Weight estimator tool with uncertainty analysis for ship concept design

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis

Authors

Date

2017-08-28

Department

Major/Subject

Meritekniikka

Mcode

K3005

Degree programme

Konetekniikan koulutusohjelma

Language

en

Pages

59 + 23

Series

Abstract

Weight estimation is one of the most important tasks in ship design process. It would be beneficial to obtain an estimate as early as possible. However, the challenge in obtaining a weight estimate in concept phase is the lack of actual data on which to base the estimate as usually only the main dimensions and limited amount of other data are available. This thesis is done to develop a weight estimator tool for concept design phase to work with an intelligent general arrangement 3D design program. The tool imports design data from the 3D program and combines it with statistical analysis based on reference ships to provide a weight estimate for the concept ship. The tool calculates uncertainty in the statistical analysis, which can be used to estimate the reliability of the weight estimate. Two feature selection algorithms were used and analysed in this thesis as a novel approach on parameter selection for ship weight estimation. They were utilized to find the most correlating parameters of the reference vessels in order to create regression models with the smallest errors possible. The performances of the algorithms were found out to be satisfactory and the usage of these kinds of algorithms and big data analysis could be utilized more in ship design process. The performance and usage of the weight estimator tool was found to be desirable by case study estimation. The tool provided an accurate weight estimate with errors and standard deviations for the total weight and each of the weight groups, as well as centre of gravity estimates for them. Centre of gravity estimates were based on the actual data obtained from the 3D model with justified assumptions of the typical locations of the centres of gravity. This tool was created to work in parallel with the 3D design program during design process. It can be used to provide time savings and accurate statistical estimates for the weights of ships, provided the reference database is well made, comprehensive, and has enough ships for sufficient statistical analysis.

Painoarvio on yksi tärkeimmistä tehtävistä laivan suunnitteluprosessin aikana. Luotettava arvio olisi hyödyllistä saada mahdollisimman aikaisessa vaiheessa suunnittelua. Sen tuottamisen haasteena konseptivaiheessa on tiedon puuttuminen, johon arvio voitaisiin perustaa. Yleensä vain päämitat sekä rajoittunut määrä muita tietoja on saatavilla. Tässä työssä on kehitetty painonarviointityökalu toimivaksi erään älykkääseen yleisjärjestelyyn pohjautuvan 3D-suunnitteluohjelman kanssa konseptivaiheen suunnitteluun. Työkalu saa tarvittavan datan suunnittelun kohteena olevasta laivasta 3D-ohjelmasta, ja yhdistää sen referenssilaivojen perusteella tehtyyn tilastolliseen analyysiin. Työkalu laskee arvion epävarmuuden, jota voidaan käyttää painoarvion luotettavuuden arviointiin. Työssä käytettiin ja analysoitiin kahta piirteenvalinta-algoritmia uutena menetelmänä parametrien valinnassa laivan painoarvioinnissa. Niitä hyödynnettiin parhaiten korreloivien parametrien etsinnässä referenssilaivoista, jotta pienimmän virheen tuottavat regressiomallit saatiin löydettyä. Algoritmien suorituskyky havaittiin hyväksi, ja tämän tyyppisten analyysien käyttöä suuren datamäärän kanssa voitaisiinkin hyödyntää enemmän laivansuunnitteluprosessissa. Painonarviointityökalun toimivuus ja suorituskyky havaittiin toivotuksi. Työkalu tuotti paikkansapitävän painoarvion painopisteineen, virheineen ja keskihajontoineen kokonaispainolle sekä painoryhmittäin eriteltynä. Painopisteet perustuivat tilojen oikeisiin sijainteihin, jotka saatiin 3D-mallista, yhdistettynä perusteltuihin olettamuksiin niiden tyypillisistä sijainneista. Työssä luotu työkalu on tarkoitettu toimivaksi mainitun 3D-suunnitteluohjelman rinnalla. Sen avulla voidaan saavuttaa ajansäästöjä sekä luotettava painoarvio, kunhan referenssitilasto on koottu hyvin, ja se sisältää tarpeeksi monta laivaa tilastollista analyysia ajatellen.

Description

Supervisor

Romanoff, Jani

Thesis advisor

Leino, Olli

Keywords

ship, weight estimation, concept, statistical analysis, standard deviation, feature selection

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201709046898

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG