Γεωμετρική μοντελοποίηση και βελτιστοποίηση με γενετικούς αλγορίθμους επιφανειών για ανάπτυξη ναυτιλιακών εφαρμογών
Loading...
Date
2023-10-12
Authors
Στρογγυλός, Αντώνιος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Ο σχεδιασμός της γάστρας του πλοίου που αποτελεί το βασικό τμήμα και τη δομική μονάδα του συστήματος αποτελεί έργο έρευνας και ανάπτυξης της ναυπηγικής επιστήμης. Με την πάροδο των ηλεκτρονικών υπολογιστών επιταχύνθηκε και έγινε πιο αποδοτική διαδικασία σχεδίαση της. Η ανακάλυψη των παραμετρικών καμπυλών Bezier, B-Splines και NURBS έδωσε ακόμα μεγαλύτερη ευχέρεια στους σχεδιαστές ναυπηγούς να μορφοποιούν τα σχέδιά τους και να καταφέρουν να δίνουν το επιθυμητό σχήμα σε σημεία της γάστρας με περίπλοκες γεωμετρίες και τοπολογίες. Σε αυτή την εργασία επικεντρωθήκαμε στον παραμετρικό σχεδιασμό της γάστρας τόσο σε επίπεδο καμπυλών και επιφανειών αλλά και σε επίπεδο διαστατικών μεγεθών. Χρησιμοποιώντας εμπειρικούς πίνακες, αναλυτικές εκφράσεις και συντελεστές σχήματος καθώς και κάνοντας παραδοχές για συγκεκριμένα μεγέθη καταφέραμε να δημιουργήσουμε ένα μαθηματικό πλαίσιο το οποίο να περιγράφει τη γεωμετρία της γάστρας. Ο σχεδιασμός έγινε στο σχεδιαστικό πρόγραμμα Catiav5R20. Το πρόγραμμα αυτό χρησιμοποιεί τις ανωτέρω παραμετρικές καμπύλες και επιφάνειες δίνοντας μας τη δυνατότητα να δημιουργήσουμε πολύπλοκες και απαιτητικές επιφάνειες όπως αυτή της γάστρας ενός πλοίου. Tοποθετήσαμε τα γεωμετρικά μεγέθη στο λογισμικό φύλλο και τα συνδέσαμε με τις αντίστοιχες τους μεταβλητές στο πρόγραμμα σχεδιασμού. Η ενέργεια αυτή μας έδωσε τον πλήρη έλεγχο πάνω στο σχέδιο καθώς με απλή αλλαγή μιας τιμής στο λογιστικό φύλλο έχουμε τη δυνατότητα να τροποποιήσουμε το τρισδιάστατο μοντέλο μας. Το αποτέλεσμα της διαδικασίας είναι ένα πλήρως παραμετροποιημένο και τροποποιήσιμο μοντέλο το οποίο αποτελεί ένα πρότυπο για τη δημιουργία λοιπών τύπων πλοίων. Στην συνέχεια χρησιμοποιήθηκε η τεχνητή νοημοσύνη που αποτελεί αναπόσπαστο κομμάτι του σύγχρονου κόσμου και έχει εισχωρήσει σε διάφορους τομείς, επιδρώντας σημαντικά στην εξέλιξη της τεχνολογίας. Μια από τις κύριες εφαρμογές της τεχνητής νοημοσύνης είναι η βελτιστοποίηση σε θέματα σχεδιασμού, όπου επιδέχεται ευρεία εφαρμογή και έχει επιφέρει σημαντική πρόοδο σε πολλούς τομείς. Η σχεδιαστική βελτιστοποίηση απαιτεί την εξερεύνηση μεγάλου χώρου λύσεων για την εύρεση της βέλτιστης δυνατής λύσης σε ένα πρόβλημα. Εδώ εμφανίζονται οι γενετικοί αλγόριθμοι, μια ισχυρή κατηγορία τεχνικών τεχνητής νοημοσύνης, που εξομοιώνουν την εξέλιξη της φυσικής επιλογής για την αναζήτηση βέλτιστων λύσεων. Οι γενετικοί αλγόριθμοι είναι σε θέση να αντιμετωπίσουν προβλήματα με μεγάλο αριθμό μεταβλητών και περίπλοκους περιορισμούς, προσεγγίζοντας την βέλτιστη λύση με αξιοπρόσεκτο τρόπο. Οι γενετικοί αλγόριθμοι λειτουργούν με βάση την επιλογή, διασταύρωση, και μετάλλαξη ατόμων σε μια πληθυσμιακή βάση. Η διαδικασία αυτή εξασφαλίζει τη σταδιακή βελτίωση των λύσεων, καθιστώντας τους γενετικούς αλγορίθμους ιδιαίτερα αποτελεσματικούς σε προβλήματα που απαιτούν πολλαπλά επίπεδα βελτιστοποίησης. Τέλος απεικονίζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα της γάστρας με στόχο την βελτιστοποίηση ως προς την υδροδυναμική της απόδοση.
Description
Keywords
Παραμετρικός σχεδιασμός, Γάστρα πλοίου, Επιφάνειες NURBS, Διαστάσεις πλοίου, Γενετικοί αλγόριθμοι