가상생산기술을 이용한 시뮬레이션 기반의 선박설계 및 생산체계의 수립 Establishing Methodology for Simulation-based Ship Design and Construction Using Virtual Manufacturing Technologies원문보기
Information technologies centered on the internet in the area of shipbuilding and marine engineering further incur the needs to increase the flexibility of the organization, the dispersion of work process, and the use of out sourcing, as well as the globalization of related market. In near future, e...
Information technologies centered on the internet in the area of shipbuilding and marine engineering further incur the needs to increase the flexibility of the organization, the dispersion of work process, and the use of out sourcing, as well as the globalization of related market. In near future, electronic commerce and concurrent engineering based on CALS/EC and the Internet will be an integral part of the environment and upon these changes, ship design and construction will become a computer supported cooperative work of many dispersed and specialized groups. As the means of active response to these environmental changes, many new concepts such as digital shipbuilding, virtual shipyard, and simulation based design are appearing. In this paper, the concept and current status of digital manufacturing in general manufacturing industry will be reviewed. Then, related technologies, area of application and methods of digital manufacturing in shipbuilding and marine industries are presented. In addition, virtual assembly simulation system for shipbuilding(VASSS), a tool for crane operability and block erection simulation in virtual dock based on 3D product model, will be introduced.
Information technologies centered on the internet in the area of shipbuilding and marine engineering further incur the needs to increase the flexibility of the organization, the dispersion of work process, and the use of out sourcing, as well as the globalization of related market. In near future, electronic commerce and concurrent engineering based on CALS/EC and the Internet will be an integral part of the environment and upon these changes, ship design and construction will become a computer supported cooperative work of many dispersed and specialized groups. As the means of active response to these environmental changes, many new concepts such as digital shipbuilding, virtual shipyard, and simulation based design are appearing. In this paper, the concept and current status of digital manufacturing in general manufacturing industry will be reviewed. Then, related technologies, area of application and methods of digital manufacturing in shipbuilding and marine industries are presented. In addition, virtual assembly simulation system for shipbuilding(VASSS), a tool for crane operability and block erection simulation in virtual dock based on 3D product model, will be introduced.
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문제 정의
VASSS는 S중공업의도크(dock)를 대상으로 개발되었다. 본 논문에서는 VASSS의 개요와 구현내용을 중심으로 정 리하였다.
본 논문에서는 이러한 시뮬레이션 기반의 제조환경을 구축하기 위해 디지털 선박건조와 관련된 각국의 연구현황과 조선생산공정에 적용을 위한 체계 수립이 이루어졌다. 또, 사례연구로서 3D CAD 시스템과 가상 시뮬레이션 기술을 이용하여, 조선소 설비의 운용효율 및 장비교체시간을 감안한 탑재순서를 평가할 수 있는 VASSS(Virtual Assembly Simulation System for Shipbuilding)에 대한 내용을 정리하였다.
본 연구에서는 생산계획기능과 밀접한 관계가 있는 블록 탑재순서의 평가에 초점을 맞추었다. 탑재공정이 타 공정의 기준이 되기 때문에 블록 탑재순서의 결정은 선박 건조계획의중일정계획 (intermediate schedule)에서 가장 먼저 수립되어야할 계획이다.
본 연구에서는 선박의 개발과정에서 3D 제품 모델을 기반으로 하여 가상의 도크에서 크레인 운용성 검증 및 탑재 시뮬레이션을 행할 수 있는 VA値SS를 개발하였다. VASSS는 S중공업의도크(dock)를 대상으로 개발되었다.
본 연구에서는 시스템의 개발을 위해 활용의 범위와 적용 분야에 적합성을 고려하여 도구를 선정하였다. 즉, DeLmia사의가상 프로토타이핑 도구인 ENVISION과 프로세스 시뮬레 이 션도구인 QUEST를 사용하였다.
본 연구에서는 탑재방법에 따라 생성된 탑재 순서를 평가하기 위한 시뮬레이션이 수행되었다. 선체 형성방법과 기점 설정방법을 조합하여 6가지 탑재방법에 대한 평가가 이루어졌다.
본 연구에서는 탑재순서의 생성을 위해, 블록의 위치 정보와 탑재 방법을 이용하였는데, 가능한 탑재순서를 생성한 후, 삽입블록(insert block)의 발생여부와 탑재작업의 용이성 둥을검사하여 생성된 탑재순서의 탑재 가능성을 판단한다.<그림 3>은 탑재 순서를 결정하는 절차를 나타내고 있다.
이러한 새로운 개념들의 목적은 선박 생산의 전 과정을 컴퓨터 모델화하고, 시뮬레이션 및 가상 현실 등의 다양한 정보기술들을 활용하여 생산의 전 과정에 걸쳐 각종 오류의 사전검증, 효율적 의사결정을 수행하고자 함이다.
공동으로 추진하고 있다. 주요 내용은 선박제품 모델을 중심으로 한 차세대 조선시스템의 기반기술 개발이며, 연구결과의 국제표준화 및 상품화를 통해 세계 조선시스템 기술의 주도를 목적으로 하고 있다.
제안 방법
그림 15. 골리 앗 크레 인의 유휴시간 비교.
