Ana makina ve jeneratör güç hesabı ile uygun tedarikçi seçiminde AHP uygulaması
AHP application in selecting the suitable supplier with the main engine and the generator power calculation
Yazar: MEHMET ACAR
Danışman: PROF. DR. YASİN ARSLANOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Deniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Deniz Ulaştırma Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Denizcilik = Marine ; Gemi Mühendisliği = Marine Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Gemiler = Ships ; Jeneratörler = Generators ; Pervaneler = Fans

Özet:
Gemiler kendilerine tahsis edilen görev ve fonksiyonları her türlü hava ve deniz şartlarında kesintisiz olarak ve güvenle yerine getirirken yakıt tüketimi yapan donatım ekipmanları ana makina, jeneratör ve kazandan oluşmaktadır. Geminin ihtiyacı olan; sevk gücü ana makinadan, elektrik enerjisi gücü jeneratörden ve ısı enerjisi gücü kazan tarafından sağlanır. Bu üç donatım ekipmanı tasarım aşamasında geminin ihtiyaçları doğrultusunda minimum özelliklerde ağırlık, hacim, güç, maliyet ve maksimum özelliklerde güvenilir, geniş servis ağına sahip ve yedek parça bulma kolaylığı sağlayan tedarikçi firmalar ve operasyonel kullanım kolaylığı (ses yalıtımı, tepkime süresi, kullanım kolaylığı, titreşim, gürültü vb.) kriterleri çerçevesinde seçilir. Ayrıca, yakıt tüketiminin geminin en önemli işletme maliyeti olması ve yakıt tüketiminden kaynaklanan ve hava kirliliğine neden olan emisyonların uluslararası kurallar gereği minimum seviyede olmasının istenmesinden dolayı bu üç donatım ekipmanının minimum yakıt tüketimi yapması istenir. 
Geminin sevki için gerekli gücü sağlayan ana makina seçiminin en önemli teknik kriteri ana makina gücünü belirlemek için gemi direncinin (R) hesaplanması gerekir. Model deneyleri, ticari bilgisayar programları, deneylerden elde edilen standart seriler ve istatistiksel analizler gemi direncinin belirlenmesinde kullanılan başlıca yöntemlerdir. Günümüzde, ticari bilgisayar programları ile tasarlanan nihai tekne formunun hesaplanan direnç değerleri ile bu tekne formundan yola çıkarak yapılan model deneyleri sonucunda hesaplanan direnç değerleri karşılaştırılarak sonuçların güvenilir ve tutarlı olması kontrol edilmektedir. Gemi direnci belirlendikten sonra efektif güç (PE) hesaplanır. Daha sonra, pervaneye verilmesi gereken güç (PD) ve minimum ana makina gücü (Pbmin) hesaplanır. Minimum ana makina gücüne belirli bir deniz veya servis payı eklenerek  ana makinanın devamlı maksimum gücünde (MCR) gerekli olan minimum ana makina gücü hesaplanır.
Geminin hareketi için itme kuvveti pervane, su jeti gibi sevk ekipmanları ile sağlanır. En yaygın sevk sistemi ekipmanı olarak kullanılan pervane; ana makina gücü, ana makina devri, gemi boyu, gemi kıç formu ve gemi hızı ile uyumlu olmalıdır. Pervane tasarımı sistematik serilere ait test sonuçları ile elde edilen diyagramlar kullanılarak veya sirkülasyon teorisine dayanan matematiksel yöntemler ile yapılır. Pervane tasarımı yapıldıktan sonra kavitasyon kontrolü yapılır.
Geminin tüm operasyon durumları için gerekli olan elektrik enerjisi gemi yardımcı makinalarından bir tanesi olan jeneratörler tarafından sağlanmaktadır. Jeneratör seçiminin en önemli teknik kriteri jeneratör gücü elektrik yük analizi hesabı ile belirlenir. 
Tedarikçi seçimi kendi aralarında çelişen nitel, nicel değerler alan birçok kriterin dengelenmesini gerektiren çok kriterli bir karar problemidir. Karar verme problemlerinde kullanılan yöntemlerden bir tanesi çok kriterli karar verme (ÇKKV) yöntemidir. ÇKKV yöntemi birçok kriter, alt kriter ve alternatif arasından seçim yapılma aşamasını ve bu aşama sonunda en iyi alternatifi seçmeyi hedefleyen yöntemdir. Analitik hiyerarşi prosesi (AHP), bir amaca ulaşmak için belirlenen kriterleri değerlendirilmek üzere bir hiyerarşik yapıda modelleyen ve bu kriterleri birbirlerine göre göreceli önemini değerlendiren, her kriter için alternatifleri karşılaştıran ve alternatifleri önem derecelerine göre sıralayarak en uygun alternatifi belirleyen ÇKKV yöntemidir. 
Bu çalışmanın uygulama bölümünde, görev/devriye gemisi olarak İstanbul Boğazı ile Çanakkale Boğazı'nda denetim hizmeti yapan bir motorbot kullanılmıştır.
