LEE- Deniz Ulaştırma Mühendisliği-Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/19252

Gözat

Yazar "Arslanoğlu, Yasin" ile LEE- Deniz Ulaştırma Mühendisliği-Doktora'a göz atma
  • Öge
    Decarbonization pathways in maritime transportation: A techno-economic analysis of alternative marine fuels
    (Graduate School, 2024-10-11) Ejder, Emir ; Arslanoğlu, Yasin ; 512202006 ; Maritime Transportation Engineering
    The doctoral thesis addresses the decarbonization challenge that the maritime transport sector, a key player in global trade, is confronting in the context of climate change, one of the most pressing environmental challenges of the 21st century. By thoroughly examining the potential of alternative fuels and emission reduction technologies in their technical, economic and environmental dimensions, the study provides a comprehensive and robust analytical framework for the sector's transition to a sustainable future. The research's theoretical foundation is based on sustainable transition theory, a socio-technical systems approach, and technological innovation systems literature. This theoretical framework allows us to conceptualize the decarbonization of the maritime transport sector not only as a technological issue but also as a system transformation involving complex socio-economic and political dynamics. From a methodological perspective, the study adopts a mixed research design involving a sophisticated combination of qualitative and quantitative methods. The approach allows us to address the research topic's multidimensional nature comprehensively. The study examines different aspects of the decarbonization process of the maritime transport sector through three interrelated original papers. The first paper deals with the use of ammonia-fueled engines on bulk carriers. In this study, a techno-economic analysis method supported by Monte Carlo simulation is used. The analysis also takes into account regulatory frameworks such as the recently introduced Energy Efficiency Existing Ship Index (EEXI) and Carbon Intensity Indicator (CII) of the International Maritime Organization (IMO). This approach allowed us to assess the potential and limitations of ammonia within the current regulatory context. The second paper presents a comparative cost-benefit analysis of various emission reduction techniques for container ships. Nine different scenarios are analyzed, revealing the economic and environmental impacts of scrubber systems, LNG, ammonia, and other alternative fuels. The study contributes to the literature, especially examining the technological and economic trade-offs between retrofitting the existing fleet and new building ships. The third paper's empirical analysis of LNG and dual-fuel engines, based on real-world data from 11 sea voyages over a three-year period, provides valuable insights. The use of the decision tree method in this study not only reveals the potential of LNG in the context of IMO's 2050 emission targets but also highlights the practical limitations of this technology, thereby offering actionable guidance for industry professionals. The study's findings show that alternative fuels and emission reduction technologies have significant potential for decarbonizing the maritime transport sector. However, realizing this potential requires overcoming various technical, economic and operational challenges. For example, while using ammonia reduces total fuel consumption and effectively reduces NOX emissions compared to VLSFO and MGO, it also has disadvantages such as low energy density and high production costs. Similarly, while using LNG reduces about 30 per cent of CO2 emissions, it faces problems such as the problem of methane leakage and the inability to meet the IMO's 2050 targets fully. One of the study's most important conclusions is that there is no single universal solution for the sector's decarbonization. The effectiveness of emission reduction technologies varies depending on ship type, operational profile, economic factors, and even geographical region. This underscores the need for multifaceted and adaptive strategies, providing a sense of reassurance about the sector's flexibility and resilience in the face of decarbonization challenges. The research also illuminates the complex relationships at the intersection of technological innovation, economic feasibility, and regulatory frameworks. For example, IMO regulations such as EEXI and CII significantly influence the technology choices of ship owners and operators. It shows that the sector's decarbonization process is a technological issue and a complex socio-technical transition process with institutional, economic, and political dimensions. The thesis findings highlight that the sector's decarbonization should be gradual. In the short term, measures to improve the energy efficiency of the existing fleet (e.g. operational optimization, hull and propeller upgrades) will be important. In contrast, in the medium term, the role of transition fuels such as LNG will increase. In the long term, a transition to zero-emission fuels such as ammonia and hydrogen seems inevitable. The success of this transition process depends on the cooperation of all sector stakeholders and the development of holistic policies. The study also highlights the critical role of decarbonization of the maritime transport sector in the fight against global climate change. The target of the Initial GHG Strategy adopted by IMO in 2018 to eliminate the total annual GHG emissions of the sector by 2050 is very ambitious. The realization of this target requires not only technological innovations but also fundamental changes in the sector's business models, operational practices and regulatory framework. Another important finding of the research is the multidimensional nature of the barriers to the adoption of alternative fuels and emission-reduction technologies. Technical challenges (e.g. lack of fuel infrastructure, required changes in ship designs), economic barriers (high initial costs, uncertain return on investment), and institutional barriers (regulatory uncertainties, lack of industry standards) complicate this transition process. To overcome these barriers, it's crucial for public-private partnerships to be strengthened, making the audience feel involved in the sector's transition. The study also addresses the potential impacts of decarbonization of the maritime transport sector on global supply chains. The transition to alternative fuels will require restructuring fuel supply chains, which may affect global trade flows. For example, the widespread use of fuels such as LNG or ammonia will require new infrastructure investments for production, storage and distribution. It may increase the strategic importance of some ports and regions while reducing the competitiveness of others. Another significant contribution of the thesis is its analysis of the financing of the decarbonization of the maritime transport sector. The study reveals that more than traditional financing models may be needed to support the sector's long-term and costly transformation. In this context, the potential of innovative financing mechanisms such as green bonds, carbon credits and sustainability-linked loans is highlighted. In conclusion, this PhD thesis provides a comprehensive analytical framework for the transition of the maritime transport sector towards a sustainable future. The study emphasizes the need for a multifaceted approach to reducing the sector's carbon footprint while also highlighting the challenges and opportunities that may be encountered in this process. In this context, it is concluded that technological innovations, economic incentives, regulatory frameworks, and sectoral cooperation need to be addressed in an integrated manner. This research provides valuable insights for policymakers, industry leaders, and academics and a solid theoretical and empirical foundation for future research. However, the study also has some limitations. In particular, the limited number of vessel types and operation profiles examined may affect the generalizability of the findings. Moreover, the rapidly evolving technological and regulatory environment may necessitate updating the study's findings. For future research, it is important to extend and deepen the scope of this study. Examining a wider range of ship types and operational profiles will increase the generalizability of the findings. However, a more in-depth examination of the effects of global supply chains and geopolitical factors on alternative fuel adoption to understand the long-term impacts of alternative fuels and emission reduction technologies could enrich the body of knowledge in this field. Decarbonization of the maritime transport sector is critical not only for the sector itself but also for the global climate change response. This thesis aims to contribute to the sector's transition to a sustainable future by presenting the strategic approaches necessary to tackle this complex and multidimensional challenge. The successful transformation of the sector will be possible through coordinated efforts by all stakeholders, continuous innovation, and long-term, stable policy frameworks.
