KR101353644B1 - 해석 자동화 시스템을 포함한 철강산업용 가상설비 시스템 및 그의 동작 방법 - Google Patents

해석 자동화 시스템을 포함한 철강산업용 가상설비 시스템 및 그의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철강산업용 가상설비 시스템 및 그의 동작 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 형태에 따른 철강산업용 가상설비 시스템은, 철강산업용 가상설비의 기구학적 동작, 철강제품 및 설비의 속성을 반영하여 시뮬레이션을 실시하고, 시뮬레이션 결과를 출력하는 시뮬레이션 서버와, 상기 시뮬레이션 서버로 가상설비의 동작을 제어하는 모의 신호를 입력하는 제어시스템과, 상기 시뮬레이션 결과를 시각적으로 표시하는 가상 운전장치와, 해석 표준 모델을 기반으로 철강제품 및 설비의 속성을 해석하여 해석 결과를 상기 시뮬레이션 서버로 제공하는 해석 자동화 시스템을 포함한다.

Description

해석 자동화 시스템을 포함한 철강산업용 가상설비 시스템 및 그의 동작 방법{VIRTUAL FACILITY SYSTEM FOR STEEL INDUSTRIAL WITH ANALYZING AUTOMATIC SYSTEM AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 해석 자동화 시스템을 포함한 철강산업용 가상설비 시스템 및 그의 동작 방법에 관한 것이다.
종래에는 공장 프로세스의 기계설비 또는 제어시스템을 개발하거나 개조하기 위해 다음의 과정을 거친다. 기계 설비를 설계하고, 운전 방안을 작성한 후 제어시스템을 설계하며, 실 기계설비를 설치하고 실 제어시스템과 케이블 결선을 한 후 제어시스템과 설비의 동작을 테스트한다. 이러한 일련의 과정에 의해 기계설비 및 제어시스템, 그리고 공장 프로세스의 검증은 설비가 설치된 후 이루어지므로, 설비개발 착수에서 시운전까지 많은 시간 및 비용이 소요된다.
또한, 기계설비 및 제어시스템이 설치된 후에 공장 프로세스 시운전을 가동하므로, 기계설비의 결함을 기계설비의 개발 과정에서 알 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 실제 제작 또는 현장 적용 전에 위험분석과 최적조건을 사전에 점검하는 가상설비 시스템에 대한 수요가 증가하고 있다.
당해 기술분야에서는, 해석 자동화 시스템을 포함한 철강산업용 가상설비 시스템 및 그의 동작 방법이 요구되고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1 태양은 철강산업용 가상설비 시스템을 제공한다. 상기 철강산업용 가상설비 시스템은, 철강산업용 가상설비의 기구학적 동작, 철강제품 및 설비의 속성을 반영하여 시뮬레이션을 실시하고, 시뮬레이션 결과를 출력하는 시뮬레이션 서버와, 상기 시뮬레이션 서버로 가상설비의 동작을 제어하는 모의 신호를 입력하는 제어시스템과, 상기 시뮬레이션 결과를 시각적으로 표시하는 가상 운전장치와, 해석 표준 모델을 기반으로 철강제품 및 설비의 속성을 해석하여 해석 결과를 상기 시뮬레이션 서버로 제공하는 해석 자동화 시스템을 포함한다.
본 발명의 제2 태양은 철강산업용 가상설비 시스템의 동작 방법을 제공한다. 상기 철강산업용 가상설비 시스템의 동작 방법은, 제어시스템과 시뮬레이션 서버가, 해석 자동화 시스템으로 해석 입력 요소를 제공하는 과정과, 상기 해석 자동화 시스템이, 상기 해석 입력 요소를 기초로 하는 해석 표준 모델을 기반으로 철강제품 및 설비의 속성을 해석하여 상기 시뮬레이션 서버로 해석 결과를 제공하는 과정과, 상기 시뮬레이션 서버가, 철강산업용 가상설비의 기구학적 동작, 철강제품 및 설비의 속성을 반영하여 시뮬레이션을 실시하는 과정을 포함하며, 여기서, 상기 해석 입력 요소는 3D 설비 형상 및 설비 재질 속성 정보, 이벤트 해석 경계조건, 설비 해석 경계조건, 초기 조건, 제어 로직 정보 및 제어 신호값, 제어 알고리즘 및 예측 모델 중 적어도 하나를 포함한다.
