선체 블록의 물량 정보 생성 및 블록 탑재 시뮬레이션에 관한 연구 A Study on the Generation of the Production Material Information of a Building Block and the Simulation of the Block Erection원문보기
At the initial design stage, the generation process of the production material information of a building block and the simulation process of the block erection, which are required to perform the production planning and scheduling, have been manually performed by using 2D drawings, data of parent shi...
At the initial design stage, the generation process of the production material information of a building block and the simulation process of the block erection, which are required to perform the production planning and scheduling, have been manually performed by using 2D drawings, data of parent ships, and design experiences. To make these processes automatic, the accurate generation method of the production material information and the convenient simulation method of the block erection using the 3D CAD model, which was generated from the initial hull structural design system early developed by us, were proposed in this study. For this, a 3D CAD model for a whole hull structure was generated first, and the block division method for dividing the 3D CAD model into several building blocks was proposed. The generation method of the production material information for calculating the weight, center of gravity, painting area, joint length, etc. of a building block was proposed as well. Moreover, the simulation method of the block erection was proposed. Finally, to evaluate the efficiency of the proposed methods for the generation of the production material information and the simulation of the block erection, these methods were applied to corresponding processes of a deadweight 300,000 ton VLCC (Very Large Crude oil Carrier). As a result, it was shown that the production material information of a building block can be accurately generated and the block erection can be conveniently simulated in the initial design stage.
At the initial design stage, the generation process of the production material information of a building block and the simulation process of the block erection, which are required to perform the production planning and scheduling, have been manually performed by using 2D drawings, data of parent ships, and design experiences. To make these processes automatic, the accurate generation method of the production material information and the convenient simulation method of the block erection using the 3D CAD model, which was generated from the initial hull structural design system early developed by us, were proposed in this study. For this, a 3D CAD model for a whole hull structure was generated first, and the block division method for dividing the 3D CAD model into several building blocks was proposed. The generation method of the production material information for calculating the weight, center of gravity, painting area, joint length, etc. of a building block was proposed as well. Moreover, the simulation method of the block erection was proposed. Finally, to evaluate the efficiency of the proposed methods for the generation of the production material information and the simulation of the block erection, these methods were applied to corresponding processes of a deadweight 300,000 ton VLCC (Very Large Crude oil Carrier). As a result, it was shown that the production material information of a building block can be accurately generated and the block erection can be conveniently simulated in the initial design stage.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 본 저자들에 의해 개발된 초 기 선체 구조 설계 시스템⑶을 이용하여 초기 설계 단 계에서 선체 구조에 대한 3차원 CAD 모델 즉, 초기 선체 구조 모델(선체만을 포함)을 효과적으로 생성한 후, 이를 이용하여 초기 공정 및 일정 계획을 위한 블 록의 물량 정보를 정확하게 생성하고, 나아가서 블록 탑재 과정을 시뮬레이션 하는 연구를 수행하였다. 즉, 본 연구에서는 초기 선체 구조 모델을 생성할 수 있었던, 본 저자들에 의해 개발된 초기 선체 구조 설 계 시스템을 확장하여 초기 공정 및 일정 계획을 위한 블록의 물량 정보 생성 기능 및 블록 탑재 시뮬레이션 기능을 추가하였다.
실제로 IntelliShip 시 스템이 상세 설계 단계에서 선체 구조 전체에 대한 상 세 모델을 생성하는데 활용되고 있고, TRIBON 시스 템은 생산 설계 단계에서 블록에 대한 생산 모델을 생 성하는데 활용되고 있다. 반면, 본 저자들에 의해 개 발된 초기 선체 구조 설계 시스템은 초기 설계 단계에 서 선체 구조의 전체에 대한 신속한 선체 모델링을 수 행하여 초기 선체 구조 모델을 생성하고, 최종적으로 는 상세 설계 단계 및 생산 설계 단계에서도 적용이 가능한 것을 목표로 하고 있다. Fig.
본 연구에서는 구조 부재간의 연관성 정보를 최대 한 이용하여 블록별로 선체 구조 부재들을 그룹화 할 수 있는 방법을 제안하였다. 2.
