Višekriterijski konceptualni projektni model generičkoga tipa višenamjenskoga ratnoga broda

doctoral thesis

• Title (english): Multicriterial conceptual design model of generic type of multipurpose naval ship
• Author: Andrija Ljulj
• Mentor: Vedran Slapničar (mentor)
• Committee member: Izvor Grubišić (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Vedran Slapničar (član povjerenstva)
• Committee member: Bruno Čalić (član povjerenstva)
• Committee member: Predrag Čudina (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture; Zagreb
• Defense date and country: 2012-07-26, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Shipbuilding; Design of Floating and Maritime Structures
• Universal decimal classification (UDC): 629.5 - Watercraft engineering

Abstract

Cilj ovog rada je razvijanje naprednog, višekriterijskog modela konceptualnog projekta višenamjenskog ratnog broda prilagođenog uvjetima Jadranskog mora. Matematički model broda se temelji na parametarskim jednadžbama primjerenim generičkom tipu (koeficijenti forme, odnosi glavnih izmjera broda). Model konceptualnog projekta sastoji se od dvije komponente: samouravnoteženog dijela i komponente za višekriterijsku optimizaciju i generiranje Pareto plohe. Samouravnotežena komponenta ima za cilj generiranje uravnoteženih projektnih rješenja s obzirom na zahtijevanu brzinu, površine/volumene, mase trupa, brodske opreme i naoružanja, potrebnu električnu energiju, te proračunava početni stabilitet i pomorstvenost. Ona rješava brodograđevni dio problema, dok druga komponenta modela je u funkciji filtriranja projektnih rješenja, višekriterijskog ocjenjivanja projekata, te identificiranja Pareto skupa projektnih rješenja koji će biti prihvatljivi za odabir konačnog projekta. Funkcije cilja (atributi) u optimizacijskom modulu sastoje se od atributa cijene i atributa globalne učinkovitosti broda. Atribut cijene životnog ciklusa broda pored cijene gradnje broda sadrži i cijenu koštanja posade, goriva, maziva, te cijenu održavanja broda za vrijeme njegovog životnog ciklusa. Globalna učinkovitosti sastoji se od pojedinih odabranih značajki broda, koje najviše utječu na učinkovitost broda kao što su brzina, vrste i količine oružnih sustava koje će biti instalirane na brodu, brzine, doplova, autonomnosti i zamjetivosti. Ključan dio optimizacijskog modula pored Pareto metode za određivanje preferiranih projekata je i skup ograničenja koja definiraju ograničeni prostor izvodivih projekata. Osnovni projektni model je u dovoljnoj mjeri koncipiran kao generički model da se sa sigurnošću može procijeniti njegovo korištenje i za druge potrebe kao što je projektiranje drugih tipova ratnog broda, te projektiranje civilnih brodova što je bio jedan od ciljeva izrade ovog rada. Model će posebno biti koristan za projektiranje manjih ratnih višenamjenskih brodova, obalnih i odobalnih ophodnih brodova, za akvatorije zatvorenih mora kao što je Jadran. Pored navedenog, projektni model će se koristiti za rekonstrukciju postojećih brodova u cilju dobivanja najpovoljnijih opcija rekonstrukcije. Očekuje se da će projektni model omogućiti dobivanje poboljšanih projekata te ubrzati proces projektiranja broda u fazi razvoja konceptualnih rješenja koja je ključna za odabir konačnog rješenja i njegovo detaljno projektiranja kroz izradu glavnog projekta.

Abstract (english)

The main goal of this work is to develop an advanced multicriteria model of multipurpose naval ship conceptual design suitable for Adriatic Sea environment. The mathematical model of ship will be represented by parametric equations (form coeffcients, main dimensions ratios) that are appropriate for generic naval ship project model. The model will be composed of two main parts: self-balanced component and second part for generation of Pareto set of optimal solutions. The first component generates balanced projects regarding the speed, deck area / volumes, masses, needed electrical power, and calculate the initial stability and seakeeping characteristics of ship. While first component solves the shipbuilding related matters, the second component filter projects based on the constraints, do multicriterial evaluations of projects, and identification of Pareto optimal set. Goal functions (attributes) in optimization module are composed of cost and measure of global effectiveness of a ship. Cost covers production cost and cost related to expenditure for crew, fuel, lubricants, and maintenance during whole life cycle of ship. Global measure of effectiveness comprises of specific important ship characteristics which mostly influence the ship effectiveness such as speed, quantity and type of armament that will be installed onboard, range, autonomy and signatures of ship. Besides the Pareto method for getting preferred projects, important parts of the optimization module are constraints that define space of feasible projects. The main multiciteria project model is generic and it is envisaged that it will be used for design of other types of warships, as well as certain type of merchant ships. It is specifically suitable for design of small multipurpose warships corvette size, coastal and offshore patrol vessels for closed seas such as Adriatic. In addition, the project model could be used for reconstruction of existing ships with purpose of getting the best possible reconstruction option. It is expected that project model will enable getting the better projects and accelerate the design process in terms of concept projects development which is key for selection of the final project and development of its detail design.

• Keywords: višenamjenski ratni brod; korveta; konceptualni projektni model; višekriterijska optimizacija; Pareto metoda; genetički algoritam; mutacija; križanje; selekcija; NSGA-II metoda; PPNRGA metoda; Saatyeva metoda odabira najboljih rješenja; samouravnoteženi
• Keywords (english): multipurpose naval ship; corvette; conceptual project model; multi criteria optimization; Pareto method; genetic algorithm; mutation; cross over; selection; NSGA-II method; PPRNGA method; Saaty method of selection of the best solution; self balanced model
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:703014
• Study programme: Title: Mechanical Engineering and Naval Architecture; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti (doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2020-05-11 07:26:26