FBE- Gemi ve Deniz Teknolojisi Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

Gözat

Son Başvurular

Şimdi gösteriliyor 1 - 5 / 14
  • Öge
    Blade cup method for cavitation reduction in marine propellers
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021) Şamşul, Murat Burak ; Kükner, Abdi ; 724251 ; Gemi ve Deniz Teknoloji Mühendisliği
    Cavitation is a phenomenon that affects the components of a vessel below the water-plane. In many different conditions, the components of the propulsion system must operate at the limits of their capacity. Various conditions create limits on the Naval Architect's ability to design efficient and effective propulsion system components. In most of the projects, engineers and designers focus on the propeller design at the very last stages of the project. Engine selection is performed based on the ship resistance at the target ship speed. Engine power and torque are one of the major inputs for the propeller design. The gearbox reduction ratio is the other input that has a significant influence on the propeller. After collecting all of these design inputs, there is one more major limit which is the stern shape of the boat. The stern shape has different characteristics according to the type and operating purposes of the boat. However, stern shape limits the propeller diameter in most cases. This limitation affects the design that the pitch of the propeller should be increased to reach the thrust needed for satisfying the hull speed requirements. In such cases, increasing the blade pitch leads to high pitch ratio propellers which create a risk for cavitation occurrence. Cavitation occurrence starts when the local pressure values around the blade become lower than the vaporization pressure at the operating condition. A high pitch ratio that indicates a high blade angle of attack creates a risk of cavitation in these conditions. Propeller blade cup which is a geometric change on the trailing edge of the blades can be used for cavitation reduction. The blade cup produces an additional thrust and the additional thrust provides an opportunity to reduce the blade angle of attack. The decrement in the angle of attack of the blades leads to a reduction in the cavitation risk. The main dimensions of the propeller can be determined for a vessel based on the propulsion system components. Engine determination is performed according to the aimed hull speed for the vessel. The propeller is the part that converts the engine power to thrust which is needed to reach the aimed speed. In most cases, propeller main dimensions are limited with the stern shape of the boats. This limitation leads to create highly pitched propellers to use the engine torque for reaching the top speed of the vessel. Additionally, not only the maximum speed should be satisfied but also the boat needs to operate at the design cruising speed at the efficient engine rotation speed. If all of the defined conditions and limitations are considered, operating at the aimed hull speed without propeller cavitation may not be possible by only changing the main characteristics of the propeller. The propeller cup is a trailing edge drop that can be applied to a propeller blade in order to create additional thrust. The additional thrust that is created by the blade cup leads to an increased torque of the propeller. Blade pitch reduction optimisation is performed to decrease the propeller torque to the level of the initial no-cup propeller. This optimisation process provides cavitation reduction because of the reduced blade angle of attack. In this thesis, cavitation validation is performed for both a 3D propeller and a 2D blade section. Then a 3D cavitating propeller is created and the cavitating propeller is investigated by applying different levels of blades cup by Computational Fluid Dynamics (CFD). After showing the cavitation reduction capabilities of the propeller trailing edge cup method, the cavitating propeller is analyzed in several propeller advance ratios to understand the effects of the cup and create a blade cup drop vs. angle of attack decrement method. In the series calculation section, the 500mm diameter propeller which is used in the series calculations is converted to different cupped propellers by using the calculation results. The thrust coefficient values 0.3 and 0.32 is used and open water efficiency results are compared for the specified thrust coefficients. The results and propeller conversion examples show that the original no-cup propeller which is a cavitating propeller can be converted to light, medium or heavy cupped blades. The result graphs provide the required P/D decrement for each cupping level. Cavitation can be reduced or eliminated with the help of cupping and P/D optimisation. The open water efficiency of the propellers can be increased or kept constant.
