελτιστοποίησης. Μια αποτελεσματική προσέγγιση στον τομέα μελέτης και σχεδίασης πλοίων είναι η παραμετρική μοντελοποίηση, όπου το πρόβλημα διατυπώνεται με όρους οντοτήτων υψηλού επιπέδου. Ο κύριος στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι να αναπτύξει μια καινοτόμα σχεδιαστική προσέγγιση για την παραμετρική μοντελοποίηση και βελτιστοποίηση πλοίων, επιτρέποντας την αποτελεσματική διερεύνηση του σχεδιαστικού χώρου, χρησιμοποιώντας παράλληλα μεθόδους αυξημένης ακρίβειας και αποδεκτών υπολογιστικών απαιτήσεων. Οι μέθοδοι που αναπτύχθηκαν προορίζονται για χρήση κυρίως κατά το στάδιο του concept design, ενώ κάποιες από αυτές είναι κατάλληλες ακόμα και για το στάδιο του contract design. Η μορφή της γάστρας, η εσωτερική διάταξη και το τρισδιάστατο κατασκευαστικό μοντέλο δημιουργούνται αυτόματα με βάση τις παραμέτρους και τις μεταβλητές σχεδίασης, επιτρέποντας την αξιολόγηση μεγάλου αριθμού εναλλακτικών σχεδιάσεων σε πρακτικά αποδεκτό χρόνο. Προκειμένου να βελτιωθεί ακόμα περισσότερο ο υπολογιστικός χρόνος, προτείνονται εναλλακτικές μέθοδοι αξιολόγησης που βασίζονται σε τεχνητά νευρωνικά δίκτυα και μεταμοντέλα, χρησιμοποιώντας προ-υπολογισμένα δεδομένα που προέκυψαν από μεγάλο αριθμό προσομοιώσεων υπολογιστικής ρευστομηχανικής και κατασκευαστικής ανάλυσης. Παράλληλα, πραγματοποιείται η αξιολόγηση της άθικτης ευστάθειας και της ευστάθειας μετά από βλάβη, η εκτίμηση ενεργειακής αποδοτικότητας και ο έλεγχος ικανοποίησης των ισχυόντων κανονισμών, καθώς και η οικονομική αξιολόγηση του εκάστοτε σχεδιασμού. Τα παραμετρικά μοντέλα που αναπτύχθηκαν συνδέονται με κατάλληλα λογισμικά βελτιστοποίησης, προκειμένου να βρεθεί η βέλτιστη λύση με βάση ένα σύνολο κριτηρίων αξιολόγησης και περιορισμών. Στα πλαίσια του διδακτορικού, πραγματοποιούνται ενδεικτικές μελέτες βελτιστοποίησης για πετρελαιοφόρα και επιβατηγά-οχηματαγωγά πλοία και παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα, προκειμένου να αξιολογηθεί η προτεινόμενη μεθοδολογία σχεδίασης.