덧붙여 상기한 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시 형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
해석 자동화 시스템을 포함한 철강산업용 가상설비 시스템 및 그의 동작 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 해석 자동화 시스템을 포함한 철강산업용 가상설비 시스템의 개략적인 구성을 도시한 블럭도,
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 철강산업용 가상설비 시스템 내 시뮬레이션 서버의 동작 방법을 도시한 흐름도, 및
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 철강산업용 가상설비 시스템 내 해석 자동화 시스템의 동작 방법을 도시한 흐름도.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기","모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 명칭에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
이하, 본 발명은 해석 자동화 시스템을 포함한 철강산업용 가상설비 시스템 및 그의 동작 방법에 관한 것으로서, 특히, 철강 제조 공정의 설비 및 제어 알고리즘을 개발함에 있어서 실제 제작 또는 현장 적용 전에 위험분석과 최적조건을 사전에 점검할 수 있는 철강산업용 가상설비 시스템 및 그의 동작 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 해석 자동화 시스템을 포함한 철강산업용 가상설비 시스템의 개략적인 구성을 도시한 블럭도이다.
상기 도 1을 참조하면, 철강산업용 가상설비 시스템은 시뮬레이션 서버(100), 제어시스템(200), 가상 운전장치(300), 해석 자동화 시스템(400)을 포함한다.
상기 시뮬레이션 서버(100)는 철강산업용 가상설비의 기구학적 동작, 가상설비에 의하여 가상으로 생산되는 철강제품 및 설비의 속성을 반영하여 시뮬레이션을 실시하고, 시뮬레이션 결과로서 가상설비 및 철강제품에 관한 정보를 생성한다. 여기서, 상기 시뮬레이션 서버(100)는 철강산업용 가상설비를 3D로 설계할 수 있으며, 상기 제어시스템(200)으로부터 입력되는 모의 신호에 따라 가상설비를 시뮬레이션하고, 시뮬레이션 결과를 제어시스템(200)으로 출력할 수 있다.
상기 제어시스템(200)은 시뮬레이션 서버(100)로 가상설비의 동작을 제어하는 모의 신호를 입력하고, 상기 시뮬레이션 서버(100)에 의해 생성된 정보를 입력받는다. 여기서, 모의 신호는 가상설비를 구동하는데 사용되는 신호로서, 시뮬레이션 서버(100)는 제어시스템(200)으로부터 모의 신호가 입력되면 이를 가상설비를 구동하는데 사용되는 동작 값으로 변환할 수 있다.
상기 가상 운전장치(300)는 시뮬레이션 서버(100)의 가상설비에 대한 시뮬레이션 내용을 시각적으로 표시하고, 상기 제어시스템(200)에 대한 동작을 제어한다. 상기 가상 운전장치(300)의 구성을 통해 철강공정용 가상설비 시스템에 대한 가상 시운전이 가능하다. 구체적으로, 상기 가상 운전장치(300)는 가상설비 시스템의 철강제조 공정을 3D 입체영상으로 나타낼 수 있으며, 이와 동시에 제어시스템(200)에 대한 동작 제어를 할 수 있다.
상기 해석 자동화 시스템(400)은, 해석 표준 모델을 기반으로 철강제품 및 설비의 속성을 빠르게 해석하여 해석 결과를 상기 시뮬레이션 서버(100)로 제공한다.
보다 구체적으로, 상기 시뮬레이션 서버(100)는 3D 형상 및 속성 추출부(110), 기구학적 기능부(120), 이벤트 해석 기능부(130), 수식 모델 기능부(140), 설비 해석 기능부(150), 설비형상 및 속성 관리부(160), 가상 센서부(170), 가상 구동부(180) 및 가시화 서버(190)를 포함한다.