  • Öge
    Emniyetli gemi operasyonları için hata türleri ve etkileri analizi (FMEA)'ne dayalı risk değerlendirme modeli geliştirilmesi
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021) Göksu, Serap ; Arslan, Özcan ; 670654 ; Deniz Ulaştırma Mühendisliği
    Gemi operasyonları esnasında hem çevresel hem de insan kaynaklı riskler, beklenmeyen ve istenmeyen aksaklıklara sebep olabilmektedir. Gemilerde, risk değerlendirme faaliyetleri çoğunlukla her bir operasyon için sabit risk değerlendirme formları ile yapılmaktadır. Ancak gemi operasyonları esnasında görüş durumu, geminin konumu, operasyonun yapıldığı zaman dilimi, hava durumu, akıntı hızı, gelgit durumu, trafik yoğunluğu, seyir bölgesi, gemi türü ve geminin boyu vb. dinamik faktörler bu riskleri artırabilmektedir. Gemilerde operasyonel risk değerlendirme formları mevcuttur ancak risk değerlendirme formlarında, bu dinamik riskler yer almamaktadır. Bu tez çalışmasında, gemi operasyonlarındaki riskleri artıran dinamik faktörler tespit edilmiş, nicel olarak operasyondaki hangi değişkenlerin hangi riskleri ne kadar artırdığını incelenmesi için deneyimli gemi adamlarına ön anket çalışması yapılmıştır. Daha sonra, oluşturulan bir uzman ekip ile dinamik risk faktörlerinin neden olacağı potansiyel hata türleri belirlenmiştir. Dinamik risk faktörlerinin değerlendirilmesi için Hata Türleri ve Etki Analizi (FMEA) yöntemi kullanılmıştır. Belirlenen hata türlerinin ortaya çıkma sebepleri, bu hata türleri meydana geldiğinde karşılaşılan durumlar ve bu hata türlerinin operasyon esnasında tespit edilip edilemeyeceği uzmanlar tarafından değerlendirilmiştir. Klasik FMEA'daki hatalı ölçüm ve uzman değerlendirmelerinden kaynaklanan belirsizliğin ortadan kaldırılması için çalışmaya bulanık küme teorisi dahil edilmiştir. Yanaşma/kalkma/halat ve demirleme operasyonu vaka çalışması olarak belirlenmiş ve önerilen yöntemin geçerliliği ve uygulanabilirliği gösterilmiştir. Bu kapsamda, yanaşma/kalkma/halat ve demirleme operasyonlarındaki statik risklere dinamik riskler eklenerek, operasyona ait toplam risk değeri hesaplanmıştır. Uzman değerlendirmeleri sonucunda, klasik FMEA ve bulanık FMEA'nın çıktısı olan RPN ve FRPN değerleri belirlenmiş ve hata türleri önceliklendirilmiştir. Elde edilen RPN ve FRPN değerleri karşılaştırıldığında, yapılan öncelik sıralamalarında önemli ölçüde farklılık olduğu görülmüştür. Çalışmanın sonucunda, hesaplanan FRPN değerlerine göre, dinamik risklerin oluşturduğu potansiyel hatalardan hangisinin operasyon süreci için daha kritik olduğu hesaplanmış ve geminin emniyetini etkileyen olası risklerin kontrol edilmesi ve proaktif bir yaklaşımla bu risklerin etkilerinin azaltılması veya ortadan kaldırılması için kontrol önlemleri belirlenmiştir. Risklerin önceliklendirilmesi, bu risklerin doğru yönetilebilmesi açısından önemlidir. Sınırlı kaynak ve insan gücünün daha etkin yönetilmesi, yeni risklerin ortaya çıkmasını da önleyecektir. Böylece, risk kaynaklı maliyetlerin azaltılması ve sınırlı kaynak aktarımlarının daha verimli yapılması sağlanabilecektir.
  • Öge
    Computer aided fairing of ship hull forms
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 1999) Narlı, Ebru ; Sarıöz, Kadir ; 100706 ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği  ; Naval Architecture and Marine Engineering
    Bu tezde gemi tekne formlarının düzgünleştirilmesi problemi tanıtılmakta ve ön dizayn aşamasında tekne formlarının düzgünleştirilmesi için kullanılabilecek yeni yöntemler sunulmaktadır. Bu yöntemler karmaşıklık açısından büyük farklılıklar gösterebilmektedir. Örneğin, problem basit olarak tekne formlarım uygun dereceden bir B-spline yüzeyi ile temsil etmek şeklinde tanımlanabileceği gibi çok daha karmaşık olarak bir nonlineer optimizasyon problemi olarak da tanımlanabilir. Tekne formlarının üç boyutlu düzgünlüğü hidrodinamik performans ve üretim kolaylığı açısından mutlaka sağlanması gereken bir özelliktir. Bu amaçla kullanılan konvansiyonel yöntem olan fiziksel tirizler ve ağırlıklar 18. yüzyıldan beri başarı ile uygulanmaktadır. Bu yöntemde üç boyutlu tekne formu üç ayrı düzlemde iki boyutlu dizayn eğrileri ile temsil edilir ve iteratif bir tarzda uygulanan düzgünleştirme işlemi sonunda üç boyutlu düzgün bir form elde edilebilir. Yeterli zaman ve deneyimli uzman bulunması durumunda bu yöntem oldukça başarılıdır. Yöntemin temel dezavantajlarından biri düzgünlük kriterinin uzmana bağlı olarak değişmesi ve aynı probleme çok farklı çözümler