Dynamic Positioning System(DPS)은 동력, DP control 장치, DP 컴퓨터, 위치참조시스템(PRS), 센서, thruster 시스템 및 DP 운용자(DPO) 7가지로 구성되어 있다. DP 선박은 이들 구성요소들에 문제가 발생하면 그 기능을 상실할 수 있는데 이러한 DP 선박의 위치손실사고(Loss of Position, LOP)는 선주가 자발적으로 매년 IMCA에 보고하고 있다. 본 연구에서는 2001~2010년까지 10년 동안 IMCA 보고된 DP 선박 관련사고 612건에 대한 분석을 바탕으로 DPS의 7가지 구성요소와 관련된 사고 원인을 파악하고 이들 중 높은 비율을 차지하는 요인의 정성적, 정량적 분석을 통한 DP 선박의 안전운항 방안을 모색하고자 한다. 10년 평균 가장 높은 비율을 차지한 DPS 사고원인 요소는 PRS였다. 이를 전문가들의 브레인스토밍을 통해 작성된 flowchart를 바탕으로 베이지안 네트워크 분석을 시행한 결과 PRS 각 요소별 조건부 확률을 확인할 수 있었다. DP 선박의 drive off를 발생시키는데 주요한 영향을 미치는 것은 DGPS, microwave radar 및 HPR 이었고 DGPS에 주요한 영향을 미치는 에러 요인은 signal blocked, electric components failure, relative mode error 및 signal weak or fail이라는 것도 확인할 수 있었다.
Dynamic Positioning System(DPS)은 동력, DP control 장치, DP 컴퓨터, 위치참조시스템(PRS), 센서, thruster 시스템 및 DP 운용자(DPO) 7가지로 구성되어 있다. DP 선박은 이들 구성요소들에 문제가 발생하면 그 기능을 상실할 수 있는데 이러한 DP 선박의 위치손실사고(Loss of Position, LOP)는 선주가 자발적으로 매년 IMCA에 보고하고 있다. 본 연구에서는 2001~2010년까지 10년 동안 IMCA 보고된 DP 선박 관련사고 612건에 대한 분석을 바탕으로 DPS의 7가지 구성요소와 관련된 사고 원인을 파악하고 이들 중 높은 비율을 차지하는 요인의 정성적, 정량적 분석을 통한 DP 선박의 안전운항 방안을 모색하고자 한다. 10년 평균 가장 높은 비율을 차지한 DPS 사고원인 요소는 PRS였다. 이를 전문가들의 브레인스토밍을 통해 작성된 flowchart를 바탕으로 베이지안 네트워크 분석을 시행한 결과 PRS 각 요소별 조건부 확률을 확인할 수 있었다. DP 선박의 drive off를 발생시키는데 주요한 영향을 미치는 것은 DGPS, microwave radar 및 HPR 이었고 DGPS에 주요한 영향을 미치는 에러 요인은 signal blocked, electric components failure, relative mode error 및 signal weak or fail이라는 것도 확인할 수 있었다.
The Dynamic Positioning System consists of 7 elements which are namely Power system, Human machine interface, DP Computer, Position Reference System(PRS), Sensors, Thruster system and DP Operator. Incidents like loss of position(LOP) on DP vessel usually occur due to errors in these 7 elements. The ...
The Dynamic Positioning System consists of 7 elements which are namely Power system, Human machine interface, DP Computer, Position Reference System(PRS), Sensors, Thruster system and DP Operator. Incidents like loss of position(LOP) on DP vessel usually occur due to errors in these 7 elements. The purpose of this study is to find out safety operation method of DP vessel through qualitative and quantitative analyze of DP LOP incidents which are submitted to IMCA every year. The 612 DP LOP incidents submitted from 2001 to 2010 were analyzed to find out the main cause of the incidents and its rate among other causes. Consequently, the highest rate of incidents involving DP elements are PRS errors. DP computer, Power system, Human error and thruster system came next. The PRS has been analyzed and a flowchart was drawn through expert brainstorming. Also, the conditional probability has been analyzed through Bayesian Networks based on this flowchart. Consequentially, the main causes of drive off incidents were DGPS, microwave radar and HPR. Also, this study identified the main causes of DGPS errors through Bayesian Networks. These causes are signal blocked, electric components failure, relative mode error, signal weak or fail.
