KR100634639B1 - 캐드 모델이 존재하지 않는 선박의 초기 설계 시점의정보를 이용한 전선 구조 및 진동 해석 모델 생성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 캐드모델이 존재하지 않는 선박의 초기 설계 시점의 설계 정보인 선형 정보와 구획정보를 이용하여 선종에 관계없이 선박의 전체 구조물에 대한 구조 및 진동 해석을 위한 전선 구조 및 진동 해석 모델을 생성하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 선박의 초기 설계 시점에 획득 가능한 선형 정보 이용하여 구조 및 진동 해석에 적합하도록 구조물의 위치에 따른 제약 조건을 만족하는 메쉬를 생성하기 위하여 CAD 모델이 존재하지 않는 선박의 초기 설계 시점에 획득 가능한 구조 정보가 포함된 선형 데이터를 데이터 베이스로부터 직접 획득하는 단계와; 상기 단계에서 획득된 선형 데이터를 해석 용도에 따라 선별적으로 사용하는 바, 해석용 노드를 생성할 프레임 중 사용하지 않는 프레임에 놓여 있는 노드를 메쉬 과정에서 사용하는 않도록 처리하는 하이드 프레임 단계와, 상기 선형 데이터를 로딩하면 로딩되는 "STRU" 노드와 "LONG" 노드 중 상기 "STRU" 노드는 반드시 선택하고, "LONG" 노드는 사용자의 의도에 따라 선택하는 단계와, 상기 선형 데이터에서 노드가 존재하지 않는 위치에 노드를 생성시 임의의 프레임에 주어진 노드를 커브로 변환시켜 상기 커브 위의 원하는 위치의 점에 노드를 삽입 생성하는 단계와, 상기 하이드 프레임 단계에서의 인터페이스와 같이 상기 선형 데이터를 로딩하여 생성되는 프레임들을 그룹핑하는 단계로 이루어진 프로세싱 단계와; 상기 프레임과 프레임 간에 서로 노드의 번호가 같은 경우 메쉬를 생성함과 동시에 메쉬가 항상 동일한 좌표에서 일전한 법선 방향을 가지도록 생성되는 단계와, 상기 단계에서 생성된 메쉬는 상기 모델 뷰 상에서 선택된 노드의 개수에 상응하는 형상의 메쉬를 생성, 수정 및 삭제하는 단계와, 상기 "LONG" 노드 및 "STRU" 노드의 속성에 따라 빔이나 트러스와 같은 1차원 엘리먼트를 생성하는 단계와, 상기 단계에서 생성된 메쉬와, 1차원 엘리먼트의 모델링이 누락된 곳이나 메쉬 생성이 잘못된 부분을 확인할 수 있도록 쉐이딩(shading)하고, 메쉬의 형상을 강제로 왜곡하여 축소시켜 노드와 메쉬가 서로 겹쳐 보이지 않도록 하여 모델링이 누락된 곳이나 메쉬 생성이 잘못된 부분을 확인하는 쉬링크(shrink) 단계로 이루어진 엘리먼트 생성 단계와; 선박의 구획 계산을 위하여, 선형 정의를 위한 파일 데이터와 구획 정보의 정의를 위한 파일 데이터로부터 정의되는 구획 정보를 이용하여 내부부재의 정보를 얻는 단계와; 상기 단계에서 획득한 구획 데이터 중 용도에 따라 필요한 데이터와 불필요한 데이터를 구분하여 불필요한 데이터가 결과로 출력되지 않도록 히든(hiden)시켜 모델 뷰에서 나타나는 노드의 형상 정보를 이용하는 단계와; 상기 단계에서 획득한 구획 데이터만을 트리 뷰에서 선택하여 포커싱하는 경우 가시화된 구획의 경계점들을 피킹하여 그 경계점들로부터 패치를 생성하는 단계와; 선체 외판에 작업되어 있는 노드의 정보를 상기 패치 생성 단계에서 구획면에 생성된 패치 면에 투영시켜서 노드를 생성하고, 선체 외판의 구조 부재가 지나가는 정보를 만족하도록 메쉬를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

캐드 모델이 존재하지 않는 선박의 초기 설계 시점의 정보를 이용한 전선 구조 및 진동 해석 모델 생성 방법{The generation method of global ship structure and vibration analysis model using ship design information in initial design stage without CAD model}