üretilebileceği gerçeğidir. Günümüzde yaygın rekabetin hüküm sürdüğü bir ortamda gemi ön dizaynı çok sayıda alternatifin kısa zaman dilimleri içinde geliştirilmesini ve güvenilir gelişmiş performans analiz yöntemleri kullanarak incelenmesini zorunlu kılmaktadır. Bu tür performans analiz yöntemleri hassas ve detaylı tammlanmış tekne formları gerektirmektedir. Bu durumda dizayner ön dizayn aşamasında kısa zaman dilimlerinde hassas ve detaylı olarak tanımlanmış düzgün alternatif tekne formları geliştirmek durumundadır. Tekne formu düzgünleştirme prosedürü halen çeşitli bilgisayar destekli gemi dizayn paket programlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Genel uygulamalar interaktif olarak gerçekleşmekte ve dizaynerin dizayn form eğrilerini interaktif olarak düzgünleştirmesi gerekmektedir. Genellikle, eğrilik eğrisi veya yüzeyi kullanılarak formun ne derece düzgün olduğu dizaynere sunulmaktadır. Bu yöntemler konvansiyonel yöntemin sahip olduğu tüm dezavantajlara sahiptir. Yani, objektif bir kriter yoktur, deneyimli personel gereklidir ve işlem zaman alıcıdır. Ön dizayn aşamasında çok sayıda hassas ve detaylı tammlanmış düzgün tekne formları geliştirmek durumunda olan dizayner otomatik olarak düzgünleştirme işlemi yapacak prosedürlere gereksinim duyacaktır. Bu tezde bu amaca yönelik olarak ön dizayn aşamasında kullanılabilecek üç yeni tekne form düzgünleştirme yöntemi geliştirilmiştir. Geliştirilen tüm yöntemlerin başarısı ve uygulanabilirliği gerçek tekne form ve eğrilerinin düzgünleştirme problemlerine uygulanarak gösterilmektedir. XV111 Geliştirilen ilk yöntem tekne form eğri ve yüzeylerinin doğrudan düzgünleştirilmesi olarak adlandırılmakta ve yöntemin esası, konvansiyonel tiriz ve ağırlık metodundan esinlenerek düzgünleştirmenin insan müdahelesi olmadan bilgisayar ortamında gerçeklenmesine dayanmaktadır. Tekne formlarının üç boyutlu düzgünleştirme problemi iki boyuta indirgenmekte ve tekne form dizayn eğrileri uygun dereceden B- spline eğrileri ile temsil edilmekte ve yeterli düzgünlük sağlanana kadar bu işlem iteratif olarak farklı düzlemlerde devam etmektedir. İterasyonlar sonucu her üç düzlemde yeterli yaklaşıklık elde edildiğinde üç boyutlu düzgün bir form elde etmek mümkün olabilmektedir. Bu yöntemle üretilen formların düzgünlüğü nümerik bir değer olan düzgünlük sayısının değeri ile değerlendirilmektedir. Düzgünlük sayısının tarifi düzgünlüğün saptanmasında en güvenli kriter olan eğrilik eğrisi yardımıyla, eğrilik eğrisini iyi bir yaklaşımla temsil ettiği varsayılan ikinci türev değerlerinin karelerinin toplamı olarak yapılmaktadır. Sonuçta elde edilen form, iterasyon sayısına bağlı olarak orijinal formdan farklı olabilmektedir. Bu tür durumlarda uygulanacak bir afin dönüşüm ile orijinal formun sahip olduğu form ve performans karakteristiklerini korumak mümkün olabilecektir. Geliştirilen ikinci yöntem tekne formlarının geriye dönük düzgünleştirilmesi olarak adlandırılmaktadır. Tekne formlarım düzgünleştirmek üzere eğrilik yüzeyleri uygun matematiksel yüzeyler ile temsil edilmekte ve geri dönüşüm ile tekne formu elde edilmektedir. Tekne formlarının düzgünlüğünü en iyi temsil eden kriterler eğrilik yüzeyine dayandığı için bu yüzeylerin düzgünleştirilmesi ile elde edilen yeni yüzeyler de orijinal yüzeye göre çok daha düzgün olmaktadır. Eğrilik yüzeylerini temsil etmek üzere çok farklı matematiksel ifadeler kullanılabilmektedir. Eğrilik yüzeylerini temsil etmek üzere avantaj lan ve başarısı kanıtlanmış B-spline teknikleri seçilmiştir. Kullanılan matematiksel ifadelerin eğrilik yüzeyini yakın temsili sağlanarak düzgünleştirilmiş yüzeyin orijinal yüzeye yakınlığı sağlanabilmektedir. Geliştirilen son yöntem tekne formlarının düzgünleştirilmesi için optimizasyon yaklaşımı olarak adlandırılmıştır. Tekne formlarının düzgünleştirilmesine yönelik çalışmalarda temel amaç tüm ara işlemlerin dizaynerden gizlenmesi olduğundan bu amaca yönelik olarak tekne form eğrilerinin düzgünleştirilmesi işlemi bir non-lineer optimizasyon problemi olarak formüle edilmektedir. Bu formülasyonda dizayn değişkenleri olarak tekne formunu oluşturan ofset noktalan, amaç fonksiyonu olarak ise tekne yüzeyinin düzgünlüğünü belirleyen eğrilik yüzeyine bağlı fonksiyonlar kullanılmaktadır. Değişik geometrik veya performansa bağlı kısıtlar kullanılarak problemin çözüm alanı sınırlanabilmektedir. Bu formülasyon ile gerçekleştirilen çalışmalar amaç fonksiyonunun ve kısıtların doğru seçilmesi durumunda düzgün tekne formlarının kolay ve hızlı bir şekilde elde edileceğini göstermektedir. Geliştirilen yöntemler gerçek tekne form eğri ve yüzeylerine uygulanarak pratik problemlerdeki uygulanabilirlikleri kanıtlanmaktadır.
  • Öge
    Tekne konstrüksiyonunda kullanılabilecek ferrosement yapının mekanik davranışı ve en uygun malzeme bileşenlerinin belirlenmesi
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 1986) Kaya, Haluk ; Özalp, Teoman ; 2239 ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları Mühendisliği ; Naval Architecture and Marine Engineering
    Ferrosement, son yıllarda tüm Dünya'da gittikçe yay gınlaşan; sertleşmiş beton ile onu takviye eden çelik tel ve çubukların oluşturduğu bir yapı malzemesidir. Konstrüksiyon kolaylığı ve maliyetinin düşük olması; özellikle küçük tekne lerin yapımı için malzemeyi çekici hale getirmektedir. Bu çalışmada; altıgen tel ağ ile pekiştirilmiş ferro- Sementin geometrik ve mekanik özellikleri kuramsal ve deney sel olarak incelenmiş ve gemi yapımında nasıl daha efektif olarak kullanılabileceği araştırılmıştır. Çalışma beş bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde, ferrosement genel olarak tanıtılmakta ve gemi inşaatına uygun olan ve olmayan özellikleri belirtil mektedir. Daha sonra malzemenin mekanik özellikleri üzerinde bugüne kadar yapılan çalışmalar özetlenerek eksik yönleri tar tışılmaktadır. Harç bileşiminin etkisini de göz önüne alarak deniz koşullarına ve tekne, yapımına uygun bir malzeme oluş turmaya yönelik çalışmalar ıu^gok az ve yetersiz olduğu sapta narak, araştırmanın bu yönde geliştirilmesi amaçlanmıştır. İkinci bölümde, ferrosement tekne yapımında kullanılan, çelik boru, çubuk ve tel ağların geometrisi incelenmiştir. Boru ve çubuklar tekneye gerekli form ve rijidliği vermek amacıyla kullanılmaktadır. Bunun dışında mukavemete katkıları çok azdır. Dolayısıyla kompoziti temsil eden birim hücre sa dece sertleşmiş beton ve altıgen tel ağ göze alınarak oluştu rulmuştur. Bezukladov | 14 | ve Shah|l|'m tel ağların pekiştir me özellikleri için verdiği tanımlar altıgen tel ağ ile pe kiştirilmiş ferrosemet kompozitine uygulanmış ye birim hücre için özgül yüzey 2. 3 ; pekiştirme oranı 2.12 ve çelik içeriği 2.17 nolu denklemler ile verilmiştir. Daha sonra çelik çubuk ve boruların' etkisini de görebilmek amacıyla en genel ferro sement yapı tipi olan D-tipi yapı için bu tanımlar genelleş tirilmiştir. Özgül yüzey için 2.21, pekiştirme oranı için 2.26 ve çelik içeriği için 2.29 denklemleri elde edilmiştir. Ayrıca teller arasındaki ortalama mesafe ve ortalama» tel sa yısı için 2.32 ve 2.23 ifadeleri geliştirilmiştir. Üçüncü bölümde, kompoziti oluşturan çelik teller ve beton matris için ger ilme-bir im uzama denklemleri 3.3 ve 3.4 denklemleri ile verilmiştir. Sertleşmiş beton ve onu pekiştiren tek bir çelik teli ayrı ayrı homojen, izotrop ve lineer elastik kabul ederek or- totropik malzemenin Ex, E", Vxy, VyX ve Gxv elastik sabitleri karışım kuralları ile yazılmıştır. Kuvvet etkime yönü ile lif doğrultuları farklı olduğundan kuvvet etkime doğrultusundaki malzeme sabitleri tansörel dönüşümle bulunmuştur. Neticede bi rim hücrenin iki bileşeni seçilen yükleme durumu için seri bağ lı kabul edilerek altıgen kümes teli ile pekiştirilmiş ferro- sementin sabitleri hesaplanmıştır. Çalışmanın dördüncü bölümü, deneysel araştırmaya ay rılmıştır. Ferrosement tekne kaplaması için en kritik geril melerin çekme gerilmeleri olduğu düşünülerek, kesiti (7 cm x 2 cm) olan özel numuneler üzerinde uniform çekme deneyleri yapılmıştır. Deneylerde kullanılan çimento, agrega, tel ağ gibi malzeme bileşenlerinin hangi kriterlere göre seçildiği açık lanmış, fiziksel, kimyasal ve mekanik özellikleri diagram ve tablolarla verilmiştir. Beton karışımı hesabının nasıl yapıldığı bölüm 4.3'de açıklandıktan sonra hazırlanan çekme numunesi kalıplarını kullanarak ön deneyler yapılmış ve ferrosement harçları için (w/c) su-çimento oranına ve (c) çimento dozajına bağlı olarak hava boşluğu oranları verilmiştir. Deneyler için agrega granülometr isi sabit kalmak üzere su/çimento oranları 0,35-0,40-0,45; çimento dozajları 450 kg/m3-600 kg/m3-750 kg/m3 ve tel ağ katları 0-4-8-12-16 de ğerlerini alan 45 tip numune hazırlanmıştır. Deney sonuçla rında olası sapmaları düşünerek her