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 Orgullo presentar ante tantas caras conocidas pensar que hace pocos años atrás estaba yo en esas bancas como un estudiante mas Todas las fotos presentadas elaboradas por mi. sino se indica fuente Miguel Loban, Dipl.-Ing., M.Eng., B.Sc. 23 Octubre 2008 I Seminario Internacional de Ingeniería Naval Ciudad del Saber, Panamá

Agenda Introducción de mi persona Introducción y motivación de la tesis Optimización multiobjetivo Creación de modelos paramétricos Principios hidrodinámicos básicos Aplicación de optimización multiobjetivo en el diseño del casco de un buque SWATH Conclusiones y seguimiento 29 March 2017

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) Todas las fotos, diagramas a continuación si no indicado al lado han sido tomadas o elaboradas por mi 29 March 2017

Intereses Panamá, barcos, botes, máquinas Yo en carrera de cayucos este año HHI 2006 (worlds largest yard) – 2 postpanamax contships back (largest ever) largest drydock in world Largest engine Largest propeller Panamas largest yard (maybe MEC will bring a larger dique soon) La razon por la que tantos barcos estan por aqui (y quizas sea la industria maritima PAN tan importante) 29 March 2017

Introducción y motivación de la tesis Optimización para el diseño Diseño asistido por computadora Buena relación con el equipo de ingenieros Diseño naval mi más grande interés, el por qué de las cosas CAD diversión – tomé clases opcionales en Michigan de realidad virtual, diseños de cascos con CASD como: Maxsurf, detalles en CAD, Solidedge Trato con equipo de ingenieros = como latino relacion personal es importante, clase de aquel profesor muy buena. Buena relacion. Examen oral excelente, BTW examen oral es lo mejor – primera experiencia no tan buena con Prof. Hines en la audiencia Mencionar que el de abajo es un buque swath (small waterplane area twin hull) Fuente: Nordseewerke 29 March 2017

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 29 March 2017

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 29 March 2017

Optimización multiobjetivo (minimización) Una solución es óptima si por cada y se cumple: o existe por lo menos un tal que: y Pareto óptimo para minimización: se dice cuando no existe solución real alguna que reduzca algún criterio sin causar un incremento simultáneamente en otro criterio Utilizar los números de soluciones (1 o 5) no esta y esta 29 March 2017

Optimización multiobjetivo Proceso de Jerarquía Analítica para determinar tipos de algoritmos a utilizar. Método seleccionado: Optimización Pareto basada en poblaciones Algoritmos genéticos Enfriamiento/recocido simulado Optimización de cúmulos de partículas 29 March 2017

Optimización multiobjetivo Algoritmos Genéticos Ejemplo: Variables se representan en números binarios 9 = [1 0 0 1] 12 = [1 1 0 0] Binario Cromosomas: crossover (2 puntos), mutation Crossover (1 punto) 1 5 = [0 1 0 1] 15 = [1 1 1 1] 29 March 2017

Optimización multiobjetivo Enfriamiento/Recocido Simulado 29 March 2017

Optimización multiobjetivo Optimización de cúmulos de partículas 29 March 2017

Optimización multiobjetivo Testeo de cada algoritmo desarrollado por medio de ecuaciones matemáticas básicas. KURSAWE (Taipei 1992) Enfatizar en la parte inferior izquierda de la grafica discontinua (3)– solucion para minimizacion 29 March 2017

Optimización multiobjetivo Resultados de cada algoritmo desarrollado: Número de soluciones equivalente 29 March 2017

Creación de modelos paramétricos 29 March 2017

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 Nabla = arpa u, v, componentes horiz & vert de campo de veloc de un flujo incompresible, irrotacional en dos dimensiones Ux + Vy = 0 incompresible Nabla*V = Vx- Uy = 0 irrotacional Bernoulli: presion total = presion estatica + presion dinamica V2/2 +gz + p/ro = ctte Ecuación de Laplace Ecuación de Bernoulli Integración sobre superficie mojada 29 March 2017

Principios hidrodinámicos básicos Energía gastada en generar olas 29 March 2017

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% 29 March 2017

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 Visita a la compañía el lunes de la semana pasada, luego de tomar cursos en Oslo por una semana Hacer referencia a Daewoo 14000 TEU contiship con FS (baseline dsg upper half / optimized lower half) Fuente: The Naval Architect Design & Construction of Container Ships (2008) – Daewoo Shipyard (DSME) – Friendship-Systems 14,000 TEU Containership 29 March 2017

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) Visita a la compañía el lunes de la semana pasada, luego de tomar cursos en Oslo por una semana 29 March 2017

? ¡Muchas gracias por su atención! Muito obrigado por sua atençao! 29 March 2017

29 March 2017

Fuente: Fuente: Flensburg Schiffbau-GmbH Hyundai Heavy Industries 29 March 2017