ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΝΑΥΠΗΓΩΝ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΜΕΛΕΤΗΣ ΠΛΟΙΟΥ ΚΑΙ ΘΑΛΑΣΣΙΩΝ ΜΕΤΑΦΟΡΩΝ Παραμετρική μοντελοποίηση δεξαμενών φορτίου, έρματος και υποστηριζόμενου δικτύου σωληνώσεων με χρήση Autodesk Inventor Διπλωματική Εργασία Μέλη τριμελούς εξεταστικής επιτροπής: Απόστολος Δ. Παπανικολάου (Καθηγητής ΕΜΠ, επιβλέπων) Παναγιώτης Δ. Κακλής (Καθηγητής ΕΜΠ) Γεώργιος Ζαραφωνίτης (Αν. Καθηγητής ΕΜΠ) SNAME Greek Section, Διαγωνισμός Διπλωματικής Αθήνα, 23 Ιανουαρίου 2014
Περιεχόμενα Σκοπός Διπλωματικής Εργασίας Διερεύνηση λογισμικών & επιλογή για την υλοποίηση της μοντελοποίησης Στάδια μοντελοποίησης δεξαμενών φορτίου, έρματος & δικτύου σωληνώσεων Μοντελοποίηση δεξαμενών φορτίου & έρματος Μοντελοποίηση δικτύου σωληνώσεων Σύνδεση μοντέλου δεξαμενών φορτίου & έρματος με μοντέλο σωληνώσεων Εξαγόμενες πληροφορίες Σύγκριση αποτελεσμάτων Προσομοίωση απόκρισης δεξαμενοπλοίου κατά την εκφόρτωση Διαδικασία εύρεσης βέλτιστης διαδρομής σωληνώσεων Συμπεράσματα Προτάσεις μελλοντικής έρευνας
Σκοπός Διπλωματικής Εργασίας Ανάπτυξη 3D παραμετροποιημένων μοντέλων Δεξαμενών φορτίου Δεξαμενών έρματος Δικτύου σωληνώσεων υποστήριξης δεξαμενών φορτίου & έρματος
Σκοπός Διπλωματικής Εργασίας Πατρικό πλοίο μοντελοποίησης 105.000DWT Crude Oil Carrier.
Διερεύνηση λογισμικών & επιλογή για την υλοποίηση της μοντελοποίηση Κριτήρια αξιολόγησης λογισμικών μοντελοποίησης: Ευκολία εκμάθησης & χρήση σε ικανοποιητικό επίπεδο Δυνατότητα επίτευξης επιθυμητής ακρίβειας μελέτης Φιλικό περιβάλλον εργασίας Δυνατότητα παραμετροποίησης Δυνατότητα σύνδεσης με άλλα λογισμικά Απαιτήσεις επιδόσεων hardware Παροχή εκπαιδευτικής ή δοκιμαστικής άδειας χρήσης
Διερεύνηση λογισμικών & επιλογή για την υλοποίηση της μοντελοποίηση Προγράμματα Βαθμολογία Τομέων Αξιολόγησης Δυνατ. Εκπαιδευτ. Επίτευξη Φιλικό Ευκολία Δυνατ. σύνδ. με Απαιτ. / δοκιμαστ. επιθυμ. περιβ. εκμάθ. παραμ. άλλα hardware άδεια ακρίβ. εργασ. προγρ. χρήσης Catia V5R21 2 5 4 5 4 5 4 19 Rhinoceros Ver. 4.0 SR9 4 3 