  • Öge
    Denizcilikte kompleks sistem kaza analizi için yeni bir model önerisi
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-08-01) Ceylan, Bulut Ozan ; Arslanoğlu, Yasin ; 512202004 ; Deniz Ulaştırma Mühendisliği
    Kazaların neden oluştuğunu anlayabilmek, ileride oluşacak kazaları engellemek adına son derece önemlidir. Kaza nedenselliğinin sonuçları mal, çevre ve insan yaşamı için son derece yıkıcı etkilere sebep olabileceğinden, birçok alan için her zaman kritik ve sıklıkla çalışılan bir konudur. Bu bağlamda, kazaların analiz edilerek güvenlik kavramının iyileştirilmesi, birçok sistemin temel hedefi haline gelmiştir. Kazaların neden oluştuğunu anlamak ve kazanın ardında gizlenen tüm faktörleri ortaya çıkartmak amacıyla tarih boyunca çeşitli kaza analiz yöntemleri önerilmiş ve kullanılmıştır. Bu yöntemler, genellikle içinde bulunduğu ortamı yansıttığından, bazıları salgın hastalık durumundan, bazıları ise dönemin teknolojik şartlarından etkilenmiştir. Fakat genel olarak kaza analiz yöntemleri oluşan kazaların, birbiri ardına tetiklenen olaylar sonucu meydana geldiğini kabul eden, doğrusal bir akış içerisinde kazayı inceleyen mekanizmalara sahiptir. Son yıllarda hızla gelişen teknoloji sayesinde gelişmiş ekipman, yazılım ve sistemler endüstride kullanılmaya başlanmıştır. Daha önceki yıllarda sadece mekanik temellere dayanan endüstri insan, makine ve yazılım unsurlarını beraber barındıran dinamik ve karmaşık süreçlere sahip yapılara evirilmiştir. Artık, pek çok sistem, yazılım ve insan tarafından kontrol edilen makineler ve bunların birbiri ile etkileşimini içermektedir. Tarih boyunca, diğer mekanik sistemlerde olduğu gibi, günümüz karmaşık sosyo-teknik ortamlarında da kazalar yaşanmakta ve bu kazalar analiz edilmektedir. Kompleks yapıdaki tesislerin mühendislik sistemleri, dinamik ve karmaşık bir yapı içerisinde hareket eden bileşenlere sahiptir. Bu sosyo-teknik sistemin kaza analizi, süreç güvenliği ve risk mühendisliği açısından diğer sistemlerden daha büyük bir öneme sahiptir. Ancak günümüz kompleks sistemlerinde, ortaya konduğu dönemin mekanik endüstri anlayışını yansıtan ve olayların zincirleme reaksiyonlar sonucu geliştiği fikriyle çalışan kaza analiz yöntemleri başarılı olamadığı görülmüştür. Uzun yıllar önce ortaya konmuş bu yöntemler, insan, makine ve yazılım etkileşimlerinin tümünü yakalamada başarısız olabilmektedir. Ayrıca anlık olarak değişen dinamik sistemlerde, sıralı olarak analiz yapan bu yöntemlerin etkili olması beklenmemektedir. Bu yöntemlerin ortaya konduğu tarihteki mekanik sistemler ile günümüz kompleks sistemleri kıyaslandığında, çok büyük farklar olduğu açıktır. Bu nedenle, bugünün karmaşık sistemlerini analiz edebilen, yeni nesil kaza analiz tekniklerinin önemi gün geçtikçe artmaktadır. Bu ihtiyaç ışığında, araştırmacılar tarafından sistem teorisine dayalı yeni kaza analiz yöntemleri tanıtılmaya ve kullanılmaya başlanmıştır. Sistem teorisi tabanlı AcciMap, Sistemler-Teorik Kaza Modeli ve Süreçleri (STAMP) ve Fonksiyonel Rezonans Kaza Modeli (FRAM) en tutarlı yapıdaki ve sık çalışılan sistematik yaklaşımlardır. Bu analiz yöntemlerinden biri olan STAMP, Leveson tarafından karmaşık sistemlerde analiz yapmak üzere, geleneksel kaza analizinin sınırlamalarına cevap verebilecek şekilde tasarlanmıştır. Bu yöntem, güçlü algılama kabiliyeti sayesinde, dinamik ve karmaşık bir yapının her türlü bileşen hatasını ve bunların etkileşimlerini tespit edebilmektedir. Diğer sistem teorisine dayalı yöntemlerle karşılaştırıldığında ise, STAMP'ın kazanın temel nedenlerinin belirlenmesinde daha kapsamlı olduğu, bazı çalışmalarla ortaya konmuştur. Ek olarak, bu yöntemin, karmaşık sistemlerde daha etkin bir kapasiteye sahip olduğu ve Accimap gibi diğer tekniklerden daha güvenilir analiz sonuçları üretebildiği de çeşitli çalışmalarla vurgulanmıştır. Fakat bu teknik sistem teorisine dayanmasına ve dinamik analitik yeteneklere sahip olmasına rağmen, hala geliştirmeye açık zayıf noktaları vardır. Dezavantajlardan