조선소의 초기 설계 단계에서 공정 및 일정 계획을 수립하기 위해 필요한 블록별 물량 정보의 생성 과정 과 블록 탑재의 시뮬레이션 과정은 그동안 2차원 도면과 과거의 실적선 데이터 및 설계자의 경험을 이용 하여 수작업으로 수행되어 왔다. 본 연구에서는 이 러 한 과정을 자동화하기 위해서 3차원 초기 선체 C'AD 모델로부터 블록별 물량 정보를 정확하게 생성하고, 블록 탑재 과정을 손쉽게 시뮬레이션 하는 방법을 연 구하였다. 이를 위해, 먼저 선체 구조 전체에 대한 3 차원 CAD 모델을 생성하였고, 이를 구조 부재간의 연관성을 이용하여 다수의 블록으로 분할하기 위한 블록 분할 방법을 제안하였으며, 각 블록의 중량, 무 게 중심, 도장 면적, 접합 길이 등을 계산하기 의한 블록별 물량 정보의 생성 방법을 개발하였다.
본 연구에서는 이와 같은 탑재 순서도에 표현된 탑 재 블록의 구성 정보와 탑재 블록의 탑재 순서 정보를 이용하여 탑재 블록들을 도크 내에서 탑재하기 위해 필요한 물량 정보（탑재시 용접해야 할 접합 길이）를 생성하고, 탑재 블록들의 탑재 순서를 디스플레이상 에서 확인할 수 있는 블록 탑재 시뮬레이션 방법을 개 발하였다.
여기서는 초기 선체 구조 모델에서 중요한 구조 부 재간의 연관성에 대해 살펴보기로 한다. 구조 부재간 의 연관성 이 란 서로 인접하고 있는 구조 부재들간의 연결 정보를 나타낸다.
여기서는 탑재 블록들을 도크 내에서 탑재하기 위 해 필요한 물량 정보 즉, 탑재 물량 정보를 간단한 예 를 통해 계산하는 방법을 설명하기로 한다. Fig.
따라서 판과 보강재 사이 의 접합 길이가 필요할 때 추가적인 교차 계산을 수행 할 필요 없이 속성으로 저장되어 있는 접합선의 형상 정보로부터 그 길이를 구하여 간단히 계산할 수 있다. 즉, 본 연구에서는 “seam”이라는 객체를 도입하여 구 조 부재간의 연관성을 효과적으로 표현하고자 하였다.
가설 설정
10(e) 에서는 나머지 부재를 다시 블록 그룹화를 위한 새로 운 씨앗 부재로 이용한다. 여기서는 3번 부재가 블록 그룹화를 위한 새로운 씨앗 부재로 선택되었다고 가. 정한다.
10(d))에서는 세 번째 단계에서 검색된 부재들 중에서 하나를 임의 로 선택하여 블록 그룹화를 위한 새로운 씨앗 부재로 이용한다. 여기서는 세 번째 단계에서 이미 검색된 2,3번 부재중에서 2번 부재가 선택되었다고 가정한다. 따라서 이 그림에서 2번 부재와 인접되어 있으면서 아 직까지 검색되지 않은 부재들을 찾아보면 5번 부재를 얻을 수 있다.
여기서, tandem 블록 공법이란 선박의 블록들을 선수, 선미로 나누어 탑재 한 후, 각 블록 내부에 물을 채워 진수시키는 방식을 말한다. 이 그림에서는 선미부를 먼저 탑재한 후 선수 부를 완성시킨다고 가정하고 이에 따라 탑재 순서도 를 작성 후 블록 탑재 시뮬레이션을 수행하였다. 이 방법에 따라 탑재 블록들을 탑재하였을 경우 탑재 물 량 즉, 탑재 접합 길이를 계산한 결과 14,000 m가 나왔다
제안 방법
본 연구에서는 구조 부재간의 연관성 정보를 최대 한 이용하여 블록별로 선체 구조 부재들을 그룹화 할 수 있는 방법을 제안하였다. 2.2절에서 언급하였듯이 본 연구에서는 접합선(butt seam 또는 fillet seam)이 라는 객체를 도입하였으며, 이러한 접합선의 객체 내 부에 접합선이 어떠한 부재들을 연결시키고 있는지의 정보와 접합선의 형상 정보가 저장되어 있다(Fig. 6 참조). 따라서 , 하나의 부재에 대해 이와 인접한 부재 들을 해당 부재의 접합선으로부터 간단하게 얻어낼 수 있다.
6. TRIBON시스템 및 기존 연구, IntellShip시스템 戛 본 연구에서의 구조 부재간 연관성의 표현 방법.
이 경우 7개의 선체 구조 부재들 로 나누어질 수 있음을 알 수 있다. 그리고 나서 각 선체 구조 부재와 첫 번째 블록 영역 (“Block region 1”)과의 기하학적 검사(point in-out 검사; 해당 선체 구조 부재가 주어진 블록 영역에 포함되는지를 검사) 를 수행한 후, 두 번째 블록 영역 (“Block region 2”) 과의 기하학적 검사 역시 반복적으로 수행한다. 여기 서, point in-out 검사〔句는 선체 구조 부재의 무게 중심에서 임의의 방향으로 반직선(ray)을을 생성 후, 반직 선과 주어진 블록 영역의 경계면들과의 교차 계산을 수행하여 그 교차점의 수에 따라 해당 선체 구조 부재 가 주어진 블록 영역 안에 포함되는지 (교차점의 수가 홀수) 아닌지(교차점의 수가 짝수)를 판단하는 것이 다.