상기 3D 형상 및 속성 추출부(110)는 3D CAD 시스템과 연결되어 가상설비를 3D로 설계하고, 상기 가상설비의 3D 설계 모델로부터 3D 설비 형상 및 설비 재질 속성 정보를 추출하여 상기 설비형상 및 속성 관리부(160)로 출력한다. 여기서, 상기 설비 재질 속성 정보는 해석 자동화 시스템(400)에서 수행하고자 하는 해석 모델에 따라 변경할 수 있으며, 변경된 설비 재질 속성 정보는 설비 해석 기능부(150)를 통해 상기 설비형상 및 속성 관리부(160)로 전달된다.
상기 기구학적 기능부(120)는 가상설비의 기구학적 동작 정보를 정의하고, 상기 정의된 가상설비의 기구학적 동작 정보를 상기 설비형상 및 속성 관리부(160)로 출력한다. 예를 들어, 상기 기구학적 기능부(120)는 가상설비의 기구학적 동작으로서, 모터의 회전운동 및 피스톤의 상하운동 등을 정의할 수 있다.
상기 이벤트 해석 기능부(130)는 가상설비를 이용하여 가상으로 철강제품을 생산하는 공정 중에 발생하는 이벤트를 해석하기 위한 이벤트 해석 경계조건을 생성하고, 상기 설비형상 및 속성 관리부(160)의 제어에 따라, 상기 생성된 이벤트 해석 경계조건을 해석 자동화 시스템(400)으로 출력한다.
여기서 이벤트는, 연속적인 흐름 공정에서 가상설비와 철강제품의 상호 작용에 의한 변형, 유동, 열 전달 등과 같은, 철강 생산 과정에서 발생할 수 있는 철강제품의 상태 변화일 수 있다. 즉, 이벤트는, 철강제품의 기계적 특성에 의한 변화가 아닌, 철강제품의 탄성, 온도 등과 같이 소재적 특성에 따른 철강제품의 상태 변화를 의미할 수 있다.
상기 수식모델 기능부(140)는 상기 설비형상 및 속성 관리부(160)의 제어에 따라, 가상설비에 적용하고자 하는 제어 알고리즘 및 예측 모델을 해석 자동화 시스템(400)으로 출력한다.
상기 설비해석 기능부(150)는 가상설비를 이용하여 가상으로 철강제품을 생산하는 공정 중에 가상설비와 철강제품의 상호작용에 의한 가상설비의 상태 변화를 해석하기 위한 설비 해석 경계조건을 생성하고, 상기 설비형상 및 속성 관리부(160)의 제어에 따라, 상기 생성된 설비 해석 경계조건을 해석 자동화 시스템(400)으로 출력한다. 가상설비를 이용하여 철강제품을 생산하는 과정에서 가상설비와 철강제품은 상호작용을 할 수 있으며, 상기 상호작용에 의하여 가상설비는 영향을 받을 수 있다. 구체적으로, 상기 상호작용에 의하여 가상설비에 압력, 온도 등이 가해질 수 있으며, 이에 의하여 가상설비가 손상되거나 제 기능을 수행하지 못하는 등의 영향이 있을 수 있다.
상기 설비형상 및 속성 관리부(160)는 제어 시스템(200)에 의해 제공되는 모의 신호에 따라, 3D 형상 및 속성 추출부(110)로부터의 정보 및 초기조건을 해석 자동화 시스템(400)으로 제공하고, 상기 이벤트 해석 기능부(130), 수식모델 기능부(140), 설비해석 기능부(150)로부터의 정보가 상기 해석 자동화 시스템(400)으로 제공되도록 제어한다. 이에 따라, 상기 해석 자동화 시스템(400)은 설비 및 철강제품에 일어날 수 있는 현상, 즉 설비 및 철강제품의 속성을 해석하여, 해석 결과를 상기 설비형상 및 속성 관리부(160)로 제공할 수 있다.
상기 설비형상 및 속성 관리부(160)는 해석 자동화 시스템(400)으로부터 해석 결과를 수신하여 해당 가상설비의 속성값으로서 정의하고, 상기 속성값과 상기 기구학적 기능부(120)로부터의 기구학적 동작 정보를 반영하여 해당 가상설비 및 철강제품에 대한 시뮬레이션을 실시하며, 상기 가상설비 및 철강제품에 관한 시뮬레이션 결과 정보를 생성하여 가시화 서버(190)로 전달한다.
