Estrategias para la eficiente optimización multiobjetivo de cascos mediante simulaciones con alto costo computacional

TU-Berlin / FRIENDSHIP-SYSTEMS GmbH Tesis para título de Diplom-Ingenieur en Arquitectura Naval e Ingeniería Marina – 2006

Miguel Loban, Dipl.-Ing., M.Eng., B.Sc.23 Octubre 2008I Seminario Internacional de Ingeniería NavalCiudad del Saber, Panamá

210 April 2023

Agenda

1. Introducción de mi persona2. Introducción y motivación de la tesis3. Optimización multiobjetivo4. Creación de modelos paramétricos5. Principios hidrodinámicos básicos6. Aplicación de optimización multiobjetivo en el

diseño del casco de un buque SWATH 7. Conclusiones y seguimiento

310 April 2023

Introducción de mi persona Ingeniero mecánico en tendencia naval UTP – 2002

Estadía en Alemania - 2003-2005, 2006 Labores en astillero de Flensburg y primera tesis de grado – 2005 Beca para representar a TU-Berlin en Michigan – 2005 Retorno a Berlín y conclusión de última tesis (tema de hoy) – 2006

Estadía en Ann Arbor, Michigan - 2005-2006 Maestría (M.Eng.) en Diseño Marino Concurrente

Inspector de Clase con Det Norske Veritas (DNV) – Enero 2007-Presente

DNV Houston, Panamá (barcos en operación) DNV Corea, China y Vietnam (barcos en construcción)

410 April 2023

Intereses Panamá, barcos, botes, máquinas

510 April 2023

Introducción y motivación de la tesis

Optimización para el diseño Diseño asistido por computadora Buena relación con el equipo de ingenieros

Fuente: Nordseewerke

610 April 2023

Descripción de la investigación Representación del principio matemático de optimización

multiobjetivo Revisión bibliográfica de los más recientes (2006) métodos de

optimización multiobjetivo Representación y selección de las diferentes estrategias Implementación de los métodos seleccionados e incorporación a la

máquina de optimización: FRIENDSHIP-Optimizer Testeo de cada método seleccionado por medio de funciones

matemáticas básicas Formulación de un diseño de buque SWATH con criterios

concurrentes como resistencia, desplazamiento y capacidad de carga

710 April 2023

Descripción de la investigación Creación de modelos paramétricos del buque SWATH utilizando

el CAD software: FRIENDSHIP-Modeler Simulación numérica de la resistencia por olas utilizando el

programa FRIENDSHIP-Flow basado en teoría potencial no linear

Inicialización de simulaciones de optimización del casco creado utilizando los algoritmos desarrollados

Comparación de la eficiencia de las diferentes estrategias Reporte y presentaciones de los resultados

810 April 2023

Optimización multiobjetivo (minimización) Una solución es óptima si por cada

y se cumple:

o existe por lo menos un tal que:

y

910 April 2023

Optimización multiobjetivo

Proceso de Jerarquía Analítica para determinar tipos de algoritmos a utilizar.

Método seleccionado:

Optimización Pareto basada en poblaciones

Algoritmos genéticos

Optimización de cúmulos de partículas

Enfriamiento/recocido

simulado

1010 April 2023

Optimización multiobjetivo

Algoritmos Genéticos

Ejemplo:

Variables se representan en números binarios

9 = [1 0 0 1]

12 = [1 1 0 0]1

5 = [0 1 0 1]

15 = [1 1 1 1]

1110 April 2023

Optimización multiobjetivo

Enfriamiento/Recocido Simulado

1210 April 2023

Optimización multiobjetivoOptimización de cúmulos de partículas

1310 April 2023

Optimización multiobjetivo

Testeo de cada algoritmo desarrollado por medio de ecuaciones matemáticas básicas.

KURSAWE (Taipei 1992)

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Optimización multiobjetivo

Resultados de cada algoritmo desarrollado:

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Creación de modelos paramétricos

1610 April 2023

Principios hidrodinámicos básicos

Código de páneles de Rankine, condiciones: Agua incomprimible, flujo no rotacional Para flujos no rotacionales las velocidades de las

partículas en t, se expresan por potenciales de velocidad Infinita profundidad, movimiento vertical se desvanece

en el suelo marino El cuerpo es impermeable

Ecuación de Laplace Ecuación de BernoulliIntegración sobre superficie mojada

1710 April 2023

Principios hidrodinámicos básicos Energía gastada en generar olas

1810 April 2023

Aplicación de optimización multiobjetivo al diseño de un buque SWATH

Tres objetivos: reducción de resistencia, aumento de superficie de línea de agua, incremento de desplazamiento

Rt = -15.55%

Awp = +20.4%

Disp = +9.3%

Rt = -16.3%

Awp = +19.3%

Disp = +8.4%

Rt = -16.6%

Awp = +20.0%

Disp = +8.1%

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Conclusiones

Tres algoritmos de optimización multiobjetivo fueron desarrollados y examinados con respecto a funciones matemáticas reconocidas

Los algoritmos desarrollados cumplieron la tarea de optimizar el casco del buque en todos los aspectos con una carga computacional razonable

Fuente: The Naval Architect Design & Construction of Container Ships (2008) – Daewoo Shipyard (DSME) – Friendship-Systems

14,000 TEU Containership

2010 April 2023

Seguimiento

Para la compañía (FS) los algoritmos fueron integrados a su gama de software

Personal: Ingresé a una compañía de diseño y optimización de

estructuras offshore en Houston (Nov-Dec 2006) Empecé labores como inspector de clase con DNV en

Houston (Jan-Mar, Sept-Oct 2007), Korea (Mar-Jun 2007), Vietnam (Jul-Aug 2007), Panama (Oct 07- presente)

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¡Muchas gracias por su atención!

Muito obrigado por sua atençao!

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2310 April 2023

Fuente:Flensburg Schiffbau-GmbH

Fuente:Hyundai Heavy

Industries