선체 외판 부재의 곡 성형 과정은 주로 가열(열간가공)에 의해 수행된다. 이 가열 작업은 작업자의 경험과 지식에 크게 의존하는 매우 어려운 작업이다. 본 논문에서는 선체 외판의 곡 성형을 위한 가열 계획을 자동으로 수립할 수 있는 휴리스틱을 소개한다. 현장 전문가의 지식에 기반한 이 휴리스틱은 크게 가열 선을 생성하는 부분과 외력을 주는 도구를 배치하는 부분으로 구성된다. 가열 선은 대상 부재의 현재 곡면과 설계된 목적곡면과의 비교를 통해 생성되고, 가우스 커널 함수를 통해 스무딩(smoothing)된다. 현장에서는 열간가공 시 의도하지 않은 변형을 막으면서 작업시간을 줄이고자 외력을 이용한다. 외력의 위치와 방향은 가열 선 군집화를 통해 추출된 대표 가열 선을 기준으로 결정된다. 가상의 인공 곡면과 현장의 실제 부재를 대상으로 실험한 결과, 이 휴리스틱이 숙련된 전문가가 수립한 가열 계획과 유사한 가열 계획을 수립할 수 있음을 확인하였다.
조선소에서 사용되는 선각 외판 부재는 선박 한 척을 건조하는데 사용되는 부재의 수가 매우 많고, 각 가공 외판 부재는 상대적으로 크기가 크고 각각 상이한 부재 형상을 가지고 있다는 특징이 있다. 또한 이 중에서, 선체의 외판 곡 부재를 가공할 때는 각 부재의 초기 형상과 가공 목적형상에 대한 정보를 가지고 냉간, 열간 가공을 통하여 설계된 형상으로 가공을 수행하여야 한다. 이때, 최초 가공 시 및 추가 가공 중에 부재의 형상을 확인하여 주어진 정도에 부합할 때까지 가공을 수행 하여야 하며, 이와 같은 특징 때문에 선체 외판 부재의 가공 시에는 수시로 가공중인 부재의 형상 및 가공정도를 확인하여야 하는 과정, 즉 시간을 최소화하면서 효율적으로 가공형상을 확인하는 대형곡면 계측 기술과, 곡면 비교 기술이 필요하게 된다. 본 논문에서는, 이러한 가공환경 하에서 적용 가능성이 있는 효율적인 계측, 비교를 위한 S/W, H/W 통합 시스템 구축을 수행하였다.
현재 국내 대부분 조선소에서는 선박 외판 곡 가공 작업시 곡률이 작은 부재는 일반 낱개 형상의 목형 틀을, 선수 및 선미 구간 중 곡률이 큰 부재는 입체 형상의 목형 틀을 제작하여 선상 가열 작업 중 이를 참조하여 철판의 곡형을 생성한다. 이 중 입체형상의 목형 틀을 상형곡형이라고 한다. 이러한 상형곡형 제작정보를 생성하는 방법은 각 조선소마다 조금씩 다르기는 하지만 대부분이 수작업에 의해서 목형 제작정보를 생성한다. 현장 작업자가 선형도면을 직접 참조해서 작도 및 계산을 통하여 입체형상에 대한 각각의 정보를 수작업으로 산출하거나 또는 설계 작업자가 입체형상 구성에 필요한 모든 단면을 개별적으로 모델링하여 제작정보를 현장에 제공한다. 이 과정에서 작업 공수가 과다 소요되며 수작업에 의한 제작정보 오류가 종종 발생하여 외판 곡 가공 공정에 문제가 발생하기도 한다. 그렇기 때문에 본 연구에서는 상형곡형 제작에 필요한 생산 정보를 설계 작업자 또는 현장 작업자 어느 누구라도 쉽고 간단하게 산출할 수 있도록 생산지원 시스템을 개발하였다. 이로 인해 상형곡형 제작이 필요한 외판부재의 경우 즉시 제작정보를 산출하여 제작하도록 함으로써 작업시간을 비약적으로 절감이 가능하게 될 것이다.