상기 가상 센서부(170)는 가상설비의 동작 조건 및 생산하고자 하는 철강제품의 특성 정보를 센싱하여, 센싱값을 제어시스템(200)으로 전달한다.
상기 가상 구동부(180)는 제어시스템(200)으로부터 상기 센싱값을 기반으로 생성된 모의 신호를 입력받고, 입력받은 모의 신호를 가상설비를 구동하는데 사용되는 동작 값으로 변환하여 설비형상 및 속성 관리부(160)로 출력한다. 이에 따라, 상기 설비형상 및 속성 관리부(160)는 3D 형상 및 속성 추출부(110)로부터의 정보를 해석 자동화 시스템(400)으로 제공하고, 상기 이벤트 해석 기능부(130), 수식모델 기능부(140), 설비해석 기능부(150)로부터의 정보가 상기 해석 자동화 시스템(400)으로 제공되도록 제어할 수 있다. 여기서, 상기 모의 신호는 가상설비의 동작 조건 및 생산하고자 하는 철강제품의 특성 정보를 포함할 수 있다.
상기 가시화 서버(190)는 상기 설비형상 및 속성 관리부(160)로부터 시뮬레이션 결과 정보를 입력받아, 이를 기반으로 가상설비 및 철강제품을 시각적으로 구현하는 영상 신호를 가상 운전장치(300)로 출력한다.
보다 구체적으로, 상기 제어시스템(200)은 제어신호변환 및 처리부(210), 가상제어기능부(220) 및 실제제어기능부(230)를 포함한다.
상기 제어신호변환 및 처리부(210)는, 가상제어기능부(220) 및 실제제어기능부(230) 중 어느 하나를 선택하여 가상 센서부(170)로부터의 센싱값을 전달하고, 상기 가상제어기능부(220) 및 실제제어기능부(230) 중 어느 하나로부터 입력받은 가상제어신호 또는 실제제어신호를 모의 신호로 변환하여 가상 구동부(180)로 전달한다.
여기서, 상기 제어신호변환 및 처리부(210)는, 시뮬레이션시 가상의 제어신호를 사용할 것인지 아니면 실제 철강 공정 설비에서 사용되는 실제 제어신호를 사용할 것인지 여부에 따라 가상제어기능부(220) 또는 실제제어기능부(230)를 선택할 수 있다. 이때, 실제 제어신호의 사용을 선택하면, 실제 철강 공정 설비의 제어시에 발생할 수 있는 위험 분석 및 최적 조건을 점검하는 것이 가능하다.
상기 선택에 따라서, 상기 제어신호변환 및 처리부(210)는 가상제어기능부(220) 및 실제제어기능부(230) 중 어느 하나로부터 제어신호를 입력받을 수 있으며, 상기 입력되는 제어신호를 시뮬레이션 서버(100)에서 처리할 수 있도록 모의 신호로 변환할 수 있다.
상기 제어신호변환 및 처리부(210)는, 상기 가상 구동부(180)로 모의신호를 전달함과 동시에, 상기 해석 자동화 시스템(400)으로 제어 로직 정보 및 제어 신호값을 전달한다. 이에 따라, 상기 해석 자동화 시스템(400)은 설비 및 철강제품에 일어날 수 있는 현상, 즉 설비 및 철강제품의 속성을 해석하여, 해석 결과를 상기 제어신호변환 및 처리부(210)로 제공할 수 있다. 상기 제어신호변환 및 처리부(210)는, 해석 자동화 시스템(400)으로부터 해석 결과를 수신하여 가상제어기능부(220) 및 실제제어기능부(230)의 알고리즘에 반영한다.
상기 가상제어기능부(220)는, 상기 센싱값을 입력받으면, 가상설비를 제어하기 위한 가상제어신호를 생성하고, 가상제어신호를 제어신호 변환 및 처리부(210)로 출력한다. 상기 가상제어기능부(220)에서 생성하는 제어신호는 시뮬레이션에서 사용하기 용이하도록 변형된 제어신호일 수 있다. 상기 변형된 제어신호를 이용함으로써, 상기 시뮬레이션 서버(100)는 보다 용이하게 시뮬레이션 결과를 해석할 수 있다.
