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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
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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
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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)
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410 April 2023
Intereses Panamá, barcos, botes, máquinas
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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
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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
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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
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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
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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
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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]
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1110 April 2023
Optimización multiobjetivo
Enfriamiento/Recocido Simulado
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1210 April 2023
Optimización multiobjetivoOptimización de cúmulos de partículas
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1310 April 2023
Optimización multiobjetivo
Testeo de cada algoritmo desarrollado por medio de ecuaciones matemáticas básicas.
KURSAWE (Taipei 1992)
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1410 April 2023
Optimización multiobjetivo
Resultados de cada algoritmo desarrollado:
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1510 April 2023
Creación de modelos paramétricos
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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
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1710 April 2023
Principios hidrodinámicos básicos Energía gastada en generar olas
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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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1910 April 2023
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
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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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2110 April 2023
¡Muchas gracias por su atención!
Muito obrigado por sua atençao!
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2210 April 2023
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2310 April 2023
Fuente:Flensburg Schiffbau-GmbH
Fuente:Hyundai Heavy
Industries