적용을 위한 체계 수립이 이루어졌다. 또, 사례연구로서 3D CAD 시스템과 가상 시뮬레이션 기술을 이용하여, 조선소 설비의 운용효율 및 장비교체시간을 감안한 탑재순서를 평가할 수 있는 VASSS(Virtual Assembly Simulation System for Shipbuilding)에 대한 내용을 정리하였다.
본 연구에서는 사용자의 편리성 및 시스템의 개발단계별 기능들을 검증하기 위해서 그래픽 사용자 인터페이스를 설계하여 적용하였는데, VASSS에서는 ENVISION에서 제공하는 GSL (Graphic Simulation Language), CLKCommand Line Interpreter) 함수들을 이용하여 구현하였다.<그림 9>는 VA値SS에서 사용되어지는 메뉴들의 계충도를 나타낸 것이다.
본 연구에서는 탑재방법에 따라 생성된 탑재 순서를 평가하기 위한 시뮬레이션이 수행되었다. 선체 형성방법과 기점 설정방법을 조합하여 6가지 탑재방법에 대한 평가가 이루어졌다.
이러한 문제를 해결하기 위해 VASSS는 3D CAD 시스템으로부터 의 정보와 설비(goliath crane, equipment)능력을 고려하여 탑재 위치의 결정, 탑재순서의 평가 등 탑재공정계획 항목에 대한 시뮬레이션이 가능하도록 하였다. 즉, VASSS는 도크를 중심으로 이루어지는 탑재공정에서 블록에 관련된 제품 데이터와 조선소 설비를 고려하여 탑재순서를 평가할 수 있는 시스템이 다.
대상 데이터
본 연구에서는 3, 400 TEU급 컨테이너선과 S 중공업의 드라이 도크(dry dock)를 대상으로 시뮬레이션이 수행되었다.<표 2>는 3, 400TEU급 컨테이너선의 사양이고, <표 3>eS중공업의 드라이 도크의 사양을 나타내고 있다.
이론/모형
적합성을 고려하여 도구를 선정하였다. 즉, DeLmia사의가상 프로토타이핑 도구인 ENVISION과 프로세스 시뮬레 이 션도구인 QUEST를 사용하였다. 또, 시스템 개발을 위한 O/S는 Window NT 4.
성능/효과
1) 고객의 요구에 따라 설계가 진행되므로, 선종 및 선형이 다양하고 표준화가 어렵다.
3) 기계화 및 자동화가 어려운 노동집약적 산업으로 많은 공정을 작업자에 의존함으로써 정성적인 정보가 많이 발생한다.
4) 부재가 무겁고 큰 반면, 요구되는 정도(accuracy)가 높고 구조가복잡하여 생산공정의 표준화가 어렵다.
또한에서 보는 바와 같이, 골리앗 크레인의 유휴시 간에 대한 비 교에서 도 층식 건조법 과 상향식 건조법 은 거의 비슷한 결과를 보여주고 있으며, 피라미드식 이점 건조법이가장 좋은 결과를 보여주고 있음을 알 수 있다.
위의 두 결과에서와 같이 피라미드식 이점 건조법이 총 탑재시간과 골리앗 크레인의 유용성 측면에서 가장 효과적인 탑재 방법으로 평가 되었다.
의 관점에서 설계중심(design centered), 생산중심(production centered) 및 제어중심(control centered)으로 구분할 수 있다. 즉, 적용분야에 따라 위의 접근 방법을 고려하여 적합한 디지털 선박 건조 시스템을 구축함으로써 최대의 효과를 얻을 수 있다고 판단된다.
여기서의 소요시간은 골리앗 크레인의 이동시간, 장비교체시간, 블록의 고정 시간을 고려한 것이다. 표에서 보듯이, 충식 건조법과 상향 건조법에 소요되는 시간은 거의 차가 없는 것을알 수 있었으며, 피라미식 이점 건조법에서 가장 적은 시간이소요되는 것으로 나타났다.
후속연구
본 시스템은 탑재공정의 계획단계에서 기존의 탑재계획에 대한 평가 및 새로운 공법에 대한 유효성 검증을 위해 사용이 가능할 것으로 사료된다.
본 연구에서 수행한 내용을 바탕으로 실용성 있는 시스템의 개발을 위해서는 기본적으로 제품 모델을 기반으로 한 3D CAD 시스템, PDM(Product Data Management) 시스템에 대한 기술 확보가 이루어져야 하고 탑재, 조립, 가공, 절단 및 검사 등의 공정에 관련된 요소기술들의 개발 및 응용 시스템의 개발을 통한 다양한 기능 구현, 운용에 따른 검증절차 등이 수행되어야 할 것이다.
앞으로 시뮬레이션 기반의 제조환경의 구축을 통하여, 가상시뮬레이션 기술을 설계, 모델링, 해석, 시뮬레이션, 생산, 검사, 정보 시스템 등에 응용하여 제품과 생산공정을 개발함으로써, 미래의 동시공학적 시스템의 기반을 제공할 수 있으며, CALS/EC와 함께 미래 조선산업의 경쟁력을 좌우할 핵심요소가 될 것으로 전망해 본다.
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