[논문]인터넷 기반 선박용 프로펠러 설계 및 해석 시스템 개발

장현길; 안병권; 문일성; 이창섭

인터넷 기반 선박용 프로펠러 설계 및 해석 시스템 개발
Development of Internet-Based Marine Propeller Design and Analysis System 원문보기

韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology, v.24 no.4 = no.95, 2010년, pp.66 - 71

장현길 (충남대학교 선박해양공학과) , 안병권 (충남대학교 선박해양공학과) , 문일성 (한국해양연구원 해양시스템안전연구소) , 이창섭 (충남대학교 선박해양공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Numerical prediction of propeller performance plays an important role in a marine propeller design process. Program developers are consistently trying to improve diminish predicted errors, and program users need to keep up with the latest ones with minimum expenditure of time and money. We have developed an internet based design system in which clients can design propellers with remote access. In this paper, optimized Internet based Propeller Design and Analysis System (iProDAS) for transferences of the massive data is presented, and a sample design using iProDAS is examined.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구를 통해 이러한 초기 버전의 문제를 해결하고 인터넷 기반 프로펠러 설계해석 시스템(이하 iProDAS, Internet-based propeller design and analysis system) 개발을 완성하였다. 본 논문에서는 iProDAS에 이용된 인터넷 통신 구현 부분의 개선 점을 설명하고, 선박용 프로펠러 설계과정 계산(예)를 통한 고찰을 수행하고자 한다.
설계결과는 주로 데이터 송수신 및 계산 흐름을 확인할 수 있도록 도시하였다. 본 논문은 프로펠러 설계를 위한 iProDAS의 사용 및 결과에 대한 것을 목표로 하였기 때문에 방대한 양의 수치적 모델링과 계산과정 및 데이터 처리절차는 생략하였다.
(3) 캐비테이션 발생 추정 : 설계자가 프로펠러의 캐비테이션 발생정도를 파악하는 것은 초기 설계에 있어 매우 중요한 요소라 할 수 있다. 본 연구 그룹에서는 수년간의 연구 과정을 거쳐 프로펠러에서 발생하는 캐비테이션을 예측할 수 있는 기술을개발하였으며 현재 단일 패키지 형식으로 조선소 및 일반 선박용 프로펠러 설계자에게 보급되어 사용되고 있다. iProDAS는 사용자가 설계한 프로펠러의 성능해석뿐만 아니라 캐비테이션 발생정도를 확인할 수 있도록 연동되어있다.
기존의 연구에서는 서버-클라이언트 환경을 구현하여 원격지 설계 작업이 가능하도록 하는 기반을 마련하였다. 본 연구에서는 기존 연구를 활용하여 각종 수치해석 프로그램 모듈을 통합하고 문제점의 해결 및 개선이 이루어 졌다. 클라이언트 프로그램은 통합프로그램으로써의 사용자 환경을 마련하였고, 파일의 크기에 따른 문제점을 패킷설계의 수정 및 스레드 동기화 기법을 통해 해결하여 계산 결과가 사용자측에 완전히 전송되도록 하였다.

