Parametric design and optimization of large ro-pax ferry

Παπαδόπουλος, Φώτιος; Papadopoulos, Fotios

dc.contributor.author	Παπαδόπουλος, Φώτιος	el
dc.contributor.author	Papadopoulos, Fotios	en
dc.date.accessioned	2020-05-01T21:16:47Z
dc.date.available	2020-05-01T21:16:47Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50334
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18032
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Παραμετρική σχεδίαση	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση	el
dc.subject	Ε/Γ - Ο/Γ	el
dc.subject	Επιβατηγά πλοία	el
dc.subject	Μελέτη και σχεδίαση πλοίου	el
dc.subject	Parametric design	en
dc.subject	Optimization	en
dc.subject	Ship design	en
dc.subject	Ro-pax	en
dc.subject	Passenger ships	en
dc.subject	NAPA	en
dc.title	Parametric design and optimization of large ro-pax ferry	en
dc.title	Παραμετρικός σχεδιασμός και βελτιστοποίηση Ε/Γ - Ο/Γ πλοίου μεγάλου μεγέθους	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Naval Architecture	en
heal.classification	Ναυπηγική	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-10-14
heal.abstract	Η χρήση παραμετρικών μεθόδων στη μελέτη και σχεδίαση πλοίου δεν αποτελεί καινοτομία. Σήμερα ωστόσο, οι σημαντικές εξελίξεις στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές και στα λογισμικά σχεδίασης και ανάλυσης δίνουν στο ναυπηγό τη δυνατότητα να λαμβάνει υπόψη πλήθος παραγόντων και να χρησιμοποιεί ακριβέστερες μεθόδους με αποδεκτό υπολογιστικό κόστος, ήδη από τα αρχικά στάδια της μελέτης. Παράλληλα, το πρόβλημα της βελτιστοποίησης του πλοίου καθίσταται ολοένα και πιο πολύπλοκο λόγω της εισαγωγής νέων κανονισμών που δρουν ως περιορισμοί του προβλήματος. Οι δύο αυτοί παράγοντες ευνοούν περαιτέρω τη χρήση παραμετρικών μεθόδων έναντι των παραδοσιακών μεθοδολογιών σχεδίασης. Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναπτύσσεται ένα παραμετρικό μοντέλο για την προκαταρκτική μελέτη και σχεδίαση μεγάλων επιβατηγών – οχηματαγωγών (Ε/Γ – Ο/Γ) πλοίων. Μέσω του παραμετρικού μοντέλου μπορούν να παραχθούν μοντέλα Ε/Γ – Ο/Γ πλοίων σε ένα εύρος κυρίων διαστάσεων καθώς και χαρακτηριστικών μορφής γάστρας και γενικής διάταξης. Οι παραγόμενες σχεδιάσεις αξιολογούνται αυτόματα όσον αφορά διάφορα τεχνικά και τεχνικοοικονομικά μεγέθη. Στη συνέχεια, το μοντέλο χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με αλγορίθμους αναζήτησης και βελτιστοποίησης για το σχεδιασμό ενός τεχνικοοικονομικά βέλτιστου πλοίου, το οποίο πληροί συγκεκριμένες απαιτήσεις πλοιοκτήτη, υπακούει σε φυσικούς περιορισμούς και ικανοποιεί κανονισμούς ασφαλείας και προστασίας του περιβάλλοντος. Το μοντέλο αναπτύσσεται εντός του γνωστού ναυπηγικού λογισμικού NAPA χρησιμοποιώντας τη γλώσσα προγραμματισμού NAPA Basic. Για την εφαρμογή βελτιστοποίησης, το μοντέλο διασυνδέεται με το CAD / CAE σύστημα CAESES. Πιο συγκεκριμένα, η εργασία δομείται από τρεις ενότητες, καθεμία από τις οποίες αποτελείται από δύο κεφάλαια. Η Ενότητα Ι είναι εισαγωγική. Το Κεφάλαιο 1 αφορά τα σύγχρονα Ε/Γ – Ο/Γ πλοία και τα σχεδιαστικά χαρακτηριστικά τους, ενώ το Κεφάλαιο 2 ασχολείται με τις εφαρμογές της παραμετρικής σχεδίασης και βελτιστοποίησης στη μελέτη και σχεδίαση πλοίου. Η Ενότητα ΙΙ αποτελεί τον πυρήνα της εργασίας, όπου περιγράφεται λεπτομερώς η διαδικασία παραμετρικού σχεδιασμού που ακολουθείται. Το Κεφάλαιο 3 παρουσιάζει το γεωμετρικό παραμετρικό μοντέλο του πλοίου, με έμφαση στην παραμετροποίηση της γενικής διάταξης και στη συμβατότητα εσωτερικής και εξωτερικής γεωμετρίας για ένα εύρος τιμών των παραμέτρων σχεδίασης. Στο Κεφάλαιο 4 αναλύονται οι χρησιμοποιούμενες μέθοδοι υπολογισμού όσον αφορά την αντίσταση και πρόωση του πλοίου, το ωφέλιμο φορτίο, το βάρος κενού σκάφους, τις καταστάσεις φόρτωσης, την ευστάθεια σε άθικτη και βεβλαμμένη κατάσταση, την ενεργειακή αποδοτικότητα και την οικονομική αξιολόγηση. Η Ενότητα ΙΙΙ αποτελείται από δύο εφαρμογές. Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζεται αναλυτικά ένα παράδειγμα παραγόμενης σχεδίασης, όπου δίνονται συγκεκριμένες τιμές στις διάφορες παραμέτρους, εκτελείται η σειρά κωδίκων και παρατίθενται ενδιαφέροντα αποτελέσματα. Τέλος, το Κεφάλαιο 6 αποτελεί την εφαρμογή βελτιστοποίησης, όπου υποτίθενται ρεαλιστικές απαιτήσεις πλοιοκτήτη και το μοντέλο χρησιμοποιείται για την εύρεση ενός τεχνικοοικονομικά βέλτιστου πλοίου που ικανοποιεί τις απαιτήσεις αυτές καθώς και τους προαναφερθέντες περιορισμούς.	el