biri, STAMP'ın sayısal bir analiz olmayıp nitel olarak analiz yapmasıdır. Literatürdeki çalışmalara bakıldığında araştırmacıların bu yöntemi çeşitli alanlarda, nitel olarak kullandıkları görülmektedir. Analiz sonucu tespit edilen eksiklikler, bir sıralama olmaksızın okuyucuya sunulmakta, faktörlerin eşit öneme sahip olduğu kabul edilmektedir. Bu sebeple, analiz sonrası bir öncelik sırası paylaşılamamaktadır. Buna ek olarak, yöntemin bilimsel çalışmalarda çok farklı şekillerde uygulanması, net uygulama adımları bulunmadığını göstermektedir. Daha özel bir bakış açısıyla, güverte ve makine bölümleri ile gemiler yukarıda bahsedilen karmaşık mühendislik yapıları arasında yer almaktadır. Ticari bir geminin makine dairesi, farklı süreçlere sahip çeşitli sistemler ve alt sistemler içermektedir. Örneğin, basınçlı hava, yağlama, soğutma suyu, ön ısıtma, egzoz, yakıt, sevk sistemi, yağ buharı algılama, makine koruma güvenlik sistemleri ile ana makine, geminin makine dairesi bileşenlerinden yalnızca bir tanesidir. Sadece geminin ana makinesinde bile, bu kadar çok bileşen varken, gemide bulunan jeneratörler, kazanlar, kompresörler, pompalar, dümen sistemi, acil durum jeneratör ve pompa sistemleri, gibi unsurlar düşünüldüğünde gemilerin son derece karmaşık yapılar olduğu görülmektedir. Makine kısmına ek olarak, geminin güverte kısmı da benzer şekilde çeşitli sistemlerle donatılmış durumdadır. Tüm bunlara insan faktörü ve gelişen teknoloji ile artan insan-makine etkileşimleri de eklendiğinde gemilerin yüksek karmaşıklıktaki durumu daha iyi ifade edilmiş olmaktadır. Karmaşık sistemleri analiz edebilen, yeni nesil kaza analiz yöntemleri, günümüzde çok farklı alanlarda kullanılmaya başlanmıştır. Sağlık, havacılık, demiryolu, petrol üretim, mühendislik süreçleri gibi sektörler bunlardan bazılarıdır. Denizcilik, tamamen karmaşık sistemler içermesine ve sistem teorisi temelli kaza analizleri son derece kapsamlı olmasına rağmen, bu yeni nesil yaklaşımlar denizcilik alanında henüz yeterince kullanılmamıştır. Denizcilik sektöründe, STAMP gibi yeni nesil kaza analiz yöntemlerini kullanan çok az çalışma bulunmaktadır. Yüksek karmaşıklığa sahip yapılar olan gemilerde yürütülecek olan kaza analizlerinin bu karmaşık yapıya cevap verebilen kapsamlı ve yeni nesil teknikler kullanılması gerekliliği açıktır. Bu sebeple, bu tez çalışmasında, yenilikçi kaza analiz yöntemleri ile denizcilikte kompleks sistem kaza analizi için yeni bir model önerisi sunularak bu ihtiyacın karşılanması amaçlanmaktadır. Çalışmada, kazalara katkıda bulunan faktörlerin araştırılması için, yeni bir analiz aracı önermektedir. Bu yaklaşım, karmaşık sistem kaza analizi dâhilinde, alternatif bir çözüm oluşturmak için, STAMP ve kural tabanlı bulanık FMEA yöntemlerini birleştirmektedir. Bu iki yönteme ek olarak, bazı yenilikçi adımlar da çalışmaya dâhil edilmiştir. Tez uygulaması kapsamında, önerilen modelin etkinliğini göstermek adına, iki adet yaşanmış gemi kazası incelenmiştir. İncelenen kazaların, makine kaynaklı olması ve insan, yazılım, donanım etkileşimlerini içeren son derece karmaşık bir yapıya sahip olması gözetilmiştir. Ayrıca, son dönemde artan teknolojik gelişmelerle hızlanan makine-insan etkileşimlerini daha iyi gösterebilmek adına, her iki kaza son yıllarda gerçekleşen, güncel vakalardan seçilmiştir. Her iki vakaya önerilen modelin adımları, sırasıyla uygulanmış, elde edilen faktörler, FRPN puanlarıyla beraber final raporu altında paylaşılmıştır. İlk uygulama olan M/V Vitaspirit kazası kapsamında, kazaya sebep olan faktörler tespit edilmiş, kodlanmış, daha sonra bulanık mantık ortamında uzman görüşü ile ağırlıklandırılarak, final raporu elde edilmiştir. Final raporu ışığında, bu kazanın, %71 insan faktörü, %12 donanım ve yazılım faktörü ve %17 dış faktör nedeniyle ortaya çıktığı ortaya konmuştur. Önerilen yaklaşıma göre, ikinci uygulaması vakası olan M/V Guroni olayında ise, kazanın %79 insan faktörü, %14 donanım ve yazılım faktörü ve %7 dış faktör nedeniyle oluştuğu tespit edilmiştir.
