근래 조선소의 해양 프로젝트 비중이 증가함에 따라 작업 안전 환경과 공정 모니터링에 대한 요구 사항이 강화되고 있다. 이에 주요 조선소에서는 IT 기술을 접목하여 공정을 실시간으로 모니터링하고 작업자의 안전을 위해 작업 환경을 감지하기 위한 연구가 진행되고 있다. 조선소의 안벽 공정은 진수 후 안벽에 다수의 선박을 계류하고 선박 내부에서 의장 시스템 등의 마무리 공사 위주로 진행되며, 동시에 1,000여명 이상이 투입되어 진행되므로 인원의 관리와 안전 환경의 관리에 어려움이 많다. 본 연구에서는 이러한 안벽에서의 안전 작업을 위한 작업 환경을 모니터링하고 공정 진행 상황을 감지하기 위한 시스템의 개념 설계를 수행하였다. 현장 적용성을 높이기 위해 초기 투자비와 유지 운영비를 고려하여 6가지 구성 요소로 전체 시스템을 구성하였으며, 조선소 현장의 통신 환경을 고려하여 Wi-Fi와 LoRa 통신을 혼용하였고 현장에서의 데이터 송수신 기초 실험을 통해 그 적용성을 확인하였다. 설계된 시스템의 적용을 통해 안벽에 계류된 선박의 작업에 투입된 인원 현황, 작업 구역별 안전 현황을 실시간으로 감지하고 이를 기반으로 위험 상황 발생 시 단계별 알람을 발생하여 신속한 대피 및 대처가 가능하도록 함으로써 인명 손실 및 피해를 최소화 할 수 있다.
근래 조선소의 해양 프로젝트 비중이 증가함에 따라 작업 안전 환경과 공정 모니터링에 대한 요구 사항이 강화되고 있다. 이에 주요 조선소에서는 IT 기술을 접목하여 공정을 실시간으로 모니터링하고 작업자의 안전을 위해 작업 환경을 감지하기 위한 연구가 진행되고 있다. 조선소의 안벽 공정은 진수 후 안벽에 다수의 선박을 계류하고 선박 내부에서 의장 시스템 등의 마무리 공사 위주로 진행되며, 동시에 1,000여명 이상이 투입되어 진행되므로 인원의 관리와 안전 환경의 관리에 어려움이 많다. 본 연구에서는 이러한 안벽에서의 안전 작업을 위한 작업 환경을 모니터링하고 공정 진행 상황을 감지하기 위한 시스템의 개념 설계를 수행하였다. 현장 적용성을 높이기 위해 초기 투자비와 유지 운영비를 고려하여 6가지 구성 요소로 전체 시스템을 구성하였으며, 조선소 현장의 통신 환경을 고려하여 Wi-Fi와 LoRa 통신을 혼용하였고 현장에서의 데이터 송수신 기초 실험을 통해 그 적용성을 확인하였다. 설계된 시스템의 적용을 통해 안벽에 계류된 선박의 작업에 투입된 인원 현황, 작업 구역별 안전 현황을 실시간으로 감지하고 이를 기반으로 위험 상황 발생 시 단계별 알람을 발생하여 신속한 대피 및 대처가 가능하도록 함으로써 인명 손실 및 피해를 최소화 할 수 있다.
In quay processes in shipyards, it is difficult to manage workers and to maintain secure working environments because at least 1,000 people can occupy the quay at the same time. In this study, a system was designed to monitor the environment and processes of quay operation. In order to lower initial...
In quay processes in shipyards, it is difficult to manage workers and to maintain secure working environments because at least 1,000 people can occupy the quay at the same time. In this study, a system was designed to monitor the environment and processes of quay operation. In order to lower initial investments and the costs of maintenance and operation, the entire system consists of six connected components. Considering the communication environment of the shipyard site, Wi-Fi and the LoRa communication protocol were selected for the system. The feasibility of the communication protocols was verified by data transmission tests in the field. The designed system can provide real-time information about employees working in the quay area, the safety status of moored ships on the quay, and step-by-step alarms in dangerous situations based on the detected information. The system is expected to prevent or greatly reduce safety hazards.
In quay processes in shipyards, it is difficult to manage workers and to maintain secure working environments because at least 1,000 people can occupy the quay at the same time. In this study, a system was designed to monitor the environment and processes of quay operation. In order to lower initial investments and the costs of maintenance and operation, the entire system consists of six connected components. Considering the communication environment of the shipyard site, Wi-Fi and the LoRa communication protocol were selected for the system. The feasibility of the communication protocols was verified by data transmission tests in the field. The designed system can provide real-time information about employees working in the quay area, the safety status of moored ships on the quay, and step-by-step alarms in dangerous situations based on the detected information. The system is expected to prevent or greatly reduce safety hazards.