도1은 일반적인 모델링 절차를 도시한 도면,

도2는 선박의 설계 과정 중 CAD 모델링이 시작되는 시점을 도시한 도면,

도3은 본 발명에 의한 전선 해석 모델링 과정중 생성된 프레임에 대한 옵셋 데이터의 실례를 도시한 도면,

도4는 본 발명에 의한 모델 속성 정보를 가진 트리 뷰와 모델의 가시화된 형상을 보이는 모델 뷰의 실례를 도시한 도면,

도5는 선택된 프레임중 사용하지 않는 프레임을 선택하는 것을 도시한 도면,

도6은 "LONG" 노드를 다량으로 선택하기 위한 선택 포인트 모듈에 대한 실례를 도시한 도면,

도7은 원하는 노드를 국부적으로 선택하는 실례를 도시한 도면,

도8은 선형 데이터에서 노드가 존재하지 않는 경우의 실례를 도시한 도면,

도9는 임의의 프레임에서 원하는 위치의 점에 노드를 삽입 생성된 실례를 도시한 도면,

도10은 프레임 중 디폴트 그룹을 도시한 도면,

도11은 다수의 프레임을 하나의 프레임으로 그룹핑하는 실례를 도시한 도면,

도12는 본 발명에 의한 다양한 메쉬 생성 절차를 도시한 도면,

도13은 본 발명의 알고리즘에 의하여 생성된 전선 메쉬 모델의 실례를 도시한 도면,

도14는 본 발명에 의한 법선 벡터와 메쉬 좌표 시스템을 디스플레이하고 체킹하는 것을 도시한 도면,

도15는 본 발명의 모델 뷰에서 터치업을 통해 메쉬를 수정하고 생성하는 실례를 도시한 도면,

도16은 빔과 트러스와 같은 1차원 엘리먼트를 생성하는 것을 도시한 도면,

도17은 본 발명의 메쉬를 쉐이드하는 실례를 도시한 도면,

도18은 본 발명의 메쉬를 쉬링크하는 실례를 도시한 도면,

도19는 본 발명에 의한 선형 정의를 위한 파일과 구획 정보의 정의를 위한 파일로부터 내부 부재의 정보를 프로그램에 입력하는 플로우를 나타내는 도면,

도20은 본 발명의 구획 데이터를 구성하는 바운다리에 대한 정보가 포함된 데이터를 도시한 도면,

도21은 좌현 방향 연료 탱크의 구획 정보를 추출하여 가시화한 도면,

도22는 구획 정보가 로딩되었을 때, 구획의 정보를 보여주는 트리 뷰의 예를 도시한 도면,

도23은 본 발명에 의한 내부 부재들을 하이드하는 예를 도시한 도면,

도24는 본 발명에 의한 포커싱된 구획 데이터를 이용하여 패치를 생성하는 실례를 도시한 도면,

도25는 모델링할 카고 홀드 모델을 패치 데이터로 모델링된 것을 도시한 도면,

도26은 패치 생성의 예로 해치 카밍이 시작되는 프레임의 단면도,

도27은 선박의 홀드 중 4개의 프레임만을 골라서 패치를 생성하는 예를 도시한 도면,

도28은 본 발명에 의한 선체 외판을 정보를 받아서 구획면에 생성된 패치 위에 노드와 메쉬를 생성하는 예를 보인 도면,

도29는 본 발명의 모델링 방법에 의하여 생성된 전선 메쉬 모델의 실례를 도시한 도면,

도30은 본 발명의 모델링 방법을 이용하여 Ro-Ro선의 외판에 메쉬를 생성한 결과를 도시한 도면,

도31은 본 발명의 모델링 방법을 이용하여 LNG선의 외판에 메쉬를 생성한 결과를 도시한 도면이다.

본 발명은 CAD모델이 존재하지 않는 선박의 초기 설계 시점의 설계 정보인 선형 정보와 구획정보를 이용하여 선종에 관계없이 선박의 전체 구조물에 대한 구 조 및 진동 해석을 위한 전선 구조 및 진동 해석 모델을 생성하는 방법에 관한 것이다.

실제 나타나는 현상을 컴퓨터가 수치 계산을 수행할 수 있는 수치 모델을 이상화하여 그것으로부터 실제 현상을 수치적으로 분석하는 것을 유한요소 해석이라 한다. 다양한 해석 방법의 발달과 컴퓨터 성능의 비약적인 발전으로 이해 조선, 자동차, 항공 등 대부분의 기계 부품 설계시 유한 요소의 해석이 폭넓게 이용되고 있다. 이러한 추세 때문에 최근 조선 분야에서는 선박 전체를 하나의 유한 요소 모델로 해석하는 전선해석이 선박의 설계과정에 보편적으로 사용되고 있다. 즉, 선주나 선급의 요구뿐만 아니라 설계의 안정성을 검증하려는 설계 내부의 요구에 따라 많은 경우에 있어 유한요소해석을 수행하고 있다. 현재 유한요소해석을 수행하는 주요 영역은 선박의 구조적인 안정성을 평가하는 구조 부분과 선박의 진동 특성을 평가하는 진동분야이다. 이외에도 각종 유체역학적 해석 분야에서도 유한요소해석법을 이용한다.

선체 유한요소해석의 경우, 일반적인 기계 부품에 비하여 해석 모델이 크고 복잡하기 때문에 해석모델을 생성하고 해석에 필요한 조건등을 부과하는 전처리 과정에 많은 시간이 소요된다. 특히, 선박 전체를 모델링하는 전선해석의 경우, 전처리 과정이 해석 기간의 많은 부분을 차지하게 된다. 전처리 과정은 해석할 대상을 분석하는 엔지니어링 시간보다 해석을 수행하기 위한 모델을 생성하는 단순 반복적인 작업 시간이 대부분을 차지하므로, 이 부분을 효과적으로 지원하여 전체적인 엔지니어링 시간을 단축시켜주어야 할 필요가 있다.

현재까지 선박의 구조모델을 빠르게 생성하기 위한 많은 연구가 수행된 바 있으나 데이터의 획득 측면을 배제한 채 대부분 주어진 기하학적으로 메쉬를 생성하는 방법에 관한 연구에만 치중하였다. 따라서, 실제 원하는 모델의 기하학적 정보를 확보하지 못하거나 기하학적인 모델을 확보하더라도, 해석자가 원하는 양질의 메쉬를 생성하지 못하고, 이 메쉬를 생성하는 데 많은 시간이 소요되는 등의 문제점이 있었다.

현재의 전선 해석 모델링 과정은 도1에 도시된 바와 같다. 모델을 만드는 과정은 노드(node)를 만드는 과정과, 만들어진 노드로 메쉬(mesh)를 만드는 과정으로 나눌 수 있다.

