Fallstudie: C-Job & beschleunigtes Konzeptdesign

Anhänger-Saugtrichterbagger mit beschrifteten Entscheidungsvariablen. Bild: C-Job

Designkreis der C-Job Naval Architects. Bild: C-Job

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C-Job Naval Architects hat eine neue Methode zur Optimierung von Schiffsentwürfen implementiert. Die ganzheitliche Optimierungsmethode ermöglicht schnelle Design-Iterationen, spannende Innovationen und spart dem Marinearchitekten viel Zeit.

C-Job Naval Architects ist das größte unabhängige Schiffbau- und Ingenieurbüro in den Niederlanden. Das Unternehmen beschäftigt mehr als 130 eigene Schiffsingenieure und Schiffsarchitekten in vier Büros und ist auf verschiedene Bereiche spezialisiert, darunter Baggerarbeiten, Schwerlasten, Offshore (Wind), Fähren und Superyachten. Von der ersten Konzeptschiffkonstruktion bis hin zu den Basis- und Detailengineering-Plänen wollen C-Jobs Marinearchitekten innovative und nachhaltige Lösungen für die globale maritime Industrie entwickeln.

Anstelle der klassischen Designspirale hat C-Job eine neue Arbeitsweise in der Konzeptionsphase implementiert: Die Accelerated Design-Methodik. Diese neue ganzheitliche Schiffsentwurfsmethode berücksichtigt alle Aspekte des Schiffsdesigns gleichzeitig, was möglich ist, da jeder Aspekt des Konstruktionskreises (siehe Abbildung 1) bei C-Job automatisiert wurde. Der automatisierte Designkreis gibt dem Unternehmen die Möglichkeit, jedes Konzeptdesign zu optimieren.

Der Optimierungsprozess kann beginnen, nachdem ein Schiffsarchitekt ein Konzeptdesign erstellt und parametrisiert hat (siehe Abbildung 2). Die Software versucht dann verschiedene Kombinationen der Entscheidungsvariablen. Aspekte, die zum Beispiel verbessert werden können, sind Gesamtbetriebskosten und Umweltauswirkungen. Die Software optimiert das Konzeptdesign, indem Rumpfform, Geometrie und Kompartimentierung geändert werden. Dies geschieht so, dass das Design allen Anforderungen der Physik, der Aufsichtsbehörden und des Auftraggebers gerecht wird.

Da es für einen Schiffsarchitekten unmöglich ist, alle Abhängigkeiten zwischen den Entscheidungsvariablen, den Beschränkungen und den Zielen zu berücksichtigen, wird der Optimierungsprozess von einem Optimierungsalgorithmus geleitet. Der bei C-Job verwendete Algorithmus ist CEGO (Constrained Efficient Global Optimization). CEGO wurde von C-Jobs Data Scientist Roy de Winter in enger Zusammenarbeit mit dem Leiden Institute of Advanced Computer Science entwickelt. Da CEGO sehr effizient ist und in der Lage ist, die Optimierungskriterien und die Randbedingungen zu modellieren, ist es für die Optimierung von Schiffen geeignet. Durch die Verwendung des Optimierungsalgorithmus wird der Mensch aus der Schleife genommen, was eine Menge repetitiver Arbeit erspart und dem Algorithmus erlaubt, aufregende Innovationen hervorzubringen.

Das Ergebnis des Optimierungsprozesses ist eine Sammlung optimierter Designvariationen. Die Sammlung besteht typischerweise aus mehreren optimalen Designs. Wo ein Entwurf billiger zu bauen, aber teurer zu betreiben ist, während das andere Design teurer zu bauen, aber weniger teuer zu betreiben ist. In Absprache mit dem Kunden wird eines der optimierten Designs ausgewählt. Für das gewählte Design werden die allgemeine Anordnung, der Rumpf, die Geometrie und die Kompartimentierung detaillierter gezeichnet. Dieses detailliertere Design kann dann für die nächste Stufe der Schiffsentwicklung verwendet werden.