최근 web을 기반으로 한 인터넷과 관련한 기술은 선박설계 과정에서 설계 생산성을 향상시키기 위해 새로운 설계 패러다임에 도입되고 있다. Web을 기반으로 한 선박설계는 분산된 설계환경에서 여러 설계 전문가들이 함께 참여할 수 있게 함으로써 설계정보를 동시에 공유할 수 있도록 하며, 원격지에서도 설계자가 원하는 자료를 검색할 수 있도록 해준다. 현재 소형선박을 설계하는 현장에서는 데이터 베이스가 효율적으로 구축되어 있지 않기 때문에 설계 작업시 수작업이 반복적으로 이루어지고 있다. 이러한 수작업의 반복은 설계 과정에서 에러를 발생시키고 각 설계 단계별로 발생하는 설계 데이터의 손실로 인해 생산성을 저하시키는 요인으로 작용될 수 있다. 본 연구에서는 web 기반을 통한 선박기본계산 서비스를 제공함으로서 설계정보들을 웹 브라우저를 통해서 소형선박을 건조하는 조선소나 설계 용역을 담당하는 설계사무소와 같은 원격지에서도 필요한 데이터를 검색할 수 있도록 제시하였다.
기존 선박사고 자료를 이용하여 향후 발생 가능한 선박사고의 확률을 계산하기 위한 이론과 프로그램 및 실험결과를 나타낸다. 기본적으로 베이지안 기법을 적용하여 다양한 사고의 원인과 결과 사이에 발생하는 인과관계를 통계적 기법으로 다양한 사고들이 발생할 수 있는 사고 확률을 계산하였다. 계산을 위하여 프로그램을 개발하고, 이 프로그램을 이용하여 제안한 방법의 유용성을 검증하였다.
예인선의 주요 목적의 하나는 구난 작업시 다른 선박을 예인하는 것이다. 예인선이 이러한 작업을 안전하게 수행하기 위해서는 적절한 예인력을 가질 수 있어야 한다. 따라서 예인 작업중 피 예인선박에 대한 저항을 추정하는 것은 매우 중요하고도 필수적인 과정이다. 본 논문에서는 예인력을 추정할 수 있는 선박의 저항 계산 프로그램을 연구하였다. 계산 프로그램은 정수중의 기본 선체 저항과 바람, 표류, 선체 표면 거칠기, 파랑, 천수 및 조류에 의한 부가저항을 계산하는 기능을 가지고 있다. 모든 추정값은 도표 또는 수식을 이용하는 통계적이고 경험적인 방법으로 계산된다. 본 프로그램에 의한 계산 결과는 미국 해군의 예인 매뉴얼로부터 계산된 결과와 비교하였다. 그 결과 본 프로그램은 손상 선박의 저항을 적절히 추정할 수 있는 유용한 프로그램이라고 판단된다.
선박의 대형화와 기상 이변 등으로 인한 정박 중 주묘 사고는 꾸준히 발생하고 있으나 선박에서는 실제 파주력과 외력의 계산이 복잡하고 번거로워 경험에 의존하고 있다. 이에 본 연구에서는 본선의 선원과 해상교통관제사가 주묘의 위험성을 사전에 판단하여 적절한 조치를 취하거나 정보를 제공할 수 있도록 주묘 위험성 계산 프로그램을 개발하고 이를 검증하였다. 본 프로그램에서는 선박의 풍압력, 마찰력, 표류력, 파주력 등 계산 과정에 필요한 입력 요소들을 사용자가 최대한 손쉽게 입력할 수 있도록 선박의 기본 제원, 정박상태, 외력 환경 등으로 구성하였다. 기존에 발생한 주묘 사례 3건을 주묘 위험성 계산 프로그램에 적용하여 계산한 결과 A선박은 풍속 32 knots(16 m/s), B선박은 풍속 40 knots(21 m/s), 그리고 C선박은 35 knots(18 m/s)에서 'warning'으로 평가되었다. 이는 주묘 선박의 주묘 당시의 풍속과 매우 근접한 값에 해당되어 프로그램의 높은 신뢰성을 보여주었다. 향후 추가적인 주묘 사례를 통한 프로그램의 신뢰성 향상과 기상요소의 자동 입력을 통한 실시간 계산 및 전자해도표시장치와의 연동을 통한 기능 확장이 요구된다.
자율운항선박이 부두 근처에 도착하여 예선이나 도선사의 도움 없이 선박을 자동으로 접·이안하기 위해서는 부두를 인식하고 주어진 외력 조건에서 부두까지 정해진 접안속도로 접안하기 위한 스러스터 출력과 출력각을 산정해야 한다. 이에 본 연구에서는 선박이 접안 중에 작용하는 외력과 모멘트를 분석하고 자동접안을 위한 스러스터의 출력 계산과 자동접안 프로그램 개발을 위한 기본개념을 설계하였다. 선박이 접안 중 바람에 의해 선체에 작용하는 풍압력은 풍압면적을 기초로 선형과 풍향각에 따라 계산하였으며, 선체에 작용하는 유압력은 조류에 의한 유압력과 접안속도에 따른 유압력을 분리하여 계산하였다. 그리고 선박의 횡방향 힘에 따라 선박을 회전시키는 회두모멘트를 계산하였다. 접안 중 선박에 작용하는 힘과 회두모멘트를 고려하여 부두와 평행하게 접안하기 위한 스러스터 출력과 출력각을 계산할 수 있는 이론식을 제시하고 다른 변수들로 인한 회두를 PID 제어기로 제어하였다. 또한, 이론식에 필요한 입력요소를 분석하여 프로그램 개발을 위한 기본개념을 제시하였다.