상기 노드는 해석모델을 만들 사람이 도면을 보고, 자와 같은 도구와 도면에 표기된 텍스트 정보를 이용하여 수작업으로 필요한 노드의 위치를 직접 구하여 PATRAN 이나 ANSYS 와 같은 해석 시스템에 직접 입력하여 만들게 된다. 이후 노드들은 4개 혹은 3개씩 연결하여 각각 사각형, 삼각형 메쉬를 생성한다. 따라서, 해석 모델링 시간은 대부분 도면으로부터 노드를 만들어 내는 시간과 만들어진 노드로부터 메쉬를 만드는 일에 소비하게 된다. 이러한 작업들은 모두 수작업으로 처리되므로, 많은 시간과 노력이 들어가게 되며, 이 때문에 해석 결과를 평가하여 보다 나은 설계를 수행하는 과정보다는 해석 모델을 만드는 과정의 비중이 높아져서 전체 해석 과정에 상당한 병목 구간이 된다. 또한, 수작업에 의한 에러가 상존하며, 단순 반복 작업에 의한 작업자의 피로도와 고급 엔지니어의 능률을 저하시키는 문제를 야기하게 된다.

이 때문에 전선해석은 굉장히 많은 시간이 걸리게 되며, 구조/진동 전선 해석 결과가 필요한 설계시점에 제대로 전달되지 못하게 하는 주요 원인이 되고 있다. 해석자들이 해석할 대상을 분석하는 엔지니어링보다 해석을 수행하기 위한 모델을 생성하는 단순 반복적인 작업에 대부분의 시수를 투입하기 때문에 엔지니어링의 정확도를 약화시키게 된다. 그러므로, 해석 기간을 단축하고, 정확한 해석 결과를 얻기 위하여 해석 모델 생성 자동화를 통한 모델링 시간 단축이 필요하다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 해석 모델 생성 절차나 도구가 안고 있는 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 해석 모델링을 실질적으로 지원할 수 있는 시스템을 구축하여 단순 반복 작업이면서 해석 과정 중 가장 시간이 많이 걸리는 작업을 효과적으로 지원하도록 한 CAD 모델이 존재하지 않는 선박의 초기 설계 시점의 정보를 이용한 전선 구조 및 진동 해석 모델 생성 방법을 제공하는 데 그 목적이 있습니다.

따라서, 상기와 같은 목적을 실현하기 위하여 본 발명에 따른 CAD 모델이 존재하지 않는 선박의 초기 설계 시점의 정보를 이용한 전선 구조 및 진동 해석 모델 생성 방법은, 선박의 초기 설계 시점에 획득 가능한 선형 정보 이용하여 구조 및 진동 해석에 적합하도록 구조물의 위치에 따른 제약 조건을 만족하는 메쉬를 생성하기 위하여 CAD 모델이 존재하지 않는 선박의 초기 설계 시점에 획득 가능한 구조 정보가 포함된 선형 데이터를 데이터 베이스로부터 직접 획득하는 단계와; 상기 단계에서 획득된 선형 데이터를 해석 용도에 따라 선별적으로 사용하는 바, 해석용 노드를 생성할 프레임 중 사용하지 않는 프레임에 놓여 있는 노드를 메쉬 과정에서 사용하는 않도록 처리하는 하이드 프레임 단계와, 상기 선형 데이터를 로딩하면 로딩되는 "STRU" 노드와 "LONG" 노드 중 상기 "STRU" 노드는 반드시 선택하고, "LONG" 노드는 사용자의 의도에 따라 선택하는 단계와, 상기 선형 데이터에서 노드가 존재하지 않는 위치에 노드를 생성시 임의의 프레임에 주어진 노드를 커브로 변환시켜 상기 커브 위의 원하는 위치의 점에 노드를 삽입 생성하는 단계와, 상기 하이드 프레임 단계에서의 인터페이스와 같이 상기 선형 데이터를 로딩하여 생성되는 프레임들을 그룹핑하는 단계로 이루어진 프로세싱 단계와; 상기 프레임과 프레임 간에 서로 노드의 번호가 같은 경우 메쉬를 생성함과 동시에 메쉬가 항상 동일한 좌표에서 일전한 법선 방향을 가지도록 생성되는 단계와, 상기 단계에서 생성된 메쉬는 상기 모델 뷰 상에서 선택된 노드의 개수에 상응하는 형상의 메쉬를 생성, 수정 및 삭제하는 단계와, 상기 "LONG" 노드 및 "STRU" 노드의 속성에 따라 빔이나 트러스와 같은 1차원 엘리먼트를 생성하는 단계와, 상기 단계에서 생성된 메쉬와, 1차원 엘리먼트의 모델링이 누락된 곳이나 메쉬 생성이 잘못된 부분을 확인할 수 있도록 쉐이딩(shading)하고, 메쉬의 형상을 강제로 왜곡하여 축소시켜 노드와 메쉬가 서로 겹쳐 보이지 않도록 하여 모델링이 누락된 곳이나 메쉬 생성이 잘못된 부분을 확인하는 쉬링크(shrink) 단계로 이루어진 엘리먼트 생성 단계와; 선박의 구획 계산을 위하여, 선형 정의를 위한 파일 데이터와 구획 정보의 정의를 위한 파일 데이터로부터 정의되는 구획 정보를 이용하여 내부부재의 정보를 얻는 단계와; 상기 단계에서 획득한 구획 데이터 중 용도에 따라 필요한 데이터와 불필요한 데이 터를 구분하여 불필요한 데이터가 결과로 출력되지 않도록 히든(hiden)시켜 모델 뷰에서 나타나는 노드의 형상 정보를 이용하는 단계와; 상기 단계에서 획득한 구획 데이터만을 트리 뷰에서 선택하여 포커싱하는 경우 가시화된 구획의 경계점들을 피킹하여 그 경계점들로부터 패치를 생성하는 단계와; 선체 외판에 작업되어 있는 노드의 정보를 상기 패치 생성 단계에서 구획면에 생성된 패치 면에 투영시켜서 노드를 생성하고, 선체 외판의 구조 부재가 지나가는 정보를 만족하도록 메쉬를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