4 4 4 2 4 21 Autodesk Inventor Prof. 2013 5 5 5 4 4 4 5 24 Autocad P&ID 2011 3 5 4 1 4 3 2 16 ShipConstructor 2005 3 5 2 3 4 3 1 15 PDMS 12.0 SP6 3 5 3 4 4 3 1 17 Solidworks 4 4 5 4 4 2 3 22 Nupas Cadmatic 4 5 3 2 2 3 1 14 Papricad 3D 4 4 3 1 4 3 5 18 Cadpipe Industrial 4 2 3 1 4 3 1 12 NPQ Techline 4 5 4 1 4 4 1 15 Άθροισμα
Στάδια μοντελοποίησης δεξαμενών φορτίου, έρματος & δικτύου σωληνώσεων
Μοντελοποίηση δεξαμενών φορτίου & έρματος Ορισμός παραμέτρων σχεδίασης δεξαμενών:
Μοντελοποίηση δεξαμενών φορτίου & έρματος Ορισμός παραμέτρων σχεδίασης δεξαμενών:
Μοντελοποίηση δεξαμενών φορτίου & έρματος Ορισμός παραμέτρων σχεδίασης δεξαμενών:
Μοντελοποίηση δεξαμενών φορτίου & έρματος Μορφή αρχείου EXCEL ορισμού παραμέτρων σχεδίασης: Όνομα Παραμέτρου Τιμή Παραμέτρου Περιγραφή Παραμέτρου Α Β C D E F G H loa 243,91 main particulars lbp 234 main particulars b 42 main particulars d 21 main particulars tdesign 13,6 main particulars camber 1,05 main particulars ypsdb 2,3 ypshopper 5,6 bilgerad 1,92 ltnk1 29,92 NO.1 C.O.T. (P) ltnk1mid 14,2 NO.1 C.O.T. (P)
Μοντελοποίηση δεξαμενών φορτίου & έρματος Σχεδίαση κάθε δεξαμενής σε ξεχωριστό αρχείο.ipt, ορίζοντας παραμετρικά τις διαστάσεις της.
Μοντελοποίηση δεξαμενών φορτίου & έρματος Σύνδεση όλων των δεξαμενών (.ipt) σε ένα ολοκληρωμένο 3D μοντέλο (.iam), εφαρμόζοντας κατάλληλους περιορισμούς συναρμογής μεταξύ των δεξαμενών.
Μοντελοποίηση δικτύου σωληνώσεων Είδη μοντελοποιημένων δικτύων σωληνώσεων: Έρματος (Water Ballast System) Φορτίου (No.1, 2, 3 Cargo Oil System) Κάθε δίκτυο σωληνώσεων αποτελείται από: επιμέρους ευθύγραμμους σωλήνες μέσα συναρμογής σωλήνων (βάνες, γωνίες κτλ) Η 3D διαδρομή κάθε δικτύου σωληνώσεων περιγράφεται μέσω των συντεταγμένων των ακραίων σημείων, του κάθε επιμέρους ευθύγραμμου σωλήνα. Οι ανωτέρω συντεταγμένες εισάγονται μέσω αρχείου EXCEL, της ακόλουθης μορφής. Χ Υ Ζ 1 ο σημείο 2 ο σημείο A B C 31,8 8,09 0,5 3 ο σημείο 31,8 0 0,5 31,8 0 3 4 ο σημείο 33,5 0 3 Κάθε δίκτυο σωληνώσεων περιγράφεται από διαφορετικό αρχείο EXCEL.