tipten 5'er adet olmak üzere toplam 225 numune üretilmiştir. Üretim için tasarımı yazar tarafından yapılan özel kalıplar kullanılmıştır. Numu neler 1 gün kalıp içinde, 6 gün su içinde bırakılmış, döküm den 28 gün sonra çekme deneyine tabi tutulmuşlardır. Çekme deneyleri 20 tonluk universal çekme makinesinde yapılmıştır. Boy yönündeki uzamalar, özel olarak tasarlanan bir boyuna deformasyon çerçevesi, en yönündeki kısalmalar ise bir enine deformasyon çerçevesi kullanarak endüktif transdu- cerler yardımı ile elektronik olarak ölçülmüştür. Neticede herbir numune için ger ilme-boyuna şekil değiştirme diagramla- rı çizilmiş, ilk çatlama ve göçme gerilimleri saptanmıştır. Ferrosement kompozitinin sürekli fazını oluşturan sert leşmiş betonun mekanik özelliklerini saptamak amacıyla ayrıca 010x20 cm'lik silindirler üretilmiş ve standart basınç ve si lindir yarma deneyleri yapılmıştır. Beşinci bölüm elde edilen sonuçların değerlendirilme-^ sine ayrılmıştır. Ferrosement harçlarının klasik beton harç larından farklı olması nedeniyle yoğurma suyu miktarının çök- me ve VeBe değerlerine etkisi, koaıpozit birim ağırlığı, hava boşluk oranının tel miktarı ile değişimi, su emme, basınç mu kavemetinin çimento dozajı ye w/c oranı ile değişimi gibi normal betonlarda çok incelenmiş konular yeniden değerlendi rilmiştir. Aynı şekilde ferrosement harçları için basınç mukave meti ile silindir yarma deneyinden bulunan çekme mukavemeti arasındaki ilişki, yoğurma suyu miktarının basınç elastiklik modülüne etkisi, basınç mukavemeti ile elastiklik modülü ara sındaki ilişkiler araştırılarak diagramlarla ve analitik ifa delerle verilmiştir. - Bölüm 3* de ferrosement kompozitinin elastik sabitleri nin hesabı için verilen yöntem; deneysel sonuçlarla karşılaş- tırılmıştır. Kompozitin boyuna ve enine elastiklik modülleri pekiştirme oranı ile lineer olarak artmaktadır. Ancak tel yüz desi çok küçük değerlerde kaldığından bu artış önemli boyutla ra ulaşamamaktadır. Benzer ilişki Poisson oranları ve kayma modülünde de gözlenmektedir. Geliştirilen teorinin deneysel sonuçlar ile yeterli uyum içinde olduğu gözlenmiştir. İlk çatlama gerilmesi de pekiştirme oranı ile doğrusal olarak artmaktadır. Ayrıca beton fazının etkisi ile ilk çat lama gerilimi su/çimento oranı ve çimento dozajı ile de ilgi lidir. Maksimum ilk çatlama gerilmesine ulaşmak için pekiş tirme oranını yükseltirken çimento dozajını bir ölçüde düşür mek gerektiği bulunmuştur. Ayrıca pekiştirme oranı arttıkça ilk çatlama anındaki boyuna uzama ve enine kısalmaların da doğrusal olarak arttığı görülmüştür. İlk çatlağın oluşmasından sonra çatlak gelişme bölge sine girilmektedir. Bu bölgede de; çatlamalar sırasında olu şan çok küçük gerilme düşüşleri dışında gerilme ve birim uza maların orantılı olarak arttığı gözlenmiştir. Dolayısı ile literatüre uygun olarak | 27 | çatlaklı bölge için de deformas- yon modülü, Poisson oranı ve kayma modülü ölçülmüştür. Bu de ğerlerin pekiştirme oranı arttıkça azaldıkları görülmüştür. Gerilmenin belli bir maksimum değerinden itibaren çat lak oluşumu durmakta, uzamalar büyük değerlere çıkmakta, di ğer bir deyişle inelastik akma bölgesine girilmektedir. Bu bölgede ancak maksimum gerilme (ömax) ve kopma anındaki (ölçü b&lgesinde kalmıyorsa) maksimum boyuna uzamalar (eı max) ve maksimum enine kısalmalar (£2 max) ölçülebilmektedir. CJmax £.\ ^y ve £2 max değerlerinin pekiştirme oranına bağlı olarak arttı ğı, ayrıca aie/amax, ei/ei max. £2/^2 max oranlarının in celenmesi ile pekiştirme oranı arttıkça nihai değerler ile ilk çatlama arasındaki farkın büyüdüğü saptanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre ilk çatlama gerilimi en yüksek ancak hafiflik, ekonomiklik ve işleme kolaylığı bakı mından en uygun ferrocement yapı bileşenleri; tel ağ sayısı : n = 16 pekiştirme oranı : Vç = 0.035 çimento dozajı : c = 570 kg/m^ - 600 kg/m^ su/çimento oranı : u/c = 0.45 olarak belirlenmiştir. Son olarak tüm çalışmanın önemli sonuçları tekrar özet lenmiş ve bunlarla ilgili olarak yazarın Ferrosement tekne ya pımı ile ilgili önerileri sunulmuştur.