일반적으로 선박의 설계 과정은 크게 기본설계, 상세설계, 생산설계의 3단계로 나눌 수 있다. 기본설계 단계에서는 선박의 외판형상을 설계하는 선형 설계(Hull form design)와 화물 적재 능력 및 선박 안정성을 평가하는 기본 계산(basic calculation), 선체의 중앙 횡단면이나, 선체의 주요 부분에 대한 기본적인 구조 설계(initial structure)가 이루어지며, 이 모든 작업들은 CAD 모델이 없는 상태에서 수행하게 된다. 도2는 선박의 대략적인 설계 과정에서 수행되는 시점을 도시한 블록도로서, 도2에서 보는 바와 같이, 전선해석은 기본 설계 단계에서 수행하게 되며, 기본 설계 단계에서의 시점적 특성상 전선해석 모델링 작업은 CAD 모델이 없는 상태에서 수행된다. 그러므로, 전선 해석 모델링 자동화를 위해서는 기본 설계 시점에서 사용 가능한 전산 데이터를 이용하여야 한다.

초기 선박 설계 정보란, 구체적인 CAD 모델이 존재하지 않는 선박 기본 설계 단계에서 사용 가능한 설계 정보를 의미한다. 본 발명은 선박 기본 설계 단계의 정보 중에서 구조 정보를 포함한 선형 정보를 이용하여 선박의 선체 외판 해석 모델링하는 방법을 하기에서 설명한다.

<선형 데이터 획득 단계>

기본적인 구조 설계를 통해 거더, 데크, 스트링거 및 길이 방향의 스티프너와 같은 구조 부재의 위치가 결정되고, 이 정보를 선형 설계 정보와 결합하면, 구조 정보가 포함된 선체 외판의 형상 정보를 얻을 수 있다. 이러한 구조 정보가 포함된 선형 정보는 도3과 같이, 생성된 옵셋 파일의 구체적인 포맷이 도시되어 있다. 한 개의 프레임에 대한 옵셋 파일의 예를 보여 준다. 도시된 대로, 파일의 윗 부분에 "프레임 넘버 : ??8"은 8 프레임의 데이터 라는 것을 나타내고, 오른 쪽 사각형 안에 "Y, Z" 컬럼의 데이터는 각각의 노드의 Y, Z 방향의 옵셋 값이다. 이 데이터가 다른 선형 데이터와 다른 점은 왼쪽 사각형 안에 있는 커브 노(CURVE NO) 컬럼의 값이다. 이 값은 각각의 노드의 속성값을 나타낸다. 여기에서, "STRU"로 표시되는 노드는 거더나 스트링거와 같은 주요 부재가 선체와 만날 때의 노드를 나타내고, 그 뒤의 숫자는 랜딩 부재를 구분하는 번호이다. "LONG"는 길이 방향의 스티프너가 선체와 만날 때의 노드를 나타내고, 뒤의 숫자는 랜딩 부재를 구분하는 번호이다. 각각의 번호들은 도면에 표기된 번호와 일치한다. 또한, "CLA??"는 센터 라인을 나타내는 노드이다.

이와 같이 추출된 데이터를 개발된 시스템에 로딩하기 위해서는, 이 데이터 포맷 즉, "STRU", "LONG" 및 "CLA??"을 읽고 해석할 수 있는 시스템인 parser에서 로딩하게 된다. 이와 같은 선형 데이터는 상기한 시스템인 parser에서 해석된 후 Z 좌표를 중심으로 소팅(sorting)되어 구조 해석 데이터에 포함되고 도4와 같이 디스플레이된다.

즉, 도4는, 옵셋 데이터를 로딩하여 그 정보를 시스템에서 가시화한 결과이다. 시스템은 읽어 들인 정보를 왼편의 트리 뷰(tree view)와 오른편의 모델 뷰(model view)에 동시에 가시화된다. 여기서 상기 트리 뷰는 데이터를 계층적으로 가시화해 주며, 각 데이터의 이름과 속성을 같이 가시화하여 준다. 최하위 레벨의 데이터는 노드이며, 이것을 프레임 단위로 묶고, 그것을 다시 그룹 단위로 묶어 준다. 즉, 그룹＞프레임＞노드 순의 계층을 가지게 된다. 각각의 프레임 계층에는 도4의 왼편에서 보이는 것과 같이, "fr(프레임 번호) X좌표(노드의 개수)"로 데이터가 표현되고, 프레임에 속해 있는 각각의 노드들은 "Z 좌표, Y 좌표, 노드 속성(node property)"으로 데이터가 표현된다. 모든 데이터들은 모델 뷰에서 실제 형상을 확인할 수 있으며, 모델 뷰에서는 모델을 회전하거나, 확대 축소해서 보는 기능과 같은 기본적인 인터페이스를 제공하여 쉽게 형상을 확인할 수 있고, 또한, 모델 뷰의 정보와 트리 뷰의 정보가 상호 연동되므로, 형상과 그에 따른 부수 정보를 쉽게 확인할 수 있다.