Μοντελοποίηση δικτύου σωληνώσεων Εισαγωγή συντεταγμένων μέσω EXCEL & αυτόματη παρεμβολή ευθειών (.ipt) Μορφοποίηση στην τελική διάταξη του εκάστοτε δικτύου (.ipt) Χάραξη δικτύου σωλήνωσης ακολουθώντας την παραπάνω διαδρομή (.iam) Αντικατάσταση μέσων συναρμογής με κατάλληλα (βάνες, βαλβίδες κτλ) (.iam)
Μοντελοποίηση δικτύου σωληνώσεων Εισαγωγή συντεταγμένων μέσω EXCEL & αυτόματη παρεμβολή ευθειών (.ipt) Μορφοποίηση στην τελική διάταξη του εκάστοτε δικτύου (.ipt) Χάραξη δικτύου σωλήνωσης ακολουθώντας την παραπάνω διαδρομή (.iam) Αντικατάσταση μέσων συναρμογής με κατάλληλα (βάνες, βαλβίδες κτλ) (.iam)
Μοντελοποίηση δικτύου σωληνώσεων Εισαγωγή συντεταγμένων μέσω EXCEL & αυτόματη παρεμβολή ευθειών (.ipt) Μορφοποίηση στην τελική διάταξη του εκάστοτε δικτύου (.ipt) Χάραξη δικτύου σωλήνωσης ακολουθώντας την παραπάνω διαδρομή (.iam) Αντικατάσταση μέσων συναρμογής με κατάλληλα (βάνες, βαλβίδες κτλ) (.iam)
Μοντελοποίηση δικτύου σωληνώσεων Εισαγωγή συντεταγμένων μέσω EXCEL & αυτόματη παρεμβολή ευθειών (.ipt) Μορφοποίηση στην τελική διάταξη του εκάστοτε δικτύου (.ipt) Χάραξη δικτύου σωλήνωσης ακολουθώντας την παραπάνω διαδρομή (.iam) Αντικατάσταση μέσων συναρμογής με κατάλληλα (βάνες, βαλβίδες κτλ) (.iam)
Μοντελοποίηση δικτύου σωληνώσεων Ολοκληρωμένο 3D δίκτυο σωληνώσεων έρματος (Water Ballast System) και φορτίου (No.1, 2, 3 Cargo Oil System)
Μοντελοποίηση δικτύου σωληνώσεων Σχεδίαση δικτύου σωληνώσεων με ιδιαίτερα μεγάλη γεωμετρική λεπτομέρεια.
Σύνδεση μοντέλων δεξαμενών φορτίου & έρματος με μοντέλο σωληνώσεων Σύνδεση 3D ολοκληρωμένου μοντέλου δεξαμενών φορτίου & έρματος (.iam) με 3D μοντέλο σωληνώσεων (.iam). Εξασφάλιση σωστής σύνδεσης, ακόμα και μετά από αλλαγή στα μοντέλα φορτίου, έρματος ή σωληνώσεων, εφαρμόζοντας κατάλληλους περιορισμούς συναρμογής.
Εξαγόμενες πληροφορίες Σύγκριση αποτελεσμάτων Για κάθε ένα 3D μοντέλο δεξαμενών φορτίου, έρματος και δικτύου σωληνώσεων εξάγονται τα παρακάτω στοιχεία: Επιφάνεια περιβλήματος Μάζα Όγκος Κέντρο βάρους ως προς το ορισμένο σύστημα αναφοράς Ροπές αδρανείας ως προς το ορισμένο σύστημα αναφοράς Ροπές αδρανείας ως προς το κέντρο βάρους του εκάστοτε 3D μοντέλου Τα παραπάνω στοιχεία εξάγονται και για το συνολικό μοντέλο δεξαμενών φορτίου, έρματος και δικτύου σωληνώσεων.
