[논문]선박 평형수 처리 시스템의 고장 예측 및 e-Navigation을 이용한 고장 수리 시스템

서지노; 김선종; 권혁숭; 김주만

doi:10.7236/jiibc.2017.17.1.145

선박 평형수 처리 시스템의 고장 예측 및 e-Navigation을 이용한 고장 수리 시스템
Failure prediction of BWTS and Failure repair using e-Navigation 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.17 no.1, 2017년, pp.145 - 151

서지노 (부산대학교 IT응용공학과) , 김선종 (부산대학교 IT응용공학과) , 권혁숭 (부산대학교 IT응용공학과) , 김주만 (부산대학교 IT응용공학과)

초록
AI-Helper

본 논문은 선박 평형수 처리 시스템에서 여러 센서 장치들이 원격으로 전송한 데이터 특성을 토대로 장치의 고장 예측과 목적지 운항경로 상의 수리지점 대상 가장 효율적인 지점 선정 및 수리 예약하는 시스템의 설계 및 구현을 제시하였다. 이러한 데이터는 선박에 평형수를 채우거나 비울 시에 실시간으로 수집되며, 정상과 비정상의 테이타 특성을 분석하여 비 안정적 특성을 보이는 장치에 대한 사전 수리가 필수적이다. 선박이 다음 목적지를 향한 항로 운항 중 이네비게이션을 기반한 가장 효율적인 수리 센터를 선택하여 예약하는 고장 예측 및 수리 예약을 위한 소프트웨어 플랫폼을 제시하였다. 본 시스템의 적용은, 해양 오염 방지를 위한 IMO의 협약이 2017년도에 발표됨에 따라, 선박들의 안정적인 입출항과 해양 생태계 보호하며, 또한 안정적 화물 운항으로 인한 경제적 효과가 매우 높다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we propose the design and implementation of the system that is predicting the failure of ballast water treatment system by analysing its sensor datum and is reserving the most effective service center for sellecting the repair location on the way to the destination port. These data are collected in real time during draining or filling up the sea water from/to the ship, and it is essential to preliminarily repair the equipment showing unstable characteristics by analyzing the normal and abnormal data characteristics. We proposed a software platform for predicting and repairing faults by selecting the most efficient repair center based on this e-Navigation while the vessel is navigating to the next destination port. This system, as announced by the IMO Convention for the Prevention of Marine Pollution in 2017, provides a stable economic impact from stable cargo operation and stable out/in from/to port and marine ecosystem.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

BWTS 원격 모니터링 시스템에서 운항중인 선박의 BWTS 센서 데이터를 수집하여 해당 장비의 고장을 예측하고, 단계적으로 누적된 데이터를 분석하여 수명을 예측함으로써 부품 교체 및 정비 일정을 결정하게 하였다. 따라서 입항이 거부되어 경제적, 시간적 손실을 미연에 방지할 수 있는 항해 중 가장 효과적인 e-Navigation 기반의 정비 서비스망에 예약 서비스가 가능하도록 하였다.
본 논문에서는 선박 평형수 처리 시스템 원격 모니터링을 통하여 수집된 센서 및 엑츄에이터 장치 데이터를 수집하고, 누적된 데이터의 장치 특성에 대한 정상화 범위를 벗어나는 빈도에 따라 고장을 예측하는 부분과, 고장 예측된 장치에 대하여 BWTS 제조사가 보유한 서비스망에서 항해 중 가장 효율적으로 접근 수리가 가능한 서비스 지점을 선정 수리를 예약하는 시스템까지 제시하였다.