상기 실제제어기능부(230)는, 상기 센싱값을 입력받으면, 가상설비와 대응하는 실제 철강산업용 설비에서 사용되는 실제제어신호를 생성하고, 실제제어신호를 제어신호 변환 및 처리부(210)로 출력한다. 상기 실제제어기능부(230)는 실제 철강산업용 설비에서 사용되는 제어신호와 동일한 제어신호를 생성할 수 있다. 따라서, 실제 철강 공정 설비의 제어시에 발생할 수 있는 위험 분석 및 최적 조건을 사전에 점검하는 것이 가능하다.
보다 구체적으로, 상기 가상 운전장치(300)는 가상화 신호 처리부(310) 및 가상화 표현부(320)를 포함한다.
상기 가상화 신호 처리부(310)는, 가시화 서버(190)에서 출력된 영상 신호를 입력받아 3D가상화 신호로 변환하여 가상화 표현부(320)로 출력한다. 상기 가시화 서버(190)가 출력하는 영상 신호는 3D 입체영상을 구현하기 위한 신호로는 부적합할 수 있다. 따라서, 상기 가상화 신호 처리부(310)는 가시화 서버(190)에 의해 출력되는 영상 신호를 3D 입체영상을 구현하기 위한 신호로 변환할 수 있다.
상기 가상화 표현부(320)는, 3D가상화 신호를 입력받아, 가상설비의 구동 및 철강 제품을 3D 입체영상으로 표현한다. 상기 가상화 표현부(320)는 모니터 등의 디스플레이 장치로 구현될 수 있으며, 3D가상화 신호를 입력받아 입체적으로 시뮬레이션 내용을 표현할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 해석 자동화 시스템(400)은 해석 결과 표현부(410), 해석 데이터베이스(420), 해석 표준 모델(430), 해석부(440) 및 해석 최적화 기능부(450)를 포함한다.
상기 해석부(440)는, 상기 설비형상 및 속성 관리부(160), 이벤트 해석 기능부(130), 수식모델 기능부(140), 설비해석 기능부(150), 제어신호변환 및 처리부(210)로부터 해석의 입력(Input) 요소를 입력받고, 해석 데이터베이스(420)를 검색하여 상기 입력받은 해석 입력 요소를 기초로 하는 해석 표준 모델(430)이 존재하는지 여부를 판단한다. 여기서, 상기 해석 입력 요소는 공정 정보와 모델링 정보로 구성되며, 모델링 정보에는 3D 설비 형상 및 설비 재질 속성 정보, 이벤트 해석 경계조건, 설비 해석 경계조건, 초기 조건 등이 포함되며, 공정 정보에는 제어 로직 정보 및 제어 신호값, 제어 알고리즘 및 예측 모델 등이 포함된다.
상기 해석부(440)는, 해석 데이터베이스(420)에 상기 해석 입력 요소를 기초로 하는 해석 표준 모델(430)이 존재하는 경우, 존재하는 해석 표준 모델(430)에 상기 입력받은 해석 입력 요소를 할당하여 해석 모델링을 수행하고, 모델링된 해석 모델을 바탕으로 설비 또는 제품에 일어날 수 있는 현상, 즉 설비 및 철강제품의 속성을 해석한 후, 해석 결과를 상기 이벤트 해석 기능부(130), 수식모델 기능부(140), 설비해석 기능부(150)를 통해 상기 설비형상 및 속성 관리부(160) 및 제어신호변환 및 처리부(210)로 제공한다. 또한, 상기 해석부(440)는, 해석 결과로서, 입력 변수에 따른 출력 테이블을 상기 해석 데이터베이스(420)에 저장한다.