İlk olarak, ektrapolasyon tekniklerinden biri olan Uluslararası Model Deney  Tankları Konferansı (ITTC) 1978 yöntemini kullanarak model deneyleri yöntemi ile motorbotun direnci hesaplanmıştır.
Daha sonra, motorbotun servis hızında; benzer gemilerden yararlanarak, Harvald isimli ampirik formül ile, model deneyleri ile ve Maxsurf isimli ticari bilgisayar programı ile efektif beygir güç hesabı yapılarak sonuçlar model deneyleri ile bulunan efektif beygir gücüne göre değerlendirilmiştir.
Motorbotun hız aralığında takıntılı olarak yapılan model deneylerinde hesaplanan direnç değerleri ile sevk deneyleri yapılarak pervaneye verilmesi gereken güç ve minimum ana makina gücü hesaplanmıştır. 
Pervane ana karakteristikleri Wageningen B serisi pervane diyagramları kullanılarak belirlenmiş ve pervane kavitasyon kontrolü yapılmıştır. 
Seyir, manevra ve liman operasyon durumları için elektrik yük analizi yapılarak jeneratör gücü hesaplanmıştır. 
Motorbotta kullanılacak optimum ana makina ve optimum jeneratörü belirlemek için ÇKKV yöntemlerinden AHP uygulanmıştır. İlk olarak, problem, amaç, kriterler, alt kriterler ve alternatifler belirlenmiştir. Çalışmanın problemi motorbot ana makina ve jeneratör seçimi, amaç ise en uygun ana makinanın ve jeneratörün seçilmesidir. Kriterler ve alt kriterler yapılan literatür taraması, ve gemi inşa sektöründeki tecrübeli mühendisler yardımı ile, alternatifler ise kriterler ve alt kriterler doğrultusunda piyasa araştırması ile belirlenmiştir. Optimum ana makina seçimi için 4 ana kriter, 13 alt kriter ve 5 alternatif, optimum jeneratör seçimi için 4 ana kriter, 13 alt kriter ve 7 alternatif belirlenmiştir. Ana makina ve jeneratör için ana kriterler, alt kriterler ve alternatifler belirlendikten sonra hiyerarşik bir yapı oluşturulmuştur. Kriter ve alt kriter verileri markaların (alternatiflerin) internet sitelerinden ve firma yetkilileri ile görüşülerek sağlanmıştır. Kriter, alt kriterler ve alternatiflerin değerlendirilmesi gemi inşa sektöründe tecrübeli mühendisler yardımı ile yapılmıştır. AHP analizi, Microsoft Office programlarından biri olan Excel ile yapılmıştır. Ana kriterlerin ve alt kriterlerin kendi aralarında alternatiflerin ise alt kriterlere göre ikili matrisleri oluşturularak tutarlılık oranları hesaplanmış olup, tüm matrislerin tutarlılık oranlarının 0,10'dan küçük olduğu tespit edilmiştir. Ana kriterin öncelik vektörü, alt kriterin (ilgili kriterin alt kriteri) öncelik vektörü ve alternatifin öncelik vektörü (ilgili alt kritere göre olan öncelik vektörü) çarpılarak alternatifin ana kritere bağlı olan alt kritere göre ağırlıklı değeri hesaplandı. Her bir alternatifin tüm alt kriterlere ait ağırlıklı değerleri toplanarak o alternatifin ağırlıklandırılma değeri hesaplandı. Ticari etik açısından marka ve model belirtilmeden alternatiflerin ağırlıklandırılma değerleri büyükten küçüğe doğru sıralanarak en uygun ana makina alternatifi ve en uygun jeneratör alternatifi belirlenmiştir. 
AHP analizi ile belirlenen ana makina ile ana karakteristik özellikleri belirlenen pervanenin uyumu kontrol edilmiştir. 
Çalışmanın son aşamasında motorbotun kesintisiz olarak 200 deniz mili seyir yapabilmesi için gerekli olan yakıt tankı kapasitesi hesaplanmıştır.

Abstract:
While the ships perform their assigned duties and functions uninterruptedly and safely in all weather and sea conditions, the outfit equipment that consumes fuel are the main engine, generator and boiler. The propulsion power is provided by the main engine, the electrical energy power is provided by the generator and the heat energy power is provided by the boiler. During the design phase, according to the needs of ship, these three outfit equipment are selected in terms of weight, volume, power, cost at minimum specifications and in terms of suppliers which are reliable, have wide service network, provide ease of finding spare parts at maximum specifications and in terms of operational ease of use (sound isolation, reaction time, ease of use, vibration, noise, etc.) at maximum specifications. In addition, it is desirable that these three outfit equipment have minimum fuel consumption, due to the fact that fuel consumption is the most important operating cost of the ship and emissions caused by fuel consumption and causing air pollution are required to be at a minimum level in accordance with international rules. 