제안 방법

BWTS 원격 모니터링 시스템에서 운항중인 선박의 BWTS 센서 데이터를 수집하여 해당 장비의 고장을 예측하고, 단계적으로 누적된 데이터를 분석하여 수명을 예측함으로써 부품 교체 및 정비 일정을 결정하게 하였다. 따라서 입항이 거부되어 경제적, 시간적 손실을 미연에 방지할 수 있는 항해 중 가장 효과적인 e-Navigation 기반의 정비 서비스망에 예약 서비스가 가능하도록 하였다.
BWTS 작동 중 수집된 센서 데이터의 분석에서 불규칙한 특성을 갖는 센서 장치들에 대한 특성 데이터의 누적과 이런 현상의 경험적 예측을 모델링하여 생명진단을 통한 고장을 판별하고, 이러한 부품 교체 혹은 정비를 위한 항로상의 연안항로에서 출동거리 및 시간이 가장 효율적인 서비스센터 예약을 지원 하는 시스템을 제시하였다.
PT-301 센서는 전해조 후단의 압력을 측정하는데, 로그 파일에서 PT-301 센서값에 대한 파싱을 하고, 다시 입력하여 그림 3과 같은 트랜드 시그널의 결과를 도출하였다. 여기서 센서값에 대한 파싱은 로그파일에 저장된 각 센서값에 대한 표준 편차를 구하는 과정이다.
현재, 원격 모니터링 시스템은 의료분야, 홈네트워크분야, 산업분야, 환경분야 등을 위주로 활용되고 있다. ㈜솔내시스템은 각종 장비에 시리얼 이더넷 모듈을 내장하여 효율적으로 건물 관리가 가능하도록 하는 원격 모니터링 시스템을 개발하였다. (주)렉터슨의 ‘CX-300'은 풍력 발전기의 주요 요소의 동작 상태를 실시간으로 모니터링하고 이상 발생시, 사용자에게 즉시 통보하고, 진단을 통해 고장원인을 파악하는 정보 원격 모니터링 시스템을 개발하여 기존의 관리 인력과 시간을 절약할 수 있는 좋은 사례가 되었다^[9].
고장 예측은 원격 모니터링 프레임웍의 시작 화면의 구글맵을 이용한 선박의 표시와 함께 선택되거나, 자동적으로 선택된 선박의 BWTS의 수신된 센서데이타를 장치의 동작 동안 누적된 데이터에 대하여 시행하며, 해당선박이 밸러스터링 및 디밸러스트링할 때 마다 단계로 구분하여 불규칙 패턴의 빈도를 통하여 수명을 예측하는 모델을 제시하였다.
로 구할 수 있다. 그러나 본 논문에서는 센터의 위치에 가까운 항로상의 위도, 경도의 지점 세곳을 선정하여 e-Navigation 거리로 가장 출동 거리가 짧은 센타에 정비 예약이 되도록 한다.
하한 shutdown 범위 이내라면 pre-warning 뜨고, 범위를 벗어나면 적색 점등으로 warning 알람이 뜬다. 이러한 오류발생은 정상적인 상태에서도 발생할 수 있으므로, 발생 빈도에 대한 누적된 값과 평균 값에 의한 편차를 구하여 수명을 예측한다.
BWTS에 장착된 센서는 해수의 밸러스터링 및 디밸러스트링시에 해수 유량, 전압, 전류, 염소 농도, 수소 가스 발생 여부, 밸브의 각도 등 32가지의 센서 데이터가 선박의 임베디드 시스템을 통하여 육상에 전송된다. 해양의 각 선박으로부터 수집된 데이터는 NI사의 LabView 프로그래밍에 의해 DB에 저장되어 특성 분석을 수행한다. 그림 3에서 선박으로부터 수집된 데이터(메시지)에서 특징점 파라미터를 추출하여 정상과 비정상 그래프와 알람 처리를 하고, 비정상 데이터는 누적시켜 수명을 예측하도록 저장된다.

대상 데이터

WTS에 선박의 PLC 장치는 동작 중 일정 간격으로 센서 데이터를 수집한다. 이들 밸러스트 센서들은 표 1에 나와 있는 알람의 상한치와 하한치에 따라 감지 능력을 판별한다.

