Abstract :
[en] Decisions taken during the initial design stage determine 60% to 95% of the total cost of a
product. So there is a significant need to concurrently consider performance, cost, production
and design complexity issues at the early stages of the design process. The main obstacle to
this approach is the lack of convenient and reliable cost and performance models that can be
integrated into a complex design process as is used in the shipbuilding industry. Traditional
models and analysis methods frequently do not provide the required sensitivity to consider all the
important variables impacting performance, cost, production and ship’s life cycle. Our challenge
is that achieving this sensitivity at the early design stage almost requires data available during
the detail design analysis.
The traditional design methods do not adequately include, early enough, production and life
cycle engineering to have a positive impact on the design. Taking an integrated approach
throughout the life cycle of the ship and using concurrent engineering analysis tools can improve
these traditional design process weaknesses.
Innovation is required in structural design and cost assessment. The use of design for X, and
particular design for production and cost schemes, during the design is the solution: to reduce
failure during a ship’s life caused by design misconception, to reduce the overall design time
and to shorten the build cycle of ships, to enlarge the number of design alternatives during the
design process.
The author has developed some assessment methods for cost effectiveness and complexity
measurements intended to be used by ship designers for the real time control of cost process.
The outcome is that corrective actions can be taken by management in a rather short time to
actually improve or overcome predicted unfavourable performance.
Fundamentally, these methods will provide design engineers with objective and quantifiable
cost and complexity measures making it possible to take rational design decisions throughout the
design stages. The measures proposed in this PhD are based on several techniques like decision
analysis, data mining, neural network, fuzzy logic. They are objective facts, which are not
dependent on the engineer’s interpretation of information, but rather on a model generated to
represent the ship design. The objectivity aspect is essential when using the complexity and cost
measures in a design automation system.
Finally, with these tools, the designers should obtain well-defined and unambiguous metrics
for measurement of the different types of cost effectiveness and complexities in engineered artefacts.
Such metrics help the designers and design automation tools to be objective and perform
quantitative comparisons of alternative design solutions, cost estimation, as well as design optimization.
In this PhD, these metrics have been applied and validated with success in real
industrial conditions on the design of passenger ships.
[fr] Les décisions prises au cours de la phase initiale de conception déterminent 60% à 95% du
coût total d’un produit. Il y a donc un besoin important d’envisager simultanément des aspects de
performance, de coût, de production, de complexité au stade précoce du processus de conception.
Le principal obstacle à cette approche est le manque de commodité et de fiabilité des modèles
de coûts et des modèles d’analyse de performance qui peuvent être intégrés dans un processus
de conception aussi complexe que celui utilisé dans l’industrie de la construction navale. Les
modèles traditionnels et les méthodes d’analyse les plus fréquemment utilisés ne fournissent pas
la sensibilité nécessaire pour examiner toutes les variables de conception importantes qui ont
une influence sur la performance, le coût, la production et le cycle de vie des navires. Notre défi
est qu’atteindre cette sensibilité au niveau de la conception initiale demande presque toujours
des données uniquement disponibles lors de la conception détaillée.
Les méthodes de conception traditionnelles ne prennent pas suffisamment en compte, suffisamment
tôt, la production et l’ingénierie du cycle de vie afin d’avoir un impact positif sur la
conception. Adopter une approche intégrée sur l’ensemble du cycle de vie des navires et utiliser
l’ingénierie simultanée peuvent améliorer les faiblesses des processus de conception traditionnels.
L’innovation est nécessaire dans la conception structurelle et l’évaluation des coûts. L’utilisation
du concept de "design for X", et en particulier le design en pensant à la production et à
la réduction des coûts lors de la conception est la solution : pour réduire les dysfonctionnements
qui peuvent apparaître pendant la vie du navire causés par des erreurs de conception, de réduire
le temps total de conception et de raccourcir le cycle de la construction de navires, d’élargir le
nombre d’alternatives de conception évaluées au cours du processus de conception.
L’auteur a développé quelques méthodes d’évaluation des coûts et des techniques de mesure de
la complexité destinées à être utilisés par les concepteurs de navire pour le contrôle en temps réel
de la conception. Le résultat est que les actions correctives peuvent être prises par la direction
dans un temps assez court pour améliorer réellement ou surmonter les prévisions de performance
défavorables.
