Tez Arşivi

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özetlere göre tezleri arayabilirsiniz.


İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi ve Deniz Teknoloji Mühendisliği Anabilim Dalı

2017

A universal ship design network

Tümsel gemi tasarım ağı

Bu tez, YÖK tez merkezinde bulunmaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi'ndeki tarama bölümünde tez numarasını arayabilirsiniz. Tez numarası: 496474

Tezi Bul
Özet:

Bu tezde bir geminin yaşam döngüsünün tasarım fazını belirli bir kapsamda, yapay zekâ ile birlikte ve bu yaşam döngüsünün bütün paydaşlarının katılımıyla yönetmek için geliştirilen bir yazılım tanıtılmaktadır. Geminin yaşam döngüsü kısaca tasarım fazını, inşaat fazını, operasyon fazını ve geri dönüşüm fazını kapsar. Bu fazlar arasında bağlantılar mevcuttur. Öte yandan, bu fazların içerisinde geminin sahibi, klâs kuruluşu, ulusal ve uluslararası otoriteler, tedarikçiler, tersane, tasarım ofis ve gemi işleticileri gibi farklı paydaşlar vardır. Bir gemi projesinin hayata geçmesindeki ana amaç ekonomik bir yatırım olarak istenilen kazancı elde etmektir. Bu kazanç bir askeri gemi için askeri güç ya da ticari bir gemi için ekonomik kâr olabilir. Ticari gemiler özel olarak ele alınırsa kar, yatırım ve işletme maliyetleri çıkarıldıktan sonra geminin yaptığı toplam kazançtır. Bu şekilde formüle edildiğinde, kar arttırımı için iki yol rahatlıkla görünmektedir.Birincisi masrafların azaltılması ve ikinci olarak ta gelirin arttırılmasıdır. Buradaki temel problem; masraflar ve gelirler arasındaki doğrusal olmayan ilişkinin ortaya çıkarılmasındaki güçlüklerdir. Gemilerin ekonomik kullanım ömürleri artık 25 yılı geçmiştir ve bu sürenin daha uzun olması için çeşitli çalışmalar da sürdürülmektedir. Bu yönüyle bakıldığında gemiler nispeten uzun süreli ekonomik yatırımlardır. Geminin bu uzun süreli yaşam döngüsü belirli fizibilite çalışmalarıyla beraber tasarım süreci ile başlar. Tasarım sürecinde verilen her karar geminin bütün bir kullanım süresi boyunca etkisini gösterir. Tasarım sürecinden sonra inşaat aşamasına geçilir. İnşaat aşamasında artık proje üzerinde genel tasarımı etkileyecek değişiklikler yapmak çoğu zaman çok maliyetli olduğu için mümkün değildir. İnşaat aşamasının önemli noktası gemiyi detay tasarım planlarına birebir uygun şekilde gemi sahibi ile anlaşılan sürede ortaya çıkarmaktır. İnşaat süresinin uzaması gemi sahibinin gemisini işletmeye başlamasını geciktirecektir. Bu da yapılan ekonomik yatırımın karlılığını düşürecektir. İnşaat aşaması ile ilgili bahsedilen bu iki önemli nokta bu sürecin çok iyi yönetilmesi gerektiğini ortaya koymaktadır. İnşaat aşamasının son bulması ile beraber geminin çalışma hayatı başlar. Artık gemi, sahibine yaptığı ekonomik yatırımın geri dönüşünü kazandırmaya başlar. Bir gemi projesi yatırımının en uzun fazı artık 25 yılı aşan süreler ile operasyon aşamasıdır. Bu aşamanın en önemli noktası da geminin karlılığını olabildiğince yüksek seviyede tutarak çalıştırılmasıdır. Bahsedilen kârı en üst düzeye çıkarmak için iki önemli etki noktası vardır. Birinci etki noktası geminin bütün bir çalışma süresinde oluşacak piyasa koşullarını ön görüp tasarım aşamasında en çok kazanç getirecek ve piyasa koşullarının olumsuz etkilerinden en az etkilenecek projeyi ortaya çıkarmaktır. İkinci etki noktası ise geminin işletme potansiyelini en üst düzeyde kullanmaktır. Bu iki önemli etki noktası geminin yaşam döngüsünde çok iyi değerlendirilmelidir. Gemi işletme ömrünü tamamladığında artık geri dönüşüm için söküme gönderilir. Gemi sahibi son olarak bu geri dönüşüm aşamasında bir kazanç elde eder ve gemi sahibinin ekonomik yatırımı böylece