  • Öge
    Gemi elektrik şebekelerinde derin öğrenme uygulamaları
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-05-10) Uyanık, Tayfun ; Arslanoğlu, Yasin ; Kalenderli, Özcan ; 512162010 ; Deniz Ulaştırma Mühendisliği
    Denizcilik sektörü çok geniş kapsamda denetlenmesi gereken uluslararası bir sektördür. Bu sektördeki paydaşların denetlenmemesi durumunda büyük çevresel felaketler oraya çıkabilir, bu da doğaya ve insan yaşamına çok büyük zararlar verebilir. Denizcilik sektörünün denetleyici tepe organizasyonu olan Uluslararası Denizcilik Örgütü, sektördeki paydaşların faaliyetlerinin denetlenip düzenlenmesi adına çeşitli kural ve yönetmelikler uygulamaktadır. Sektörde faaliyet gösteren firmaların ise bu kural ve yönetmeliklere uyma yükümlülüğü vardır. Son yıllarda denizcilik sektörü vasıtasıyla taşınan ticari mal miktarının artması nedeniyle birtakım çevresel problemler baş göstermiştir. Bu problemler nedeniyle Uluslararası Denizcilik Örgütü çeşitli tedbirler almak zorunda kalmıştır. Bu tedbirler çerçevesinde çevre kirliliği ve emisyonların azaltılması adına çeşitli kurallar yayınlanmıştır. Denizcilik sektöründe Uluslararası Denizcilik Örgütü'nün koyduğu kuralların uygulanması yeni nesil teknolojilerin ve çevreci yöntemlerin denizcilik sektörüne dahil edilmesinin de önünü açmıştır. Bu bağlamda denizcilik firmaları çeşitli araştırma ve geliştirme faaliyetlerine ağırlık vermeye ve çevreci teknolojilerle emisyon oranını düşürmeye çalışmaktadır. Büyük firmalar açısından Uluslararası Denizcilik Örgütü'nün koyduğu emisyon sınırlamalarına uymak sahip oldukları büyük ekonomik güç sayesinde yaptıkları çalışmalar çerçevesinde daha kolay olabilirken nispeten küçük firmalar için ise bu süreçte bazı zorluklar olabilmektedir. Küçük firmalar bu süreçte fayda-maliyet analizi yaparak verimli ve ekonomik yöntemler araştırıp geliştirme ihtiyacı içindedir. Veriye dayalı teknikler, son yıllarda bilim dünyasının gündeminde yer almaya başlamıştır. Özellikle gelişen teknoloji sayesinde her türlü sistemden veri almanın geçmişe göre nispeten kolaylaşması veriye dayalı algoritmaların önemini arttırmıştır. Bu nedenle veriye dayalı algoritmaların son yıllarda uygulama alanı artmıştır. Hemen hemen bütün sektörlerde veriye dayalı algoritmaların çok çeşitli uygulamaları gündeme gelmekte ve yapılan uygulamalarda başarılı sonuçlar elde edilmektedir. Veriye dayalı yaklaşımlar bu noktada da öne çıkmakta ve başka endüstri alanlarına uygulanan teknikler denizcilik sektöründeki problemlerin çözümünde de katkı vermektedir. Denizcilik sektörü, gelişen teknolojiden nasibini almakta ve veriye dayalı uygulamalar sektörde bazı problemlerin çözümüne katkı vermeye başlamıştır. Örneğin; sisli ve olumsuz hava koşullarının hüküm sürdüğü sularda görüş mesafesinin bilinmesi denizcilik sektöründe seyir güvenliğinin sağlanması adına önemli bir problemdir. Bu problemin çözümünde çevresel koşulları kullanarak görüş mesafesinin hesaplanması gerekmektedir. Bu alanda yapılan çalışmalarda elde edilen başarılı sonuçlar sayesinde her türlü hava koşulunda görüş mesafesi tahmin edilebilmektedir. Denizcilik sektöründe en önemli gider kalemi yakıt tüketimi olarak öne çıkmaktadır. Bu nedenle denizcilik firmaları yakıt tüketimini azaltıcı teknolojilerin geliştirilmesi için yatırım yapmaktadır. Büyük firmalar açısından bu yatırımların maliyetinin karşılanması nispeten kolay olsa da küçük firmalarda durum böyle değildir. Yenilikçi teknolojiler ile gemilerini donatamayan firmalar zaman içinde piyasadaki yerini kaybetmekte, bazı firmalar ise Uluslararası Denizcilik Örgütü kurallarını sağlayamadıkları için çeşitli cezalar ve yaptırımlarla karşı karşıya kalmakta ve maddi zararlara uğramaktadır. Denizcilik sektöründe en önemli gider kalemi olan yakıt tüketiminin tahmini işlemi ile bir seferde karşılaşılabilecek bütün durumlar için sefer boyunca harcanan yakıt tüketiminin tahmin edilmesiyle ortaya çıkabilecek emisyonların hesabı yapılabilmektedir. Veriye dayalı algoritmalardan önce de yakıt tüketimi çeşitli yöntemlerle hesaplanıyordu ancak bu yöntemler sayesinde hesaplama süreçleri hızlanmış ve hesap karmaşası azalmıştır. Veriye dayalı yaklaşımlar başarılı olması yanında fayda-maliyet olarak verimli yöntemler olarak öne çıkmaktadır. Bu sayede ekonomik gücü nispeten düşük olan denizcilik firmaları da bu yeni teknolojiye erişebilmekte ve faaliyet gösterdiği sırada karşılaştığı problemleri veriye dayalı yöntemler yardımıyla çözebilmektedir. Bu tez çalışmasında, denizcilik sektöründe yer alan üç adet problem seçilmiş ve veriye dayalı yöntemler