상기 해석부(440)는, 해석 데이터베이스(420)에 상기 해석 입력 요소를 기초로 하는 해석 표준 모델(430)이 존재하지 않는 경우, 상기 입력받은 해석 입력 요소의 모델링 정보를 상기 해석 최적화 기능부(450)로 제공하여, 상기 해석 최적화 기능부(450)로 하여금 상기 모델링 정보와 입력/출력(Input/Output) 변수를 고려하여 최적화된 해석 모델을 구축하도록 제어한다. 이에 따라 상기 해석 최적화 기능부(450)가 최적화된 해석 모델을 구축하면, 상기 해석부(440)는 상기 구축된 최적화된 해석 모델에 상기 해석 입력 요소를 할당하여 해석 모델링을 수행하고, 모델링된 해석 모델을 바탕으로 설비 또는 제품에 일어날 수 있는 현상을 해석할 수 있다.
상기 해석 최적화 기능부(450)는, 상기 해석부(440)로부터 입력되는 상기 해석 입력 요소의 모델링 정보와 입력/출력(Input/Output) 변수를 고려하여 최적화된 해석 모델을 구축하고, 필요에 따라 구축된 해석 모델을 해석 데이터베이스(420)에 저장한다. 상기 해석 데이터베이스(420)에 저장된 해석 모델은 추후 해석 시 활용될 수 있으며, 활용되는 빈도와 해석의 정확도가 일정 수준 이상이면 해석 표준 모델(430)로 등록될 수 있다.
상기 해석 결과 표현부(410)는, 상기 해석 데이터베이스(420)에 저장된 해석 결과를 3D로 표현하며, 3D 애니메이션 동영상 등을 제공하여 유체의 흐름 및 기체의 변화 등을 용이하게 확인할 수 있도록 한다. 또한, 상기 해석 결과 표현부(410)는, 해석 표준 모델(430)에 따른 입력 데이터와 출력 데이터의 매핑 결과, 파라메트릭(parametric) 변화에 따른 결과 파일의 변화 등 다양한 결과 분석을 수행할 수 있다.
상기 해석 데이터베이스(420)는 기 등록된 표준 해석 모델(430)을 저장하고, 상기 해석 최적화 기능부(450)에 의해 새로 구축된 해석 모델을 저장하며, 상기 해석부(440)의 해석에 따라 도출된 입력 변수에 따른 출력 테이블을 저장한다. 여기서, 상기 표준 해석 모델(430)은 표준 템플릿(template)과 해석의 입력 요소, 해석의 결과로 도출된 대표값, 입력 변수에 따른 출력 테이블 등이 포함된 형태로 정의되며, 여기서, 상기 표준 템플릿은 모델링 정보와 입력/출력(Input/Output) 변수 등이 포함된 하나의 양식이다.
예를 들어, 레이들(Ladle) 내 용강 온도 해석, 레이들 토출 유동 해석, 턴디쉬(Tundish) 내 용강 온도 해석 등을 위해, 형상 정보(길이, 부피), 재질 속성 정보(내화물, 철피, 용강), 입력 변수(온도, 게이트(gate) 개도율), 출력 변수(온도, 유량, 무게), 경계 조건(열전달계수), 초기조건(온도, 무게) 등이 표준 템플릿의 구성 요소로 정의되고, 해석의 결과값으로 시간에 따른 용강 온도가 대표값으로 표현되며, 슬라이딩 게이트(sliding gate)의 개도율에 따라 유량의 속도 프로파일(profile)이 제공되는 하나의 해석 표준 모델이 정의될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 해석 자동화 시스템을 통해 해석 표준 모델을 기반으로 철강제품 및 설비의 속성을 빠르게 해석할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 해석 표준 모델을 구성하여 향후 해석 결과에 대한 피드백 및 재활용 시에 용이하게 활용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 철강산업용 가상설비 시스템 내 시뮬레이션 서버의 동작 방법을 도시한 흐름도이다.
상기 도 2를 참조하면, 시뮬레이션 서버는 201단계에서 시뮬레이션 전에 가상설비를 3D로 설계하고, 상기 가상설비의 3D 설계 모델로부터 3D 설비 형상 및 설비 재질 속성 정보를 추출한다.
이후, 상기 시뮬레이션 서버는 203단계에서 상기 3D로 설계된 가상설비의 기구학적 동작 정보를 정의한다.
