Handling Uncertainty in the Design of Ocean Engineering Systems

I SIMOSYS-prosjektet har vi forsket på både strategiske og metodiske tilnærminger til håndtering av usikkerhet i prosjektfasen. Sammen med Ulstein og MIT har vi tilpasset en metode kalt Responsive System Comparison for å forstå beslutningsprosessene i designprosessen. Arbeidet er i hovedsak utført av Carl Fredrik Rehn, Sigurd Pettersen og Jose Garcia Agis fra NTNU og Ulstein, sammen med Dr. Donna Rhodes og Dr. Adam Ross ved MIT. Vi har anvendt dette på en faktisk designprosess av et offshore konstruksjonsskip (OCV), som har gitt bedre innsikt i hvordan usikkerhet forstås og påvirkes av ulike aktører, eksempelvis operatører og skipsredere. I løpet av de siste to årene har metodegrunnlaget blitt videre utviklet, og tilpasset designprosessen ved Ulstein Design. På metodesiden har Minjoo Choi utviklet en modulær platform-prosess for å bestemme hvilken type fleksibilitet det er lønnsomt å tilrettelegge for i operasjonsfasen. Detter er modellert som et scenariodrevet optimeringsproblem, hvor en finner en balanse mellom den økte kostnaden av et modulært design, og verdien av å kunne rekonfigurere fartøyet for en lav kostnad når usikkerheten i eksterne faktorer er avdekket. Dette ble videreutviklet sammen med KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology), hvor metodikken ble anvendt i prosjekteringen av et arktisk forskningsfartøy. To av PhD-studentene som har vært tilknyttet prosjektet forsvarte sine doktorgradsarbeider i 2018. Carl Fredrik Rehn hadde sin disputas i juni 2018, med Professor Wei Chen og Professor Sigbjørn Sødahl som eksterne medlemmer av vurderingskomiteen. Minjoo Choi hadde sin disputas i september 2018, med Professor Papanokolaou og Dr. Jørgen Rakke som eksterne medlemmer. Dette er to faglig sterke komiteer som begge har gitt en grundig tilbakemelding på forskningsresultatene fra prosjektet. Gjennom prosjektet har vi fått økt innsikt i hvordan verdien av fleksibilitet kan kvantifiseres når vi eksplisitt tar hensyn til usikkerhet knyttet til framtidig utvikling. I tillegg har vi bygget et sterk og varig grunnlag for framtidig forskningssamarbeid mellom partnerne i prosjektet.

We believe the project has contributed to the development of competencies that are important to the competitive position of the Norwegian maritime industry. For Ulstein, the project topics lies at the focal point of their business. They have, during the time period of this project, experienced how uncertain and volatile the maritime market is, and has been forced to shift their business focus from developing new concepts for the next generation offshore service vessels, towards a more versatile portfolio. Further, the project has resulted in a large number of publications, both journal articles and conference papers. Another important impact has been through the integration of a large body of the results into the Marine Systems Design MSc programme curriculum, providing graduating students an awareness of the importance of this topic area, as well as bringing with them specific models and methods that can be applied towards real world problems in the maritime industry.

The principal objective with this research project is to systematically develop new knowledge, competence and methods towards quantifiable methods using simulation, optimization and systems theory for handling risk and uncertainty related to ocean systems deployed in demanding physical and commercial operating environments. The focus will be on methods and models for handling design-stage risk and uncertainty resulting in value-robust solutions, i.e. design solutions that are capable of delivering value t o key stakeholders throughout the lifecycle of the system, also when facing unforeseen changes in key context parameters. This will include the modelling of alternative future scenarios with corresponding probability distributions, and corresponding trad espace exploration studies to identify preferable system design configurations. The methods and models will further be integrated into an epoch-era framework to model time-related variations in system performance. The project will further develop insight into how system-level properties, such as versatility, flexibility and changeability will be of key importance for the next generation ocean systems, both to meet the immediate demands of the market, while at the same time being robust towards changes in the vessel´s future operating context. The project will use the design of the next generation offshore subsea construction vessels as a primary case. Additionally, the project will strengthen the long-term strategic research collaboration between NTNU, t he Norwegian Maritime Industry and internationally recognized academic research organizations.