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조선소 블록 정도관리를 위한 경량화 측정 장비 및 증강현실 기반의 스마트 정도관리 시스템 개발
A Study on Smart Accuracy Control System based on Augmented Reality and Portable Measurement Device for Shipbuilding 원문보기

한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, v.32 no.1, 2019년, pp.65 - 73  

남병욱 (인하대학교 조선해양공학과) ,  이경호 (인하대학교 조선해양공학과) ,  이원혁 (인하대학교 조선해양공학과) ,  이재덕 ((주)강남 조선사업부) ,  황호진 (선박해양플랜트연구소 해양안전환경연구본부)

초록
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선박의 생산 효율을 높이고 생산 주기를 단축하기 위해서는 건조 주기 동안에 효율적으로 선박 구성 요소의 정확도를 평가하는 것이 중요하다. 블록의 정도 관리는 선박 공정의 단축 및 비용 절감, 선박 품질 향상에 중요한 의미를 갖는다. 대형 조선소를 중심으로 이를 위한 시스템들이 개발되어 활용되고 있지만 일부 조선소에서는 블록 형상이나 크기에 따라 줄자나 추 등의 전통적인 측정도구나 광학 장비인 광파기를 사용하여 측정, 관리하고 있으며, 정도 관리 수행하는데 있어서 이러한 도구나 장비뿐만 아니라 필수적으로 측정 위치를 파악하기 위한 종이 도면과 측정 데이터를 기록하기 위한 장치를 병행하고 있다. 측정된 결과는 수기 입력 혹은 기록 장치를 통해 정도 관리 시스템에서 관리하게 된다. 측정 결과는 작업 환경 및 작업자의 숙련도에 따라 영향이 미치게 되며, 측정 결과 관리 측면에서도 측정 결과 작성 누락, 정도관리 시트 관리의 부재 등에 대한 인적 오류(human error)와 시스템 내 결과 데이터 입력으로 인한 이중 작업 시간 소요로 인한 효율 측면에서의 비용 손실이 발생한다. 본 연구에서는 기존 정도관리 수행에서의 작업 환경을 개선하기 위한 목적으로 블록 정도 및 블록 측정 위치를 종이 도면을 통해서 확인하던 과정을 증강현실 기술을 이용하여 실제 블록 위에 측정 정보를 가시화함으로써 정도관리 수행 시간을 단축하고 측정 장비와의 연동을 통해 정도관리 데이터를 효과적으로 관리할 수 있는 증강현실 기반의 스마트 정도관리 시스템을 제안하고, 제안한 시스템에 대해서 프로토타입 구현을 통하여 정도 관리에서의 적용 가능성을 검토하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In order to increase the production efficiency of the ship and shorten the production cycle, it is important to evaluate the accuracy of the ship components efficiently during the drying cycle. The accuracy control of the block is important for shortening the ship process, reducing the cost, and imp...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 Fig. 2와 같이 이러한 과정에서 나타날 수 있는 측정 결과 작성 누락, 관리 시트 관리 부재 등의 인적 오류(human error)를 줄이고 완성도 확인을 위한 시스템 내 결과를 입력하는 이중 작업 시간 소요 등을 줄임과 동시에 작업자 단독으로 쉽게 측정할 수 있는 경량화 측정 장비인 레이저거리측 정기를 활용함에 따라 줄자의 처짐 등에 의한 전통적인 측정 도구에서 발생하는 오차를 줄이고 2인 1조 정도 작업 인원을 효율적으로 배치하여 기존 작업 환경을 개선하는 것을 목적으로 정도관리 수행 시간을 단축하고 정도관리 데이터를 효과적으로 관리할 수 있는 경량화 측정 장비 및 증강현실 기반의 스마트 정도관리 시스템의 제안한다.
  • 본 연구는 블록의 모습과 설계 데이터를 오버랩함으로써 블록의 제작 정도를 판단할 수 있도록 지원하는 동시에 측정 포인트 위치를 가시화하고 측정 장비와의 연동을 통해 측정 결과를 실시간으로 확인할 수 있도록 증강현실 기술을 기반으로 선박의 블록 정도관리를 위한 정도관리 시스템을 설계하고, 이를 위한 프로토타입 시스템을 구현하여 테스트함으로서 시스템의 적용 가능성을 확인하였다. 제안된 시스템은 정도 관리를 위하여 활용되고 있는 고가의 장비나 전문 측정 인력, 종이 도면을 대체하고 측정 데이터의 관리가 가능함에 따라 선박 블록 조립 생산성을 향상시키고 비용을 감소시킬 수 있을 것으로 판단된다.
  • 계측 기준점은 블록 정도관리를 수행 시 계측이 필요한 위치를 나타내는 것으로서 3D CAD 모델에서 측정하고자 하는 좌표를 추출하여 활용하고 있다. 본 연구에서는 이 좌표를 카메라 영상에서의 실 모델 위에 계측 위치로 가시화하기 위해서 앞서 계산된 이동 및 화전 행렬을 사용하여 계측 기준점을 정합하였다.
  • 본 연구에서는 줄자와 추를 이용한 전통적인 계측 방법과 2인 1조로 수행되는 광파기를 이용한 계측 방법 사이에서 작업 환경 개선 및 효율적 작업 인력 배치를 위하여 경량화 측정 장비인 레이저거리측정기를 활용하고 기존 계측 기준점을 확인하기 위해 사용되었던 종이 도면을 대체하기 위하여 실 블록에서의 계측 기준점 및 블록 완성도를 파악할 수 있도록 3차원 블록 모델을 제공하는 증강현실 기술 기반 정도관리 시스템을 제안하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
오버랩(overlap), 갭(gap), 단차(misalignment)등의 문제를 예방하기 위해 조선소에서는 어떠한 조취를 취하고 있는가? 이러한 경우 블록 탑재 과정에서 오버랩(overlap), 갭(gap), 단차(misalignment) 등의 문제를 유발하여 블록 재작업 및 공정 이외의 추가 작업으로 이어져 공기를 증가시키게 될 뿐만 아니라 막대한 비용의 손실로 이어져 선박 블록의 정도를 관리하는 것은 중요하다. 따라서 이를 예방하기 위하여 Fig. 1과 같이 많은 조선소에서 이미 각 조립 공정 단계에서 완성되는 블록에 대해 계측 도구 및 장비를 이용하여 정도를 측정하고 있다. 다양한 형태의 정도관리 솔루션이 연구, 개발되어 정도관리를 수행하고 있으나 이러한 시스템들은 대형 조선소를 중심으로 대형 블록의 정도를 관리하는데 초점으로 맞추어져 있다.
정도관리 데이터 정합은 무엇인가? 정도관리 데이터 정합은 카메라 영상으로부터 입력되는 실모델과 3차원 설계 모델 간 정합과 정합된 이미지에 계측 기준 점을 정합하는 것으로서 카메라로부터 입력되는 영상 데이터는실 공간 좌표계이며, 설계 모델 데이터는 3차원 가상공간의 좌표계를 가지고 있어서 정합을 위해서는 두 좌표계를 변환하여 일치시키는 작업이 필요하며, 입력된 영상에서 블록 형상의 정확한 추출이 요구된다.
경량화 측정 장비 및 증강현실 기반의 스마트 정도관리 시스템의 목적과 효과는 무엇인가? 본 연구는 Fig. 2와 같이 이러한 과정에서 나타날 수 있는 측정 결과 작성 누락, 관리 시트 관리 부재 등의 인적 오류 (human error)를 줄이고 완성도 확인을 위한 시스템 내 결과를 입력하는 이중 작업 시간 소요 등을 줄임과 동시에 작업자 단독으로 쉽게 측정할 수 있는 경량화 측정 장비인 레이저거리측 정기를 활용함에 따라 줄자의 처짐 등에 의한 전통적인 측정 도구에서 발생하는 오차를 줄이고 2인 1조 정도 작업 인원을 효율적으로 배치하여 기존 작업 환경을 개선하는 것을 목적으로 정도관리 수행 시간을 단축하고 정도관리 데이터를 효과적으로 관리할 수 있는 경량화 측정 장비 및 증강현실 기반의 스마트 정도관리 시스템의 제안한다.
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참고문헌 (13)