본 연구는 CSDP-초기설계 시스템 개발'3' 세부과제로 수행되었으며 선박의 기본 성능 및 사양을 결정하는데 필요한 제반 기본 계산을 수행하고 설계자의 의사결정을 지원하는 대화식 초기 설계 전산 시스템의 개발에 그 목적이 있으며, 크게 개념설계 분야와 선형 설계분야로 나누어 개발 되어왔다.(Fig. 4.1 참조). 이번 4차년도에는, 프로그램을 보다 효율적으로 사용할 수 잇도록 하기 위하여 개년설계 시스템을 구성하는 단위 모듈들을 단독으로 사용 가능하도록 독립성을 유지 함과 동시에, 시스템 차원의 상위 레벨에서 각각의 모듈들을 통합 제어하는 수퍼어플리케이션 개념을 이용한 유연화된 대화형 개념설계 프로그램(BASCON-3)을 개발하였다. 그리고 선박의 주기관 선정과 관련한 경험적 지식을 도출하여 지식베이스를 구성하고, 주기관 데이터베이스 및 저항.추진성능 추정 모듈들과의 통합을 통한 시험형의 주기관 선정 지원 시스템(ME-ASSIST )을 개발하였다. 또한 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 채택한 확장형 선형 정의 및 변환 프 로그램(MBASTRANS)을 개발하였다. 형상 모델러인 ACIS를 도입하여, 조선 분야에의 활용 가 능성을 연구하였고, 조선소에 GUI개발 기술과 시스템 통합 기술을 이전하였다.
본 연구에서는 사용자가 편리하게 사용할 수 있는 대화식 선형변환 기법을 이용한 선형설계 프로그램을 개발하였다. 선형변환 기능은 기존의 선형 Variation 기능을 가진 선박 계산 Package의 CB, LCB변환 이외에 Deadrise 생성 및 제거, 중앙 횡단면 형상 변환, 선수미부 형상변환, 단면형상 특성 변환 등 다양한 기능을 가지고 있다. 프로그램 수행시 사용자의 편의와 대화식 입출력작업을 위해 X-Window를 근간으로 하는 OSF/Motif를 이용한 그래픽 사용자 인터페이스(Graphical User Interface: GUI)를 구현하였고, 2,3차원 그래픽 라이브러리인 X-PLOT과 GLBAX를 이용하여 변환결과를 가시화하였다. 또한 선박 기본계산 프로그램과 내항 및 조종 프로그램과의 접속을 위한 interface 모듈도 개발하였다.
본 논문에서는 선박의 기본계산 프로그램인 "SIKOB" 의 구획관련 계산데이터를 다음 단계의 설계데이터로 전달하기 위하여 STEP 데이터화 하는 일련의 과정을 자동적으로 처리하는 시범 시스템을 개발하였다. 선형 및 구획스키마를 구축하였고, 이들을 SIKOB의 계산데이터로 인스턴스화 하여 STEP의 물리적 파일을 만들고 이를(형상 및 속성정보를 포함한 STEP 물리적 파일) CAD 시스템에 전달하여 CAD 작업을 한 후 다음 단계의 설계데이터로 활용할 수 있음을 나타낸다.
해상에서 사고선박을 예인할 때 피예인선의 저항을 추정하는 것은 중요한 과정의 하나이다. 피예인선에는 선체 자체의 기본 저항 외에 각종 부가저항이 있는데, 가장 큰 성분중의 하나로 파랑에 의한 부가저항을 들 수 있다. 본 논문에서는 ISO 15016 표준의 이론해석 방법에 의해 사고 선박 예인시 파랑중 부가저항을 추정하는 알고리즘을 정립하고, 이를 전산 프로그램으로 구현하였다. 예제 선박의 계산 결과를 기존의 표준 결과와 비교하였고, 이 알고리즘과 전산 프로그램은 실제로 사고 선박의 저항과 이에 따른 예인력 추정시 사용하기에 적절한 것으로 판단되었다.
선박설계에 컴퓨터를 이용하는 기술이 보편화되면서 선형에 대한 많은 기하학적 모델링 기법이 개발되어 왔다. 그러나 종래의 방법은 일반 선형에 대하여 자유곡면을 부분별 곡선 또는 곡면으로 표현하는 방법이다. 본 논문에서는 기하학적 원형요소들의 인스턴싱과 접합을 이용하여 비 정규 선형에 대한 간편하고 정확한 기하학적 모델링 기법을 개발하였다. 또한 정의된 선형에 대한 기하학적 특성치와 유체정역학, 복원력 등 기본계산을 수행하는 프로그램을 작성하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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