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문제 정의
본 논문은 조선소 야드에 설치하여 진수 후 공정을 모니터링하기 위한 시스템의 개념 설계 방안을 제시하였다. 현장 적용성(초기 투자비와 유지 운영비)을 고려하여 6가지 구성 요소로 전체 시스템을 구성하였으며, 조선소 현장의 통신 환경을 고려하여 Wi-Fi와 LoRa 통신을 혼용하였다.
본 연구에서는 중소형 조선소의 진수 후 공정 관리 능력 향상을 위해 공정 모니터링 시스템의 구축을 위한 설계 방안을 제시하였다. 본 연구의 주요 목적은 진수 후 안벽 공정에서의 안전 환경 개선에 두었다.
본 연구에서는 중소형 조선소의 진수 후 공정 관리 능력 향상을 위해 공정 모니터링 시스템의 구축을 위한 설계 방안을 제시하였다. 본 연구의 주요 목적은 진수 후 안벽 공정에서의 안전 환경 개선에 두었다. 이를 위하여 조선소 안벽 공정 및 작업 환경을 분석하고 현장의 요구 사항을 파악한 후 복잡한 형상의 대형 강구조물인 선박 내부에서도 원활히 작동할 수 있는 안벽 공정 모니터링 시스템의 개념 설계안을 제시하였다.
5의 녹색 화살표와 같이 구역 내부로 들어가서 통신이 이루어져야 하는 환경 탐지 센서와 구역 OSA 간의 통신은 LoRa를 적용하여 설계하였다. 해당 통신 프로토콜의 적정성을 검증하기 위하여 기초 실험을 수행하였다. 실험은 Fig.
제안 방법
관리자 및 시스템 사용자는 휴대폰에 모바일 앱을 설치하고 현장에서 모바일 앱을 통하여 안벽 관제 시스템으로부터 비상 상황 발생 정보 등 안벽 공정과 관련된 각종 정보를 전송받는다. 또한 호선 OSA 등 각종 구성요소의 현장 설치 시 근거리 통신을 이용하여 해당 구성요소의 관리 및 제어를 수행한다.
현장 적용성(초기 투자비와 유지 운영비)을 고려하여 6가지 구성 요소로 전체 시스템을 구성하였으며, 조선소 현장의 통신 환경을 고려하여 Wi-Fi와 LoRa 통신을 혼용하였다. 또한, 현장에서 데이터 송수신 기초 실험을 수행하여 적용성을 검토하였다. 본 시스템을 이용하면 안벽에서 이루어지는 각종 공정에 투입되는 인원의 실시간 관리가 가능하고 작업 구역의 안전 환경 탐지와 비상 상황 발생 시에 빠른 대응을 위한 정보 제공이 가능할 것으로 기대된다.
Tag reader에서 작업자의 신원 정보가 정상적으로 감지된 경우 호선 OSA는 감지된 출입인원 정보를 안벽 관제 시스템으로 전송하고 안벽 관제 시스템에서 호선 출입 인원 정보를 수정하여 호선 OSA에 전송한다. 모든 데이터의 무결성을 위하여 데이터베이스는 안벽관제 시스템에서 일원화하여 관리하고 다른 구성요소에서는 이 결과를 받아서 단순히 표시하여 주는 역할 만을 수행하도록 설계하였다. 호선 OSA에서 전송된 출입인원 정보가 안벽 관제시스템에서 사전 등록된 작업 신청서의 허가 인원 정보에 허용된 인원이 아닐 경우 안벽관제 시스템은 비상 상황 발생을 해당 호선 OSA에 전송하여 경보를 발생하도록 한다.
해당 통신 프로토콜의 적정성을 검증하기 위하여 기초 실험을 수행하였다. 실험은 Fig. 6에 보인 바와 같이 시스템이 적용될 상황과 같이 upper deck의 출입구에 LoRa gateway를 설치하고 구역(cargo tank, ballast water tank) 내에 LoRa module을 가지고 이동하며 통신 품질과 음영 구역을 확인하였다. 4척의 다른 선종에 대하여 다양한 구역에 대해 실험한 결과 대부분의 구역에서 문제가 없었으나 대형 선박의 가장 깊은 위치인 이중저 중앙 구역의 일부에서 음영구역이 나타나는 것을 확인하였다.