The Dynamic Positioning System consists of 7 elements which are namely Power system, Human machine interface, DP Computer, Position Reference System(PRS), Sensors, Thruster system and DP Operator. Incidents like loss of position(LOP) on DP vessel usually occur due to errors in these 7 elements. The purpose of this study is to find out safety operation method of DP vessel through qualitative and quantitative analyze of DP LOP incidents which are submitted to IMCA every year. The 612 DP LOP incidents submitted from 2001 to 2010 were analyzed to find out the main cause of the incidents and its rate among other causes. Consequently, the highest rate of incidents involving DP elements are PRS errors. DP computer, Power system, Human error and thruster system came next. The PRS has been analyzed and a flowchart was drawn through expert brainstorming. Also, the conditional probability has been analyzed through Bayesian Networks based on this flowchart. Consequentially, the main causes of drive off incidents were DGPS, microwave radar and HPR. Also, this study identified the main causes of DGPS errors through Bayesian Networks. These causes are signal blocked, electric components failure, relative mode error, signal weak or fail.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
다음 장에서는 2001∼2010년 까지 IMCA에 보고된 DP 선박 LOP 사고 자료를 분석을 통해 DP 선박의 LOP 사고에 가장 큰 영향을 미치는 원인이 무엇인지 확인해 보고자 한다.
따라서 DPS 구성요소들에 의한 DP LOP 사고의 원인을 분석하면 DP 선박의 안전운용에 참조할 수 있는 사항을 확인할 수 있을 것이다. 이를 위해 본 연구에서는 비교적 발생빈도가 높은 5가지 주요한 DP선박 LOP 사고 원인을 분석해 보고자 한다.
국내에는 아직 DPS를 설치하여 운용되고 있는 선박이 많지 않지만 국내 조선소에서는 DPS를 설치한 offshore 분야 선박을 많이 건조하고 있고, 앞으로 쇄빙선, 해저 탐사선, 다이버 지원선 등 다양한 목적으로 DP 선박의 국내 도입이 예상되고 있다. 이에 본 연구에서는 IMCA에 보고된 DP 선박의 사고사례 분석을 통하여 동 선박의 안전한 운항을 위해 고려해야 하는 사항들을 알아보고자 한다.
제안 방법
즉, DP 선박 운용에 있어서 가장 큰 사고 원인으로 작용하는 것은 PRS라고 할 수 있다. 10년간 보고된 612건의 사고 보고서를 전문가들이 모두 상세하게 분석하는 것은 상당한 시간이 필요한 사항이기 때문에 본 연구에서는 우선 가장 높은 비율을 차지하고 있는 PRS에 대한 분석을 전문가 의견, 사고 연관성 flowchart 및 베이지안 네트워크를 사용하여 분석해 보았다.
앞서 4가지 분류 중 drift off는 DP 선박의 동력부분 문제에 의하여 발생하는 사고이기 때문에 PRS에 문제가 발생해서는 drift off가 발생하지 않는다. 따라서 PRS 관련 flowchart를 그리는데 있어서 drift off항목은 제외하고, Fig. 7와 같이 전문가들의 브레인스토밍을 통하여 관련 사고의 연관성에 대한 flowchart를 작성하였다. 즉, PRS관련사고 133건을 분석하여 6종류의 PRS, 10종류의 에러 요인, 4종류의 sensors로 분류하였고, 이들이 drive off, operation abort 및 time loss 사건과 어떻게 관련이 있는지 표현하였다.
