[논문]조선해양 CAD 기반 용접검사 정보 자동 추출 시스템 개발

김배성; 황훈규; 송창섭; 이기택

doi:10.6109/jkiice.2020.24.1.28

조선해양 CAD 기반 용접검사 정보 자동 추출 시스템 개발
A Development of Automatic Extraction System for Welding Inspection Information based on Shipbuilding and Maritime CAD 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.24 no.1, 2020년, pp.28 - 36

김배성 (Division of Ocean ICT & Advanced Materials Technology Research, Research Institute of Medium & Small Shipbuilding) , 황훈규 (Division of Ocean ICT & Advanced Materials Technology Research, Research Institute of Medium & Small Shipbuilding) , 송창섭 (Division of Ocean ICT & Advanced Materials Technology Research, Research Institute of Medium & Small Shipbuilding) , 이기택 (R&D center, DKSOFT)

초록
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조선소에서 이루어지는 선박 건조는 용접에 의해 수행되고 있으며, 친환경선박에 대한 국제적인 요구에 따라 용접물량은 증가하고 있다. 용접부는 비파괴검사를 통하여 품질을 보증하고 있으며, 검사 정보를 나타내는 리포트는 인력이 설계된 도면을 확인하여 수작업으로 용접검사 리포트가 작성된다. 이 과정에서 소요되는 많은 공수와 인적오류로 인하여 손실이 발생하고 있다. 이러한 문제 해결을 위해 본 논문에서는 조선 전용 CAD 소프트웨어를 기반으로 설계된 데이터를 입력하여 용접검사에 관한 리포트가 자동으로 생성되는 시스템에 대하여 다룬다. 개발하는 시스템은 모델링의 도면으로부터 형상 데이터를 분석하여 부재 면의 확장을 통해 용접부를 판단 및 태그 넘버를 생성하고, 용접길이, 두께, 재질 등 검사에 필요한 정보를 자동으로 추출하는 기능을 제공한다. 시스템의 유용성을 검증하기 위해 시스템을 통해 추출된 검사 정보와 모델링 도면을 비교하여 일치하는 것을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In shipbuilding industry, there is conducting most of works by welding at the shipyard, and the volume of welding is increasing with international trends of green ships. Welding joint is guaranteed quality through non-destructive testing (NDT). The manual welding inspection report is produced by identifying the drawings designed, which results in losses the many workforce and occurs human errors. To solve these problems, this paper covers a system that reports on inspection information is automatically generation by input data based on shipbuilding-specific CAD. The developed system analyzes the shape data from drawings of modeling. Also, the system determines welding joints through expansion of the part boundary and generates tag numbers. In addition, it provides the function to automatically extract the information needed for inspection such as weld length, thickness and etc. We conducted test to verify the usefulness of the developed system and confirmed that the welding inspection information extracted through system matches the information shown in drawings of modeling.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1 Welding amount estimation system
그림 Fig. 2 The process of rebuilding a block using RVM file
그림 Fig. 3 The method of extraction for welding joint
그림 Fig. 4 Examples of generation for tag number (a) example case of butt welding, (b) generated tag number
표 Table. 1 Tag number combination sequence
그림 Fig. 5 GUI of the developed system
그림 Fig. 6 Test for drawings selection and operating
표 Table. 2 List of the extracted part informations
표 Table. 3 List of the extracted welding inspection informations
그림 Fig. 7 Progress bar for processing
그림 Fig. 8 Display window of the extracted part and welding inspection informations
그림 Fig. 9 Verification of the information through 3D viewer

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

문제 정의

시스템은 상대적으로 미비하다. 따라서 본 논문에서는 용접검사 정보를 나타내는 리포트에 대하여 기존의 수작업으로 작성되어 발생하는 문제를 해결하기 위해 설계된 모델링 형상 데이터를 통해 용접부 판단 및 태그 넘버 형성, 검사 정보 추출을 자동으로 수행하는 시스템을 개발한다.
따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서 제안하는 시스템은 부재 및 용접검사 정보를 추출하기 위해 조선 CAD 소프트웨어 환경에서 입력된 모델링 형상 데이터를 분석하고, 이를 기반으로 용접부를 판단하여 검사에 필요한 정보를 자동으로 생성하여 사용자에게 제공한다. 본 논문의 2장에서는 배경 및 필요성을 비롯하여 국내외 관련 연구에 관해 기술하고, 3장에서는 시스템의 설계에 서술한다.
이러한 노력의 일환으로 조선 전용 CAD 소프트웨어를 활용하여 공정의 자동화를 지원할 수 있는 시스템에 대한 연구가 다각적으로 이루어지고 있다. 본 논문에서는 작업자가 선박 부재의 용접부 검사에 필요한 정보를 나타내는 리포트를 수동으로 작성되고 있는 기존 방법을 대체하여 자동으로 정보를 추출하는 시스템을 개발하고, 검증을 통해 유용성을 확보하였다. 개발된 시스템을 통하여 생성된 정보는 설계된 모델링이 직접 입력되기 때문에 정확한 정보 추출이 가능하고, 용점검사에 소요되는 공수를 계산하는 용도로도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