이를 위해, 먼저 선체 구조 전체에 대한 3 차원 CAD 모델을 생성하였고, 이를 구조 부재간의 연관성을 이용하여 다수의 블록으로 분할하기 위한 블록 분할 방법을 제안하였으며, 각 블록의 중량, 무 게 중심, 도장 면적, 접합 길이 등을 계산하기 의한 블록별 물량 정보의 생성 방법을 개발하였다. 그리고 탑재 블록의 구성 정보, 탑재 블록의 탑재 순서가 주 어졌을 때 블록 탑재 과정을 시뮬레이션 할 수 있는 방법을 개발하였다. 본 연구에서 제안 및 개발된 블록 별 물량 정보 생성 및 블록 탑재 시뮬레이션 방법을 검증하기 위하여 이를 재화 중량 300,000톤 대형 유 조선에 적용해 보았다.
그리고 탑재 블록의 구성 정보, 탑재 블록의 탑재 순서가 주 어졌을 때 블록 탑재 과정을 시뮬레이션 할 수 있는 방법을 개발하였다. 본 연구에서 제안 및 개발된 블록 별 물량 정보 생성 및 블록 탑재 시뮬레이션 방법을 검증하기 위하여 이를 재화 중량 300,000톤 대형 유 조선에 적용해 보았다. 그 결과 초기 설계 단계에서 블록별 물량 정보의 생성 과정과 블록 탑재의 시뮬레 이션 과정을 정 확하고 손쉽게 수행할 수 있음을 확인 하였다.
본 연구에서는 이 러 한 과정을 자동화하기 위해서 3차원 초기 선체 C'AD 모델로부터 블록별 물량 정보를 정확하게 생성하고, 블록 탑재 과정을 손쉽게 시뮬레이션 하는 방법을 연 구하였다. 이를 위해, 먼저 선체 구조 전체에 대한 3 차원 CAD 모델을 생성하였고, 이를 구조 부재간의 연관성을 이용하여 다수의 블록으로 분할하기 위한 블록 분할 방법을 제안하였으며, 각 블록의 중량, 무 게 중심, 도장 면적, 접합 길이 등을 계산하기 의한 블록별 물량 정보의 생성 방법을 개발하였다. 그리고 탑재 블록의 구성 정보, 탑재 블록의 탑재 순서가 주 어졌을 때 블록 탑재 과정을 시뮬레이션 할 수 있는 방법을 개발하였다.
이상과 같이 본 연구에서 제안한 선체 구조 부재들 의 블록별 그룹화 방법은 구조 부재간의 연관성 정보 를 최대한 이용한다. 따라서 짧은 시간 내에 선체 구 조 부재들을 정확하게 블록별로 그룹화 할 수 있다는 장점이 있다.
따라서 본 연구에서는 본 저자들에 의해 개발된 초 기 선체 구조 설계 시스템⑶을 이용하여 초기 설계 단 계에서 선체 구조에 대한 3차원 CAD 모델 즉, 초기 선체 구조 모델(선체만을 포함)을 효과적으로 생성한 후, 이를 이용하여 초기 공정 및 일정 계획을 위한 블 록의 물량 정보를 정확하게 생성하고, 나아가서 블록 탑재 과정을 시뮬레이션 하는 연구를 수행하였다. 즉, 본 연구에서는 초기 선체 구조 모델을 생성할 수 있었던, 본 저자들에 의해 개발된 초기 선체 구조 설 계 시스템을 확장하여 초기 공정 및 일정 계획을 위한 블록의 물량 정보 생성 기능 및 블록 탑재 시뮬레이션 기능을 추가하였다.
한편, 본 연구에서는 판과 보강재간의 연관성 즉, 접 합 정보를 표현하기 위해 “접합선(seam)”이라는 객체 를 도입하였다. 즉, 접합선 객체는 부재간의 접합 방법 에 따라 butt seam(두 판이 그 경계에서 접합됨)과 fillet seam(하나의 판의 경계가 다른 판의 위에서 접합 됨)이 존재하며, 연결하는 두개의 부재와 이들 간의 접 합선에 대한 형상 정보를 속성으로서 가지고 있다.