  • Öge
    Simulation modeling and analysis of ship production : a case study
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 1998) Alkaner, Selim ; Baykal, Reşat ; 75025 ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları Mühendisliği ; Naval Architecture and Marine Engineering
    Bu çalışmada, benzetim (simülasyon) modelleme ve analizinin gemi üretiminde karar desteği olarak kullanımı incelenmiştir. Benzetim modelleri, mevcut sistemin analizi ve üretimde karşılaşılacak problemlerin çözülmesinde etkin bir araçtır. Tezde yeralan örnek çalışma, gemi üretimi prosesinin detaylı bir şebeke analizinden yola çıkılarak kurulan simülasyon modelinin kullanılması ile, tesis kullanımı ve tersane yönetimince alınacak üretim kararlarına önemli bir veri katkısı sağlayacağım göstermiştir. Gemi inşaatı, yapısı itibarı ile, proje-tipi üretim olarak sınıflandırılmaktadır. Bu tür üretimde ilgili üründen çok kısıtlı sayıda, genellikle bir adet talep edilir ve üretim de müşteri siparişi üzerine başlatılır. Proje tipi üretimin diğer bir özelliği de, projeyi oluşturan tüm faaliyetlerin önceden belirlenen bir zaman periyodu içerisinde tamamlanması gerekliliğidir. Üretimin bu süre içerisinde tamamlanabilmesi için ise tesis, malzeme ve kaynak kullanımının sürekli olarak kontrolü gerekmektedir. Üretimin planlanması ve kontrolü, gemi inşaatının yapısal özellikleri ve tersanenin içinde bulunduğu çevre faktörleri de gözönüne alındığında giderek güçleşir. Bu duruma yol açan üç ana sebep vardır: yapılan üretimin karmaşıklığı, işlemlerin stokastikliği ve sistem üzerinde etkili olan belirsizlikler. Bu çalışmada incelenen benzetim yaklaşımı, diğer analitik metotlarla etkin bir şekilde analiz edilemeyecek derecede karmaşık olan gemi üretiminin stokastik bir sistem olarak modellenmesini ve incelenmesini mümkün kılmaktadır. Yapılan literatür taraması sonucunda, CPM (Kritik Yol Metodu) ve PERT (Proje Değerlendirme ve Kontrol Tekniği) gibi klasik Şebeke Analizi Metotlarının proje ve faaliyet sürelerini deterministik veya PERT metodunda olduğu gibi Beta dağılımı kabul ettikleri görülmüştür (CHAPPELL, 1991, NEUMANN, 1989, FRANKEL, 1982, ÖLÇER, 1994). Yukarıda bahsedilen belirsizliklerin de modele katılabilmesi için Stokastik Şebeke Analizi Metotları geliştirilmiştir. Şebeke Analizi Metotları sistemin performansı hakkında kısmi bilgiler sağlarken, benzetim tekniği ise üretim problemlerinin cevaplanmasında en kapsamlı metot olarak karşımıza çıkmaktadır. Çalışmada, benzetim literatüründe tanımlanan metodoloji izlenmiştir (LAW ve KELTON, 1986, PRITSKER, 1982, BALCI, 1992, BANKS ve CARSON, 1986). Başlıca dört safhaya ayrılabilecek toplam on adımdan oluşan bu metodolojinin adımlan Tablo 1 de verilmiştir. Safhalar sırası ile; problemin tanımlanması, sisteme ait kavramsal modelin kurulması, benzetim modelinin oluşturulması ve benzetim modelinin analizidir. xıx Tablo 1 Benzetim çalışmasının ana adımlan Modellemenin ilk aşaması, problemin tanımlanmasıdır. Bu aşamada, gerçek sistemin tanımlaması yapılıp, benzetim çalışmasından beklenen hedefler tespit edilir. Bu tezde örnek olarak verilen sisteme ait benzetim modelinin amacı, mevcut bir tersanenin yeni kurulacak bir çelik işleme atölyesine ait üretimin tersane tararından konulan üretim hedeflerine ulaşıp ulaşamayacağının kontrolüdür. Örnek üretim sisteminden istenen, günde 40 ton çelik işleme kapasitesidir. İkinci aşama, sistemin modellenmesi olup şurası ile, sistemin tanımlanması, modelin formülasyonu, modelin kurulması ve doğrulanması adımlarından oluşur. Gemi üretimi sistemi için verilen modelleme hiyerarşisi toplam dört kademeden oluşmaktadır: tersane, çelik işleme tesisi, prefabrikasyon atölyeleri ve iş istasyonu. Çalışmada seçilen sistem, tersaneye ait çelik işleme tesisi olup, örnek model olarak bu tesis içinde yer alan profil işleme atölyesi gösterilmiştir. Üretim, seçilen tipik örnek bir gemiye ait bir adet çiftdip bloğu için modellenmiştir. Model formülasyonu, kullanılacak verilerin analizi ve modelleme faaliyetlerini içerir. Seçilen ürüne ait üretim mantığını gösteren öncelik diyagramları, modelin formülasyonunda önemli rol oynar. Kurulan modele bağlı olarak, sistemden toplanan veriler üç ana grupta sınıflandırılmıştır: tersaneye ait genel bilgiler, ürün verileri ve üretim verileri. Tersane genel bilgileri, tesise ait yerleşim yeri planlan ve çalışma düzeni gibi modellenecek üretimden bağımsız olarak düşünülen bilgilerdir. XX Ürün verileri, seçilen örnek çift dip bloğu ile ilgili fiziksel bilgileri içermekte olup, nihai ürün, ara ürünler ve imalatta kullanılacak çelik levha ve profilleri kapsar. Bu ürüne ve bileşenlerine olan talep de ürün bilgileri arasında yeralır. Üretim bilgileri, ürünün atölyede işlenmesi sırasında kullanılan tersane kaynaklan ve bu kaynakların