제안 방법

(1) 최적 직경 선정: 먼저 설계조건에서의 최적 직경을 구하기 위하여 MAU series를 이용한 MauOpti모듈을 수행하였다. Fig.
iProDAS의 동작 안정성 및 계산데이터의 송수신 검증을 위해 4,100TEU급 컨테이너 선박용 프로펠러를 설계하였다. 사용된 프로펠러 요구조건 및 자항추정 값을 Table 1에 나타내었다.
클라이언트 프로그램은 통합프로그램으로써의 사용자 환경을 마련하였고, 파일의 크기에 따른 문제점을 패킷설계의 수정 및 스레드 동기화 기법을 통해 해결하여 계산 결과가 사용자측에 완전히 전송되도록 하였다. 개인용 PC에서 수행하던 여러 종류의 프로펠러 설계프로그램을 인터넷기반에서 작동하도록 함으로써 사용자의 입장에서 프로그램의 업그레이드 및 유지관리에 대한 장점을 제시 하였다. 향후 프로펠러의 설계 및 해석 절차에 대한 분석을 통하여 사용자 환경을 개선한다면 중․소형 조선소와 같이 전산장비의 유지, 보수가 힘들고 설계인력이 부족한 경우 경제적, 기술적으로 매우 유용할 것으로 판단된다.
1, current)에서는 헤더에 전송플래그를 추가하여 파일의 최초 패킷을 1로 표시하고 연속 패킷을 0으로 표시하면, 수신측에서 전송플래그를 기준으로 데이터를 하나의 파일로 결합할 수 있다. 또한 데이터의 안정성을 강화하기 위하여 헤더에 패킷사이즈 외에도 전체 파일사이즈를 기록해 전송량을 체크하도록 하였다.
이로 인해 대용량의 파일을 전송할 경우 클라이언트에서 일부 파일을 완전히 전송받지 못하고 누락되는 치명적인 문제가 발견되기 시작하였다. 본 논문에서는 이왕수 등(2003)이 제안한 스트리밍 프로토콜을 수정하는 과정을 먼저 보이기로 한다.
iProDAS는 사용자가 설계한 프로펠러의 성능해석뿐만 아니라 캐비테이션 발생정도를 확인할 수 있도록 연동되어있다. 본 논문의 마지막 확인단계로 프로펠러의 캐비테이션 추정 수치계산을 수행하였다. 계산 결과로 12개의 파일이 생성되었으며 최대 크기는 359KB, 총 크기는 887KB로 모두 정상적으로 전송되었다.
기존의 방식에서는 수신측에서 하나의 데이터가 여러 개의 패킷으로 분할하여 들어올 경우를 대비 하지 않았다. 본 연구에서는 2.1절과 같은 방법에 의해 분할된 패킷을 분석하여 원래의 데이터로 결합되도록 구현하였다.
설계과정은 유효반류추정→프로펠러 최적 직경 선정→설계프로펠러 정상 성능해석→설계프로펠러 캐비테이션 추정→선속추정의 흐름에 따른 수치계산을 수행하였으며.
따라서 대기열이 긴 최종사용자는 자신의 계산순서를 알 수 없는 관계로 인터넷접속 및 서버에 대한 불신을 가지게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 최종사용자의 작업이 대기자 큐에 들어가는 순간과 큐에서 나오는 순간 큐에 대기 중인 모든 대기자에게 자신의 대기 순위를 알 수 있도록 하였다.

대상 데이터

사용자는 계산 결과로 생성되어 전송된 파일명, 용량, 파일개수를 화면을 통해 확인할 수 있다. 본 예에서는 2개의 파일(msgopti.dat(219byte), mauopti.out(1,008byte))이 전송되었다.

이론/모형

즉, 데이터를 패킷단위로 분할하여 전송 요청하는 Process스레드와 전송완료 결과를 체크하여 전송되지 못한 부분을 재전송하도록 요청하는 IO스레드의 실행순서가 제어 되지 않아 데이터의 순서가 뒤바뀌게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 스레드 동기화(Thread synchronization)기법을 사용하였으며, 본 연구에서는 스레드의 실행 순서를 제어하기위해 세마포어(Semaphore) 오브젝트를 사용하였다. 예를 들면 Fig.
따라서 수신측에 적당한 크기의 버퍼를 준비해 패킷 헤더에 기록된 패킷사이즈 만큼의 데이터를 전송 받은 후 하나의 패킷으로 처리해야 한다. 이를 위해 링버퍼(Ring buffer)방식을 도입하였다. 링버퍼의 크기는 오버플로우(Overflow)가 발생하지 않도록 최대 패킷사이즈의 두 배로 하였 으며 구현된 링버퍼 방식은 다음과 같다.

