[논문]능동형 펜더 기반의 접안지원시스템 개발 및 실선실험

김창우; 이동훈; 박정석; 김영복

doi:10.5394/kinpr.2020.44.6.494

능동형 펜더 기반의 접안지원시스템 개발 및 실선실험
Development and Experimental Evaluation of a Ship Berthing System Using Active Fenders 원문보기

한국항해항만학회지 = Journal of navigation and port research, v.44 no.6, 2020년, pp.494 - 500

김창우 (한국해양수산연수원) , 이동훈 (부경대학교 대학원) , 박정석 (부경대학교 대학원) , 김영복 (부경대학교 기계시스템공학과)

초록
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선박 운용에 있어 가장 어려운 과정 중의 하나가 접안작업이고, 따라서 도선사 및 예인선의 도움이 반드시 필요하다. 그 외 접안작업을 도울 수 있는 도구는 안벽에 설치된 고무형 펜더가 전부라 할 수 있다. 이러한 고무형 펜더의 한계를 극복하기 위해 짧은 범위에서 길이조정이 가능한 펜더기술이 개발되었으나 여전히 접안작업의 불편함은 크게 해소되지 못한 실정이다. 따라서 본 논문에서는, 접안작업의 안전성과 신속성을 개선할 수 있는 새로운 개념의 접안지원기술을 제안한다. 실린더형 펜더와 윈치시스템으로 구성하였으며, 펜더 스트로크 및 윈치-로우프의 장력조정으로 접안선박의 이동속도 및 안벽과의 거리제어가 가능하다. 또한 이동식으로 구성하여 선박의 접안위치에 따라 신속하게 대응할 수 있다. 개발한 시스템의 유용성을 평가하기 위해 실선을 대상으로 한 현장실험을 수행하였으며, 그 결과를 본 논문에서 소개한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Maneuvering vessels in the harbor is an interesting problem in marine cybernetics. The vessel, operated by the pilot and moving very slowly in shallow water, usually is assisted by thrusters, the main propulsion system, and tugboats. In this paper, we suggest a new vessel berthing technique using dampers (cylinder-type fenders) and a system of winches for complex and dangerous berthing situations. We found that control of the fender stroke and rope tension enabled a safe and quick berthing process. The effectiveness and usefulness of this berthing system was verified using a ship of about 2,000 tons.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1 Schematic drawing of the proposed berthing system
그림 Fig. 2 Ship berthing systems and a proposed berthing strategy using the mobile fender system
표 Table 1 Specification of fender cylinder [unit : m]
그림 Fig. 3 Developed fender system
그림 Fig. 4 Dynamic responses of the fender cylinders
그림 Fig. 5 Photo of berthing test process
그림 Fig. 6 Flowchart for configurating the GUI system
그림 Fig. 7 Captured photo of GUI monitoring system
그림 Fig. 8 Stroke of fender cylinder and distance of vessel from quay side

AI 본문요약
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문제 정의

결론적으로 이론적 관점에서보다 실용적 측면에서의 기술적 특징과 성능에 주안점을 두고 실선을 대상으로 한 실험결과 를 소개하도록 한다.
그래서 저자는 이동성,신속성및안정성을동시에확보할수있는능동형펜더기반의이동식접안지원시스템을개발하 였다. 개발한 접안지원시스템은 실린 더형댐퍼와 윈치시스템으로구성하였고, 안벽으로부터 약 5[m] 내외거리에서부터 선박을안벽으로안내할 수 있다.
그래서 저자는 이동식 장치에 실험실 수준에서의 기초연구를 기반으로 실용화 단계 기술까지 발전된 장비를 개발하였으 며, 실선을 대상으로 한 접안실험을 통해 그 유용성을 평가하였다.
따라서 본 연구에서는 이러한 현황을 개선하고 극복하기 위한 노력의 일환으로, 신속하고 안전하게 접안작업을 완성할 수 있는 새로운 개념의 기술을 개발하였다.(Kim, 2015)
, 2010)에 관한 연구결과도 있다.또한 선박과 예인선이 결합된 상태에서의 시스템 모델링 및 제어를 통해 접안상황에서의 선박제어 성능을 개선하고자 하는 연구도 수행되었다. (Bui et al.
본 논문에서는 안전하고 신속한 선박 접안을 위한 접안지원시스템 기술을 개발하고, 실선을 대상으로 한 실험을 통해 개발한 기술의 유효성을 평가한다. 접안작업은 항해를 마치고 항만으로 들어와 항해 과정을 마무리하는 마지막 단계이다.
본 논문에서는, 새로운 개념의 이동식 선박 접안시스템을 개발하고, 실선을 대상으로 한 실험을 통해 개발기술의유효성을검증하였다.

가설 설정

따라서, [Fig.2(b)]에나타낸것과같이, 접안지원시스템을이동식으로구성하여접안위치에적절히이동·배치함으로 써안전하고신속한 접안작업이 가능할 것이다.
눈에 띄지 않을 정도라 할 수 있다. 오해일수도 있는 것은, 자율운항선박이 모든 과정을 자율적으로 수행할 수 있다는 가정 이다. 상대적으로 규모가 작은 선박의 경우에는 자율운항기능 유무에 상관 없이 접안작업에 큰 문제가 없다.