heal.abstract	Parametric methods in ship design have been used for decades, enabling naval architects to explore the design space efficiently and effectively. Current developments in computer hardware and software have provided designers with modeling and analysis tools of increased accuracy and acceptable computational demands, enabling more aspects to be taken into account early into the ship design process. Meanwhile, the ship design optimization problem is constantly becoming more complex due to the addition of new regulatory constraints, further favoring parametric optimization methods against the use of heuristic methodologies for design space exploration. In this diploma thesis, a parametric procedure is implemented for the preliminary design of large ro-pax ferries. A parametric model is developed which can generate ship designs within a range of sizes, as well as properties of the hull form (CB, LCB) and of the general arrangement. The generated designs are automatically assessed in terms of various technical and techno-economic aspects of interest. Subsequently, the developed model is utilized in combination with design space exploration and optimization algorithms so as to design a techno-economically optimal ship, adhering to a series of owner’s requirements while considering relevant physical and regulatory (safety and environmental) constraints. The entire parametric model is set up in the well-known naval architectural software NAPA, by developing macros using the programming language NAPA Basic. For the optimization case study, the NAPA project is linked with CAD/CAE system CAESES. More specifically, this thesis is structured into three parts, each comprising of two chapters. Part I provides relevant background information. Chapter 1 describes ro-pax ships and their design characteristics, while Chapter 2 is an overview of parametric design and optimization methods as applied in ship design. Part II is the core of the thesis, providing a detailed presentation of the developed parametric design procedure. Chapter 3 describes the geometric design of the ship, with emphasis on the parametrization of the general arrangement and its adaption to the surrounding hull form. Chapter 4 presents the calculation methods which have been employed for the assessment of each design alternative, namely for the ship’s powering, lightship weight and payload, loading conditions, intact and damage stability, energy efficiency and profitability. Part III presents two applications. The first (Chapter 5) is an example design, where reasonable values are given to the various parameters, the series of macros is executed and indicative results are presented. Finally, Chapter 6 presents an optimization case study, where consistent owner’s requirements are assumed and the parametric model is utilized for the design of a feasible and techno-economically optimal ship.	en
heal.advisorName	Ζαραφωνίτης, Γεώργιος	el
heal.advisorName	Zaraphonitis, George	el
heal.committeeMemberName	Ηλιοπούλου, Ελευθερία	el
heal.committeeMemberName	Γκίνης, Αλέξανδρος	el
heal.committeeMemberName	Ginnis, Alexandros	en
heal.committeeMemberName	Eliopoulou, Eleftheria	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μελέτης Πλοίου και Θαλάσσιων Μεταφορών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	121 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false