<프로세싱 단계>

상기에서 획득된 선형 데이터 중에서 해석자가 원하는 데이터 만을 골라 그것을 그룹핑하는 과정이 프로세싱 단계이다. 상기 획득된 선형 데이터는 기본적으로 선형 옵셋이 실선의 프레임 간격으로 정의되어 있다. 그러나 해석 용도에 따라 옵셋을 선별적으로 사용하게 되는 바, 즉, 해석용 노드를 생성할 프레임 간격이 사용 목적에 따라 다르게 정해지게 된다. 일반적으로 전선 해석 모델을 만드는 경우에는 2??3프레임 간격으로 데이터를 취하게 된다. 즉, 해석 용도에 따라 원하는 프레임 데이터를 선택하게 되는 것이다. 이와 같이 프레임을 선택하는 작업은 쓰지 않는 프레임에 놓여있는 노드들을 향후 메쉬를 생성하는 과정에서 사용되지 않도록 처리하는 작업이다. 여기서 쓰지 않는 것으로 처리된 프레임은 완전히 지워지는 것이 아니라 작업 도중 모델링 계획이 변경되었을 때 재사용할 수 있도록 메모리에 그대로 남아 있게 된다. 이러한 개념 때문에 쓰지 않는 프레임을 지우는 과정을 하이드 프레임(hide frame) 단계라 한다. 중간에 있는 상기 트리 뷰는 지울 프레임을 선택한 것을 보여준다. 도5에서 보는 바와 같이, 맨 오른 편에 있는 트리 뷰는 작업이 완료된 모습을 보여 준다. 그리고, 도5의 밑 부분에 있는 그림에서 하이드 프레임 단계가 진행될 때, 상기 모델 뷰가 업데이트되는 것을 도시하고 있으며, 맨 오른편 그림에서 하이드 프레임들이 트리 뷰에서 옅은 색으로 표기된 것을 확인할 수 있다.

상기 선형 데이터를 로딩하면, 로딩된 데이터는 "STRU"와 "LONG"라는 속성을 가지게 되는 바, 여기서 "STRU" 노드는 전선 모델 생성시 반드시 사용하는 노드이고, "LONG" 노드는 해석자의 의도에 따라 선택적으로 사용하는 노드이다.

도6은 상기 "LONG" 노드를 다량으로 선택하기 위한 선택 포인트 모듈에 대한 실례를 나타내고 있다. 선택 포인트 모듈은 해석자가 길이 방향 부재의 번호가 적혀 있는 도면을 보고, 배 전체에 대하여 사용할 길이 방향 부재의 번호를 미리 정 해 놓은 다음 그것들을 빠르게 선택할 수 있도록 구현되었다. 해석자는 사용할 길이 방향의 부재의 번호를 고르고, 그것이 영향이 미치는 프레임을 구분한 다음, 상기 선택 포인트 모듈을 열어서 선박의 후미부터 순차적으로 노드를 선택하게 된다. 도6에서 (1)의 경우는 현재 작업을 수행 중인 선택된 프레임을 나타내며, 상기 선택 포임트 모듈은 선택된 프레임에 속해 있는 프레임 중 가장 노드가 많은 프레임 하나를 골라 (2)의 창에 가시화 해준다. 여기서는 노드의 배열 형상뿐만 아니라 노드의 부재의 번호도 확인할 수 있는 데, 해석자가 이러한 정보를 이용하여 사용할 노드를 선택하고 작업을 완료하면 현재 선택된 프레임에 대한 작업 결과가 반영된다. 이렇게 선미부터 선수까지 작업을 하면, 전체적으로 빠른 시간에 원하는 "LONG" 노드만을 선택할 수 있게 되고, 선택된 "LONG" 노드를 다시 사용하지 않는 상태로 바꾸는 기능을 포함한다.

도7은 원하는 노드를 국부적으로 선택하는 기능의 실시예를 도시한 것으로, 모델 뷰에서 원하는 노드를 선택하면, 트리 뷰에서 선택된 노드의 정보를 보여주는 데, 그 정보를 확인하면서 사용할 노드를 선택하게 된다.

상기 선형 데이터에는 선미부나 트러스트가 있는 부분 또는 중앙 평행부와 같은 일분 특정 부분에 노드가 존재하지 않는 경우가 발생한다. 이것은 데이터가 불완전해서 그런 것이 아니고, 구조 선형 데이터의 특성상 구조 부재가 외판과 만나지 않는 부분에는 노드가 존재하지 않기 때문에 일어나는 현상이며, 도8은 선형 데이터에서 노드가 존재하지 않는 몇 가지 경우를 도시한 도면으로, 누락된 정보를 생성하는 경우 외에도 노드 이외의 위치에 노드를 생성해야 하는 경우가 생길 수 있다.

이와 같이 노드 이외의 위치에 노드를 생성해야 하는 경우, 도9에 도시된 바와 같이, 어떤 임의의 프레임에서 주어진 노드들을 비스플라인 커브로 만든 후 상기 커브 위를 움직이면서 원하는 위치의 점에 노드가 생성되어 삽입된다.