제안 방법

2장에서소개한것과같이, 실린 더형가이딩장치 및 윈치 시스템으로 펜더시스템을 구성하였다. 이것을 선박의 선수 및 선미 측에 위치시키고 윈치 시스템으로 선박을 당기고 펜더로미는방식으로접안실험을시도하였다.
개발한 접안지원시스템은 실린 더형댐퍼와 윈치시스템으로구성하였고, 안벽으로부터 약 5[m] 내외거리에서부터 선박을안벽으로안내할 수 있다.
정지구간이 지난후접안과정에서는댐퍼와윈치조절을동시에수행함으 로불안정한진동적특성없이자연스럽게작업이가능하였다. 결과적으로, 펜 더 시스템개발 후 첫 실험이고,펜더설계규격보다규모가큰선박을대상으로한실험이라는상황을고 려하여상당히조심스럽게실험을수행하였다.그럼에도불구 하고, 개발한 장비를 이용하면 상당히 신속하게 접이 안작업이가능함을확인할 수 있었다.
윈치-로우프는예인선을대신하여선박을안벽으로끌어당기는역할을한다.결국댐퍼및윈치의적 절한조절을통해접안작업을완성할수있도록구성하였다. 아울러이러한기능을통합한시스템을이동식으로구성함으 로써선박이접안하는위치에상관없이능동적으로대응할수 있다.
물론필요에따라두기의실린더는독립적으로제어가가능하도록제작하였다.그 리고펜더를구성하는실린더및각부속품eKSB6370기준 에따라성능시험을실시하였다.
접안작업의안정성확보를위해댐퍼의역할이상당히중요하다는것을 알 수 있다.그래서본 연구에서는댐퍼에가해지는압력을일정한값으로설정하고 그값을유지하도록제어한다. 이렇게함으로써안벽으로접근하는선박운동을적절하게제어할수있게된다.
그래서본실험에서는[Fig.1]에나타낸접안기술이실현가능하다는 것을 검증하기 위해 윈치-로우프는 수동으로 조작하고, 댐퍼는 자동으로 조작하여 접안을 완성하는 실험을수행하였다. 실제 윈치-로우프로 선박을 끌어당긴다 하더라도 다양한 요인으로 인해 선박이 일정한 속도로 움직이지 않는다.
이때충분한억제력 을가진윈치-로우프라면진동적인특성을억제할 수 있다. 그러나본실험에서의대상선박은윈치-로우프설계규격을 초과하는 규모이고, 로우프파단등의위험성을고려하여기준값을초과하지않는범위내에서실험을수행하였다. 실제안벽측이아닌해상측으로의진동적인선박운동은접 이안과정에서는큰문제가되지않는다.
그리고 펜 더시스템에 윈치를 장착하여선 박을안벽으로끌어당길수있도록구성하였다. ([Fig.
또한펜더장치에서두개의실린더가한조로운동하게되므로선박운동에따른부하분담이가능한균등하게이루어 져야한다.따라서두실린더의동특성은가능한일치해야하 므로제작단계에서운동특성을평가하였다.그결과를[Fig.
본연구에서개발한시스템은고정식댐퍼등이갖는기술의한계를극복할수있는새로운개념의접안기술이다.자율 조종기능의유무와상관없이선박의안전하고신속한접안지 원을통해항만운용의효율성도개선할수있을것으로판단 된다.
지금부터는 접안과 이 안 실험결과를 보다구체적으로소개한다.실험시작은, 선박이 안벽에 완전히 접안된 상태에서 이 안을시작하여, 안벽에서 선수 측 2.0[m], 선미 측 1.5[m] 거리까지 해상 쪽으로 이동 한 후, 그 위치에서 일정시간정지후다시안벽 측으로 접근하는실험을반복하여수행하였다.
펜더시스템을 구성하였다. 이것을 선박의 선수 및 선미 측에 위치시키고 윈치 시스템으로 선박을 당기고 펜더로미는방식으로접안실험을시도하였다.
지금까지의 준비아래개발한펜더시스템기술을 실선을 대상으로 한한실험을통해평가하도록한다.

대상 데이터

2천 톤 규모의 선박(부경대학교실습선가야호)으로안벽으로 가이딩하는 접안실험과 반대로 안벽으로부터 이탈시키는 이 안 실험을 수행하였다.
이때접안작업을수행할수있는대응거리는가 이딩장치의역량에따르며, 안 벽에서 10[m] 내외거리에서부터 선박 접안지원이 가능할 것이다. 본연구에서는최대5[m] 스트로크의실린더형가이딩장치를제작하여2천톤규모선박 을대상으로접안실험을실시하였다.

성능/효과

결론적으로 정지구간(선수 측 : 2[m], 선미 측 : 1.5[m])에서일정거리이하로선박이이동하지않는것은댐퍼가안벽측으 로의선박이동을충분히억제하고있기때문이다.정지구간이 지난후접안과정에서는댐퍼와윈치조절을동시에수행함으 로불안정한진동적특성없이자연스럽게작업이가능하였다.
결과적으로, 펜 더 시스템개발 후 첫 실험이고,펜더설계규격보다규모가큰선박을대상으로한실험이라는상황을고 려하여상당히조심스럽게실험을수행하였다.그럼에도불구 하고, 개발한 장비를 이용하면 상당히 신속하게 접이 안작업이가능함을확인할 수 있었다.

참고문헌 (12)

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Bui, V. P., Jenog, J. H., Kim, Y. B. and Kim, D. W.(2010), "Optimal Control Design for Automatic Ship Berthing by Using Bow and Stern Thrusters", Journal of Ocean Engineering and Technology, Vol. 24, No. 2, pp. 10-17.

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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].

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