본 논문에서는 사물인터넷을 이용하여 조선소의 작업장 단위로 센서네트워크를 구축하는 방안을 제시한다. 여기서는 조선소에서 가장 흔한 용접 작업장에서 조선블록을 통신매체로 활용하여 작업자의 위치, 용접 진행률, 작업 시간 등의 정보를 LoRa와 전력선통신을 이용하여 서버로 전송한다. 이와 같은 데이터통신을 위하여 유도성 커플러와 복합통신용 모뎀을 제작하여 와이어피더와 핀지그에 설치하여 센서네트워크를 구축하였다. 시험 결과, 제시된 시스템은 약 98% 이상의 데이터 전송 성공률과 작업자 위치 인식 성공률을 가지는 것으로 나타났다. 또한, 현장에서 발생된 작업 데이터는 실시간 기록과 디스플레이가 가능함을 공정관리시스템 플랫폼을 통하여 확인하였다. 제시된 시스템은 미래형 스마트 조선소 구축을 통한 우리나라 조선산업의 경쟁력 강화를 위한 단초가 될 것으로 사료된다.
중 소규모 조선소의 조업이 주변 지역의 유해대기오염물질 농도에 미치는 영향을 평가하고자 주변 지역에 미치는 환경영향을 클 것으로 예측되는 조사지점을 선정하여 휘발성유기화합물 및 알데히드류의 분석을 수행하였다. 총휘발성유기화합물(TVOCs) 농도는 조선소와 거리가 가까울수록 높은 것으로 나타났으며 주요 VOC 성분은 조선소 도장작업장에서 분석되는 성분과 일치하는 것으로 나타나 조선소에서 이루어지는 도장작업으로 인해 주변지역이 영향을 받음을 알 수 있었다. 알데히드류의 경우, 발생원으로부터 직접 배출되기보다는 배출된 VOC의 화학반응에 의해 생성되므로 조선소에 가까이 위치한 지점들보다 조선소로부터 일정한 거리가 떨어져 있는 지점의 농도가 높게 나타나는 것으로 나타났다.
현재 조선산업 현장의 자동화, 지능화가 가능해져 작업 생산능력과 비용 경쟁력은 향상되었으나, 산업현장 작업자들의 안전사고 감소율은 여전히 저조한 편이며 안전사고로 인한 피해는 매우 심각하므로 현장에 맞게 개선의 필요성이 존재한다. 본 연구에서는 조선소의 작업자 보호 및 환경 안전을 위한 스마트 안전모의 개발과 함께 효용성을 검증하기 위해 실증 구역에서 스마트 안전모 간의 커넥티비티 실증을 목표로 한다. 또한, 작업자 보호 및 안전을 위해 스마트 안전모 착용자 간의 다대다 LTE 통신을 구현하고, 조선소 작업장에서 테스트한 결과를 분석하였다. 작업자 간의 원활한 통신을 위해 작업장에서 발생하는 95dB 이상의 충격 소음을 확인하였고, 이를 개선하기 위해 Butterworth, Chevbychev, elliptic 알고리즘으로 필터링 성능을 비교 분석하였다. 본 연구에서 제안한 스마트 안전모 간의 커넥티비티 테스트와 소음저감 방법은 향후 조선산업의 현장 맞춤형 스마트 안전모 고도화 개발로 활용성 및 현장의 안전성을 증대시켜줄 것이다.
조선소 밀집지역의 휘발성유기화합물 농도의 공간 및 시간적 분포특성을 측정하였으며 이를 기반으로 지역적 특성을 평가하였다. 모든 시료채취지점에서 측정된 주요 휘발성유기화합물은 조선소 내부의 실내도장시설에서 측정된 물질들과 밀접한 연관성을 가지는 것으로 나타나 조선소 내부에서 이루어지는 도장작업이 주변지역의 휘발성유기화합물의 중요한 배출원임을 보여준다. 휘발성유기화합물의 분포를 결정하는 주된 요인들은 시료채취지점과 선박제조 작업장 사이의 거리와 선박제조 작업의 강도인 것으로 나타났다. 모든 시료채취지점에서 일반적인 도시 대기에서 관찰되는 VOCs 농도의 일반적인 시계열적 변화경향을 압도하는 도장작업의 강도에 따라 매우 넓은 범위의 휘발성유기화합물 농도가 관찰되었다.