상기 선형 데이터를 로딩하면 도10과 같은 디폴트 그룹이 생긴다. 도10에서 프레임 그룹은 한 개의 프레임씩 개별적으로 그룹핑한 것이며, 프레임 셋 그룹은 여러 개의 연속된 프레임을 그룹핑하는 것으로, 메쉬나 빔과 같은 엘리먼트를 생성할 수 있는 프레임들을 그룹핑하게 된다. 해석자는 상기 하이드 프레임 단계에서 인터페이스와 같이 그룹핑하기 위한 프레임을 지정하여 새로운 그룹이 생성되도록 하는 바, 상기 모델 뷰에서 이 과정이 가시화된다. 도11은 프레임 73번에서부터 프레임 104번까지를 하나의 그룹으로 만드는 예를 도시한 것으로, 상기 트리 뷰에서 새로운 그룹이 추가된 것을 확인할 수 있다.

<엘리먼트 생성 단계>

엘리먼트 생성 알고리즘의 기본 개념은 프레임과 프레임의 사이에 인접한 노드의 랜딩 부재 정보가 같은 경우에 메쉬를 만드는 것으로, 프레임의 윗 부분부터 밑으로 순차적으로 검색하여 서로 매칭되는 경우에 메쉬를 생성하게 된다. 도12에 도시된 바와 같이, (a)에서 보면, 프레임끼리 매칭되는 경우, 즉, 부재의 랜딩 정보가 같은 경우, 사각형의 메쉬가 생성되는 실례를 보여주고 있다. fr1의 302노드는 fr2의 302노드와 연결되고, fr1의 303노드는 fr2의 303노드와 연결된다. 노드의 번호는 부재의 랜딩 정보이므로 생성되는 메쉬는 항상 제약 조건을 만족하면서 생 성되게 된다. 도12의 (b)의 경우, 303노드는 매칭되지만, 바로 밑에 있는 노드는 fr1에서는 305노드, fr2에서는 352노드로 서로 달라서 메쉬가 자동으로 생성되지 않는 것을 볼 수 있다. 즉, 부재 번호가 다른 노드를 잘못 연결하는 경우, 해석자가 원하지 않는 메쉬를 만들 수 있고, 다음 메쉬 생성을 위해서 다음 매칭의 경우를 찾는 과정으로 진행한다. (c)의 경우는, 노드가 매칭되지 않는 상황에서 그 다음 매칭 노드를 찾아 메쉬가 생성되는 예를 보여준다. 이러한 방법으로 프레임이 끝날 때까지 메쉬의 생성을 계속하면, 2개의 프레임에 대한 메쉬 생성이 완료된다. (d)는 점선으로 표시된 사각형 안에 메쉬가 만들어진 실례를 보여주고 있다.

도13은 선박전체에 대하여 적용한 메쉬의 생성 결과를 도시한 도면이고, 도14는 생성된 메쉬의 좌표와 법선 벡터를 도시한 도면으로, 해석 과정에서 올바른 결과를 얻기 위해서는 메쉬 좌표가 일치되어야 한다. 개발된 시스템에서는 메쉬가 항상 같은 좌표를 가지고 생성되도록 일정한 법선 방향을 가지도록 한다.

상기와 같은 방법으로 메쉬를 생성하면, 선체에 대략 90% 정도의 메쉬가 생성된다. 그 이유는 알고리즘의 특성상, 제약 조건을 만족하지 못하는 구역에 대해서는 메쉬를 생성하지 못하기 때문이다. 이와 같이 생성되지 못한 부분에 대한 메쉬를 생성하고, 작업 중 잘못 생성된 메쉬를 삭제하고 재생성하는 기능을 가지는 데, 상기 모델 뷰 상에서 원하는 노드를 선택하여 메쉬를 생성하게 된다. 이 경우, 도15에 도시된 바와 같이, 노드를 4개를 선택하면 사각형 메쉬를, 3개를 선택하면 삼각형 메쉬를 생성하게 된다.

상기한 메쉬의 생성 뿐만 아니라 빔이나 트러스와 같은 1차원 엘리먼트의 생 성도 가능한 데, 이 1차원 엘리먼트의 생성은 전선 구조해석 모델인지 진동 구조 해석 모델인지에 따라 1차원 엘리먼트가 생성되는 위치가 다르다. 즉, 도16에 도시된 바와 같이, 전선 구조 해석 모델의 경우 상기 "LONG" 노드인 랜딩 커브를 따라 1차원 엘리먼트가 생성되고, 진동 해석 모델의 경우, "STRU" 노드인 랜딩 커브를 따라 1차원 엘리먼트가 생성된다. 도16은 진동 모델의 경우이다.

상기와 같이 생성된 메쉬와 빔이나 트러스와 같은 1차원 엘리먼트의 상태를 확인할 수 있도록 엘리먼트를 가시화할 필요가 있고, 메쉬의 생성 작업 중 모델의 전체적인 형상을 확인하고 메쉬의 누락 여부를 확인할 필요가 있는 바, 도17과 같이, 상기한 메쉬를 세이딩(shading)하여 살펴 보면 모델링이 누락된 곳이나 메쉬의 생성이 잘못된 부분을 발견할 수 있고, 도18과 같이, 실제 메쉬의 형상을 강제로 왜곡하고 형상을 축소해 보여 주는 것이 쉬링크(shrink) 기능이다. 메쉬는 노드와 연결되어 생성되는 데, 메쉬와 노드를 정상적인 크기로 보여 주는 경우 메쉬와 노드가 겹쳐서 형상을 확인할 수 없으므로, 형상을 왜곡 축소하여 메쉬의 누락이나 형상을 확인하게 되는 것이다.

다음에, 선박 기본 설계 단계의 정보 중에서 구조 정보를 포함한 구획 데이터를 이용한 선박의 선체 내부재 해석 모델링하는 단계를 하기에서 설명한다.

