Holistic optimization of ship design and operation for life cycle

Abstract

The aim of the present thesis is the development of a method and the integration of associated software tools for the optimization of the ‘system ship’ as a whole, taking into account the interaction of its important sub-systems, in view of ship’s transport efficiency, safety and energy consumption. More specifically, the ultimate goal of this thesis is the development of a holistic, multi-disciplinary and multi-objective ship design optimization procedure, in which as far as possible all major design, operational and economic aspects of the vessel are considered as a whole, namely interactively and in parallel. This includes all major components of the ship having a decisive impact on tis life-cycle performance and the associated financial investment analysis, which is commonly conducted in the preparatory phase of a ship investment study.

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη μιας μεθόδου για τη βελτιστοποίηση του «συστήματος πλοίου» στο σύνολό του, λαμβάνοντας υπ’ όψιν την αλληλεπίδραση των σημαντικών υποσυστημάτων του, και η ανάπτυξη και διασύνδεση των σχετικών εργαλείων λογισμικού για την υλοποίησή της. Αυτό περιλαμβάνει όλα τα στοιχεία που αφορούν τον κύκλο ζωής του πλοίου και τη σχετική ανάλυση χρηματοοικονομικών επενδύσεων, η οποία διεξάγεται συνήθως κατά την προπαρασκευαστική φάση της μελέτης μιας επένδυσης η οποία περιλαμβάνει την αγορά και τη λειτουργία ενός πλοίου για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα . Η χρησιμοποιούμενη μεθοδολογία βελτιστοποίησης επιχειρεί να εφαρμόσει αυτήν την ολιστική προσέγγιση στο βαθμό που είναι πρακτικά εφικτό στο πλαίσιο μιας διατριβής και περιλαμβάνει τα σημαντικότερα υποσυστήματα του σκάφους (κύτος, μηχανή / σύστημα πρόωσης, γενική διάταξη κ.λπ.) με τις διάφορες αλληλεπιδράσεις τους σε όλο τον κύκλο ζωής του σκάφους. Επιπλέον, η εξέταση της αβεβαιότητας ορισμένων παραμέτρων (τιμές καυσίμων, ναύλοι) για το σχεδιασμό και τη λειτουργία του πλοίου λαμβάνεται επίσης υπ’ όψιν μέσω μιας στοχαστικής μεθοδολογίας που επιτρέπει τον έλεγχο πολλών πιθανών σεναρίων με βάση κάποιων κατανομών πιθανοτήτων που εισάγονται από τον χρήστη. Η εφαρμογή της μεθοδολογίας και των σχετικών κωδικών προσομοίωσης δημιουργήθηκε στην πλατφόρμα λογισμικού CAESES®. Ενώ η παρούσα μέθοδος και ο κώδικας υπολογιστών εφαρμόστηκαν σε διάφορους τύπους πλοίων, το κείμενο της παρούσας διατριβής επικεντρώνεται σε τρεις τυπικές μελέτες περιπτώσεων που περιλαμβάνουν τη βελτιστοποίηση διαφόρων τύπων πλοίου (Πλοία μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων, Επιβατηγά/Οχηματαγωγά πλοία και δεξαμενόπλοια).