본 연구의 주요 목적은 진수 후 안벽 공정에서의 안전 환경 개선에 두었다. 이를 위하여 조선소 안벽 공정 및 작업 환경을 분석하고 현장의 요구 사항을 파악한 후 복잡한 형상의 대형 강구조물인 선박 내부에서도 원활히 작동할 수 있는 안벽 공정 모니터링 시스템의 개념 설계안을 제시하였다.
작업 구역 내의 상시적이고 완전한 위험 상황 감지를 위해서는 고정된 위치에 항시 설치되어 감지하는 방식이 유리하나 수시로 설치되고 회수 되어야 하는 운영 경비 면이나 모든 영역을 감지하기 위해 필요한 센서의 초기 투자를 고려할 경우 고정용 센서 사용만으로 현실 적용성에 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 최소한의 수량을 고정형으로 설치하고 일부 센서는 이동형으로 설계하여 구역 OSA에 거치하였다가 작업 구역에 진입하는 작업자가 소지하고 진입하도록 하는 방식으로 전체 시스템을 설계 하였다. 환경 탐지 센서는 산소농도, 아황산가스 등 4가지 유해가스를 감지하고 위험 상황 발생 시 자체적으로 알람을 발생하여 작업자에게 정보를 제공하고 해당 정보를 상위 구역 OSA에 전송한다.
통신을 혼용하여 설계하였다. LoRa는 중장거리 무선통신 기술로 최근 다양한 응용분야에 적용되고 있다[7].
본 논문은 조선소 야드에 설치하여 진수 후 공정을 모니터링하기 위한 시스템의 개념 설계 방안을 제시하였다. 현장 적용성(초기 투자비와 유지 운영비)을 고려하여 6가지 구성 요소로 전체 시스템을 구성하였으며, 조선소 현장의 통신 환경을 고려하여 Wi-Fi와 LoRa 통신을 혼용하였다. 또한, 현장에서 데이터 송수신 기초 실험을 수행하여 적용성을 검토하였다.
환경 분석과 요구 사항을 기반으로 진수 후 공정 관리 능력 향상을 위한 통합 관리 시스템의 개념 설계를 진행하였다. 전체 시스템은 Table 1에 나타낸 것과 같이 크게 6개의 요소로 구성하였다.
대상 데이터
본 연구는 조선소에서 이루어지는 진수 이후의 공정을 대상으로 한다.
이론/모형
5에 파란색 화살표로 표시되어 있듯이 안벽 관제시스템과 직접 정보를 교환하는 호선 OSA, bridge OSA, 구역 OSA 및 모바일 앱은 비교적 방해물이 적은 공간에서 통신이 이루어지는 환경이므로 Wi-Fi 망을 구성하여 통신을 수행한다. Fig. 5의 녹색 화살표와 같이 구역 내부로 들어가서 통신이 이루어져야 하는 환경 탐지 센서와 구역 OSA 간의 통신은 LoRa를 적용하여 설계하였다. 해당 통신 프로토콜의 적정성을 검증하기 위하여 기초 실험을 수행하였다.
성능/효과
6에 보인 바와 같이 시스템이 적용될 상황과 같이 upper deck의 출입구에 LoRa gateway를 설치하고 구역(cargo tank, ballast water tank) 내에 LoRa module을 가지고 이동하며 통신 품질과 음영 구역을 확인하였다. 4척의 다른 선종에 대하여 다양한 구역에 대해 실험한 결과 대부분의 구역에서 문제가 없었으나 대형 선박의 가장 깊은 위치인 이중저 중앙 구역의 일부에서 음영구역이 나타나는 것을 확인하였다. 이에 대해서는 추가 연구를 통하여 음영 구역의 해소 방안을 보완할 예정이다.
후속연구
또한, 현장에서 데이터 송수신 기초 실험을 수행하여 적용성을 검토하였다. 본 시스템을 이용하면 안벽에서 이루어지는 각종 공정에 투입되는 인원의 실시간 관리가 가능하고 작업 구역의 안전 환경 탐지와 비상 상황 발생 시에 빠른 대응을 위한 정보 제공이 가능할 것으로 기대된다. 향후 연구에서는 센서 배치 등을 위한 위험도 평가와, 시스템 설치 작업 간소화를 위한 위치 자동 인식 연구를 수행할 예정이며 최종적으로 본 연구의 성과에 따라 시스템을 개발 제작하여 중형 조선소의 안벽 공정에 실 적용할 예정이다.
