[논문]선박 블록 조립을 위한 센서 기반 원격 모니터링

이상돈

doi:10.5392/jkca.2009.9.1.073

선박 블록 조립을 위한 센서 기반 원격 모니터링
Sensor-based Remote Monitoring for Ship Block Assembly 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.9 no.1, 2009년, pp.73 - 80

초록
AI-Helper

본 논문은 선박 블록의 조립을 위한 센서 기반 원격 모니터링 방법 및 프로토타입 시스템의 구축에 대하여 기술한다. 제안한 접근 방법은 수작업이나 광학 측정장비를 사용하는 대신, 주요 계측 지점에 조립되는 블록간 거리 측정이 가능한 센서 모듈을 설치하고, 블록간의 조립 정확도에 대한 데이타를 전달받아 원격으로 모니터링할 수 있도록 하는 것이다. 이를 통해 블록 조립 및 탑재 과정에서 정합의 오차를 최소화시키므로써 효율적인 선박의 건조를 지원하도록 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper describes a sensor-based remote monitoring technique for ship block assembly and implementation of a prototype system. Instead of manual processing or optical measuring devices, the proposed approach attaches some distance-measuring sensor nodes to ship blocks. Remote monitoring of the as...

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서 제안한 선박 블록을 위한 원격 조립 시스템의 실용성을 검증하기 위하여 프로토타입 시스템을 개발하였다.
본 논문에서는 무선 센서를 기반으로 하는 선박 블록 조립을 위한 원격 모니터링 시스템을 설계하고, 이를 위한 프로토타입 시스템을 구현하여, 본 논문에서 제안하였던 접근 방법의 적용성을 확인하였다. 제안된 방법은 수작업이나 광학 측정 장비 및 표지물을 필요로 하지 않는다.
본 논문에서는 선박 블록 조립 과정에서 선박 블록 간의 위치 및 거리를 용이하게 측정할 수 있고, 이를 원격지의 사용자가 실시간으로 모니터링 할 수 있도록 함으로써, 선박 블록의 조립을 위한 블록간 거리 측정 자동화와 블록의 효과적인 정합을 위한 의사결정을 지원하도록 하는 선박 블록의 조립을 위한 센서 기반 원격 모니터링 시스템에 대하여 기술한다. 기본적인 접근 방법은 수작업이나 광학 측정장비를 사용하는 대신, 주요 계측 지점에 거리의 측정이 가능한 센서 모듈을 설치하고, 무선으로 블록간의 조립 정합 정도에 대한 정보를 전달받아 원격으로 분석할 수 있도록 하는 것이다.