GeNIe 프로그램은 마이크로소프트 엑셀파일에서 작성된 내용을 데이터로 활용할 수 있는 기능을 가지고 있다. 이 기능을 활용하기 위해 133건의 PRS 관련 사고를 분석하여 119건의 PRS 및 14건의 sensors와 관련된 사항으로 분류하였다. 앞서 Fig.
IMCA에 보고된 DP LOP 사고 612건 중 PRS 관련 사고는 136건 이었다. 이들 중 tensioner3)에 의한 사고 1건, riser angle sensor에 의한 사고 2건은 DP 시스템에서 일반적으로 PRS나 sensors에 포함시키지 않기 때문에 제외하고 133건의 PRS 관련 사고를 전문가들의 브레인스토밍 및 베이지안 네트워크를 사용하여 분석하였다.
이를 위해 본 연구에서는 2001년부터 2010년까지 10년 동안 IMCA1)에 보고된 DP 선박 LOP 사고 사례를 분석하여 가장 많은 비중을 차지하고 있는 DP 선박의 사고원인을 알아보았고 이를 정성적, 정량적으로 분석하였다. 정성적 분석으로는 전문가들의 브레인스토밍 기법으로 특정 사고를 분석하였고, 정량적 분석으로는 베이지안 네트워크를 사용하였다.
동 flowchart는 사건 데이터를 바탕으로 한 정성적 분석이라고 할 수 있는데 이러한 분석을 통해서 상호 관계는 확인할 수 있겠지만 어떠한 항목이 어느 정도로 영향을 미치는지에 대해서는 알아내기 어렵다. 이에 정성적 분석을 통해 만들어진 flowchart에 추가하여 PRS 관련사고 133건의 정량적 분석을 위해 베이지안 네트워크를 통해 사고의 상호 연관성을 분석하였다. 이 연구에서 베이지안 네트워크를 만들기 위해 사용된 프로그램은 미국 피츠버그 대학에서 개발한 GeNIe 프로그램으로 베이지안 네트워크를 기반으로 정성적 분석을 통해 만들어진 flowchart에 사고 관련 데이터를 접목하여 상호 조건부 가능성에 대한 사항을 그래픽으로 보여주는 프로그램이다.
7와 같이 전문가들의 브레인스토밍을 통하여 관련 사고의 연관성에 대한 flowchart를 작성하였다. 즉, PRS관련사고 133건을 분석하여 6종류의 PRS, 10종류의 에러 요인, 4종류의 sensors로 분류하였고, 이들이 drive off, operation abort 및 time loss 사건과 어떻게 관련이 있는지 표현하였다.
지금까지 전문가들의 DP LOP 사고 관련 정성적 분석과 베이지안 네트워크를 통한 정량적 분석을 통해 DP 사고 관련 가장 큰 원인으로 작용하는 PRS의 DP선박 LOP사고 연관성 및 주요작용 요인의 조건부 확률을 확인해 보았다.
이론/모형
에 보고된 DP 선박 LOP 사고 사례를 분석하여 가장 많은 비중을 차지하고 있는 DP 선박의 사고원인을 알아보았고 이를 정성적, 정량적으로 분석하였다. 정성적 분석으로는 전문가들의 브레인스토밍 기법으로 특정 사고를 분석하였고, 정량적 분석으로는 베이지안 네트워크를 사용하였다. 단, 분석 해야할 자료의 방대함으로 본 연구에서는 가장 많은 사고 원인으로 작용하였던 요소를 우선적으로 분석하였고 나머지 요소들은 추후 체계적으로 분석하고자 한다.
성능/효과
이들 5가지 원인은 앞서 설명한 DPS의 7가지 구성요소들 중 HMI와 센서를 제외하고 모두 DPS의 구성 요소에 포함되어 있다. 따라서 DPS 구성요소들에 의한 DP LOP 사고의 원인을 분석하면 DP 선박의 안전운용에 참조할 수 있는 사항을 확인할 수 있을 것이다. 이를 위해 본 연구에서는 비교적 발생빈도가 높은 5가지 주요한 DP선박 LOP 사고 원인을 분석해 보고자 한다.