yardımıyla çözümler üretilmeye çalışılmıştır. "Gemi Elektrik Şebekelerinde Derin Öğrenme Uygulamaları" ile makine öğrenmesi ve derin öğrenme yöntemlerinin gemi elektrik şebekeleri üzerinde uygulanması sayesinde şebeke problemlerinin azaltılması, veriminin artması bu sayede de doğaya salınan emisyonların azaltılması gibi hedefleri gerçekleştirmede önemli bir çalışma olacağı öngörülmüş ve gemi elektrik şebekesinde oluşan sorunların çözümünde veriye dayalı yaklaşımlar kullanılmıştır. Literatürdeki çalışmalar incelendiğinde ülkemizde bu alanda yapılan çalışmaların kısıtlı olduğu tespit edilmiştir ve Uluslararası Denizcilik Örgütü kuralları ile ilgili cezalar, emisyonların azaltılamaması ve gemi enerji verimliliğinin artırılamamasının gelecek yıllarda Türk denizcilik sektörüne maddi zararları olacağı tespit edilmiştir. Yapılan çalışmanın çıktılarının ülkemiz denizcilik sektörü paydaşları ile paylaşılması sayesinde ülkemizin bu alanda güncelliği yakalaması ve uğrayacağı kayıpların en aza indirilmesi konusunda katkı verilmesi hedeflenmiştir. Tez kapsamında ele alınan ilk vaka çalışmasında ticari amaçla kullanlan bir konteyner gemisi seçilmiş ve bu konteyner gemisini işleten firmadan geminin belirli bir zamandaki sefer verisi elde edilmiştr. Elde edilen bu veri seti işlenip veriye dayalı algoritmaların üzerinde çalışabileceği işlenmiş bir veri setine dönüştürülmüştür. Elde edilen veri setindeki çok sayıdaki giriş değişkeninin yardımıyla veriye dayalı algoritmalardan çıkış değişkenini hesaplaması istenmiştir. Bu vaka çalışmasında literatürde sıklıkla karşılaşılan veriye dayalı algoritmalar yardımıyla yakıt tüketimi tahmini yanında gemide üretilen elektriksel gücün de tahmini yapılmıştır. Bu yeni çıkış değişkeni de çalışmayı özgünleştirmiştir. Elektriksel gücün tahmin edilmesi sayesinde verimlilik hesaplarında kullanılan bir değişken de pratik bir yöntem yardımıyla bulunmuştur. Çalışmada ayrıca veri setindeki değişkenlerin birbiri arasındaki ilişkilerin modellenmesi adına Pearson Korelasyon Matrisi ve çeşitli ikili grafikler kullanılmıştır. Algoritmalar ilk aşamada istenilen başarıyı sağlayamamışlar ve bu nedenle algoritma parametreleri ayarlanmıştır. Yapılan bu ayarlama işlemi sonrasında algoritmalar istenilen tahmin başarısını yakalamış ve tahmin işlemi sonlandırılmıştır. Bu aşamada algoritmaların bir ezberleme problemi olup olmadığının belirlenmesi ve elde edilen sonuçların doğrulanması adına K-katlamalı çapraz doğrulama yöntemi kullanılmıştır. Elde edilen doğrulama sonuçları herhangi bir ezberleme durumu olmadığını ve simülasyon sonuçlarını doğrulamıştır. Simülasyonlar sonucunnda gemideki elektriksel gücün tahmini için Derin Sinir Ağı algoritması en başarılı yöntem olarak ortaya çıkmıştır. Tez konusu ile ilgili yapılan ikinci vaka çalışmasında bir kimyasal tanker gemisinde elektrik ihtiyacını sağlayan jeneratörlerin ürettiği elektriksel gücün tahmini veriye dayalı yöntemler yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Çeşitli giriş değişkenlerinin yardımıyla çıkış değişkeni olan sistemde yer alan üç adet jeneratörün yükleri algoritmalar tarafından ayrı ayrı tahmin edilmiştir. Bu vaka çalışmasında önceki çalışmadan farklı olarak giriş değişkenlerinin tahmin sürecinde çıkış değişkeninin bulunmasında nasıl bir etkisinin olduğu da gösterilmiştir. Çalışma sonuçları incelendiğinde her bir jeneratörün gücünün ayrı ayrı tahmin edildiği senaryoda Karar Ağacı yöntemi en başarılı yöntem olurken, toplam yük tahmini senaryosunda ise Derin Sinir Ağı en başarılı algoritma olarak öne çıkmıştır. Tez konsunda yapılan son vaka çalışmasında ise bir konteyner gemisi incelenmiştir. Sefer sırasında genelde seyir durumunda faydalanılan ve ana makinanın ürettiği enerjinin bir kısmını elektrik enerjisine çevirerek gemide enerji verimliliğine katkıda bulunan şaft jeneratörünün ürettiği güç tahmin edilmiştir. Yapılan simülasyonlar sonucunda Çoklu Doğrusal Regresyon algoritması bu problem için en başarılı yöntem olmuştur. Tez çalışması kapsamında incelenen üç problem ve elde edilen sonuçlar ışığında veriye dayalı aloritmaların gemide ani güç dalgalanmaları karşısında alınabilecek önlemler, enerji verimliliğinin arttırılması konusunda yapılacak işlemler, iş güvenliği ve yapılan operasyonların güvenli bir şekilde tamamlanması hususlarında Denizcilik sektörü paydaşları açısından yararlı olabileceği saptanmıştır. İlerleyen yıllarda teknolojinin gelişmesiyle gemilerden anlık olarak veri alma işlemi yapılabilecek ve çok daha güçlü modeler yardımıyla tüm bu problemlere ilişkin çözümler daha da geliştirilebilecektir.