Fabrication of the hull plate demands a lot of man-hour and a high degree of technology. In recent years, commercial shipping orders have been fallen because of intensifying competition with low price of order and labor cost. In order to solve this problem, a countermeasure such as a cost reduction is required. In this study, we are dealing with the method of supplying the forming information of the hull to the production site. We reviewed studies of hull forming that have been proposed so far to develop a method for providing hull forming information. On the basis of given production plans from the production site of shipyard, we discuss how to convert shell plate to production plan. Then, we will discuss the efficiency of the distribution method through the network about the method of hull forming. Thus, we have modified the distribution method which was proposed before. Finally, we will introduce the enhanced method for providing fabrication information of the hull plate to the small and medium-sized shipyards.
In the field of shipbuilding design, the use of 3D CAD is becoming commonplace, and most of the large shipyards are conducting 3D design. However at the production site, workers are still working on 2D drawings rather than 3D models. This tendency is even worse in small-scale shipyards and block manufacturing shops. Particularly, in a manufacturing shop that is engaged in the outsourcing of blocks, it may not be possible to provide 3D model. However, the demand for 3D models in the production field is steadily increasing. Therefore, it would be helpful if 3D model could be generated from a 2D drawing. In this paper, we propose a method to extract template and unfolded surface shape information from shell template offset drawing using computer vision technology. Also a 3D surface model was reconstructed and visualized from the extracted information. The result of this study is thought to be helpful in the work environment where 3D model information can not be obtained.
이 논문은 선체 외판 자동 생산 시스템의 효과적인 구축을 위하여 기존의 객체 지향 시스템 개발 이론을 개선한 ESBD(Evolutionary Simulation Based Design)을 제안한다. 목표 시스템인 AHMS(Automated Hull-piece Manufacturing System)는 가공 이전 평후판의 입고, 선처리, 절단, 1차 곡가공, 2차 곡가공 그리고 출고에 이르는 가상화된 자동화 공정의 분산 제어 시스템으로서 ESBD에 의해 개발된다. 실시간 원격 제품 모니터링(Product Monitoring)과 제품 정보 관리(Product Data Management)를 실현하기 위하여 분산 제어 및 물류 시뮬레이션을 통한 시스템 개발을 적용한다. 실험적으로 개발된 시스템은 새로운 공장의 배치 및 설계에 기본적인 가이드 라인을 제시하는 역할도 수행한다.
선박의 선체부분인 선수, 선미 등을 이루고 있는 곡형 외판의 제작은 강판을 원하는 형상으로 성형하기 위하여 벤딩롤러 및 유압프레스를 이용한 냉간가공과 산소-프로판가스 화염을 적용한 선상가열, 삼각가열을 이용한 열간가공으로 크게 구분할 수 있다. 선상가열을 이용한 곡면가공의 원리는 가열토치를 이용하여 강판을 가열하면 가열부는 팽창하게 되고 냉각시에는 수축하게 된다. 이 때 두께방향으로의 소성변형으로 인한 수축량의 차이로 인해 굽혀지게 된다. 최근에는 선박이 고기능 및 대형화로 인해 3차원 곡형 외판 형상이 복잡해지고, 강도를 향상시키기 위하여 합금원소(C, Nb, V, Ti)를 첨가하거나 열처리(노말라이징)를 이용한 고장력강재인 중후판의 적용이 증가하고 있다. 이러한 고강도강재를 선상가열공정으로 제작한 곡형 외판재는 가열, 냉각의 열사이클로 인해 취화되어 인성이 저하 될 수 있다. 본 연구에서는 Normalizing 열처리재인 490MPa급 강재를 이용하여, 현장에서 작업자의 미숙련으로 인해 발생 할 수 있는 최대의 가혹한 조건과 재질에 큰 영향을 미치지 않는 범위를 선정하여 선상가열시의 가열, 냉각조건에 따른 강재의 재질특성을 조사하고자 한다. 이를 위해 가열시 가열부위의 정확한 온도 측정에 역점을 두었으며, 각각 다른 선상가열 조건에 따른 시편을 제작하기 위하여 선상가열 실험장치를 제작하였다. 선상가열 실험 결과 최고가열온도 $1300^{\circ}C,\;950^{\circ}C$에서 수냉 조건인 경우 급격한 인성저하 현상이 발생하며 비록 공냉이라 하더라도 결정립 조대화로 인성 저하가 발생하였다. $800^{\circ}C$가열 후 수냉개시온도를 $700^{\circ}C$이하로 수냉한 경우에는 인성 저하 현상이 개선되고 있음을 알 수 있다.