çalışma koşullarını içerir. Üretime ait proses planı, atölyedeki makina ve taşıma sistemleri ile atölye içi malzeme ve iş akışı, başlıca üretim bilgileri arasında yeralır. Modellenen profil atölyesi, birden fazla sayıda iş istasyonuna sahip, istasyonlar arasındaki istif sahalarında yarı-ürün stoklayabilecek ve atölye içi taşıma sistemleri tarafından desteklenen bir üretim hattıdır. Bu profil üretim hattının performansı, sistem içerisinden kaynaklanan çeşitli rassal olayların etkisi altındadır. Bunlar arasında, atölyeye gelişler arasındaki süreler, rassal işlem, muayene ve yeniden işleme (rework) süreleri ve atölye içi taşıma süreleri sayılabilir. Sistemin rassallığını etkileyen bu faktörlere ilave olarak, ara stok sahalarının kapasiteleri, yeniden işleme oranlan, muayene kabul-yeniden işle kararlan gibi faktörler de modellemeye dahil edilmiştir. Mevcut verilerin yetersizliği sebebi üe makina hazırlık (setup), bozulma (breakdown) ve tamir süreleri modele dahil edilmemiştir. Modellemenin amacı, üretim ortamım gerçeğe olabildiğince yakın bir şekilde aktarmaktır. Bu aktarma sırasında, gerçek sistemin karmaşıklığım azaltmak ve modelin basitliğini sağlamak amacı ile çeşitli kabuller yapılması gerekir. Yapılan kabuller sonucunda model, gerçek sistemin temel karakteristiklerini yansıtmakta fakat daha basit bir anlatım içermektedir. Modellenen sistemin gerçek sistemi yansıtıp yansıtmadığı, modelin geçerliliğinin kontrolü (validation) sonucunda tesbit edilir. Kurulan model bu amaçla, tersanenin üretim personeli ile tartışılmış ve seçilen ürünün ve buna ait üretim faaliyetlerinin gerçek üretim sistemini yansıtacak şekilde modellendiği görülmüştür. Kurulan ve geçerliliği görülen modeli takiben, benzetim metodolojisinin üçüncü safhası olan benzetim modelinin geliştirilmesi tamamlanmıştır. Bu safhada, yukarıda açıklanan sistem modeli, üretim sistemleri için tasarlanmış bir benzetim programı (simulator) yardımı ile bilgisayar ortamına geçirilmiştir. Bilgisayar ortamındaki modelin, sistemin modeli ile aynı özelliklere sahip olması gerekmektedir. Modelin doğrulanması (verification) olarak da adlandırılan bu adımda modelin, bilgisayar ortamına eksiksiz olarak aktarılıp aktarılmadığı kontrol edilir. Bilgisayarda kurulan bu model, imalat simülatörüne ait kontrol araçları kullanılarak modelleme hatalarına karşı test edilmiş ve çalışırlığı sağlanmıştır. Benzetim çalışmasının son aşaması, kurulan modelin analizidir, Bu aşamada, üretim sistemi ile ilgili sorulara cevap vermek üzere benzetim koşumlarının (simulation runs) yapılması, bu koşumlarla ilgili özelliklerin belirlenmesi, istatistiki deney dizayın, çıktıların analizi yer alır. Bu çalışmada örnek olarak, mevcut bir tersaneye ait çelik işleme tesisi içinde yeralan bir profil hazırlama atölyesi seçilmiştir. Seçilen atölye, birden fazla sayıda iş xxi istasyonuna, ara stok sahasına ve taşıma sistemine sahip olup ve yapılan üretimin özellikleri sebebi ile atölye-tipi üretimin tipik bir örneğini yansıtmaktadır. Benzetim modelinin analizindeki ilk adımı, kurulan modelden istenilen bilgileri sağlayacak bir seri deneyin dizaynıdır. Bu çalışmada, benzetim modelleme ve analizinin üretim sistemlerindeki başlıca kullanım amaçlarına örnek olarak üç farklı model geliştirilmiştir.: Ana Model (Base Model), Genişletilmiş Ana Model (Extended Base Model) ve Dizayn Alternatifleri (Design Alternatives). Her üç deneye ait sonuçlar, farklı performans kriterleri toplanarak elde edilmiştir. İlk iki model, benzetimin, sistemin performansım belirlemek amacına yönelik olup, üçüncü model ise, birden fazla alternatif içeren modellerin incelenmesini göstermektedir. Ana Model, kurulan benzetim modelinin, örnek olarak seçilen çift dip bloğunun imalatının tersane tarafından belirlenen hedef süre içerisinde tamamlanıp tamamlanamayacağını incelemek amacı ile denenmiştir. Model, bir vardiyalık üretim süresini yansıtacak şekilde koşturulmuş ve önceden belirlenen performans kriterleri ile ilgili çıktılar toplanmıştır. Bu deney için toplam on adet benzetim koşumu gerçekleştirilmiştir. Genişletilmiş Ana Model, Ana Model olarak tanımlanan modelin, profil atölyesinin on vardiyalık çalışma süresine karşılık gelecek şekilde koşturulmasını kapsamıştır. Bu deneyler de on adet koşum için yapılmış ve ilgili performans kriterlerine ait çıktılar toplanmıştır. Dizayn Alternatifleri Modeli, mevcut modelin, çeşitli senaryolar kullanılarak yaratılan alternatiflerinin incelenebilmesini sağlamaktadır. Bu çalışmada örnek olarak, profil atölyesi içindeki kesme ve uç hazırlama makinalarına ait ara stok sahası büyüklüklerinin ve bu makinalar üzerinde gerçekleştirilen işlemlere ait yeniden işleme (rework) oranlarının değişiminin sistemin çıktısı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Dizayn Alternatifleri