  • Öge
    Gemi makine dairesi bakım işlemlerinin verimlilik analizi
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-04-14) Karatuğ, Çağlar ; Arslanoğlu, Yasin ; 512192001 ; Deniz Ulaştırma Mühendisliği
    Tez kapsamında, denizcilik sektörü için yenilikçi bir konsept olan bu gemilerde benimsenebilecek bakım yaklaşımlarının belirlenebilmesi adına bir analiz gerçekleştirilmiştir. Günümüzdeki gemilerden tam otonom gemilere geçiş süreci için IMO 4 farklı kademe belirlemiştir. Bu kademelerdeki insansızlık ve özerklik seviyesine göre gemi makine sistemlerindeki bakım operasyonlarının uygulama şekillerinin farklı yönlerde olması gerektiği düşünülmektedir. Bu bakış açısı temelinde şekillendirilmiş olan bu üçüncü çalışma da AHP ve TOPSIS yöntemlerine dayanan hibrit bir çok kriterli karar verme yaklaşımı sunulmuştur. Karar verme süreci için 6 farklı bakım stratejisi tanımlanmıştır ve ekonomik, işletme ve teknik ana kriterleri altında sınıflandırılmış olan 27 alt kriter temelinde uzmanlardan alınan görüşlerden yararlanılarak değerlendirmeler yapılmıştır. Çalışma kapsamında geliştirilmiş olan karar verme süreci tam otonom gemi konseptine geçiş aşamasındaki 4 kademe içinde yürütülmüştür. Analizler uzmanlardan alınan görüşlere dayalı olarak gerçekleştirildiğinden ötürü, tüm kademelerdeki analizler için ayrı ayrı hassaslık analizi yapılarak kriterlerin önem dereceleri ortaya konmuştur. Analiz sonucunda ilerleyen yıllarda denizcilik sektöründeki bakım uygulamalarının verimli bir şekilde yürütülebilmesi adına uygulamaların kondisyon bazlı bakım temelinde şekillendirileceği belirlenmiştir. Tez kapsamında yapılan çalışmalar, gemi makine dairesindeki bakım uygulamalarının geçmişini ve bugününü kapsamlı bir şekilde ele almakta ve sektördeki yakın ve uzak zamanlı uygulamalara dair kayda değer stratejiler sunmaktadır. Önerilmiş olan yöntemler, denizcilik şirketleri ve paydaşları tarafından özümsenerek rahat bir şekilde uygulanabilecektir. Ayrıca, tez çalışması sonucunda elde edilen sonuçlar ile bu alanda çalışmak isteyen araştırmacılara konuya dair literatürdeki boşluklar hakkında önemli bilgiler sağlanmıştır.
  • Öge
    Konteyner liman operasyonlarının makine öğrenmesi yöntemleri ile analizi
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-01-28) Atak, Üstün ; Arslanoğlu, Yasin ; Kaya, Tolga ; 512182014 ; Deniz Ulaştırma Mühendisliği
    Deniz taşımacılığında seyir planlaması ve operasyon ile ilgili tahmin yürütebilmek için farklı türde veri kullanılabilmektedir. Hava durumu, yük bilgileri ve gemi özellikleri gibi verilerin uygun sistemler ile toplanıp analiz edilmesi enerji verimliliği sağlanması açısından değerli çıkarımlar yapılabilmesine olanak sağlayabilmektedir. Tıpkı elektronik seyir sistemleri ve yardımcılarında olduğu gibi elde edilecek verinin yenilikçi yöntemler ile operasyon sürecine dahil edilmesiyle birlikte deniz taşımacılığının güvenli, emniyetli ve uygun maliyetli bir şekilde tamamlamasına katkı sağlanabilmektedir. Öte yandan, veri bilimi uygulamaları farklı sektör uygulamaları ile son yıllarda yaygınlığını artırmaya başlamıştır. Uzman ya da analiz yapan kişiler yeterli ve doğru veri ile hesaplamalar yapabilmek için farklı yöntemleri kullanabilmektedir. Bu doğrultuda, ekipman ya da insan tarafından üretilen veri ile sistem davranış modellemesi yapılabilmektedir. Büyük veri, müşteri deneyimi analizlerinden veri madenciliği araçlarına kadar paydaşlara çeşitli çözümler sunabilmektedir. Operasyon verimliliği, sürücü destek sistemleri, tahminleyici bakım ve makine öğrenmesi uygulamaları ile çeşitli uygulama alanlarında çalışmalar bulunmaktadır. Benzer şekilde denizcilik sektörü uygulamaları sayesinde akıllı çözümler paydaşlara enerji tasarrufu ile birlikte uygun maliyetli seçenekler sunabilmektedir. Ayrıca, veri madenciliği çözümleri sayesinde daha büyük miktarda verinin üretildiği liman operasyonları için değerli analizler ve geliştirme hedefleri sağlanabilmektedir. Limana varış ve bekleme süresi tahmini yanı sıra yakıt tüketim hesabı ile hava kirliliğini azaltmak için gerçek zamanlı veri uygulamaları konteyner terminallerinde etkin makine öğrenmesi çözümlerinin ana başlıkları olarak değerlendirilebilir.