son bulur. Yukarıda açıklandığı üzere geminin yaşam döngüsü tasarım, inşaat, operasyon ve geri dönüşüm fazlarını kapsar. Bu fazlar arasında çeşitli etkileşimler mevcuttur. Bu etkileşimin temel sebebi, geminin yaşam döngüsünde karşılaştığı her bir fazda farklı paydaşların yer almasıdır. Her paydaş bu ekonomik yatırımı farklı şekillerde etkilemektedir. Gemi sahibinin projeye etkisi, geminin yaşam döngüsü boyunca yatırım gücüne bağlı olarak kârı en üst düzeye çıkarmak için çabasıdır. Ulusal ve uluslararası otoriteler belirledikleri kurallarla toplum ve gemi sahibi için risklerin minimum seviyede tutulmasını sağlar. Klâs kuruluşları da kendi yönergeleri ve denetimleri ile diğer paydaşların risklerinin azaltılmasına yardımcı olur. Tersane ve tedarikçiler, hem iş sürelerini kısaltarak kazançlarını arttırmaya çalışırlar hem de mümkün olan en az hata ile işlerini tamamlamak isterler. Tasarım ofisi, gemi sahipleri için en karlı tasarımı ortaya çıkarmaya çalışırlar. Gemi işleticileri ve personeli, kârlılığı mümkün olan en üst seviyede tutarak geminin ömrünü tamamlamasına çalışırlar. Paydaşların hedefleri bazen paralellik gösterir bazen birbirleri için kısıt oluşturur bazen de birbirlerini ters yönde etkilerler. Örneğin otoritelerin belirlediği kurallar bütün paydaşlar için birer kısıttır. Gemi işleticileri giderleri azaltmak için mümkün oldukça az personel ile gemiyi işletmek isterler. Bu hem mevcut gemi personeli için iş yükünün artması demektir, hem de risklerin artması demektir. Bu durumda gemi işleticileri ile gemi personelinin hedefleri birbirlerini ters yönde etkiler. Bir geminin çelik tekne ağırlığı ne kadar az olursa taşıyabileceği yük kapasitesi de o kadar fazla olacaktır. Gemi sahibi, gemisinin yük kapasitesinin fazla olmasını isteyecektir ama hafif bir yapı çeşitli mukavemet problemleri ile karşılaşacaktır ve tasarım ofisi için bunlar çözülmesi gereken yeni sorunlar demektir. Gemi projesinin yönetimi oldukça karmaşık bir iştir ve bu karmaşıklığın çeşitli sebepleri vardır. İlk olarak bir gemi projesi yukarıda açıklandığı üzere yaşam döngüsü boyunca birçok paydaşa sahiptir. Paydaşlar arası bilgi aktarımı ve bu bilgilerin yönetimi zordur. Herhangi bir paydaşın proje üzerinde yaptığı bir değişiklik çoğunlukla diğer paydaşları da etkilemektedir. Etkilenen her alan tekrar revize edilerek işlenmelidir. Bu da tekrarlamalı bir süreci zorunlu kılmaktadır. Ayrıca işlenen veriler çoğunlukla karmaşık mühendislik veya işletme verileridir ve bu verileri işleyip anlamlı bilgiler çıkarmak uzunca süreler gerektirmektedir. Geminin yaşam döngüsü uzundur ve herhangi bir kararda uzun bir süreci göz önünde bulundurmak gerekmektedir. Yaşam döngüsünün uzunluğu karar vermeyi zorlaştırmaktadır. Gemi sahibinin hedefi yaptığı ekonomik yatırımın geri dönüşünün olabildiğince yüksek olmasıdır. Bir gemi projesinde yaşam döngüsü boyunca bu hedefi belirli kısıtlar altında gerçekleştirmek zordur. Gemi sahibinin kar hedefi, uluslararası otoriteler tarafından toplumun faydası için belirli güvenlik kuralları ile sınırlandırılmıştır. Bütün bu sınırları göz önünde tutarak, birden çok paydaş ile beraber uzun bir süre için kazanç iyileştirmesinin karmaşıklığı ortadadır. Bu noktada bir çeşit uzun süreli ekonomik yatırım olan gemi projelerinin yönetimini kolaylaştırmak için çözümler aranmaktadır. Bu çözümlerin bazıları bütün bir yaşam döngüsüne etki edebildiği gibi bazıları yaşam döngüsünün belirli fazlarında kullanılabilmektedir. Bu çalışmanın temelinde gemi projesinin yönetim karmaşıklığına çözüm olarak sunulan tümsel gemi ağı fikri bulunmaktadır. Yalnız tez süresinin yeterli olmamasından dolayı sadece tasarım aşaması belirli ölçüde