와이어 로프(wire rope)는 여러 가닥의 얇고 긴 철사를 감아서 밧줄과 같이 만든 것으로 굽힘과 비틀림 하중에 비해 축 하중에 더 크게 저항할 수 있는 특징을 가지고 있다. 해상 크레인, 갠트리 크레인, 크롤러 크레인 등과 같이 선박 또는 해양 구조물의 탑재를 위해 사용되는 조선용 탑재 크레인은 이러한 와이어 로프를 이용해 큰 중량의 블록들을 들거나 내리고 있다. 따라서 블록의 안전한 탑재를 위해서는 와이어 로프에 대한 동역학적 특성을 잘 파악해야 한다. 본 연구에서는 블록 탑재 시 크레인의 와이어 로프에 작용하는 장력과 비틀림 모멘트에 대한 계산식을 유도하고, 이를 기반으로 한 조선용 탑재 크레인의 동역학 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과, 개발된 시뮬레이션 방법이 실제 조선소의 안전한 블록 탑재 과정에 충분히 적용할 수 있음을 확인하였다.
완성되어진 블록을 이용한 탑재의 과정에서 발생하는 블록 경계간의 판재 겹쳐짐 현상, 과도한 간격 및 단차의 발생현상은 선박의 건조비용과 공수를 증가시키는 요인이 된다. 본 논문에서는 블록의 조립 및 탑재에 관한 시뮬레이션 시스템을 제안하고 이중 조립에 관한 시뮬레이션을 용접순서에 따라 용접변형 및 자중을 고려하여 유한요소해석을 ANSYS를 이용하여 수행하였다. 용접에 의한 변형은 실험에 의한 변형량을 이용한 등가강성에 따른 등가 하중을 사용하여 탄성적인 해석법을 수행하여 예측하였으며 선체 이중저 평블록을 패널 조립법에 근거한 조립순서에 따라 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션을 통한 변형으로부터 조립순서에 따른 중간 제품의 형상의 변화에 의한 강성의 변화에 기인한 변형량의 차이를 확인 할 수 있었으며, 자중의 효과를 반드시 고려하여야 함을 확인 할 수 있었다.
Recently, requests for the accurate process planning using modeling and simulation technique are increasing in many engineering fields including shipbuilding industry. In this study, Combined DEVS(Discrete EVent System specification) and DTSS(Discrete Time System Specification) simulation kernel is developed, and an integration strategy of dynamics simulation module and graphics module is also implemented. To evaluate the efficiency and applicability of the simulation kernel and integration strategy, these are applied to the block erection simulation of offshore structures.
탑재 공정 계획은 도크 공기를 만족토록 탑재 전략과 탑재 블록 순서를 결정하는 것이며, 탑재일정 계획은 결정된 탑재 순서에 따라 블록의 탑재일을 결정하는 것이다. 일정 계획에 따라 부하 분포가 다양한 양상을 보이며, 이는 생산 비용에 영향을 미친다. 제한된 가용 자원을 효율적으로 사용하면서 최단 공기에 탑재를 완료할 수 있는 최적의 공정 계획을 수립하기 위해서는 공정 계획과 일정 계획의 다양한 조합에 대해 시뮬레이션해 볼 수 있어야 한다. 최적 탑재 공정 계획 시스템 구축을 위해서는 탑재 순서를 자동으로 생성하는 시스템과 부하 평준화 시스템이 요구된다. 본 논문에서 탑재 순서 자동 생성 방안을 약술하였다. 부하 평준화는 같은 도크 기간에 건조하는 모든 선박에 대해 동시에 행하여야 신뢰성 있는 결과를 얻을 수 있다. 이럴 경우 탐색 범위가 매우 넓어짐으로 효율적인 최적화 기법이 필요하다. 본 연구에서는 유전 알고리즘을 이용한 부하 평준화 시스템을 구현하였다. 본 시스템 개발로 일정 계획이 고려된 다양한 공정 계획 시뮬레이션이 가능하다.
At the initial design stage, the generation process of the production material information of a building block and the simulation process of the block erection, which are required to perform the production planning and scheduling, have been manually performed using 2D drawings, based on the data of parent ships, and subjective intuition from past experience. To make these processes automatic, the accurate generation method of the production material information and the convenient simulation method of the block erection based on the initial hull structural model(3D CAD model), were developed in this study. Here, the initial hull' structural model was generated from the initial hull structural CAD system early developed by us. To evaluate the developed methods. these methods were applied to corresponding processes of a deadweight 300,OOOton VLCC. As a result. it was shown that the production material information of a building block can be accurately generated and the block erection can be conveniently simulated in the initial design stage.
본 논문에서 설계한 802.11 MAC(Medium Access Control)은 하드웨어와 소프트웨어의 통합 구조로 되어 있다. MAC에서 가장 빠르게 동작해야 하는 프레임 전송과 수신블록은 하드웨어로 설계를 하였고, 그 외에는 소프트웨어로 설계가 되었다. 하드웨어로 설계된 MAC은 802.11 표준문서에 포함된 SDL(Specification and Description Language)을 기초하여 설계하였으며, 성능 향상을 위하여 수신블록의 중복 프레임 검사를 수행하는 블록과 프레임을 분석하여 정보를 추출하는 블록을 SDL과 다르게 설계 하였다. 삼성 0.35공정 라이브러리를 이용하여 합성한 결과 3만 게이트의 크기를 갖으며, 최대 동작 주파수는 100MHz이다. 메모리는 47Kbits SRAM을 사용하였다. 실제동작의 검증에 앞서 Mentor Graphics사의 ModelSim을 이용하여 시뮬레이션을 수행하였으며, 동작 검증은 Huins 사의 Altera Excalibur FPGA가 탑재된 XP8000 보드를 이용하여 이루어 졌다.
본 연구에서는 조선 공정 계획의 수립 완성도 향상을 위한 다양한 시뮬레이션 시스템의 개발을 지원하는 시뮬레이션 프레임 워크(simulation framework)를 제안하였다. 그리고 제안된 시뮬레이션 프레임워크의 핵심 부분인 시뮬레이션 커널을 구현하였다. 구현된 시뮬레이션 커널은 이산 사건(discrete event)과 이산 시간(discrete time) 시뮬레이션뿐만 아니라 이들이 혼합된 형태의 시뮬레이션도 처리 가능하도록 하였다. 제안된 시뮬레이션 프레임워크의 효율성과 효용성을 평가하기 위해, 이를 조선 분야의 블록 탑재 공정(block erection process)에 적용하였다. 그 결과, 제안된 시뮬레이션 프레임워크가 조선 공정 계획을 위한 다양한 시뮬레이션 시스템을 개발하는데 효과적으로 사용될 수 있음을 확인하였다.
Generally, the shipbuilding industry has finite resources and limited workspace. Due to finite resources, limited workspace and state of block preparation, erection process in shipbuilding industry is frequently delayed than erection process scheduling which is planned at long-term plan stage. In this study, considering variability of block reserve ratio, the degree of delay in real erection process is measured and compared to scheduling which is planned at long-term plan stage in shipbuilding industry including finite capacity and variative lead time. Also, the erection process scheduling which has minimum lead time can be checked through simulation. The results of this study could be improved the accuracy of erection process scheduling by checking the main event compliance ratio by block reserve ratio and calculating the optimum erection pitch for the main event compliance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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