이후, 상기 시뮬레이션 서버는 205단계에서 제어시스템으로부터 모의신호가 입력되는지 여부를 판단한다. 여기서, 상기 모의 신호는 가상설비를 구동하는데 사용되는 제어신호를 의미한다.
상기 205단계에서, 제어시스템으로부터 모의신호가 입력됨이 판단되면, 상기 시뮬레이션 서버는 207단계에서 상기 모의 신호를 가상설비를 구동하는데 사용되는 동작 값으로 변환하고, 상기 모의 신호에 대응하는 동작 값을 이용하여 가상설비를 구동한다.
이후, 상기 시뮬레이션 서버는 209단계에서 상기 모의 신호에 설비 및 철강제품의 속성을 반영하라는 제어 신호가 포함되어 있는지 여부를 판단한다.
상기 209단계에서, 상기 모의 신호에 설비 및 철강제품의 속성을 반영하라는 제어 신호가 포함되어 있음이 판단되면, 상기 시뮬레이션 서버는 211단계에서 가상설비와 철강제품의 상호 작용에 의한 철강제품의 상태 변화를 해석하기 위한 이벤트 해석 경계조건과, 가상설비의 상태 변화를 해석하기 위한 설비 해석 경계조건을 생성한다.
이후, 상기 시뮬레이션 서버는 213단계에서 상기 추출된 3D 설비 형상 및 설비 재질 속성 정보, 상기 생성된 이벤트 해석 경계조건과 설비 해석 경계조건, 가상설비에 적용하고자 하는 제어 알고리즘 및 예측 모델, 초기조건을 해석 자동화 시스템으로 전달한다. 이에 따라, 상기 해석 자동화 시스템은 상기 정보들을 기반으로 설비 및 철강제품에 일어날 수 있는 현상, 즉 설비 및 철강제품의 속성을 해석하고, 해석 결과를 상기 시뮬레이션 서버로 제공할 수 있다. .
이후, 상기 시뮬레이션 서버는 215단계에서 상기 해석 자동화 시스템으로부터 해석 결과를 수신하여 해당 가상설비의 속성값으로서 정의한다.
이후, 상기 시뮬레이션 서버는 217단계에서 가상설비에 대해 상기 정의된 가상설비의 기구학적 동작 정보와 속성값을 반영하여 시뮬레이션을 실시한다.
이후, 상기 시뮬레이션 서버는 221단계에서 시뮬레이션 결과로서 가상설비 및 상기 가상설비에 의해 생산되는 철강제품에 관한 정보를 생성하고, 이를 기반으로 가상설비 및 철강제품을 시각적으로 구현하는 영상 신호를 가상 운전장치로 출력한다.
반면, 상기 209단계에서, 상기 모의 신호에 설비 및 철강제품의 속성을 반영하라는 제어 신호가 포함되어 있지 않음이 판단되면, 상기 시뮬레이션 서버는 219단계에서 가상설비에 대해 상기 정의된 가상설비의 기구학적 동작 정보만을 반영하여 시뮬레이션을 실시한 후, 상기 221단계로 진행하여 이하 단계를 수행한다.
이후, 상기 시뮬레이션 서버는 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 철강산업용 가상설비 시스템 내 해석 자동화 시스템의 동작 방법을 도시한 흐름도이다.
상기 도 3을 참조하면, 해석 자동화 시스템은 301단계에서 시뮬레이션 서버와 제어신호변환 및 처리부로부터 해석의 입력(Input) 요소가 수신되는지 여부를 판단한다. 여기서, 상기 해석 입력 요소는 공정 정보와 모델링 정보로 구성되며, 모델링 정보에는 3D 설비 형상 및 설비 재질 속성 정보, 이벤트 해석 경계조건, 설비 해석 경계조건, 초기 조건 등이 포함되며, 공정 정보에는 제어 로직 정보 및 제어 신호값, 제어 알고리즘 및 예측 모델 등이 포함된다. 구체적으로, 상기 해석 자동화 시스템은 시뮬레이션 서버로부터 3D 설비 형상 및 설비 재질 속성 정보, 이벤트 해석 경계조건, 설비 해석 경계조건, 제어 알고리즘 및 예측 모델, 초기 조건을 수신하고, 제어신호변환 및 처리부로부터 제어 로직 정보 및 제어 신호값을 수신할 수 있다.