gerçeklenebilmiştir. Burada şu ayırımı açıklamak gerekmektedir. Literatürde henüz tasarım aşamasında geminin yaşam döngüsünü göz önüne alan çeşitli çalışmalar zaten mevcuttur. Bu çalışmanın temel farkı geminin yaşam döngüsünü diğer fazlar ile birlikte bir bütün olarak ele almasıdır. Burada paydaşlar arasında yaşam döngüsü boyunca kesintisiz bilgi akışı önerilmektedir ve bu bilgi akışı bir yapay zekâ tarafından işlenmektedir. Buradaki çalışma kapsamında da tümsel ağın tasarım kısmı ele alınmıştır ve yapay zekâ ile ilişkisi işlenmektedir. Temelde yapay zekâ için iki temel yaklaşım veya tanımlama vardır diyebiliriz. İlki, kuvvetli yapay zekâ ile insan zekâsının bir donanım üzerinde gerçeklenmesi hedeflenmektedir. Zayıf yapay zekâda ise daha çok doğadaki zekâ esaslı davranışların modellenerek endüstriyel, bilimsel ve diğer birçok probleme çözüm bulunması hedeflenmektedir. Bu çalışmada da zayıf yapay zekâ yaklaşımları ile geminin yaşam döngüsü sentez modelinde ele alınarak gemi tasarım problemine bir çözüm aranmaya çalışılmıştır. Gemi tasarım problemi temel olarak, sonlu ve sonsuz iki kümeden birbirleri ile uyumlu değişkenlerin seçilerek bir araya getirilmeleri problemidir. Burada sonlu değişken kümesinin büyüklüğü yapılabilecek alternatif seçimlerin sayısını doğrudan arttırsa da, sonsuz değişken uzayının tüm elemanları incelenemeyeceği için bu uzaydan mümkün olan en uygun değişkenlerin seçilmesi problemini ortaya çıkarmaktadır. Buda tabi ki yapay zekânın rasyonel kararlar vermesi, çıkarımlar yapması ve sonsuz bir uzayda arama yapması gibi temel özelliklere sahip olmasını gerektirmektedir. Yapay zekâ, gemi tasarımını ortaya çıkaracak değişkenleri bir veri tabanı üzerinde modellenen sonlu bir uzayda ve holistik sentez modeli ile sonsuz bir uzayda arayacaktır. Ayrıca oluşturulan yapay zekâ bütün paydaşlar için verimi arttırmakta holistik sentez modeli kullanarak bir gemi projesinin yaşam döngüsünü yönetmekte yardımcı da olabilir. Holistik sentez modeli, bir geminin tasarım aşamasının ilk adımından geri dönüşümde tamamen yok edilene kadar ki geçen sürecin tamamını ifade etmektedir. Geminin bütün bir yaşam döngüsünü ele alan bu yaklaşım, geminin geçirdiği aşamaların bir arada değerlendirilmesine olanak vermektedir. Geminin geçirdiği aşamalarda paydaşların farklı hedefleri öncelemesi geminin yaşamının sonunda ortaya çıkarmış olacağı toplam faydayı azaltmaktadır. Bu durumun önlenmesi için holistik bakış açısı popülerlik kazanmıştır. Ayrıca bu bakış açısı geçirdiği bütün aşamalarda geminin yönetilmesi için alınacak kararlara rasyonel bir temel oluşturmaktadır. Son yıllarda popülerlik kazanan holistik bakış açısı, birçok tasarım yöntemi ile birlikte kullanılmaktadır. Yinelemeli yöntemler ile kullanımı zor ve uzun süre alsa da, eş zamanlı yöntemlerle kolaylıkla kullanılabilinmektedir. Bu tezde, geminin yaşam döngüsünü yönetmek için yapay zekâ temelli çerçeve bir sistem önerilmiştir. Önerilen çerçeve sistemin tasarım kısmı bir konteyner gemisi konsept dizaynı üzerinde gerçeklenmiştir. Konunun çok geniş bir alanı içermesiyle beraber süre yetersizliği nedeniyle bu çerçeve sistemin temel olarak tasarım kısmı yapılan çalışma kapsamında incelenmiştir.Geminin yaşam döngüsünün inşaat, operasyon ve geri dönüşüm fazları ile tasarım fazı arasındaki ilişkilerde yapılan çalışma içerisinde temellendirilmiştir. Fazlar arasındaki etkileşim, yapay zeka ve sentez modeli üzerinde incelenmesi gereken yeni problemler ortaya çıkarmıştır. Ortaya çıkan bu problemlerin bir kısmı yapılan tez içerisinde cevaplanmaya çalışılmıştır. Burada sunulan çalışma aynı zamanda ileride yapılacak daha kapsamlı araştırmalara temel oluşturacaktır.