The ship resistance (R) should be calculated in order to determine the main engine power, the most important technical criteria of the selection of the main engine that provides the power required for the propulsion of the ship. Model experiments, commercial computer programs, standard series obtained from experiments and statistical analysis are the main methods to determine the ship resistance. Today, the final hull form and resistance values determined by commercial computer programs are compared with the resistance values determined by model experiments which are made with this form, and the reliability and consistency of the results are checked. After the ship resistance is determined, the effective power (PE) is calculated. Then, the power to be given to the propeller (PD) and the minimum main engine power (Pbmin) are calculated. The minimum main engine power required at the maximum continuous rate (MCR) of the main engine is calculated by adding a certain sea and service margin to the minimum main engine power.
The thrust for the movement of the ship is provided by propulsion equipment such as propeller and water jet. The propeller, which is the most widely used propulsion system equipment should be compatible with main engine power, main engine speed, ship length, ship stern form and ship speed. Propeller design is made by using diagrams obtained with test results of systematic series and by mathematical methods based on circulation theory. After the propeller design, the cavitation control is checked.
The electrical energy required for all operational situations of the ship is provided by generator, which is one of the ship auxiliary engines. The generator power which is the most important technical criteria of the generator selection is determined by the electrical load analysis calculation. 
Supplier selection is a multi-criteria decision problem that requires balancing many criteria that contradict each other and take qualitative and quantitative values. One of the methods used in decision making problems is the multi-criteria decision making (MCDM) method. The MCDM method is a method that aims the stage of choosing among many criteria, sub-criteria and alternatives and to choose the best alternative at the end of this stage. Analytical hierarchy process (AHP) is a MCDM method that models the criteria determined to achieve a goal in a hierarchical structure to be evaluated, evaluates the relative importance of these criteria with respect to each other, compares the alternatives for each criteria and rank the alternatives according to their importance and determines the most appropriate alternative. In the application part of this study, the motorboat which was used as a duty/patrol ship performing inspection services in the Bosphorus and the Dardanelles. 
First of all, the resistance of the motorboat was calculated with the method of model experiments by using the International Towing Tank Conference (ITTC) 1978 method, which is one of the extrapolation technique. 
Then, the effective horsepower calculation was carried out at service speed of the motorboat with using the similar ships, the Harvald empirical formula, model experiments and a commercial computer program called Maxsurf, and the results were evaluated according to the effective horsepower found with the model experiments. 
The power required to be given to the propeller and the minimum main engine power were calculated by carrying out propulsion experiments with the motorboat resistance values calculated in the appendage model experiments in the speed range of the motorboat. 
Propeller characteristics were determined by using Wageningen B series propeller diagrams and propeller cavitation control was carried out. 
Generator power was calculated by performing electrical load analysis for cruising, maneuvering and port operation situations. 
AHP, one of the MCDM methods, was applied to determine the optimum main engine and optimum generator to be used in the motorboat. First of all, the problem, the purpose, the criteria, the sub-criteria and the alternatives were determined. The problem of the study is the selection of the motorboat main engine and generator, the aim is to choose the most suitable main engine and generator. The criteria and the sub-criteria were determined by literature review and with the help of experienced engineers in the shipbuilding sector, and the alternatives were determined by market research in line with the criteria and sub-criteria. 4 main criteria, 13 sub-criteria and 5 alternatives were determined for optimum main engine selection, 4 main criteria, 13 sub-criteria and 7 alternatives were determined for optimum generator selection. After determining the main criteria, sub-criteria and alternatives for the main engine and generator, a hierarchical structure was created. The criteria and sub-criteria data were obtained from the websites of the brands (alternatives) and by interviewing the company officials. Evaluation of the criteria, the sub-criteria and the alternatives was made with the help of experienced engineers in the shipbuilding industry. The AHP analysis was made with Excel, one of the Microsoft Office programs. Consistency ratios were calculated by creating pair-wise comparisons matrices of the main criteria and the sub-criteria among themselves and the alternatives according to the sub-criteria, and it was determined that the consistency ratios of all matrices were less than 0.10. The eigenvector of the main criteria, the eigenvector of the sub-criteria (sub-criterion of the relevant criteria) and the eigenvector of the alternative (the eigenvector according to the relevant sub-criteria) were multiplied, and according to the sub-criteria which dependent on the main criteria, weighted value of the alternative was calculated. The weighted values of each alternative for all sub-criteria were summed and the weighting value of that alternative was calculated. Without specifying the brand and model of commercial ethics the weighting values of the alternatives were ordered from the largest to the smallest, and the most suitable main engine alternative and the most suitable generator alternative were determined.
Conformity of the the most suitable main engine determined by the AHP analysis with the propeller whose main characteristic specifications were determined was checked.
At the last stage of the study, the fuel tank capacity required for the motorboat to cruise for 200 nautical miles uninterruptedly was calculated.