Εξαγόμενες πληροφορίες Σύγκριση αποτελεσμάτων Σύγκριση αποτελεσμάτων για την εκάστοτε δεξαμενή φορτίου & έρματος Α Πλοίο: Μοντελοποίηση με μετρήσεις διαστάσεων από General Arrangement Β Πλοίο: Μοντελοποίηση με μετρήσεις διαστάσεων από κατασκευαστικά σχέδια Α' ΠΛΟΙΟ ΑΠΟΚΛΙΣΗ Β' ΠΛΟΙΟ ΑΠΟΚΛΙΣΗ Δεξαμενές VOLUME 100% (m 3 ) LCG (m) KG (m) Δεξαμενές VOLUME 100% (m 3 ) NO.1 C.O.T.(P) 4,3544% 0,5758% 1,2602% NO.1 C.O.T.(C) 0,4101% NO.2 C.O.T.(P) 0,6446% 0,6295% 0,3646% NO.2 C.O.T.(P) 0,0319% NO.3 C.O.T.(P) 0,2869% 0,7256% 0,3233% NO.3 C.O.T.(P) 0,0665% NO.4 C.O.T.(P) 0,2869% 0,9008% 0,3233% NO.4 C.O.T.(P) 0,0665% NO.5 C.O.T.(P) 0,2869% 1,1948% 0,3233% NO.5 C.O.T.(P) 0,0665% NO.6 C.O.T.(P) 4,4550% 1,3310% 2,2331% NO.6 C.O.T.(P) 0,0665% SLOP TANK(P) 15,5753% 0,0934% 5,8393% NO.7 C.O.T.(P) 0,1627% NO.1 W.B.T.(P) 24,3900% 0,9074% 9,1994% NO.8 C.O.T.(P) 0,1086% NO.2 W.B.T.(P) 3,6538% 0,7352% 1,7973% NO.3 W.B.T.(P) 1,1288% 16,2254% 0,3838% NO.4 W.B.T.(P) 1,1288% 0,8948% 0,3838% NO.5 W.B.T.(P) 4,1645% 0,9196% 2,6719% NO.6 W.B.T.(P) 0,4690% 5,5371% 24,4643%
Εξαγόμενες πληροφορίες Σύγκριση αποτελεσμάτων Αποτελέσματα συνολικού δικτύου σωληνώσεων συστημάτων φορτίου & έρματος Δίκτυο Σωληνώσεων Περιφερειακή Επιφάνεια (m 2 ) 3391,68 Μάζα (t) 338,92 Όγκος (m 3 ) 454,06 LCG (m) 107,527 Κέντρο Βάρους KG (m) 8,933 TG (m) 0,516 Ροπές αδρανείας ως προς το κέντρο βάρους Ixx (t*m 2 ) 4,316 Iyy (t*m 2 ) 80,334 Izz (t*m 2 ) 79,122
Προσομοίωση απόκρισης δεξαμενοπλοίου κατά την εκφόρτωση Προσομοίωση απόκρισης δεξαμενοπλοίου κατά την εκφόρτωση. Χρήση Autodesk Maya 2013..dwg Διάρκεια διαδικασίας εκφόρτωσης 20 ώρες Προσομοίωση στάθμης φορτίου στάθμης έρματος κατά τις 11 πρώτες ώρες αναπτυσσόμενης εγκάρσιας κλίσης μοντέλου εκφόρτωσης
Προσομοίωση απόκρισης δεξαμενοπλοίου κατά την εκφόρτωση
Διαδικασία εύρεσης βέλτιστης διαδρομής σωληνώσεων Εύρεση βέλτιστης διαδρομής σωληνώσεων με χρήση αλγορίθμων Path Finding. Επικρατέστεροι αλγόριθμοι 3D Path Finding: A* (A star) Dijkstra Ανάπτυξη αντίστοιχων βελτιστοποιημένων αλγορίθμων στο Εργαστήριο Μελέτης Πλοίου. Στόχος βελτιστοποίησης: Βελτιστοποίηση διαδρομής σωληνώσεων Ελαχιστοποίηση μήκους Ελαχιστοποίηση βάρους Ελαχιστοποίηση κόστους Ελαχιστοποίηση πτώσης πίεσης
Διαδικασία εύρεσης βέλτιστης διαδρομής σωληνώσεων Η διαδικασία βελτιστοποίησης σε αλγορίθμους Path Finding έγκειται στον καθορισμό του αρχικού και του τελικού σημείου της εκάστοτε σωλήνωσης και των εμποδίων που πρέπει να παρακαμφθούν: Input Μηχάνημα / δεξαμένή 1 Position (x 1, y 1, z 1 ) Μηχάνημα / δεξαμένή 2 Position (x 2, y 2, z 2 ) Μηχάνημα / δεξαμένή i Position (x i, y i, z i ) Optimisation Α* Algorithm Dijkstra Αλγόριθμοι Εργαστηρίου Μελέτης Πλοίου Output 1 Δίκτυο 1 min(μήκος 1, Πτώση Πίεσης 1, Βάρος 1, Κόστος 1 ) Δίκτυο 2 min(μήκος 2, Πτώση Πίεσης 2, Βάρος 2, Κόστος 2 ) Δίκτυο i min(μήκος i, Πτώση Πίεσης i, Βάρος i, Κόστος i ) Output 2 Συντεταγμένες βέλτηστης διαδρομής σωλήνωσης
Διαδικασία εύρεσης βέλτιστης διαδρομής σωληνώσεων Water Ballast piping system (μπλε) Cargo Oil piping system (κόκκινο) προς βελτιστοποίηση στα πλαίσια Διδακτορικού Έργου Τ. Πλέσσα (Εργαστήριο Μελέτης Πλοίου, Ε.Μ.Π.)