Modeli, istatistiki deney dizaynı yöntemlerine göre geliştirilmiş olup 23 tam faktöryel dizayın kullanılarak toplam sekiz adet alternatif denenmiştir. Bu çalışmanın sonucunda, benzetim modelleme ve analizinin gemi üretimi sistemlerindeki potensiyel kullanımları ile ilgili bir dizi sonuca varılmıştır. Gemi üretimi faaliyetlerinin detaylı bir şebeke modelinin kurulması Sisteme ait benzetim modeli kurulmadan önce, içerdiği tüm prosesleri ve aralarındaki ilişkileri gösteren detaylı bir şebeke modelinin kurulması gereklidir. Bu uygulamada, sistem sınırlarının ve modellemedeki kısıtların seçimi dikkat edilmesi gereken başlıca noktalardır. XX11 Modelleme sırasında dikkat edilmesi gereken diğer bir nokta da, kurulan modelde yansıtılacak detay seviyesidir. Modelin basitleştirilmesi ile ilgili olarak verilecek kararlarda ve detay seviyesinin seçiminde projenin hedefleri, seçilen performans kriterleri ve elde edilebilecek veri miktarı gibi faktörler önemli rol oynamaktadır. Veri toplanması Bir benzetim çalışmasının temel faaliyetlerinden birisi de sistem ile ilgili veri ve bilgilerin toplanmasıdır. Bu çalışmada kurulan benzetim modeli için gerekli olan tersane verileri üç ana grupta toplanmıştır: şirket verileri, ürün verileri ve üretim verileri. Şirket verileri olarak adlandırılan grup, ürün ve üretim tipinden bağımsız olup, tersane yerleşimi veya çalışma (vardiya) düzeni gibi genel bilgileri içermektedir. Bu veriler, bir tersane ortamında ulaşılması en kolay veriler olarak görülmektedir. Ürün verileri, inşa edilecek nihai ürünün, bunu oluşturan ara ürünlerin, veya bunların üretiminde kullanılacak profil ve levha gibi malzemelerin fiziksel özelliklerini yansıtır. Modellemede kullanılacak talep karakteristikleri için temel kaynak ürün verileridir. Bu veriler kullanılarak, o ürün üzerinde gerçekleştirilecek farklı işlemlere ait iş yükü hesaplamaları ve proses analizleri gerçekleştirilebilir. Üretim verileri, modelleme sürecindeki en kritik veri grubunu oluşturur. Gemi üretiminin her aşamasında kullanılan tersane makina ve teçhizatı ile taşıma sistemleri temel veri kaynağıdır. Sistem rassallığının modellenmesi Benzetim, stokastik sistemlerin modellenmesi ve analizinde kullanılan bir tekniktir. Bu çalışmada stokastiklik, sistemin sahip olduğu rassallığın modellenmesi yolu ile tanımlanmaktadır. Sözkonusu sistem, atölye tipi üretimin gerçekleştirildiği bir fabrikasyon sahasıdır Çalışmada, işlem sürelerinin özellikleri gözönünde bulundurularak, kullanılan atölye teçhizatına bağlı olarak iki ayrıma gidilmiştir. İlk grup, gemi inşaatı pratiğinin çoğunda raslandığı üzere, el ile yapılan (manuel) işlemlerdir. Profiller için uç hazırlama, veya kaynak gibi manuel işlemlerin rassallığının modellenmesi, tersane verilerinin yetersiz oluşu sebebi ile belirli bir olasılık dağılımını vermemektedir. Bu sebepten dolayı, endüstriden gözlemlenen işlem süreleri uygun istatistik dağılımlar ile kullanılmıştır. Bu tür problemler, tersane içerisinde gerçekleştirilecek iş ve zaman etüdü çalışmaları yardımı ile giderilebilecektir. XX111 İşlem sürelerine ait ikinci grup, çeşitli makinalar yardımı ile gerçekleştirilen mekanize işlemlerdir. Bu gruptaki işlem sürelerine ait ortalama değerler imalatçılar tarafından verilmekle birlikte, gerçek işletim şartlarındaki değerlerin tesbit edilmesi için iş ve zaman etüdünden yararlanmak mümkündür. Özellikle, makina bozulmalarının modellenebilmesi için tarihi veriye ihtiyaç duyulmaktadır. Gemi üretiminde rassallığın diğer önemli bir sebebi ise yeniden işlemelerin sıklığıdır. Yeniden işlem sürelerinin dağılımlarının ve bunların toplam işlemler içindeki oranlarına ait verilerin eksikliği modelleme aşamasındaki diğer bir problemdir. Sistemin doğru olarak modellenebilmesi herbir rassal değişkenin doğru olasılık dağılımı ile temsil edilebilmesini gerektirir. Deney dizaynı ve çıktıların analizi Farklı işletim senaryolarının denenebilmesi ve çeşitli dizayn alternatiflerinin yaratılarak karşılaştırılabilmesi benzetim çalışmalarının en önemli avantajları arasında yeralır. Benzetim, istatistiksel olarak deney yapmak şeklinde de tanımlanabilecek bir yöntemdir. Kullanılan verilerin rassallığı sebebi ile bu girdileri kullanacak bir modelden alınacak sonuçlar da rassal özelliğe sahip olacaktır. Yönetim kademesine karar desteği Çalışma sonucunda, gemi üretiminin benzetim modelinin kurulması ve incelenmesi ile karar vericilere önemli bir bilgi desteği olduğu gösterilmiştir. Bu çalışmadan da elde edilen bilgi ve tecrübelerin doğrultusunda, bundan sonra yapılacak çalışmalar için başlıca iki öneri verilmektedir: karar teorisi ile benzetim metodolojisinin entegrasyonu ve karar vericinin (veya yönetim) deney dizaynı faaliyetlerine, özellikle de dizayn alternatiflerinin geliştirilmesi aşamasına doğrudan katkısı.