제안 방법

조립 대상 두 블록 간 거리의 측정은 최종적으로 초음파 센서를 이용하여 측정한다. 거리 측정은 초음파 송신 센서와 수신 센서 간의 동기를 맞추기 위해 RF 데이터를 전송하고 전송데이터 수신시부터 초음파 수신시까지의 시간차를 계산을 하여 그 값으로 거리 값을 구한다. 이 때, 레이져 신호를 이용한 대응점의 위치가 일치되는 경우에만 초음파 센서로부터의 거리 측정치가 유효한 것으로 판정한다.
이상적인 선박 블록의 조립은 3차원 입체 블록을 대상으로 조립 대상 블록의 전체 접합면에 걸쳐서 조립 대상 영역이 연속적으로 일치되는 것을 요구한다. 그러나 본 논문에서는 한정된 센서 노드를 이용하여 블록 조립 과정을 효과적으로 감지할 수 있도록 선박 블록의 조립을 단순화시켜 모델링하였다. 즉 전체 선박의 조립 과정을 일련의 두 조립 대상 블록에 대한 반복 조립 과정으로 분해하고, 이 과정에서 요구되는 조립 영역의 일치를 일련의 대표적인 조립 지점(이하 조립 대응점이라 함)들의 일치 문제로 변환하였다.
본 논문에서 목표로 하는 선박 조립을 위한 센서기반 원격 모니터링 시스템에서는 선박 블록의 조립을 위한 정합의 정도 측정을 위해 센서 기술을 사용한다. 조립 대상 선박 블록에 거리를 측정할 수 있는 센서를 부착하고, 선박의 조립 과정에서 블록의 정합 정도를 실시간으로 측정한다.
거리 측정을 위해서는 먼저 각 대응점들이 적절한 대응 위치에 있는지의 여부를 확인하는 것이 요구된다. 본 논문에서는 미세한 오차 범위 이내로 대응점의 위치 식별이 가능하도록 센서 노드 내에 부착된 레이져 센서를 활용한다. 즉 두 조립 대상 블록의 대응점에 설치되는 두 센서노드에 레이져 송신부와 레이져 수신부를 각각 설치하고, 송신부에서 송신한 레이져 신호를 수신부가 수신하는 경우에 두 대응점이 적절한 대응 위치에 있는 것으로 간주한다.
그러므로 레이져 신호보다 넓은 범위에서 각 대응점들의 상대적인 위치를 확인할 수 있는 수단이 필요하다. 본 논문에서는 이를 위해 레이져 센서보다 신호 반경이 넓은 적외선 센서를 활용한다. 적외선 송신 노드에서는 상호 식별이 가능한 N(N >= 3)개의 적외선 신호 송신기가 적외선 신호를 송신하고, 수신부에서는 한 개의 적외선 수신 센서가 적외선 신호를 수신하도록 한다.
선박 조립 과정에서 이 센서노드들로부터 실시간으로 측정된 거리 정보는 무선 중계기를 이용하여 원격 모니터링 시스템으로 전송된다. 이렇게 전송된 조립 블록들의 접합지점간 거리 정보를 바탕으로 조립 과정에서 선박 블록의 이송을 제어함으로써 정확한 조립이 이루어지도록 한다.
본 논문에서는 무선 센서를 기반으로 하는 선박 블록 조립을 위한 원격 모니터링 시스템을 설계하고, 이를 위한 프로토타입 시스템을 구현하여, 본 논문에서 제안하였던 접근 방법의 적용성을 확인하였다. 제안된 방법은 수작업이나 광학 측정 장비 및 표지물을 필요로 하지 않는다. 또한 선박 블록 조립 과정에서 작업을 위한 시야 확보와 무관하게 선박 블록의 조립을 위한 블록간 거리 정보를 지속적으로 전달받아 조립 과정을 모니터링할 수 있도록 하므로, 선박 블록 조립 생산성을 향상시키고 비용을 감소시킬 수 있을 것으로 판단된다.
본 논문에서 목표로 하는 선박 조립을 위한 센서기반 원격 모니터링 시스템에서는 선박 블록의 조립을 위한 정합의 정도 측정을 위해 센서 기술을 사용한다. 조립 대상 선박 블록에 거리를 측정할 수 있는 센서를 부착하고, 선박의 조립 과정에서 블록의 정합 정도를 실시간으로 측정한다. 현재 센서 기술을 이용한 위치 인식 기술에서는 거리 측정을 위해 주로 삼각 측량법을 사용해 왔으며[5][6][10], 배열 안테나를 사용하여 수신된 신호의 방향 계산, 신호를 송신하는 비콘과 수신기 사이에 신호가 도달하는 시간을 측정하여 거리를 계산, 또는 여러 수신기에서 수신된 신호의 도착시간 차를 이용하여 비콘의 위치를 측정, 수신기에서 수신한 전파의 세기가 거리에 따라 달라지는 특성을 이용하여 거리를 측정 방법 등이 제안되었다.
그러나 본 논문에서는 한정된 센서 노드를 이용하여 블록 조립 과정을 효과적으로 감지할 수 있도록 선박 블록의 조립을 단순화시켜 모델링하였다. 즉 전체 선박의 조립 과정을 일련의 두 조립 대상 블록에 대한 반복 조립 과정으로 분해하고, 이 과정에서 요구되는 조립 영역의 일치를 일련의 대표적인 조립 지점(이하 조립 대응점이라 함)들의 일치 문제로 변환하였다. 예를 들어 [그림 2]에서 보듯이 두 조립면의 일치는 A-A' B-B', C-C', ⋯ 등 조립 대응점의 일치(즉 대응되는 두 대응점 사이의 거리들인 DIST(A,A') = DIST(B,B') = DIST(C,C') = DIST(D,D') = 0)로 변환한다.

대상 데이터

여기서 오른쪽 위에는 센서보드에서 취득한 전체 데이터가 표시되며, 오른쪽 아래에는 센서의 유형별로 수집한 데이터를 표시한다. 프로토타입 시스템의 실험은 현재까지 구현된 센서 노드 송신부와 수신부 1쌍의 센서 노드를 대상으로 하였다. 센서 노드 송신부와 수신부 사이의 거리는 48cm로 표시되고 있으나 적외선 센서와 레이저 센서가 아직 의미있는 데이터를 가지고 있지 못하므로 이 거리는 의미가 없으며, 이는 센서 노드를 이동하여 적절한 정합위치에 도달하도록 하는 후속 과정이 필요함을 나타낸다.

