컨테이너 시큐어링 시스템은 컨테이너 운반선 상갑판에 적재되는 컨테이너의 배치 설계를 위한 시스템이다. 컨테이너의 배치는 각 선급의 가이드라인에 기초하여 설계되어지며, 주어진 배치에 따른 반력들과 변력의 한계값을 제공하고 있다. 컨테이너 설계를 위해서는 컨테이너 구속 교량(lashing bridge)과 수직 구속 장치(vertical lashing) 등을 고려해야 하며, 최대 수직 중량 중심(vertical center of gravity, VCG)과 최대 화물 중량(stackweight)을 갖는 배치안을 제시할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 이를 위한 평형방정식을 정립하였으며, 배치안 계산을 위해 등식 제한조건(equality constraint)을 처리할 수 있는 최적화 알고리즘을 적용하여 새로운 컨테이너 시큐어링 시스템을 개발하였다. 개발된 시스템은 컨테이너 배치 설계 시간을 크게 줄여주며, 설계자가 원하는 배치 설계안을 제시해 준다.
컨테이너 시큐어링 시스템은 컨테이너 운반선 상갑판에 적재되는 컨테이너의 배치 설계를 위한 시스템이다. 컨테이너의 배치는 각 선급의 가이드라인에 기초하여 설계되어지며, 주어진 배치에 따른 반력들과 변력의 한계값을 제공하고 있다. 컨테이너 설계를 위해서는 컨테이너 구속 교량(lashing bridge)과 수직 구속 장치(vertical lashing) 등을 고려해야 하며, 최대 수직 중량 중심(vertical center of gravity, VCG)과 최대 화물 중량(stack weight)을 갖는 배치안을 제시할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 이를 위한 평형방정식을 정립하였으며, 배치안 계산을 위해 등식 제한조건(equality constraint)을 처리할 수 있는 최적화 알고리즘을 적용하여 새로운 컨테이너 시큐어링 시스템을 개발하였다. 개발된 시스템은 컨테이너 배치 설계 시간을 크게 줄여주며, 설계자가 원하는 배치 설계안을 제시해 준다.
Generally, container arrangement has been carried out based on the Classification guidelines. However, guidelines provide only container securing forces for the given container arrangement and Classification requirements of the forces. In order to design container arrangement additional information ...
Generally, container arrangement has been carried out based on the Classification guidelines. However, guidelines provide only container securing forces for the given container arrangement and Classification requirements of the forces. In order to design container arrangement additional information is needed such as container securing forces and arrangement that accounts for lashing bridges, vertical lashing, vertical center of gravity (VCG), and maximum stack weight. Trial and error method using the existing guidelines requires excessive amount of calculation time and cannot provide accurate results of the calculations. In order to fulfill this need, a new container securing system has been established based on the equilibrium conditions that include lashing bridges and vertical lashing. An optimization algorithm has been developed for the new system since current optimization methods such as genetic algorithms and evolution strategies are unsuitable for the container securing problems, which involve equality constraint. Design variables are container weights of tier and objective function is either total container weight or VCG of a stack. The newly developed system provides optimum arrangement of containers for both maximum stack weight and maximum VCG. It also greatly reduces time for designing container arrangement.
Generally, container arrangement has been carried out based on the Classification guidelines. However, guidelines provide only container securing forces for the given container arrangement and Classification requirements of the forces. In order to design container arrangement additional information is needed such as container securing forces and arrangement that accounts for lashing bridges, vertical lashing, vertical center of gravity (VCG), and maximum stack weight. Trial and error method using the existing guidelines requires excessive amount of calculation time and cannot provide accurate results of the calculations. In order to fulfill this need, a new container securing system has been established based on the equilibrium conditions that include lashing bridges and vertical lashing. An optimization algorithm has been developed for the new system since current optimization methods such as genetic algorithms and evolution strategies are unsuitable for the container securing problems, which involve equality constraint. Design variables are container weights of tier and objective function is either total container weight or VCG of a stack. The newly developed system provides optimum arrangement of containers for both maximum stack weight and maximum VCG. It also greatly reduces time for designing container arrangement.
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문제 정의
컨테이너 운반선은 점점 대형화(김철년, 2001)되어 적재 층수 도 과거 4, 5단에서 7, 8단으로 증가하는 추세이며 시행착오(trial and error) 방법에 의존하기에는 너무 많은 시간을 소요하게 된다. 따라서, 본 연구는 배치 안 계산을 위해 등식 제한조건(equality constraint)을 처리할 수 있는 최적화 알고리즘을 고안하여 새로운 컨테이너 시큐어링 시스템을 개발하였다. 전체 최적점을 탐색하는데 탁월한 유전자 알고리즘(genetic algorithim)(양영순 등, 1994)이나 진화 전략(evolution strategies)(신상훈 등, 2002) 과 같은 기존의 최적화 기법은 설계변수의 무작위 발생으로 설계변수들로 구성된 등식 제한조건에 적합하지 않기 때문이다.