예를 들어 2001년의 경우에는 IMCA에서 DP LOP 사고보고를 관련 회원사에 적극적으로 권장하였기 때문에 다른 연도에 비해 비교적 많이 접수가 된 경우이다. 따라서 본 연구의 결과가 실제로 발생하는 전체 DP LOP 사고를 대변한다고는 할 수 없고, 보고된 DP LOP 사고 안에서의 비율 및 패턴에 한정된다는 것을 미리 밝혀 둔다. Table 2 및 Fig.
연도별 사고 원인 비율 및 10년 평균치에서 가장 큰 비율을 차지한 것은 PRS(22.0%)이었고, 다음으로 DP 컴퓨터(16.2%), 동력장치(15.9%), 인적과실(11.8%), thruster(11.2%)순으로 나타났다. 이들 5가지 사고 원인 비율을 모두 합치면 77.
이들 구성요소들이 2001∼2010년까지 10년간 IMCA에 보고된 DP LOP 사고에 어느 정도로 영향을 미쳤는지 원인별로 분류하여 10년간의 평균을 내어 본 결과 가장 많이 원인으로 작용했던 요소는 PRS이었다.
다음으로 DP 컴퓨터, DP 동력 시스템, 인적 과실 및 thruster가 2위부터 5위까지를 차지하고 있었다. 이러한 원인들을 5년 단위, 최근 3년 단위 및 2010년 등으로 분류하여 원인별로 평균을 내어 본 결과에서도 PRS는 DP LOP 사고원인에서 가장 높은 요인으로 작용하고 있었다.
Table 1은 612건의 LOP 사고에 대한 원인별 분류와 그 횟수를 보여주고 있다. 이를 보면 10년 동안 가장 많은 LOP 사고 요인으로 작용했던 장치는 PRS라는 것을 알 수 있다.
이를 좀 더 상세하게 분석하기 위해 10년 동안 발생한 DP사고의 PRS와 관련된 사고 133건을 전문가들의 브레인스토밍을 통해 정성적으로 분석하여 PRS와 DP선박 LOP사고에 대한 상호 관계를 flowchart로 작성하였고 이것을 베이지안 네트워크 방법으로 분석한 결과 drive off, operation abort 및 time loss 사건에 대한 조건부 가능성을 확인할 수 있었고, 각 노드에 가장 많은 영향을 미치는 원인들을 그래픽으로 이해하기 쉽게 표현할 수 있었다.
2008∼2010년까지 3년 DP선박 LOP 사고 평균에서는 electrical에 의한 사고가 2위로 비교적 높게 나타났고 2010년의 원인별 순위에서도 비슷하게 나왔으나 특이점은 조류나 바람과 같은 외부 환경 요인이 5위를 차지하였다. 주목할 점은 5가지 모든 분류에서 PRS는 항상 1위를 차지하고 있다는 것이다. 즉, DP 선박 운용에 있어서 가장 큰 사고 원인으로 작용하는 것은 PRS라고 할 수 있다.
후속연구
정성적 분석으로는 전문가들의 브레인스토밍 기법으로 특정 사고를 분석하였고, 정량적 분석으로는 베이지안 네트워크를 사용하였다. 단, 분석 해야할 자료의 방대함으로 본 연구에서는 가장 많은 사고 원인으로 작용하였던 요소를 우선적으로 분석하였고 나머지 요소들은 추후 체계적으로 분석하고자 한다.