  • Öge
    Tanker gemilerinde tehlikeli yük operasyonları üzerine bir risk değerlendirmesi yaklaşımı
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2025-02-07) Elidolu, Dizem ; Arslanoğlu, Yasin ; 512192012 ; Deniz Ulaştırma Mühendisliği
    Deniz yolu ile sıvı yük taşımacılığı, geçtiğimiz yüzyılda petrolün stratejik öneminin artmasıyla önem kazanan, zaman içerisinde ise petrol, petrol türevi ürünler, kimyasallar ve gıda maddeleri olmak üzere yüzlerce çeşit hammadde veya ürünün kıtalar arası tedarikini sağlayan büyük ve köklü endüstrilerden biridir. Her yıl milyarlarca ton sıvı yükün taşımacılığı tanker gemileri aracılığıyla sağlanabilmekte iken, bu süreçlerin devamlılığının tankerlerin emniyetli işletilmesine bağlı olması son derece açık ve anlaşılabilir bir durumdur. Tanker gemilerinin dahil olduğu özellikle petrol sızıntıları gibi büyük kazalar bu gemilerin çevreye olan potansiyel yıkıcı etkilerinin fark edilmesine ve bazı uluslararası düzenlemelerin getirilmesine neden olmuştur. İnsan yaşamını ve denizel çevreyi tehdit eden birçok uygulama ve operasyonel süreç için başta SOLAS ve MARPOL konvansiyonları olmak üzere birçok kural yürürlüğe girmiş olup, bu kurallar günümüzde halen çeşitli kodlar ve yönetmelikler vasıtasıyla güncellenmeye devam etmektedir. Bu kurallar ile uyumlu olarak günümüzde modern tankerler emniyetli ve çevreye duyarlı bir şekilde işletimin sağlanması için çift cidar yapısı, radar, elektronik seyir sistemleri gibi teknolojileri ile donatılmaktadır. Bu ilerlemeler gemi operasyonlarında personele kolaylıklar sağlamasına rağmen, çeşitli riskler nedeniyle operasyonel süreçlerde istenmeyen olaylar veya kazalar meydana gelmeye devam etmektedir. Özellikle taşınan yüklerin özellikleri dikkate alındığında tanker gemilerinin yük işlemlerinin çeşitli riskler barındırdığı anlaşılmaktadır. Risklerin fark edilemediği veya tanımlanan riskler için uygun önlemler alınmadığı koşullarda patlama ve yangın gibi son derece tehlikeli kazalar meydana gelebilir. Buna bağlı olarak ise çevre kirliliği, ekonomik kayıp ve insan hayatına yönelik tehditler gibi sonuçlarla karşılaşılabilir. Denizcilik sektöründe kaza raporları incelendiğinde patlama ve yangının bütün gemi tipleri için yaşanabilecek en ağır kazalar arasında olduğu açıkça görülür. Bu kaza riskleri esasında tankerlerde her yanıcı yük elleçlemesinde mevcuttur ve operasyonların her aşaması düşünülerek risklerin değerlendirilmesi gerektirmektedir. Ancak bazı yüklerin tehlikelilik özelliği yanıcılıkla sınırlı kalmamaktadır. İnert gaz operasyonu gibi son derece emniyetli tedbirlerin yetersiz kalabildiği hatta yükün türüne göre inert gaz uygulanmaması gerekebilen, bunun yerine özel gereksinimleri olabilen yükler de mevcuttur. Bu özel durumlar genellikle reaktif yükler için geçerlidir. Reaktivite tehlikesi olan yüklerin operasyonel süreçlerinin iyi planlanması ve çeşitlenen risklere dikkat edilmesi can, mal ve çevre açısından kritik önem taşımaktadır. Dolayısıyla bu tez çalışmasında tankerlerde söz konusu tehlikeli yük operasyonları üzerine bir risk değerlendirmesi çalışması yürütülmüştür. Tezde tehlikeli yük kategorileri arasından reaktiflik özelliği olan yükler üzerine bir inceleme yapılmıştır. Reaksiyon bir maddenin su, hava, bir başka yük ile arasında olabildiği gibi, kendi kendine reaksiyona girebilen yükler de mevcuttur. Kendi kendine reaksiyon genellikle polimerleşme olarak da bilinir ve bu tür yüklerin inhibitör adı verilen katkılar eşliğinde taşınması oldukça önemlidir. Yükün inhibitörlü operasyonu özünde bir emniyet önlemi olarak uygulansa da bu süreç de kendi içerisinde farklı tehlikeler barındırmaktadır. Yükleme öncesinde, yükleme esnasında, açık deniz seyri esnasında, tahliyede ve tank temizliği aşamalarında kazalara neden olabilecek potansiyel birçok risk faktörü olabilmektedir. Bu tezde söz konusu özel gereksinimli operasyonlar odaklanılan konu olarak belirlenmiştir. Günümüzde kimya ve plastik endüstrilerinde kullanılan önemli bir hammadde olan ve deniz taşımacılığında