해당 블록에 포함되는 모든 선체 구조 부재들의 중 량과 선박의 길이, 폭, 깊이 방향의 중량 모멘트로부 터 블록의 무게 중심을 계산한다. 이로부터 블록 탑재 시 크레인과의 연결을 위해 필요한 러그(lug)의 설치위치를 결정할 수 있다.
성능/효과
그 변화가 상대 적으로 적은 전자의 경우를 일반적으로 부하 평준화 （load leveling）가 이루어진 블록 탑재 순서라고 한다. 그림에서 알 수 있듯이, 첫 번째 탑재 순서 대안에서 는 “A”, “B", "C” 블록이 차례로 탑재되면서 0, I, 4라는 탑재 물량이 나왔으며, 두 번째 탑재 순서 대안 에서는 “B”, “C”, “A” 블록이 차례로 탑재되면서 0, 2, 3이라는 탑재 물량이 나왔다. 따라서 이들 중 두 번째의 탑재 순서 대안이 첫 번째의 탑재 순서 대안에 비해 부하 평준화가 이루어진 블록 탑재 순서라고 할 수 있다.
본 연구에서 제안 및 개발된 블록 별 물량 정보 생성 및 블록 탑재 시뮬레이션 방법을 검증하기 위하여 이를 재화 중량 300,000톤 대형 유 조선에 적용해 보았다. 그 결과 초기 설계 단계에서 블록별 물량 정보의 생성 과정과 블록 탑재의 시뮬레 이션 과정을 정 확하고 손쉽게 수행할 수 있음을 확인 하였다. 본 연구의 결과는 해당 선박을 다양한 방법으 로 다수의 블록들로 분할하고 도크 내에서 가상적으 로 탑재해 봄으로써 최적의 공정 및 일정 계획을 수립 하는데 활용될 수 있을 것이다.
16은 본 연구에서 확장 개발된 시스템을 이용 하여 재화 중량 300,000톤 대형 유조선의 화물창 중 앙부의 선저 부분을 구성하는 블록의 초기 공정 및 일 정 계획용 물량 정보를 생성한 예를 나타낸다. 그림에 나타나 있듯이 해당 블록의 중량, 무게 중심, 도장 면 적뿐만 아니라 블록의 탑재하는데 필요한 블록간 접합 길이와 해당 블록을 용접하는데 필요한 블록 내부 의 접합 길이 역시 본 연구를 통해 개발된 시스템을 이용하여 정확히 산출 가능하다. 그리고 Fig.
후속연구
그런데 초기 설계 단계에서 선체 구조에 대한 3차 원 CAD 모델 즉, 초기 선체 구조 모델을 확보할 수 있고, 이 초기 선체 구조 모델을 다수의 블록으로 분 할할 수 있다면 각 블록을 구성하는 선체 구조 부재들 로부터 초기 공정 및 일정 계획 단계에서 필요로 하는 블록별 물량 정보를 정확하게 계산할 수 있다. 나아가 서 해당 선박을 다양한 방법으로 다수의 블록들로 분 할하고 도크 내에서 가상적으로 탑재해 볼 수 있다면 이는 최적의 공정 및 일정 계획을 수립하는데 도움이 될 것이다.
물론, 여기에서는 블록 탑재 시뮬레이션에 대한 하 나의 예를 나타냈지만, 탑재 블록의 구성 및 블록 탑 재 순서를 변화시켜가면서 탑재시 필요한 접합 길이 나 도크 내에서의 블록 탑재 과정을 시뮬레이션 해 봄 으로써 부분적이나마 최적의 공정 및 일정 계획을 수 립하는데 활용할 수 있으리라 본다.
그 결과 초기 설계 단계에서 블록별 물량 정보의 생성 과정과 블록 탑재의 시뮬레 이션 과정을 정 확하고 손쉽게 수행할 수 있음을 확인 하였다. 본 연구의 결과는 해당 선박을 다양한 방법으 로 다수의 블록들로 분할하고 도크 내에서 가상적으 로 탑재해 봄으로써 최적의 공정 및 일정 계획을 수립 하는데 활용될 수 있을 것이다.
참고문헌 (6)
TRIBON Solutions, TRIBON System Official Homepage (http://www.tribon.com), 2004
lntergraph Corporation, IntelliShip Official Home Page(http://ppo.intergraph.com/marine), 2004
노명일, 이규열, '객체 지향 초기 선체 구조 설계 시스템 개발', 한국 CAD/CAM 학회 논문집, Vol. 10, No.4, pp. 244-253, 2005
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