Fondamentalement, ces méthodes offrent aux ingénieurs de conception des mesures quantifiables
des coûts et de la complexité qui rend possible la prise de décisions rationnelles tout au
long des étapes de conception. Les mesures proposées dans cette thèse sont basées sur plusieurs
techniques telles que l’analyse à la décision, l’analyse de données, les réseaux de neurones ou
encore la logique floue. Ce sont des faits objectifs, qui ne dépendent pas de l’interprétation de
l’information par l’ingénieur, mais plutôt d’un modèle généré pour représenter le design du navire.
L’aspect de l’objectivité est essentiel pour l’utilisation de la complexité et la mesure des
coûts dans un système d’automatisation de la conception.
Finalement, avec ces outils, les concepteurs obtiennent des mesures bien définies et non ambigües
des paramètres de mesure de coûts, d’efficacité et de complexité des artefacts d’ingénierie.
De telles mesures aident les concepteurs et les outils d’automatisation de la conception, à être
objectifs et à comparer de manière quantitative les différentes alternatives lors de la conception,
de l’estimation des coûts, ainsi que de l’optimisation. Dans cette thèse, ces paramètres ont été
appliqués et validés avec succès et dans des conditions industrielles réelles sur la conception de
navires à passagers.
[es] Las decisiones tomadas en la etapa inicial de un diseño determinan el 60% al 95% del total
del costo de un producto. Por esta razón, es necesario considerar al mismo tiempo rendimiento,
costo, producción y la complejidad en el proceso de la fase inicial del diseño. El principal
obstáculo de este enfoque es la falta de práctica y fiabilidad de costos y de modelos de análisis
de rendimiento, que puedan ser integrados en un proceso complejo de concepción utilizado en
la industria de la construcción naval. Los modelos tradicionales y los métodos de análisis frecuentemente
no tienen la sensibilidad necesaria para examinar todas las variables importantes
que influyen en el rendimiento, costo, producción y la vida útil del buque. Nuestro reto es el
que logrando de que ésta sensibilidad en la fase inicial de diseño casi siempre requiera de datos
únicamente disponibles durante un análisis de diseño require detallado.
Los métodos tradicionales de diseño no incluyen temprana y adecuadamente, la producción
y la ingeniería del ciclo de vida para tener un impacto positivo en el diseño. Adoptando un
enfoque integrado a lo largo del ciclo de vida de la nave usando la ingeniería concurrente y
herramientas de análisis se pueden mejorar estas debilidades del proceso tradicional de diseño.
Se requiere innovación en el diseño estructural y la evaluación de los costos. La utilización del
concepto “diseño para X”, y en particular el diseño pensando en la producción y en la reducción
de costos durante la concepción es la solución: para reducir errores durante la vida útil de los
buques causados en la concepción del mismo, para reducir el tiempo total de diseño y acortando
el ciclo constructivo del buque, para ampliar el número de alternativas durante el proceso de
diseño.
El autor ha desarrollado algunos métodos de evaluación de costos y de técnicas de medida de
la complejidad destinadas a ser utilizadas por los diseñadores de barcos para el control en tiempo
real del proceso de costos. El resultado es que las acciones correctivas pueden ser adoptadas por
la dirección en un tiempo suficientemente corto para realmente mejorar o superar el rendimiento
desfavorable proyectado.
Fundamentalmente, estos métodos ofrecerán a los ingenieros diseñadores con medidas objetivas
y cuantificables de costos y complejidad haciendo posible tomar decisiones racionales a
lo largo de todas las etapas de diseño. Las medidas propuestas en esta tesis doctoral se basan
en varias técnicas tales como análisis de decisión, análisis de datos, redes neuronales y lógica
difusa. Son objetivos hechos, que no dependen de la interpretación que el ingeniero realice sobre
la información, sino más bien en un modelo generado para representar el diseño de los buques.
El aspecto de la objetividad es esencial cuando se usa las medidas de complejidad y costos en
un sistema de automatización del diseño.