후속연구

또한 해난 사고와 화물 운송 및 연안 여객의 안전과 효율성을 위하여 2020년부터 IMO는 e-Navigation의 표준을 제정하여 시행할 계획이므로 본 연구 기술이 BWTS를 장착한 선박의 안정적인 운항에 크게 기여할 수 있을 것으로 판단한다.
본 연구 결과는 2017년부터 모든 선박에 의무적으로 운용해야하는 BWTS의 안정적 관리로 해운 운송에 위험 예방은 물론 경제적, 시간적 효율성을 제고한 기여도가 매우 높을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	선박평형수 처리 시스템은 무엇인가?	IMO에서는 해양에서 유해 수생 생물과 병원균의 이동으로 발생하는 환경, 인간건강, 재산 및 자원에 대한 위험 방지 및 규제를 위해 선박평형수 관리협약을 채택하여 선박평형수 내의 해양 생물과 미생물에 대하여 환경문제를 발생시키지 않는 방법으로 사멸 처리하여 지정된 수준 이하로 제거 및 관리토록 의무화하였는데, 이를 선박평형수 처리 시스템(Ballast Water Treatment System, BWTS)이라하며 2012년 이후에 건조되는 모든선박은 BWTS를 설치해 선박평형수를 관리하도록 규정하고, 2017년부터 협약이 발효되어 입출항 통제를 받게된다.[1]-[5]
	선박 평형수 처리 시스템로 인한 시장규모로 선박 사업체에 어떤 변화가 생겼는가?	IMO 환경 오염 방지를 위해 선박 평형수 처리 시스템(약어로 BWTS사용)설치를 의무화하면서 그림 1에서처럼 시장은 약 80조 원의 규모를 형성하게 되었다. 이에 각 국의 관련 선박 관련 사업체들이 다양한 방식의 기술을 확보하여 시장으로 뛰어들게 있으며, 국내에서는 최초로 전기 분해 방식을 이용하여 IMO로부터 BWTS의 승인을 확보한 ‘㈜테크로스’를 시작으로 자외선, 오존, 플라즈마 등 다양한 선박 평형수 처리 기술을 확보하고 있으며, 한국이 가장 많은 기본 및 종합 승인을 획득하여 BWTS 시장을 선도하고 있다[2].
	해양 오염사고가 빈번하여 IMO는 어떤 것을 시행하였는가?	선박 평형수는 선박의 운항 중 균형을 유지하기 위하여 배 바닥 탱크에 싣는 해수로서 화물 적재 시에 평형수를 배수하고, 공선인 경우 입수하도록 한다. 그런데 해수의 입수와 배수가 서로 다른 해역에서 이루어지며, 다른 해양 생물체가 유입되어 해양 생태계의 이상을 초래하는 해양 오염 사고가 빈번하여 IMO는 모든 선박에 BWTS 설치를 의무화 하고, 아울러 항구의 입항시에 타 해역에 입수한 평형수에 대한 BWTS 처리 능력을 검증하여 입항을 허가하게 된다. 입항이 거부되어 화물 하역을 못 하는 경우 선사가 입는 경제적 피해는 막대하기에 항상 안정적인 BWTS 시스템을 유지할 필요성이 대두 되었다.

참고문헌 (11)

S. Gollasch, M. David, M. Voigt, E. Dragsund, C. Hewitt, Y. Fukuyo, "Critical review of the IMO international convention on the management of ships' ballast water and sediments," Harmful Algae, Vol. 6, pp.585-600, 2007. DOI: https://doi.org/10.1016/j.hal.2006.12.009.

상세보기
Chin-Hoon Kim, Joo-Man. Kim and Byung-Chul Kim"Remote Communication of sensor data in Ballast Water Treatment System", The Journal of The Institute of Internet, Broadcating and Communication, Vol. 14, No. 6, pp. 139-147, Dec. 31 2014 DOI: https://doi.org/10.7236/JIIBC.2014.14.6.139.
Eun-Chan Kim, Jeong-Hwan Oh, and Seung-Guk Lee, "Consideration on the Concentration of the Active Substances Produced by the Ballast Water Treatment System", Journal of the Korean Society for Marine Environmental Engineering, Vol. 15, No. 3, pp. 219-226, August 2012.

원문보기 상세보기
International Maritime Organization, http://www.imo.org/en/Pages/Default.aspx
Ministry of Oceans and Fisheries, Korea, 2013.http://www.korea.kr/policy/pressReleaseView.do?newsId155909464
Ornulf Jan Rodseth,"A Maritime ITS Architecture for e-Navigation and e-Maritime: Supporting Environment Friendly Ship Transport", IEEE ITS Conference 2011, pp. 1156-1161
Hwi-Min Choi, Ji-No Seo, Kwang-Seob Lee, Seon-Jong Kim and Joo-Man Kim,"Android Remote Monitoring System of Ballast Water Treatment System," JIIBC, vol. 15, no.6, pp.217-223, 2015 DOI: https://doi.org/10.7236/JIIBC.2015.15.6.217.
Wook-Jin Choi, Joo-Man Kim, "Trend Analysis and Diagnosis for BWTS Remote Monitoring", Journal of Institute of Embedded Engineering of Korea, Vol. 9, No. 3, pp. 127-135, June 2014. DOI: https://doi.org/10.14872/IEMEK.2014.9.8.127.
Sollae System, http://www/sollae.co.kr/lr
Rectuson Data Acquisition & Analysis, http://www.rectuson.com/new/pro01/sub01_05.html
TeamViewer, http://www.teamviewer.com/

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증