제안 방법

1 SP6 Hull Designer를 활용하였으며, C# .NET 및 WPF 프로그래밍 언어를 사용하여 개발하였다. 또한, Intel Core E5-8400 2.
개발한 시스템의 유용성 검증을 위해서 그림 6과 같이 우측에 표시된 도면을 선택하여 정보 추출 대상으로 적용되면 해당 도면의 외곽선이 검은색에서 노란색으로 변경되고, 목록에 도면의 좌표가 정상적으로 표시되는지를 확인하였다. 도면의 적용을 완료한 후 OK 버튼을 실행하면 각각의 도면 내에 표시된 선체의 부재를 형상화하고, 용접부를 판단하여 태그 넘버 생성 및 검사에 필요한 정보를 추출하는 과정을 그림 7과 같이 진행바형태로 나타낸다.
또한, 사용자의 편의를 위하여 Pick Page 버튼을 통해 우측 뷰어 상에 표시된 도면을 직접 선택할 수 있도록 하고, 이에 드래그 앤 드롭 방식을 적용하여 선택된 도면을 좌측 List Area로 전달하면 추가가 되도록 하였다. 도면번호 입력 또는 선택기능을 통해 정보의 추출 대상이 되는 도면의 시작 포인트와 끝 포인트 좌표가 순차적으로 정렬되도록 구성하고, 목록에서 불필요하거나 잘못 입력된 도면을 선택하여 제거하는 기능의 Remove 버튼을 포함하였다. 용접검사 정보를 수집하고자 하는 도면들이 모두 정렬되면 OK 버튼으로 추출이 시작한다.
따라서 본 논문에서 제안하는 시스템은 선체 모델링의 특성을 분석하여 부재를 형상화하고, 부재와 이웃 부재 간의 거리 등으로 용접부를 판단한다. AM을 통하여 설계된 모델링 및 도면은 리뷰파일(.
따라서 본 논문에서는 3.2에서 기술한 방법으로 용접부가 추출되면 표 1과 같은 조합을 적용하여 용접부의 고유한 태그 넘버를 자동으로 생성하도록 설계하였다. 또한, ③과 ④에 해당되는 부재명의 순서는 부재 간의 위치에 따라 아래>위, 좌측>우측, (필릿 용접) 내부중첩 부재>확장 부재의 순으로 우선순위를 가지도록 설정하여 동일한 용접부지만 기준부재에 따라 태그 넘버가 다르게 생성되는 것을 방지하였다.
NET 및 WPF 프로그래밍 언어를 사용하여 개발하였다. 또한, Intel Core E5-8400 2.8GHz CPU, 32GB RAM 사양의 워크스테이션을 사용하여 개발한 시스템을 테스트하였다.
리뷰파일에 저장되어 있는 전체 부재들을 대상으로 각각의 용접부를 추출함과 동시에 해당 용접 길이, 부재의 두께와 재질 등의 정보를 추출하여 저장한다. 또한, 부재의 크기와 모양, 유형, 설계 데이터의 정밀도 등에 따라 중첩되는 부분의 차이가 발생하므로, 사용자의 중첩 판단을 지원하기 위하여 허용범위를 조절할 수 있도록 구성하였다.
화면의 좌측은 시스템의 메인 GUI (Graphical User Interface)로써 용접검사 정보를 추출하려는 도면번호 또는 블록번호를 입력할 수 있고, 추출이 시작되는 도면을 지정하거나 선택된 도면을 확대하여 전시할 수 있는 기능을 제공한다. 또한, 사용자의 편의를 위하여 Pick Page 버튼을 통해 우측 뷰어 상에 표시된 도면을 직접 선택할 수 있도록 하고, 이에 드래그 앤 드롭 방식을 적용하여 선택된 도면을 좌측 List Area로 전달하면 추가가 되도록 하였다. 도면번호 입력 또는 선택기능을 통해 정보의 추출 대상이 되는 도면의 시작 포인트와 끝 포인트 좌표가 순차적으로 정렬되도록 구성하고, 목록에서 불필요하거나 잘못 입력된 도면을 선택하여 제거하는 기능의 Remove 버튼을 포함하였다.
정보의 대부분은 도면으로부터 추출이 가능하지만 검사 방법의 규모의 경우, 용접검사 정보를 추출 및 확인하는 담당자가 선급 규칙에 의거하여 선주사와 협의를 통해 결정되는 부분으로 사용자가 직접 기재할 수 있도록 하였다. 또한, 추출된 데이터는 용접검사 및 품질관리 등 관련 작업을 수행하는 부서로 전달하기 위해 엑셀 파일로 출력이 가능도록 개발하였다.
기준부재의 테두리 면을 확장하여 다른 부재의 내부와 중첩되는 경우, 필릿 용접부로 판단한다. 리뷰파일에 저장되어 있는 전체 부재들을 대상으로 각각의 용접부를 추출함과 동시에 해당 용접 길이, 부재의 두께와 재질 등의 정보를 추출하여 저장한다. 또한, 부재의 크기와 모양, 유형, 설계 데이터의 정밀도 등에 따라 중첩되는 부분의 차이가 발생하므로, 사용자의 중첩 판단을 지원하기 위하여 허용범위를 조절할 수 있도록 구성하였다.
설계된 선체 모델링 도면으로부터 형상에 관한 데이터를 이용하여 부재의 용접부를 추출하기 위한 방법을 설계하였다. 먼저 루트갭(Root gap)을 가지는 다수의 부재가 배치되어 있는 모델링의 리뷰파일에 저장된 데이터를 기반으로 각각의 부재를 형상화한다.
용접검사 정보 자동 추출 시스템은 국내외 조선 산업의 설계, 제조 및 생산 계획 등 다양한 공정에서 사용되는 CAD 소프트웨어인 AM의 애드인 형식으로 개발하였다. 시스템은 선체 형상 데이터가 저장된 파일로부터 용접부와 검사에 필요한 태그 넘버, 좌표, 길이, 두께 등의 정보를 자동으로 추출하여 제공하는 기능을 한다.
용접검사 정보 자동 추출 시스템은 기존의 형성되어있는 조선 설계 환경에 대한 변화가 필요하지 않고, 기반시설 구축에 대한 비용이 소요되지 않도록 전용 CAD 소프트웨어인 AM에서 애드인하여 사용하는 확장 기능으로 개발한다.
정보의 대부분은 도면으로부터 추출이 가능하지만 검사 방법의 규모의 경우, 용접검사 정보를 추출 및 확인하는 담당자가 선급 규칙에 의거하여 선주사와 협의를 통해 결정되는 부분으로 사용자가 직접 기재할 수 있도록 하였다. 또한, 추출된 데이터는 용접검사 및 품질관리 등 관련 작업을 수행하는 부서로 전달하기 위해 엑셀 파일로 출력이 가능도록 개발하였다.
추출이 완료되면 디스플레이 창을 생성하여 부재에 대한 정보를 나타내고, 기준부재를 지정하면 해당 부재와 연계된 용접검사 정보를 전시하여 사용자가 원하는 관점에서 데이터를 확인할 수 있도록 구성하였다. 부재 정보는 도면번호를 시작으로 호선번호, 블록번호, 부재명, 수량, 사이즈, 두께, 무게 그리고 재질 순으로 표 2와 같이 표현한다.
이를 위해 앞서 설계한 내용을 바탕으로 시스템을 개발하였으며, 개발한 시스템의 사용자 인터페이스는 그림 5 와 같다. 화면의 우측은 AM에서 제공하는 도면 뷰어로 용접검사 정보를 추출하기 위해 입력으로 사용되는 모델링 도면이 표시되어 있고, 사용자가 도면을 확인할 수 있도록 구성하였다. 화면의 좌측은 시스템의 메인 GUI (Graphical User Interface)로써 용접검사 정보를 추출하려는 도면번호 또는 블록번호를 입력할 수 있고, 추출이 시작되는 도면을 지정하거나 선택된 도면을 확대하여 전시할 수 있는 기능을 제공한다.