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  4. Ku, B.J., Lee, K.H., Park, K.M., Nam, B.W. (2015) A Study on the Portable Laser Range Finder for Three-Dimensional Localization, Proceedings of the Society of CAD/CAM Engineers Conference, Republic of Korea, 4-6 February 2015. 

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  7. Lee, D.K., Seo, K.C., Oh, D.K. (2016) A Study on the Production Management Technology of Medium-sized Ship using a Handheld 3D Scanner, Korean Society for Precision Engineering 2016 Autumn Conference, Korea, 26-28 October 2016. 

  8. Lee, H.C., Lee, D.M. (2012) A Study on Pattern Matching Algorithm of 3D Coordinates for Quality Control in Ship Blocks, J. Korea Inf. & Commun. Soc., 37(10), pp.933-939. 

  9. Li, R., Lee, K.H., Lee, J.M., Nam, B.W., Kim, D.S. (2016) A Study on Matching Method of Hull Blocks Based on Point Clouds for Error Prediction, J. Comput. Struct. Eng. Inst. Korea, 29(2), pp.123-130. 

  10. Pack, B.R., Kim, H.C. (2018) Development of Cell Guide Quality Management System for Container Ships, J. Ocean Eng. & Technol., 32(3), pp.158-165. 

  11. Son, S.H., Ahn, D.H., Wang, C., Shin, J.G., Ryu, C.H. (2015) A Study on Building Shipyard Quality Control System based on Low Altitude Unmanned Aerial Vehicle, Korean Society for Precision Engineering 2015 Autumn Conference, Republic of Korea, 16-18 December 2015. 

  12. Takechi, S., Aoyama, K., Nomoto, T. (1998) Basic Studies on Accuracy Management Systems based on Estimating Welding Deformations, J. Marine Sci. & Technol., 3(4), pp.194-200. 

  13. Takechi, S., Aoyama, K., Nomoto, T. (2002) Studies on the Block Positioning Metrics System for the Hull Erection Stage, J. Marine Sci. & Technol., 6(3), pp.158-167. 

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