<구획 데이터 획득 단계>

선박의 구획 계산을 위하여, 선형 정의를 위한 파일 데이터와 구획 정보의 정의를 위한 파일 데이터로부터 정의되는 구획 정보를 이용하여 내부부재의 정보를 얻는 단계로서, 이 단계에서 구획 정보를 획득하는 실례를 상세히 설명하면, 도19 에 도시된 바와 같이, 선형 정의를 위한 inhull74 파일과, 구획 정보의 정의를 위한 involl 파일로부터 내부 부재의 정보를 프로그램에 입력하는 플로우를 나타내는 도면으로, 즉, 초기 기본 설계에서 선박 계산을 위해 정의한 inhull74 파일과 involl 파일을 받아서 적당한 디렉토리에 넣고, 프로그램의 메뉴에서 디렉토리를 선택해 주면 미리 연결되어 있는 4개의 기본 설계용 모듈과, 데이터 변환용 외부모듈이 실행되면서, 최종적으로 프로그램에서 원하는 형태의 구획 데이터가 획득된다. 도20은 이 단계에서 만들어진 구획 데이터 즉, 구획들의 번호와 이름 및 그 구획을 구성하는 바운다리에 대한 정보가 포함된 데이터를 도시한 도면이다.

그리고, 도21은 좌현 방향 연료 탱크의 구획 정보를 추출하여 가시화한 모습을 보여 준다. 점선으로 도시된 원 내부의 노드가 내부 구조 부재의 노드가 될 가능성이 있는 노드이며, 이와 같은 방식으로 구획 정보로부터 내부 구조 부재의 노드를 찾아낼 수 있다.

이러한 노드들은 주로 구획을 구분짓는 격벽, 탱크 탑들의 경계를 나타내므로, 이 노드를 이용하여 내부 구조 부재 모델링에 필요한 시간을 단축할 수 있으며, 종래 도면 측정을 통해 정보를 얻어 오던 환경과 비교해 볼 때, 모델링 작업이 훨씬 용이해지고, 그 결과도 정확하다. 도22는 구획 정보가 로딩되었을 때, 구획의 정보를 보여주는 트리뷰의 예를 도시한 도면이다. 각각의 구획에 대하여 구획 번호, 이름, 구획에 속한 프레임 정보가 가시화된 결과를 볼 수 있다.

<구획 데이터 선택 단계>

상기 단계에서 획득한 구획 데이터 중 용도에 따라 필요한 데이터와 불필요 한 데이터를 구분하여 불필요한 데이터가 결과로 출력되지 않도록 히든(hiden)시켜 모델 뷰에서 나타나는 노드의 형상 정보를 이용하는 단계로서, 도23은 내부 부재들을 하이드하는 예를 도시하고 있다. 도면에서 트리 뷰에서 하이드할 내부 부재들을 선택하면, 모델 뷰에서 그 형상이 가시화되며, 트리 뷰에서 구획 데이터 중 불필요한 데이터를 클릭하면 노드가 모델 뷰에서 사라지고, 결과로 출력되지 않는다. 상기 트리 뷰에서는 구획 정보와 구획 이름의 표기가 가능하며, 이 정보와 모델 뷰의 형상 정보를 이용하여 정확한 작업을 할 수 있는 것이다.

<패치 생성 단계>

상기 단계에서 획득한 구획 데이터만을 트리 뷰에서 선택하여 포커싱하는 경우 가시화된 구획의 경계점들을 피킹하여 그 경계점들로부터 패치를 생성하는 단계로서, 전체 선형, 구획 데이터를 가시화하는 경우, 사용자는 자신이 모델링할 구획의 노드를 찾기 쉽지 않을 뿐만 아니라 패치의 경계점을 골라내는 것도 쉽지 않다. 도24에는 포커싱된 구획 데이터를 이용하여 패치를 생성하는 실례를 도시하고 있다.

도25는 모델링할 카고 홀드 모델을 패치 데이터로 모델링된 것을 도시한 도면이다.

도26은 패치 생성의 예로 해치 카밍이 시작되는 프레임의 단면도로서, 특성상 해치 카밍이 있는 부분과 같이 동일한 프레임에서 구획면의 형상이 바뀌는 경우, 그 부분 즉, 해치 카밍이 시작되는 부분에는 2개의 구획면이 존재하게 되는 데, 하나는 일점쇄선으로 표현된 단면이고, 다른 하나는 점선으로 표현된 단면이다. 이 2개의 단면을 중심으로 내부재의 형상이 나누어지게 된다. 이 2개의 겹치는 단면 중 원하는 단면을 골라서 모델링하게 되는 바, 도27은 선박의 홀드 중 4개의 프레임만을 골라서 패치를 생성하는 예를 도시한 도면이다.

<노드 및 메쉬의 생성 단계>

상기 선체 외판에 작업되어 있는 노드의 정보를 상기 패치 생성 단계에서 구획면에 생성된 패치 면에 투영시켜서 노드를 생성하고, 선체 외판의 구조 부재가 지나가는 정보를 만족하도록 메쉬를 생성하는 단계로서, 이 때 생성되는 노드는 선체 외판에서와 같이 구조부재의 속성을 가지며, 선체 외판에서와 같이 구조 부재의 랜딩 라인에 의해 나타나는 제약 조건을 만족하면서 메쉬가 생성된다. 도28은 선체 외판을 정보를 받아서 구획면에 생성된 패치 위에 노드와 메쉬를 생성하는 예를 보인 도면이다.