inhibitörlü bir biçimde elleçlenmesi gereken stiren monomer örnek tehlikeli yük olarak seçilmiştir. Tezde literatürde risk analizi çalışmalarında sıklıkla kullanılan Hata Türü, Etkileri ve Kritiklik Analizi (FMECA) esas yöntem olarak belirlenmiş, yöntem ayrıca belirsizlik ve öznel yargıların analizi konusunda başarılı sonuçlar ortaya koyan bulanık mantık yaklaşımıyla desteklenmiştir. FMECA'nın ilk aşaması olan hataların tanımlanması için öncelikle stiren monomer yüküne dair bir literatür araştırması yapılmıştır. Temel özelliklerine dair bilgiler çoğunlukla kimya alanındaki çalışmalardan ve endüstriyel kaynaklardan edinilirken, bu yükün operasyonel tehlikelerinin anlaşılabilmesi için de ilgili kaza raporları incelenmiştir. Uygulamada ayrıca söz konusu tehlikeli ve özel gereksinimli yük operasyonlarına dair bilgi ve tecrübe sahibi altı denizcilik uzmanın görüşlerinden destek alınmıştır. Hataların tanımlanması aşamasını takiben, uzmanlar toplamda 24 hata türünü meydana gelme, şiddet ve tespit edilebilirlik risk parametreleri açısından değerlendirmişlerdir. Bu üç parametre sayesinde FMECA yöntemi bir risk öncelik sayısı (RPN) değeri hesaplamaktadır. Ancak FMECA'nın klasik yaklaşımındaki bu işlemin, parametrelerin eşit önemde kabul edilmesi, parametrelerdeki küçük değişimlerin RPN'e uygunsuz bir biçimde yansıması gibi kısıtları sebebiyle iyileştirilmesi gerektiğine kadar verilmiştir. Bu noktada bulanık mantığın bir yaklaşımı olan kural tabanlı bir çıkarım sistemi modellemesi yapılmıştır. Model üç girdi değişkeni (risk parametreleri), bir çıktı değişkeni (RPN değeri) ve 125 adet kural ile hazırlanmıştır. Değişkenlerin bulanık ortamda işlenebilmesi için literatürde risk analizi çalışmalarında rasyonel sonuçlar elde ettiği görülen Gauss üyelik fonksiyonları kullanılmıştır. Bu yöntem entegrasyonunun en önemli aşamalarından ve tez çalışmasının özgün yanlarından biri kural yapısının oluşturulmasıdır. Kurallar EĞER-O ZAMAN biçim formunda ve tezin konusuna uygun bir biçimde uzmanların görüşleri alınarak hazırlanmıştır. Bu sayede operasyonel risklerin daha güvenilir bir biçimde hesaplanması sağlanmıştır. Model kurulduktan sonra uzman değerlendirmeleri modelde işlenerek her bir hata türü için bulanık RPN (F-RPN) değerleri hesaplanmış ve risklerin önceliklendirmesi yapılmıştır. Analiz sonucunda stiren monomer için inhibitörlü yük operasyonları sürecinde en yüksek risk öncelik değerli hata türlerinin i 6.78 F-RPN değeri ile "İnhibitörün miktar bakımından yetersizliği", 6.71 ile "Kargo tankı içerisinde geçmiş yük/tank temizliği maddesi kalıntısı", 6.30 değeri ile "İnhibitörün stiren monomer içerisinde homojen olmayan dağılımı" ve 6.28'lik F-RPN değeri ile "Stiren monomerin ısıtmalı bir tanka bitişik veya yakın bir tanka yüklenmesi" olduğu görülmüştür. Her bir hata türünün neden, etki ve sonuç ilişkileri incelenmiştir. Tezde ayrıca en yüksek risk öncelik değerli hata türleri için uygulanabilecek risk kontrol seçenekleri sunulmuştur. Çalışma denizcilik endüstrisine reaktif yükler ve inhibitörlü yük operasyonları konusunda uygulanabilecek örnek bir risk değerlendirme yaklaşımı sunmaktadır. Risklerin analizi için oluşturulan modelin kural yapısı, söz konusu operasyonların tehlikesini yansıtabilmesi açısından konuya uygun bir biçimde oluşturulmuştur. Parametrelerin göreceli kombinasyonlarını ve özellikle şiddet parametresinin risk üzerindeki etkisini dikkate aldığı için, önemli risklerin göz ardı edilmemesi ve risklerin doğru bir şekilde önceliklendirilmesi mümkün olmuştur. Nitekim bu durum emniyet tedbirlerinin uygulanması konusunda zaman ve finansal kaynakların da etkili kullanımına katkı sağlayacaktır. Oluşturulan model diğer tehlikeli yüklerin risk analizi çalışmalarında da gerçekçi ve kullanışlı sonuçlar verebilecektir. Buna ek olarak tez çalışmasının tankerlerde tehlikeli ve özel gereksinimli yük operasyonları konusunda literatüre önemli bir katkı sağlaması, okuyuculara operasyonel riskler ve emniyet konusunda yararlı bakış açıları sağlaması hedeflenmektedir.