As a forming method for curved hull plates more efficient than the flame bending, mechanical bending using multi point press forming and die-less forming is discussed in this paper. the mechanical forming is a flexible manufacturing system for automatically forming of hull parts. It is especially suited to varied curved parts. This paper discusses a multiple point pressing machine composed of a pair of reconfigurable punches in order to achieve the rapid forming of curved hull plates using division forming and presents how forming information is obtained from the given design surface. Although the mechanical forming can be efficient in the metal forming, spring back after pressing is a phenomenon which must be carefully considered when quantifying the process variables. If the spring back is not accurately controlled, the fabricated shell plate cannot meet assembly tolerance. This paper describes the principles to calculate the proper stroke of each punch at the divided areas. the strokes are determined by an iterative process of sequential pressing and spring back compensation from an unfolded flat shape to its given design surface. FEA(finite element analysis) is used to simulate the spring back of the plate and the IDA(iterative displacement adjustment) method adjusts the offset of pressing punches from the deformation results and the design surface. The shape deviations of two surfaces due to spring back are compensated by integrated system using FEA and IDA method. For the practical application, It is aimed to develop an integrated system that can automatically perform the compensation process and calculate strokes of punches of the double sides' reconfigurable multiple-press machine and some experimental results obtained with mechanical bending are presented.
The ship hull is accomplished by assembling various curved surfaces. There are numerous existing methods for ship hull processing, which need certain appropriate processing methods to enable it to be more efficient. The curved hull plates can be divided into convex region and saddle region. It is common to use line heating method to form a saddle region, when it comes to a convex region, it will be triangle heating method to be utilized. A precise analysis for curvature domain is required for the application of proper processing method. There exist various problems on existing calculation methods of curvature domain. Therefore, a more powerful method is demanded to it more accurately. In this study, a method called Dual Contouring is applied to extract curved surfaces, which is able to improve accuracy of extracted area. Based on all above, a best-suited heat processing method should be selected.
선체 외판은 복잡한 3차원 곡면 형상이며 이의 제작을 위한 곡가공은 조선에 있어서 필수적인 공정이다. 곡가공 공정은 주된 1차곡 성형을 위한 프레스 공정과 2차 이상의 나머지 곡 성형을 위한 열간가공 공정으로 이루어진다. 특히 전체 작업량의 50% 이상을 점하는 열간가공 공정은 숙련된 기능공의 작업 경험에 전적으로 의존하고 있다. 이의 자동화를 위한 많은 연구가 있었으나 최근까지의 연구는 주로 선상가열에 한정되어 있으며 삼각가열에 대한 연구는 극히 미미한 실정이다. 본 연구는 향후 삼각가열에 대한 효율적인 변형해석 기법을 개발하기 위한 기초 연구로서 삼각가열에 의한 판의 변형특성을 명확히 하는데 그 주안점을 두었다. 우선, 실제 조선소에서 현장조건 그대로 일련의 선가열 및 삼각가열 실험을 수행하여 각각의 변형특성을 비교 분석하였으며 상변태온도 이상의 고온영역을 확인함으로써 그 변형특성을 합리적으로 해명하였다. 또한, 가열시편에 대한 물리시험을 통해 현재 조선소에서 행해지는 열간가공 방법이 선각재료의 성질 변화에 미치는 영향을 검토하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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