Finalmente con estas herramientas, los diseñadores podrían obtener medidas bien definidas y
no parámetros de medición ambiguos de costos, de eficacidad y de complejidad en los artefactos
de ingeniería. Estas medidas ayudan a los diseñadores y a las herramientas automatizadas
de diseño, a ser objetivos y a comparar de manera cuantitativa las diferentes alternativas de
solución del diseño, estimación de costos, así como también la optimización del diseño. En este
doctorado, estos parámetros han sido aplicados y validados con éxito sobre el diseño de buques
de pasajeros en condiciones industriales reales.
[de] In der Anfangsphase einer Produktentwicklung getroffene Entscheidungen definieren 60% bis
90% der Gesamtkosten eines Produktes. Daher ist es absolut notwendig Performance, Kosten,
Produktion, Designkomplexität in der Entstehungsphase eines Produktes zu betrachten. Das
Haupthindernis hierbei ist das Fehlen von praktikablen und zuverlässigen Kosten- und Performancemodellen,
welche sich in den komplexen Designprozess wie in der Schiffbauindustrie integrieren
lassen. Konventionelle Modelle und Analysemethoden berücksichtigen oft nicht all die
wichtigen Performance-, kosten-, produktion-, und Lebenszyklus-relevanten Variablen. Unsere
Herausforderung, dass das Erreichen dieser Sensibilität in der Anfangsphase der Produktentwicklung,
benötigt fast immer Daten, die erst in der Phase der Detailkonstruktion zur Verfügung
stehen.
Die konventionelle Entwurfsmethoden berücksichtigen nicht angemessen und früh genug die
Produktion und das Lebenszyklen-Engineering, welche eine positive Auswirkung auf das Design
haben. Ein integrierter Ansatz entlang des Lebenszyklus eines Schiffes und das Praktizieren
von „Concurrent Engineering“ können die Schwäche des konventionellen Entwurfsprozesses
beseitigen.
Innovation ist notwendig im Strukturentwurf und in der Kostenanalyse. Die Anwendung von
„Design for X“ und besonders „Design for Production and Cost Scheme“ während der Entwurfsphase
ist die Lösung: Um die Fehlerquote verursacht durch Missverständnisse und die Entwurfsund
Produktionszeit zu reduzieren, sowie um eine höhere Anzahl von Entwurfsvarianten zu ermöglichen.
Der Autor hat einige Analysemethoden für Kosteneffektivität und Komplexitätsmaßnahmen
für die Anwendung durch Schiffsentwerfer für die Echtzeit-Steuerung von Kostenprozess entwickelt.
Das Ergebnis ist, dass das Management korrigierende Maßnahmen in kurzer Zeit treffen
kann, um eine ungünstige Performance zu verbessern bzw. zu vermeiden.
Im Grunde beschaffen diese Methoden den Entwurfsingenieuren mit objektiven und quantifizierten
Kosten- und Komplexitätsmaßnahmen. Dies vereinfacht das Treffen von vernünftigen
Entwurfsentscheidungen über die gesamte Entstehungsphase eines Schiffes. Die in dieser Arbeit
vorgestellten Maßnahmen basieren auf Techniken wie die Entscheidungsanalyse, das Data-
Mining, neurale Netze und die Fuzzy-Logik. Es sind objektive Fakten, welche nicht von der
Interpretation des Ingenieurs abhängen, sondern von einem generierten Model, um den Schiffsentwurf
darzustellen. Der objektive Aspekt ist essenziell bei der Anwendung von Komplexitätsund
Kostenmaßnahmen in einem automatisierten Entwurfssystem.
Mit diesen Werkzeugen sollte der Entwerfer gut-definierte und eindeutige Werte für Maßnahmen
von unterschiedlicher Natur von Kosteneffektivität und -komplexität erhalten. Diese Werte
helfen dem Entwerfer und automatisierten Entwurfssystemen, objektive zu sein. Ferner, ermöglichen
diese Werte quantitative Vergleiche von Entwurfsvarianten, Kostenabschätzung und
Entwurfsoptimierung. Diese Werte wurden im Rahmen eines Studienfalles mit realen Voraussetzungen
(Entwurf von Passagierschiffen) erfolgreich angewendet und validiert.