후속연구

제안된 방법은 수작업이나 광학 측정 장비 및 표지물을 필요로 하지 않는다. 또한 선박 블록 조립 과정에서 작업을 위한 시야 확보와 무관하게 선박 블록의 조립을 위한 블록간 거리 정보를 지속적으로 전달받아 조립 과정을 모니터링할 수 있도록 하므로, 선박 블록 조립 생산성을 향상시키고 비용을 감소시킬 수 있을 것으로 판단된다. 현재 개발된 프로토타입은 제안 접근방법의 기본적인 작동 가능성만을 검증할 수 있는 수준이므로, 추후 측정 오차의 정밀도 및 인터페이스의 개선 등 실용적인 측면에서의 후속 개발을 진행할 예정이다.
프로토타입 시스템에서 센서노드 수신부는 측정된 데이터를 유선으로 통신 모듈에 보내고, 통신 모듈은 다시 이를 유선으로 모니터링 S/W 모듈이 설치된 컴퓨터로 전송하도록 하였다. 이 부분은 추후 실제 시스템에서는 유선이 아닌 무선 통신을 이용한 센서 네트워크로 구성할 예정이다.
이상의 가정을 기반으로 원격 조립 위치 측정 시스템을 구현하기 위해서는 각 조립대응점들 간의 거리를 측정하기 위한 센서 노드가 구성되어야 하며, 이러한 센서 노드로부터 측정된 거리 데이터를 실시간으로 무선네트워크를 통해 전송 및 측정된 데이터를 확인하고 모니터링하여 블록 조립을 위한 의사결정 과정에 활용하는 과정이 요구된다. 이를 위한 전체 시스템의 구조를 도식화하면 [그림 4]와 같다.
또한 선박 블록 조립 과정에서 작업을 위한 시야 확보와 무관하게 선박 블록의 조립을 위한 블록간 거리 정보를 지속적으로 전달받아 조립 과정을 모니터링할 수 있도록 하므로, 선박 블록 조립 생산성을 향상시키고 비용을 감소시킬 수 있을 것으로 판단된다. 현재 개발된 프로토타입은 제안 접근방법의 기본적인 작동 가능성만을 검증할 수 있는 수준이므로, 추후 측정 오차의 정밀도 및 인터페이스의 개선 등 실용적인 측면에서의 후속 개발을 진행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	선박의 건조는 어떤 과정을 통해 이루어지는가?	선박의 건조는 선체를 구성하는 여러 개의 블록으로 나누고, 각 블록을 별도로 제작한 후, 선체를 구성하는 각 블록을 조립 및 탑재하는 과정을 통해 이루어진다. 선박 블록을 조립하기 위해서는 조립 대상 불록의 조립면에서 블록과 블록 간의 정확한 정합이 요구되며, 정합된 블록들은 용접을 사용하여 점진적으로 대형 블록으로 결합되고, 최종적으로 전체적인 선박의 조립이 완성된다.
	사이버 탑재공법은 어떤 한계를 가지는가?	즉 측정된 탑재 블록을 컴퓨터상으로 사전 시뮬레이션을 통해 맞춰봄으로써 최대 폭 55m에 이르는 초대형 블록을 정확하게 탑재할 수 있도록 하고 있다. 그러나 사이버 탑재 공법은 실제 조립 및 탑재에 앞서 얻을 수 있는 최대 정도 결과에 대한 시뮬레이션이라는 한계를 가진다.
	선박 건조 과정에서 사용되는 광파기는 무엇에 주안점을 두고 있는가?	선박을 건조하기 위해서는 선박 블록의 조립 과정에서 선체를 구성하는 블록을 별도로 제작한 후, 이 블록들의 정밀한 정합은 숙련공의 경험에 의존하고 있다[1]. 선박 건조 과정에서 사용되는 광파기는, 작업자가 정합시킬 블록면의 변형량을 계측하여 총 조립이나 탑재 조립시 블록간의 정합이 원활하게 진행될 수 있도록 블록 변형을 선행 교정하는 자료를 확보하는 데 주안점을 두고 있다. 현재 블록 변형 계측에 사용되고 있는 광파기의 원리를 이용하여 블록 조립시 정합의 위치 정보를 획득할 수도 있다.

참고문헌 (13)

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상세보기
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상세보기
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강양석, "조선기자재 공동물류센터의 RFID 도입 방안", 한국IT서비스학회지, 제7권, 제1호, pp.219-235, 2008.

원문보기 상세보기
김효철, 한국의 배, 지성사, 2006.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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