La costruzione di una imbarcazione è il culmine di una intensa attività progettuale, in cui i diversi parametri relativi alle modalità di impiego dell'imbarcazione vengono tutti presi in considerazione. Tuttavia la durata della vita operativa di una nave è tale che alcuni di questi parametri possono subire delle variazioni, dal momento che la tipologia o la quantità del carico trasportato possono seguire le esigenze espresse dal mercato. Dopo un certo numero di anni può dunque risultare economicamente vantaggioso riconsiderare il progetto: perché l'operazione risulti conveniente, i vantaggi ottenuti a seguito della modifica devono superare significativamente la somma dei costi sostenuti dall'armatore per effettuare le modifica stessa.
In questa sede, l'uso di algoritmi per l'ottimizzazione continua vincolata possono rappresentare un elemento di grande utilità al fine di identificare le aree di intervento e le nuove forme dello scafo, massimizzando il profitto. Nel caso qui esposto, è stato utilizzato un algoritmo di tipo Particle Swarm Optimization (PSO), con opportune modifiche ed integrazioni al fine di migliorare le prestazioni dell'algoritmo in presenza di vincoli particolarmente stringenti. In particolare, l'uso di un modello del second'ordine per la ricerca del minimo locale è stato affiancato al classico schema iterativo dell'algoritmo PSO, qui utilizzato in forma asincrona per eliminare la valutazione di soluzioni progettuali non ammissibili. La ricerca del minimo è ottenuta attraverso la comparazione di un elevato numero di soluzioni progettuali alternative: in questo caso specifico, il criterio di preferenza è rappresentato dalla potenza spesa per mantenere l'imbarcazione ad una velocità di avanzamento pari a 10 nodi, mantenendo le stesse dimensioni principali massime dell'imbarcazione ed acconsentendo ad una variazione del carico rispetto al valore atteso pari all'1%. La potenza propulsiva è valutata tramite un opportuno modello matematico, mentre la variazione della forma dello scafo è ottenuta applicando dei modelli parametrici di modellazione solida, in grado associare una modifica della forma dello scafo ad un vettore di parametri incogniti. Nella figura è visibile la riduzione della formazione ondosa generata dal moto dell'imbarcazione a seguito della modifica di una piccola parte della zona anteriore di una imbarcazione da diporto, il cosiddetto bulbo prodiero. A sinistra, la geometria originale ed il campo ondoso previsto. A destra, la forma ottimizzata ed il conseguente nuovo campo ondoso. Si osserva come una riduzione di lunghezza del bulbo prodiero, insieme ad una sua ri-modellazione, sia in grado di produrre una riduzione della elevazione d'onda sull'intero campo, particolarmente evidente nella zona di prua. Relativamente invece ai dati economici, si è valutata la spesa per il consumo di carburante in circa 392'000€/anno. La riduzione di potenza ottenuta è stata pari al 4%, con un risparmio annuo pari 15'680€ per le spese di carburante. Il costo della modifica, di modeste dimensioni, è stato stimato tra i 25'000 ed i 30'000€, con un conseguente Return Of Investment inferiore ai 2 anni. In altri termini, se la vita operativa residua dell'imbarcazione è superiore ai due anni, la modifica risulta conveniente.
Riferimenti bibliografici:
D.Peri, “An inner-point modification of PSO for constrained optimization”, Engineering computations, Vol. 32, n. 7, 2005-2019, (2015).
D. Peri, “Conformal Free Form Deformation for the Optimisation of Complex Geometries”, Ship technology research, Vol. 59, 36-41, 2012.