Συμπεράσματα & Προτάσεις μελλοντικής έρευνας Πραγματοποίηση 3D μοντελοποίησης δεξαμενών φορτίου, έρματος & υποστηριζόμενου δικτύου σωληνώσεων σε ιδιαίτερα σύντομο χρονικό διάστημα Δυνατότητα επέκτασης μοντελοποίησης σε διαφόρους τύπους πλοίων Δυνατότητα αναδιαμόρφωσης 3D μοντέλου σωληνώσεων με εύκολο και άμεσο τρόπο (Drag and drop) ταυτόχρονη ενημέρωση εξαγόμενων στοιχείων Μεγάλη ακρίβεια & λεπτομέρεια σχεδίασης Μεγάλη ακρίβεια εξαγόμενων στοιχείων 3D μοντέλων δεξαμενών Ακριβής εξαγωγή στοιχείων 3D δικτύου σωληνώσεων Εφαρμογή συγκεκριμένου παραμετρικού μοντέλου σε μετασκευές πλοίων (Retrofitting) Εφαρμογή συγκεκριμένου παραμετρικού μοντέλου σε νέες κατασκευές για την βελτιστοποίηση της διάταξης των σωληνώσεων (New Building)
Συμπεράσματα & Προτάσεις μελλοντικής έρευνας Προτάσεις μελλοντικής έρευνας: Μοντελοποίηση όλου του συνόλου των εγκατεστημένων σωληνώσεων επί του πλοίου & υπολογισμός του συνολικού βάρους και κέντρου βάρους. Υπολογισμός ακριβές ποσοστού βάρους σωληνώσεων επί του συνολικού Lightship Βελτιστοποίηση της διαδρομής του δικτύου σωληνώσεων με στόχο την ελαχιστοποίηση των ενεργειακών απωλειών Παραμετρική μοντελοποίηση άλλων τύπων πλοίου (επιβατηγά κτλ)
Δημοσιεύσεις T. Plessas, E. Boulougouris, A. Papanikolaou, N. Adamopoulos, M. Pytharoulis, Simulation of loading / discharging procedure of tankers, Proc. 15th International Congress of the International Maritime Association of the Mediterranean (IMAM 2013), A Coruna, Spain, 14 17 October 2013
Ευχαριστίες Θερμά ευχαριστώ τους: Απόστολο Δ. Παπανικολάου (Καθηγητής ΕΜΠ, επιβλέπων) Ευάγγελο Κ. Μπουλουγούρη (Λέκτορας University of Strathclyde) Τιμολέων Πλέσσα (Υποψήφιος Διδάκτορας ΕΜΠ) Αλέξανδρο Γκίνη (Επίκουρος Καθηγητής ΕΜΠ) χωρίς την βοήθεια και την υποστήριξη των οποίων η ολοκλήρωση της διπλωματικής μου εργασίας δεν θα ήταν δυνατή.
Ευχαριστώ για την προσοχή σας Ερωτήσεις?