성능/효과

태그넘버의 경우, 그 우선순위에 따라 부재명의 순서가 달라지는데 기준부재 B28G가 각각의 부재와 접한 위치는 B28A의 좌측, B28F의 아래가 되고, B28D의 확장된 면이 내부에서 중첩이 된다. 따라서 정의된 기준에 의해 B28G가 부재명1으로 적용되고, 이웃한 부재가 부재명2 로 연결되어 설계에 부합하게 태그 넘버가 생성됨을 확인하였다.
상단의 B 28G를 기준 부재로 지정하였을 경우, 부재 B28A, B28D, B28F 와 용접되는 것을 하단에 나타난 정보를 통하여 간접적으로 확인할 수 있다. 이때 하단의 태그 넘버 Q541- M11P-B28G-B28F에 해당되는 용접검사 정보를 상단의 부재 B28F 및 B28G와 비교해보면 두께와 재질 정보가 일치하는 것을 확인하였다.

후속연구

본 논문에서는 작업자가 선박 부재의 용접부 검사에 필요한 정보를 나타내는 리포트를 수동으로 작성되고 있는 기존 방법을 대체하여 자동으로 정보를 추출하는 시스템을 개발하고, 검증을 통해 유용성을 확보하였다. 개발된 시스템을 통하여 생성된 정보는 설계된 모델링이 직접 입력되기 때문에 정확한 정보 추출이 가능하고, 용점검사에 소요되는 공수를 계산하는 용도로도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
또한, 용접부를 판단하여 검사 정보를 추출하는 과정에서 발생하는 오차로 인한 위험성과 생산성 관련 저해요소에 대하여 분석할 예정이다.
현재, 선체뿐만 아니라 배관에 대한 용접검사 추출을 위한 연구를 진행 중이며, 향후 실제 필드에서 현행 대비 개발된 시스템을 통한 공수 절감의 정량적인 측정과 실증 테스트를 통한 개선 및 보완사항 도출을 수행할 계획이다. 또한, 용접부를 판단하여 검사 정보를 추출하는 과정에서 발생하는 오차로 인한 위험성과 생산성 관련 저해요소에 대하여 분석할 예정이다.

참고문헌 (14)

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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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