Ανάπτυξη αλγορίθμων CAD για βέλτιστη σχεδίαση δικτύων πλοίου

Παπαθεοδώρου, Μάρκος; Papatheodorou, Markos

dc.contributor.author	Παπαθεοδώρου, Μάρκος	el
dc.contributor.author	Papatheodorou, Markos	en
dc.date.accessioned	2020-04-01T13:59:10Z
dc.date.available	2020-04-01T13:59:10Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49999
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17697
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/gr/	*
dc.subject	Pipe-Routing	en
dc.subject	Path-Finding	en
dc.subject	CAD algorithms	en
dc.subject	Optimal design	en
dc.subject	Dijkstra	en
dc.subject	A*	en
dc.title	Ανάπτυξη αλγορίθμων CAD για βέλτιστη σχεδίαση δικτύων πλοίου	el
dc.title	Development of CAD algorithms for optimized design of ship piping systems	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Pipe-Routing & Path-Finding	en
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-07-04
heal.abstract	Pipe-routing is ranked among the most important, and at the same time the most time-consuming activities during the detail-design phase of a ship. Furthermore, it is closely related to a multitude of other concurrent tasks within the ship, meaning that a less than optimal solution can cause serious issues during later phases of the design process. The complexity is very high, given the fact that the configuration of the layout space is highly elaborate, with numerous pipelines, obstacles and spaces that should remain free for various operational and safety reasons. In the present Diploma Thesis, automated pipe-routing algorithms are proposed, that go some way towards providing swift and optimal solution suggestions to the designer, thus effectively cutting down on precious manhours and improving the efficiency of the whole design procedure. A cell-degeneration method, based on a combination of surface and solid voxelization techniques, is developed, in order to make the transition from the continuous space to a three-dimensional cubic grid representation of the target layout space. Having established the mathematical model of our layout space, two graph constructs are considered, the standard and the diagonal one, so that the discrete mathematical model can meet various geometric connectivity constraints. Then a path-finding procedure is initiated based on the Dijkstra and the A* algorithms. Furthermore, in order to be able to facilitate the incorporation of directional specifications during the path-finding process, an augmented vertex-split strategy is devised and implemented. In addition, this extension actively solves the problem of bend in a resulting path. Last but not least, the position-level and plane-distance weight allocation methods are introduced, in order to enable the designer to actively manipulate the whereabouts of the resulting optimal path. A series of test runs on various models of increased layout complexity were then carried out, in order to demonstrate the efficiency of the proposed methodology. All in all, the automatic routing result can serve as an optimization guide, that will enable the designer to achieve better results.	en
heal.abstract	Η διαδικασία σχεδίασης σωληνουργικών δικτύων (Pipe-routing) κατατάσσεται αναμεσα στις πιο σημαντικές, και συνάμα πιο χρονοβόρες διεργασίες που λαμβάνουν χώρα κατά τη φάση του αναλυτικού σχεδιασμού ενός πλοίου. Επιπροσθέτως, η διαδικασία αυτή είναι άμεσα συνδεδεμένη με μια πληθώρα άλλων διεργασιών εντός του πλοίου, γεγονός που σημαίνει ότι η παραγωγή μή βέλτιστων λύσεων ενδέχεται να οδηγήσει σε σοβαρά προβλήματα σε επόμενες φάσεις σχεδιασμού. Η πολυπλοκότητα που χαρακτηρίζει τη διαδικασία σχεδίασης των δικτύων αυτών είναι μεγάλη, δεδομένου του ότι η διάταξη των διαθέσιμων χώρων εντός του πλοίου είναί εξαιρετικά περίπλοκη, με πληθώρα σωληνώσεων , εμποδίων και μη προσβάσιμων χώρων, τόσο για λόγους συντήρισης όσο και ασφαλείας. Στην παρούσα Διπλωματική εργασία, προτείνεται η ανάπτυξη αλγορίθμων βέλτιστης σχεδίασης δικτύων πλοίου, προκειμένου να δωθεί μια βέλτιστη προτεινόμενη λύση σε σύντομο χρονικό διάστημα, μειώνοντας έτσι τις απαιτούμενες ανθρωποώρες εργασίας και αυξάνοντας την αποτελεσματικότητα της διαδικασίας σχεδίασης. Αρχικά, αναπτύσσεται μια μέθοδος διακριτοποίησης χώρου (Cell-decomposition), που βασίζεται σε τεχνικές επιφανειακής και στερεάς χωρικής αποδόμησης (Voxelization). Η μέθοδος αυτή, καθιστά δυνατή τη μετάβαση από τον συνεχή στο διακριτό χώρο, με τη μορφή ενός τρισδιάστατου κυβικού πλέγματος το οποίο χτίζεται επί του χώρου ενδιαφέροντός μας. Έχοντας πλέον τη μαθηματική μοντελοποίηση του χώρου μας, προχωρούμε στην κατασκευή δύο γράφων (Graph), του απλού και του διαγωνίου, οι οποίοι προσδίδουν την έννοια της γεωμετρικής δομής στο μοντέλο μας. Στη συνέχεια, εκκινείται μια διαδικασία εύρεσης βέλτιστης διαδρομής, η αρχή λειτουργία της οποίας στηρίζεται στους μηχανισμούς των αλγοριθμων Dijkstra και A*. Επιπλέον, προκείμενου να καταστεί δυνατή η λήψη προδιαγραφών κατεύθυνσης στην διαδικασία επίλυσης του προβλήματος, υλοποιείται μια σταρτηγική κομβο-διχοτόμησης (Vertex-split). Πέρα από τις προδιαγραφές κατεύθυνσης, η προτεινόμενη αυτή στρατηγική, αντιμετωπίζει αποτελεσματικά το πρόβλημα των γωνιών (The problem of bend) στα αποτελέσματα. Τέλος, παρουσιάζονται δύο μέθοδοι απόδοσης βάρους στις ακμές (edges) των γράφων, η μέθοδος επιπέδου-θέσης (Position-level) και η μέθοδος απόστασης -επιπέδου (Plane-distance), η εφαρμογή των οποίων καθιστά εφικτή την δυνατότητα ενεργούς επιρροής των περιοχών προτίμησης διέλευσης των παραγόμενων αποτελεσμάτων. Στη συνέχεια, υλοποιούνται μια σειρά από προσομοιώσεις (Test-runs) σε μοντέλα κλιμακούμενης πολυπλοκότητας, προκειμένου να καταδειχθεί η αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης μεθοδολογίας σχεδίασης δικτύων. Συμπερασματικά, οι λύσεις, όπως αυτές προκύπτουν απο την αυτοματομποιημένη μέθοδο σχεδίασης που προτείνεται, μπορούν να λειτουργήσουν ως γνώμονες βελτιστοποίησης, οι οποίοι θα επιτρέψουν στον εκάστοτε σχεδιαστή να επιτύχει καλύτερα αποτελέσματα σχεδίασης. 4	el
heal.advisorName	Παπαδόπουλος, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Γκίνης, Αλέξανδρος	el
heal.committeeMemberName	Καϊκτσής, Λάμπρος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ναυτικής Μηχανολογίας. Εργαστήριο Ναυτικής Μηχανολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	109 σ.
heal.fullTextAvailability	true