Summary:

This thesis describes the developed software to manage design phase of ship's project lifecycle by using artificial intelligence with the participation of entire stakeholders of this lifecycle. The lifecycle of a ship project includes design phase, building phase, operation phase and recycling phase. There are links between these phases. On the other hand, there are different stakeholders inside of these phases such as owner of ship, class societies, national or international authorities, suppliers, shipyards, design offices and ship operators. A ship project must contain these phases and stakeholders. The main objective for the realization of a ship project is to obtain desired gain as an economic investment. This gain may be military force for a navy ship or economic profit for a merchant ship. Life time of a ship is longer than 25 years now and there are various studies to extend this life time. In this point, a ship is the long term economic investment. The long duration life cycle of ship starts with design phase and feasibility studies together. Every design decision affects the rest of life cycle of the ship. After the design phase, building phase begins and important point of this phase is to build the ship exactly the same with detailed designs in agreed time. Ending up building phase means operation phase. Operation phase is the longest period in the whole life cycle of a ship. Economic return of a ship investment is the subject of this phase so in this phase a ship should be run in the most profitable level. End of the ship operation period, the ship goes to recycling shipyard for disposal process and this generates the final economic return of the ship. Also, this phase is the finalization of a ship project as an economic investment. There are various stakeholders in the life cycle of a ship. They have conflicted objectives sometimes. For example, a ship owner wants minimum number of personnel in the operation of the ship to decrease crew cost. On the other hand, this situation increases the operational risk of a ship and this is an unwanted circumstance for international or national authorities. The management of a ship project is a complex task and resources should be used efficiently by whole stakeholders. The decision of any stakeholders can affect the others mostly. An artificial intelligence can help to manage a life cycle of ship project to increase efficiency for whole stakeholders by using holistic ship synthesis model. There are two main approaches for AI such as weak AI and strong AI. Strong AI is the simulation study of human intelligence by using computers. On the other hand, weak AI aims to solve industrial, scientific or other problems by using different intelligence approaches inspired by nature. In this study, a solution is investigated for ship design problem by using weak AI approaches on holistic ship synthesis model. Ship design basically is a combination of selection problem from finite space and exploration problem from infinite space, so evaluation of entire variables is impossible. At this point, AI should take rational decisions to find feasible or optimum solutions. AI will search suitable variables on a finite database and explore optimum variables by using holistic synthesis model. Also, AI could help to management of ship project in every phases of life cycle by using this synthesis model. Holistic synthesis model includes entire phases of a ship project from initial decision of design to disposal of ship. This model enables to evaluate all phases of ship together. Different and also conflicted objectives of stakeholders could cause to decrease total benefit of a ship in the end of her life time. Holistic view has gained popularity to avoid from this situation. Also, this view is kind of basement for decisions to manage ship life cycle. In this thesis, a framework is offered to manage lifecycle of ship by using AI. Design module of offered framework is realized for concept design of a container ship in the scope of this study. Also, this study will be foundation for further studies.