본 연구는 컨테이너 운반선 상갑판에 적재되는 컨테이너화 물에 대해 설계자가 원하는 배치안을 계산하기 위하여 작용 하중 계산 과정을 정립하고, 적합한 최적화 알고리즘을 구성하여 컨테이너 시큐어링 시스템을 개발한 바 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
개발된 시스템은 컨테이너 배치 설계 시간을 크게 줄여주며, 설계자가 원하는 배치 설계안을 제시해준다. 개발된 시스템은 ABS, DNV, GL, LR 선급을 대상으로 하며, 사용자의 편의를 도모하기 위하여 GUI(graphjc user interface) 시스템을 도입하였다.
개발된 시스템은 ABS, DNV, GL, LR 선급을 대상으로 하며, 사용자의 편의를 도모하기 위하여 GUKgraphic user interface) 시스템을 도입하였다. Fig.
개발된 시스템은 컨테이너 배치 설계 시간을 크게 줄여주며, 설계자가 원하는 배치 설계안을 제시해준다. 개발된 시스템은 ABS, DNV, GL, LR 선급을 대상으로 하며, 사용자의 편의를 도모하기 위하여 GUI(graphjc user interface) 시스템을 도입하였다.
네 가지 경우의 최적 배치안을 계산하였다. 첫째는 GL 배치안과 같이 풍력을 고려하지 않은 경우의 최대 VCG를 갖는 배치안이며, 둘째는 풍력을 고려한 경우의 최대 VCG를 갖는 배치안이고, 셋째와 넷째는 풍력의 유무에 따른 균일 분포 최대 화물을 실을 수 있는 배치안이다.
(13) 에 나타낸 등식 제한조건(equality constraint)를 포함하는 문제로서 설계변수의 무작위 발생에 큰 제약을 준다. 이러한 문제는 기존의 최적화 기법을 이용하면 비효율적 탐색을 수행할 뿐만 아니라 해를 찾기 어려워 다음과 같은 효율적인 탐색 알고리즘을 구성하였다.
데이터처리
개발된 시스템의 계산 결과를 검증하기 위해 GL에서 제공한 계산 사례에 대해 GL에서 제공한 하중 계산 프로그램에의 한 결과와 비교해 보았다. 설계 조건은 다음과 같다.
성능/효과
기존 프로그램이 고려하지 않는 컨테이너 구속 교량(lashing bridge)°1| 구속하는 경우와 수직 구속 장치 (vertical lashing) 를 사용하는 경우도 고려하여 여러 경우의 최적 배치안을 계산할 수 있도록 하였으며, 우수한 설계점을 제공함을 확인하였다.
선급에서 제공한 프로그램으로 검증할 수 있는 부분을 수행한 결과 거의 일치함을 확인하였다.
시행착오(trial and error) 방법에 의존하던 배치안 설계를 최적화 알고리즘의 도입으로 배치 설계 시간이 크게 줄었다. 개발된 시스템은 ABS, DNV, GL, LR 선급을 대상으로 하며, 점차 대상 선급을 확대해 나갈 계획이다.
첫째는 GL 배치안과 같이 풍력을 고려하지 않은 경우의 최대 VCG를 갖는 배치안이며, 둘째는 풍력을 고려한 경우의 최대 VCG를 갖는 배치안이고, 셋째와 넷째는 풍력의 유무에 따른 균일 분포 최대 화물을 실을 수 있는 배치안이다. 풍력이 고려되면 실을 수 있 는 총중량이 작아지거나, VCG가 낮아짐을 알 수 있으며, 개발된 프로그램 결과가 GL 배치안보다 우수한 설계점을 제공하고 있으므로 그 유용성을 검증할 수 있다. Table 3는 풍력 을 고려한 최대 VCG 배치안의 힘의 성분들을 나타내고 있다.
후속연구
시행착오(trial and error) 방법에 의존하던 배치안 설계를 최적화 알고리즘의 도입으로 배치 설계 시간이 크게 줄었다. 개발된 시스템은 ABS, DNV, GL, LR 선급을 대상으로 하며, 점차 대상 선급을 확대해 나갈 계획이다.
American Bureau of Shipping(1988), Guide for Certification of Container Securing Systems
Det Norske Veritas(1983), Strength Analysis of Container Securing Arrangements, Classification Notes, Note No. 32.2
Germanischer Lloyd(1998), Classification of Ships, Part 3, Chapter 9, 11 and 14
Lloyd' s Register(1998), Provision Rules for the Classifications of Naval Ships
Shin, S. H., Won, S. I. and Choe, I. H.(2003), A Study on Container Securing System for Optimum Arrangement, ISOPE2003, Offshore and Polar Engineering Conference
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