본 연구를 통해 알게 된 DP선박 LOP사고관련 PRS의 정성적•정량적 분석을 바탕으로 DP선박 LOP 사고의 주된 원인 5가지 중 나머지 4가지를 hardware (PRS, 컴퓨터, 동력 시스템, thruster) 부분과 인적요소로 나누어 추가적인 분석이 이루어져야 할 필요가 있다. 더 나아가 이렇게 수행된 결과를 바탕으로 DP Class 2이상의 선박은 반드시 보유하고 있어야하는 FMEA의 확인을 통해 문제발생시의 대응능력을 키우고, 이러한 것이 DP 선박의 안전 운용에 미치는 영향을 실제 DP 선박 또는 DP 시뮬레이터를 통해 확인하는 연구가 필요할 것이다.
본 연구를 통해 알게 된 DP선박 LOP사고관련 PRS의 정성적•정량적 분석을 바탕으로 DP선박 LOP 사고의 주된 원인 5가지 중 나머지 4가지를 hardware (PRS, 컴퓨터, 동력 시스템, thruster) 부분과 인적요소로 나누어 추가적인 분석이 이루어져야 할 필요가 있다.
브레인스토밍 기법은 정성적 분석으로 각 사고들 사이의 관계도를 그려내기에 용이하다는 장점이 있고, 베이지안 네트워크는 정량적 분석으로 각 사고들 사이의 조건부 확률을 분석하고 표현하는 데 유용한 방법이다. 이 두 가지 방법을 사용하면 사고와 관련된 관계도를 조건부 확률로 이해하기 쉽게 표현할 수 있기 때문에 사고 사례 분석을 위해 상당히 많은 시간이 소요된다는 단점을 제외하면 정성적 분석과 정량적 분석을 동시에 적절히 활용하여 신뢰할 수 있는 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
이러한 분석을 활용하면 DPO들은 DP선박 운용 전에 LOP 사고에 많은 영향을 미치는 원인들을 사전에 파악하여 그에 따른 대응책을 미리 수립할 수 있을 것이고 이를 통해 좀 더 안전하게 DP 선박을 운용 할 수 있을 것이다.
이러한 PRS들이 DP 선박 운용에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 관계를 과거사고 사례를 바탕으로 확인하면 DP선박의 안전한 운용에 도움이 될 것으로 판단된다. 즉, DPO가 어떠한 PRS가 어떠한 영향을 받아 에러가 발생하는지를 미리 확인하고, 이를 바탕으로 사전에 대응 전략을 세운다면 DP선박의 안전운용에 도움이 될 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
DPS를 구성하는 요소 7가지를 설명하라.
1) 동력장치 : Thruster가 적절한 추진력을 만들어낼 수 있도록 동력을 공급하는 장치를 말한다.
2) HMI : DPO와 DPS사이를 연결하는 장치로 Human Machine Interface라고 한다.
3) DP 컴퓨터 : DPS의 기능을 수행하기 위한 수학적 알고리즘을 바탕으로 센서와 PRS부터 수신한 정보를 사용하여 thruster force에 필요한 힘을 계산하고 필요한 신호를 만들어내는 장치이다.
4) PRS : DP 선박의 절대위치 또는 상대위치를 지속적으로 확인할 수 있도록 하는 시스템으로 대표적으로 GPS가 있다.
5) 센서(gyro, MRU, wind 센서) : Gyro는 DP 선박의 방위, wind 센서는 풍향․풍속, MRU는 본선의 동요(rolling, pitching 및 heaving)등을 측정하기 위한 장치이다.
6) Thrusters : DPS 컴퓨터가 계산한 결과를 thruster에 보내면 이를 바탕으로 선박이동에 필요한 물리적인 추진력을 만들어내는 장치이다.
7) DPO : 앞의 모든 정보의 확인을 바탕으로 직접 DP 시스템을 운용하는 사람을 말하며 그 능력에 따라 가장 변수가 많은 부분이기도 하다.
Dynamic Positioning System은 어떻게 구성되어 있는가?