트랜스포터란 조선소에서 작업장 간에 조선 블록을 운반하는 장비이다. 트랜스포터 일정 계획을 효율적으로 하는 것은 선박 건조과정에서 매우 중요한 역할을 한다. 블록 운반에 있어서의 트랜스포터 일정 계획에 관한 몇몇 연구들이 수행되었다. 이러한 연구들은 트랜스포터 결합을 고려하지 않았다. 본 논문에서는 결합을 고려한 효율적인 트랜스포터 일정 계획 모형을 제안한다. 수리적 모형에서는 운영 비용을 최소화하면서 트랜스포터 간의 작업 부하를 가능한 균등하게 하는 것을 목적으로 하였다. 또한 본 모형의 해를 탐색하기 위해 타부 서치 기반의 세 가지 휴리스틱 알고리즘을 제시하였으며 컴퓨터 실험을 통해 제안된 휴리스틱들의 효율성을 검증하였다.
본 논문에서는 선박 용접공정에 사용되는 장비에 전력선통신 기술을 접목하고 금속블록을 통신매체로 사용하는 블록매체통신시스템을 제시한다. 여기서는 디지털 피더와 금속블록을 지지하는 핀지그에 유도성 커플러를 설치하고, 피더에 연결된 용접건에서 발생되는 전류에 정보신호를 더하여 금속블록에 인가함으로써 작업이 시작되면 현장에서 발생되는 정보를 상황실 서버에 실시간 전송한다. 현장시험 결과, 제시된 블록매체통신시스템의 송신부에서 전송된 데이터는 상황실 서버컴퓨터에 정확하게 수신되는 것을 확인하였다. 따라서 제시된 시스템은 기존 용접공정에 대한 변경 없이 구축이 가능하므로 향후 조선소 스마트 팩토리화를 통한 조선산업의 경쟁력 강화에 도움이 될 것으로 기대된다. 또한 전자파 차폐 환경이나 밀폐된 공간에서 작업자에게 발생할 수 있는 응급상황에 신속한 대처가 가능하므로 산업재해 예방효과도 클 것으로 사료된다.
RTLS(Real Time Location Systems)은 실시간으로 대상 물체의 위치를 파악하여 작업장 내의 제품 적치 및 이동 현황에 대한 가시성을 제공하는 기술이다. 국외와는 달리 국내의 항만 및 조선소는 상대적으로 협소한 작업 공간으로 인해 작업 장 내의 공간 활용율을 극대화 하는 것이 생산성 향상을 위한 관건 중의 하나이다. 이를 위해 위치인식 기술인 RTLS의 도입을 고려할 수 있으나 실제 적용에 앞서 RTLS의 한계점, 즉 실행을 위한 전제 조건과 해당 영역에서의 적용 가능성 등을 파악하여야 한다. 본 논문에서는 RTLS의 적용을 위한 문제점들을 크게 전파 특성에서 기인한 전파요소와 기술의 전제 조건에서 비롯된 제약요소로 구분하고, 이러한 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 이동 레퍼런스를 통한 RTLS, 반 이동 레퍼런스를 통한 RTLS 및 RTLS와 타 기술의 응용 형태를 제안하였다.
조선소에서 선체 블록과 용접 피더의 위치를 알면 작업자의 위치 정보를 쉽게 얻을 수 있다. 이 데이터는 작업장 안전 모니터링 시스템 구축에 매우 유용하다. 그러나 선체 구조와 용접 공정의 특수성 때문에 작업장에 고정 통신망을 적용하기 어렵다. 본 연구에서는 전용 통신선을 대신할 수 있는 유도 전력선 통신을 선체블록과 같은 금속매체에 적용하는 기술을 검토하였다. 용접기의 전원 케이블에 설치할 유도 결합기로 페라이트 코어를 사용하였고, 금속 블록의 지지대에 체결할 결합기로 나노 결정질 코어를 적용하였다. 제안된 커플러는 COMSOL AC/DC 모듈로 3차원 모델링 하였고 동작 원리를 시각화하기 위하여 유한 요소 해석을 수행하였다. 알루미늄 프로파일을 사용한 금속블록 통신 성능 테스트에서 용접 전극의 블록 접촉으로 통신 채널이 형성되었을 때 대역폭은 6 Mbps 이상 유지되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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