4척의 다른 선종에 대하여 다양한 구역에 대해 실험한 결과 대부분의 구역에서 문제가 없었으나 대형 선박의 가장 깊은 위치인 이중저 중앙 구역의 일부에서 음영구역이 나타나는 것을 확인하였다. 이에 대해서는 추가 연구를 통하여 음영 구역의 해소 방안을 보완할 예정이다.
본 시스템을 이용하면 안벽에서 이루어지는 각종 공정에 투입되는 인원의 실시간 관리가 가능하고 작업 구역의 안전 환경 탐지와 비상 상황 발생 시에 빠른 대응을 위한 정보 제공이 가능할 것으로 기대된다. 향후 연구에서는 센서 배치 등을 위한 위험도 평가와, 시스템 설치 작업 간소화를 위한 위치 자동 인식 연구를 수행할 예정이며 최종적으로 본 연구의 성과에 따라 시스템을 개발 제작하여 중형 조선소의 안벽 공정에 실 적용할 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
호선 OSA는 왜 설치하는가?
호선 OSA는 Fig. 3에서 볼 수 있듯이 안벽에 직접 계류된 선박의 출입구(service tower, bridge)에 해당 호선의 작업 현황 및 환경 정보를 표시하고 출입인원 정보를 파악하기 위하여 설치한다. 출입 인원을 확인하기 위하여 근접 센서와 tag reader가 각각 설치된다.
조선소 작업장의 생산성 향상 및 작업 환경 개선을 위해 H중공업은 무엇을 개발하였나?
이에 대응하기 위하여 주요 조선사를 중심으로 IT 기술을 접목하여 공정을 모니터링하고 작업 환경을 감지하기 위한 연구가 진행 중에 있다[2-5]. 대표적으로 국내의 H 중공업은 조선소 작업장의 생산성 향상 및 작업 환경 개선을 위해 WiBro (wireless broadband internet) 등 무선통신과 전자태그를 이용하는 ‘디지털 조선 야드 기술’을 개발하였으며 시범 적용 중이다. 선박 건조를 위해 작업장에 흩어진 수백 톤의 대형 블록 구조물들의 위치를 RFID(radio frequency identification)로 실시간 모니터링 함으로써 작업 공정상의 위치 파악과 이동을 최적화 할 수 있도록 하였고 조선소에 WiBro 인프라를 구축하고 작업자 간 협업이 가능하도록 그룹통신 시스템과 멀티미디어 통합단말기를 개발하여 작업에 활용함으로써 생산성 향상을 추구하고 있다.
디지털 조선 야드 기술의 현장 적용에 있어 발생하는 한계점은?
선박 건조를 위해 작업장에 흩어진 수백 톤의 대형 블록 구조물들의 위치를 RFID(radio frequency identification)로 실시간 모니터링 함으로써 작업 공정상의 위치 파악과 이동을 최적화 할 수 있도록 하였고 조선소에 WiBro 인프라를 구축하고 작업자 간 협업이 가능하도록 그룹통신 시스템과 멀티미디어 통합단말기를 개발하여 작업에 활용함으로써 생산성 향상을 추구하고 있다. 그러나 대형 강구조물을 주로 생산하는 조선소의 현장 상황에 의해 통신 및 IT 기기의 사용이 원활하지 못하며 이러한 한계를 극복하기 위해서는 대규모 투자가따라야하므로 실용화에 한계가 있고 특히 중소형 조선소에는 적용이 어려운 실정이다.
참고문헌 (7)
H.S. Oh, D.J. Kim, S.R. Jang, "A Development of HSE Management System based on Smartwork", Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea, vol. 50, no. 2, pp. 38-43, 2013.
K.S. Han, S.C Han, J.H. Park, "IT Convergence on Ocean Plant and Shipbuilding", Journal of the KSME, vol. 53, no. 11, pp. 48-53, 2013.
M.S. Hwang, "Domestic Research Stasus on IT Convergence Technology on Shipbuilding", TTA Journal, no. 126, pp. 34-37. 2009.
D.Y. Cho, H.C. Song, J,H. Cha, "Monitoring and Simulation of Block Logistics", Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea, vol. 48, no. 4, pp. 24-29, 2011.
J.H. Yu, H.K. Kim, R.S Leem, H.J. Shin, "A study on Development of Auto Steel-Plate Pile System Using Measurement System", Proceedings of the SAREK 2008 Winter Annual Conference, pp. 424-428, 2008
http://lora-alliance.org/
Y.D. Yoo, Y. S. Lee, "The Design and Implementation for Smart Iot Device and Application Solution based on Long-Range wiress network technology," Proceedings of The Korean Institute of Communications and Information Sciences, vol. 57, pp. 105-106, 2015.
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