Dynamic Positioning System(DPS)은 동력, DP control 장치, DP 컴퓨터, 위치참조시스템(PRS), 센서, thruster 시스템 및 DP 운용자(DPO) 7가지로 구성되어 있다. DP 선박은 이들 구성요소들에 문제가 발생하면 그 기능을 상실할 수 있는데 이러한 DP 선박의 위치손실사고(Loss of Position, LOP)는 선주가 자발적으로 매년 IMCA에 보고하고 있다.
DPS를 설치한 선박을 활용해서 어떤 작업들을 수행하고 있는가?
Dynamic Positioning System(이하 DPS라 함)은 IMO MSC/Circ 645에 의하면 thruster 힘을 이용하여 unit 또는 선박의 위치를 자동으로 유지시키는 시스템을 말한다(IMO, 1994). 이러한 DPS를 설치한 선박을 활용해서 해저 케이블 설치 작업, 해저 다이버 지원 작업, Remote Operated Vehicle 지원, 해저 Drilling, 준설, 해상의 고정식 플랫폼 물자 수송, 대형 여객선, 셔틀 탱커 등 다양한 특수 작업을 수행하고 있다. 이러한 특수 작업들은 일반적인 선박의 항해보다 많은 위험성을 내포하고 있기 때문에 DP 선박을 활용한 작업도중 사고가 발생 하면 인명피해 뿐만 아니라 해양오염, 관련 처리 비용 등에서 그 피해도 크게 나타난다.
참고문헌 (16)
American Bureau of Shipping(2013), "Guide for Dynamic Positioning Systems", Houston : Author.
Chae, C. J.(2014), Practical Operation Introduction of Dynamic Positioning System, Hea Gyang press, pp. 38-55, p. 61, pp. 163-165, pp. 156-172.
Hauff, K. S.(2014), "Analysis of Loss of Position Incidents for Dynamically operated Vessels", p. 27.
International Maritime Organization, IMO(1994), "Guidelines for Vessels with Dynamic Positioning Systems", MSC/Circ 645, London : Author.
International Maritime Contractor's Association(2003), Dynamic Positioning Station Keeping Incidents, Incidents reported for 2001(DPSI 12), IMCA M 169.
International Maritime Contractor's Association(2004), Dynamic Positioning Station Keeping Incidents, Incidents reported for 2002(DPSI 13), IMCA M 173.
International Maritime Contractor's Association(2005), Dynamic Positioning Station Keeping Incidents, Incidents reported for 2003(DPSI 14), IMCA M 177.
International Maritime Contractor's Association(2006), Dynamic Positioning Station Keeping Incidents, Incidents reported for 2004(DPSI 15), IMCA M 183.
International Maritime Contractor's Association(2007), Dynamic Positioning Station Keeping Incidents, Incidents reported for 2005(DPSI 16), IMCA M 186.
International Maritime Contractor's Association(2008), Dynamic Positioning Station Keeping Incidents, Incidents reported for 2006(DPSI 17), IMCA M 192.
International Maritime Contractor's Association(2009), Dynamic Positioning Station Keeping Incidents, Incidents reported for 2007(DPSI 18), IMCA M 198.
IMCA(2010), Dynamic Positioning Station Keeping Incidents, Incidents reported for 2008(DPSI 19), IMCA M 207.
International Maritime Contractor's Association(2011), Dynamic Positioning Station Keeping Incidents, Incidents reported for 2009(DPSI 20), IMCA M 211.
International Maritime Contractor's Association(2012), Dynamic Positioning Station Keeping Incidents, Incidents reported for 2010(DPSI 21), IMCA M 218.
Shi, Phillips and, Martinez (2005), "Case Study of DP Vessels Performing SIMOPS", DYNAMIC POSITIONING CONFERENCE, p. 2.
Yim, J. B. (2009), "Development of Quantitative Risk Assessment Methodology for the Maritime Transportation Accident of Merchant Ship", KINPR Press, Vol. 33, pp. 9-19.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.