성능/효과

9은 초기 설계된 프로펠러 형상에 대한 프로펠러 단독성능을 계산하는 과정으로, 계산 결과를 주고받는 서버와 클라이언트의 화면을 보여주고 있다. 계산 결과 생성된 8개의 파일이 모두 정상적으로 전송되었으며 최대 파일크기는 40,501byte였다. 계산 결과인 단독성능 곡선은 Fig.
본 논문의 마지막 확인단계로 프로펠러의 캐비테이션 추정 수치계산을 수행하였다. 계산 결과로 12개의 파일이 생성되었으며 최대 크기는 359KB, 총 크기는 887KB로 모두 정상적으로 전송되었다. Fig.
반면에 설계자의 인터넷 전송속도 및 계산결과 데이터파일의 크기나 수가 많을 경우 다소 전송시간에서 지체되는 모습을 보였다. 따라서 iProDAS의 활용에 따른 설계자의 설계시간 증가는 서버에 존재하는 수치계산 프로그램의 계산시간에 따른 특성보다는 계산된 결과 파일의 용량 및 수에 의존한다는 것을 알 수 있다. 하지만 프로펠러 설계 전체과정으로 보면 미미한 수준이므로 수치계산을 위하여 각각의 PC에 설계 프로그램을 모두 설치하고 관리하는 노력과 경제적인 손실에 비하면 iProDAS의 효율성은 매우 높다고 판단된다.
본 연구를 통해 이러한 초기 버전의 문제를 해결하고 인터넷 기반 프로펠러 설계해석 시스템(이하 iProDAS, Internet-based propeller design and analysis system) 개발을 완성하였다. 본 논문에서는 iProDAS에 이용된 인터넷 통신 구현 부분의 개선 점을 설명하고, 선박용 프로펠러 설계과정 계산(예)를 통한 고찰을 수행하고자 한다.

후속연구

개인용 PC에서 수행하던 여러 종류의 프로펠러 설계프로그램을 인터넷기반에서 작동하도록 함으로써 사용자의 입장에서 프로그램의 업그레이드 및 유지관리에 대한 장점을 제시 하였다. 향후 프로펠러의 설계 및 해석 절차에 대한 분석을 통하여 사용자 환경을 개선한다면 중․소형 조선소와 같이 전산장비의 유지, 보수가 힘들고 설계인력이 부족한 경우 경제적, 기술적으로 매우 유용할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	일반적인 공학적 설계 또는 해석 과정에는 무엇이 연속적, 반복적으로 활용되는가?	일반적인 공학적 설계 또는 해석 과정에는 수많은 프로그램이 연속적, 반복적으로 활용된다. 마찬가지로 그동안 선박용 프로펠러의 설계과정도 설계자의 경험과 수많은 요소 프로그램을 활용해야 하며 매 단계마다 설계자의 공학적 판단을 필요로 해왔다.
	ProDAS의 한계는?	현재 조선공업 1위 국가인 우리나라 대부분의 조선소에서 이 해석 패키지를 사용하여 선박용 프로펠러를 설계하고 있다. 그러나 이러한 패키지의 한계 중 하나는 모든 계산이 설계자가 직접 설계현장의 컴퓨터에서 개별적으로 수행된다는 점이었다.
	조선공업 1위 국가는?	본 연구 그룹은 선박용 프로펠러에 대한 이론해석 및 설계뿐만 아니라 이 과정을 체계화하여 개인용 컴퓨터의 Windows 환경에서 설계를 수행할 수 있도록 한 프로펠러 설계 및 해석 패키지 ProDAS(Propeller design and analysis system)를 지속적으로 개발해 왔다(정인숙 등, 1996; 정인숙 등, 1997; Lee and Cho, 2001). 현재 조선공업 1위 국가인 우리나라 대부분의 조선소에서 이 해석 패키지를 사용하여 선박용 프로펠러를 설계하고 있다. 그러나 이러한 패키지의 한계 중 하나는 모든 계산이 설계자가 직접 설계현장의 컴퓨터에서 개별적으로 수행된다는 점이었다.

참고문헌 (6)

윤성우 (2003). TCP/IP 소켓 프로그래밍, 프리렉.
이왕수, 박범진, 이창섭 (2003). “인터넷 기반 프로펠러 설계 시스템 개발”, 대한조선학회 논문집, 제40권, 제6호, pp 69-79.

원문보기 상세보기
정인숙, 이창섭, 임효관 (1996). “GUI를 이용한 프로펠러 설계법”, 대한조선학회 춘계학술대회 논문집, pp 220-223.
정인숙, 이창섭, 조충호 (1997). “데이터베이스와 응용프로그램 사이의 인터페이스 설계 및 구현”, 대한조선학회 논문집, 제34권, 제4호, pp 139-147.

원문보기 상세보기
Jones, Anthony and Ohlund, Jim, 김남식(역) (2003). Network Programming for Microsoft Windows, Second Edition, 정보문화사.
Lee, C.-S. and Cho, C.-H. (2001). “Propeller Design and Analysis System using Object-Oriented Database in Windows Environment”, Practical Design of Ships and Other Floating Structures, Vol 2, pp 685-691.

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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