도29 내지 도31은 상기와 같은 방법을 이용하여 각각 컨테이너선, Ro Ro 선, LNG 선의 외판에 메쉬를 생성한 결과를 도시한 도면이며, 구조부재의 제약조건을 만족하면서 메쉬를 생성하는 모습을 확인할 수 있다. 여기에서 메쉬가 생성되지 않고 비어있는 영역들이 있는 것을 확인할 수 있는 데, 이 부분은 구조 부재의 정보가 연속되지 않은 부분이다. 부재 정보가 연속되지 않은 상태에서 메쉬가 만들어질 경우, 해석자가 원하지 않는 형태의 메쉬가 생성될 가능성이 매우 높으며, 잘못된 메쉬를 수정하는 데 필요한 시간은 비어있는 부분에 메쉬를 새로 생성하는 것보다 훨씬 많이 소요되기 때문에 부재의 연속정보가 연속되지 않은 부분에서는 메쉬를 생성하지 않도록 구성하였다.

상기와 같은 본 발명의 CAD 모델이 존재하지 않는 선박의 초기 설계 시점의 정보를 이용한 전선 구조 및 진동 해석 모델 생성 방법에 의하면, CAD 모델이 존재하지 않는 초기 설계의 전선 해석 시점에서 사용 가능한 설계 정보인 선형 정보와 구획 정보를 이용하여 전선 해석 모델을 효과적으로 생성할 수 있는 효과가 있고, 전선 해석 모델링 시점에서 나오는 구획 데이터를 이용하여 선박의 선체 내부재 해석 모델을 생성할 수 있었고, 구획 데이터를 사용자가 편리하게 프로세싱할 수 있도록 하여 해석에 필요한 노드를 빠르게 추출하거나 생성할 수 있으며, 선박의 종류에 관계없이 적용 가능한 방법이기 때문에 활용도가 매우 높다.

Claims (1)

1. 선박의 초기 설계 시점에 획득 가능한 선형 정보 이용하여 구조 및 진동 해석에 적합하도록 구조물의 위치에 따른 제약 조건을 만족하는 메쉬를 생성하기 위하여 CAD 모델이 존재하지 않는 선박의 초기 설계 시점에 획득 가능한 구조 정보가 포함된 선형 데이터를 데이터 베이스로부터 직접 획득하는 단계와;

   상기 단계에서 획득된 선형 데이터를 해석 용도에 따라 선별적으로 사용하는 바, 해석용 노드를 생성할 프레임 중 사용하지 않는 프레임에 놓여 있는 노드를 네쉬 과정에서 사용하는 않도록 처리하는 하이드 프레임 단계와, 상기 선형 데이터를 로딩하면 로딩되는 "STRU" 노드와 "LONG" 노드 중 상기 "STRU" 노드는 반드시 선택하고, "LONG" 노드는 사용자의 의도에 따라 선택하는 단계와, 상기 선형 데이터에서 노드가 존재하지 않는 위치에 노드를 생성시 임의의 프레임에 주어진 노드를 커브로 변환시켜 상기 커브 위의 원하는 위치의 점에 노드를 삽입 생성하는 단계와, 상기 하이드 프레임 단계에서의 인터페이스와 같이 상기 선형 데이터를 로딩하여 생성되는 프레임들을 그룹핑하는 단계로 이루어진 프로세싱 단계와;

   상기 프레임과 프레임 간에 서로 노드의 번호가 같은 경우 메쉬를 생성함과 동시에 메쉬가 항상 동일한 좌표에서 일전한 법선 방향을 가지도록 생성되는 단계와, 상기 단계에서 생성된 메쉬는 상기 모델 뷰 상에서 선택된 노드의 개수에 상을하는 형상의 메쉬를 생성, 수정 및 삭제하는 단계와, 상기 "LONG" 노드 및 "STRU" 노드의 속성에 따라 빔이나 트러스와 같은 1차원 엘리먼트를 생성하는 단계와, 상 기 단계에서 생성된 메쉬와, 1차원 엘리먼트의 모델링이 누락된 곳이나 메쉬 생성이 잘못된 부분을 확인할 수 있도록 쉐이딩(shading)하고, 메쉬의 형상을 강제로 왜곡하여 축소시켜 노드와 메쉬가 서로 겹쳐 보이지 않도록 하여 모델링이 누락된 곳이나 메쉬 생성이 잘못된 부분을 확인하는 쉬링크(shrink) 단계로 이루어진 엘리먼트 생성 단계와;

   선박의 구획 계산을 위하여, 선형 정의를 위한 파일 데이터와 구획 정보의 정의를 위한 파일 데이터로부터 정의되는 구획 정보를 이용하여 내부부재의 정보를 얻는 단계와;

   상기 단계에서 획득한 구획 데이터 중 용도에 따라 필요한 데이터와 불필요한 데이터를 구분하여 불필요한 데이터가 결과로 출력되지 않도록 히든(hiden)시켜 모델 뷰에서 나타나는 노드의 형상 정보를 이용하는 단계와;

   상기 단계에서 획득한 구획 데이터만을 트리 뷰에서 선택하여 포커싱하는 경우 가시화된 구획의 경계점들을 피킹하여 그 경계점들로부터 패치를 생성하는 단계와;

   상기 선체 외판에 작업되어 있는 노드의 정보를 상기 패치를 생성하는 단계에서 구획면에 생성된 패치 면에 투영시켜서 노드를 생성하고, 선체 외판의 구조 부재가 지나가는 정보를 만족하도록 메쉬를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐드 모델이 존재하지 않는 선박의 초기 설계 시점의 정보를 이용한 전선 구조 및 진동 해석 모델 생성 방법.

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