이후, 상기 해석 자동화 시스템은 303단계에서 해석 데이터베이스를 검색하고, 305단계로 진행하여 해석 데이터베이스 내에 상기 수신된 해석 입력 요소를 기초로 하는 해석 표준 모델이 존재하는지 여부를 판단한다.
상기 305단계에서, 해석 데이터베이스 내에 상기 수신된 해석 입력 요소를 기초로 하는 해석 표준 모델이 존재함이 판단되면, 상기 해석 자동화 시스템은 313단계에서 존재하는 해석 표준 모델에 상기 수신된 해석 입력 요소를 할당하여 해석 모델링을 수행한다.
이후, 상기 해석 자동화 시스템은 315단계에서 상기 모델링된 해석 모델을 바탕으로 설비 또는 제품에 일어날 수 있는 현상, 즉 설비 및 철강제품의 속성을 해석한다.
이후, 상기 해석 자동화 시스템은 317단계에서 상기 시뮬레이션 서버와 제어신호변환 및 처리부로 해석 결과를 전달한다.
반면, 상기 305단계에서, 해석 데이터베이스 내에 상기 수신된 해석 입력 요소를 기초로 하는 해석 표준 모델이 존재하지 않음이 판단되면, 상기 해석 자동화 시스템은 307단계에서 해석 데이터베이스 내에 상기 수신된 해석 입력 요소를 기초로 하는 유사한 해석 모델이 존재하는지 여부를 판단한다.
상기 307단계에서, 해석 데이터베이스 내에 상기 수신된 해석 입력 요소를 기초로 하는 유사한 해석 모델이 존재함이 판단되면, 상기 해석 자동화 시스템은 309단계에서 존재하는 유사 해석 모델의 사용빈도 정보를 갱신한 후, 상기 313단계로 진행하여 존재하는 유사 해석 모델에 상기 수신된 해석 입력 요소를 할당하여 해석 모델링을 수행하고, 이하 단계를 수행한다.
반면, 상기 307단계에서, 해석 데이터베이스 내에 상기 수신된 해석 입력 요소를 기초로 하는 유사한 해석 모델이 존재하지 않음이 판단되면, 상기 해석 자동화 시스템은 311단계에서 상기 수신된 해석 입력 요소의 모델링 정보와 입력/출력(Input/Output) 변수를 고려하여 최적화된 해석 모델을 구축한 후, 상기 313단계로 진행하여 상기 구축된 최적화된 해석 모델에 상기 수신된 해석 입력 요소를 할당하여 해석 모델링을 수행하고, 이하 단계를 수행한다.
이후, 상기 해석 자동화 시스템은 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 시뮬레이션 서버 110: 3D 형상 및 속성 추출부
120: 기구학적 기능부 130: 이벤트 해석 기능부
140: 수식 모델 기능부 150: 설비 해석 기능부
160: 설비형상 및 속성 관리부 170: 가상 센서부
180: 가상 구동부 190: 가시화 서버
200: 제어시스템 210: 제어신호변환 및 처리부
220: 가상제어기능부 230: 실제제어기능부
300: 가상 운전장치 310: 가상화 신호 처리부
320:가상화 표현부 400:해석 자동화 시스템
410:해석 결과 표현부 420:해석 데이터베이스
430:해석 표준 모델 440:해석부
450:해석 최적화 기능부

Claims (7)

  1. 철강산업용 가상설비의 기구학적 동작, 철강제품 및 설비의 속성을 반영하여 시뮬레이션을 실시하고, 시뮬레이션 결과를 출력하는 시뮬레이션 서버와,
    상기 시뮬레이션 서버로 가상설비의 동작을 제어하는 모의 신호를 입력하는 제어시스템과,
    상기 시뮬레이션 결과를 시각적으로 표시하는 가상 운전장치와,
    해석 표준 모델을 기반으로 철강제품 및 설비의 속성을 해석하여 해석 결과를 상기 시뮬레이션 서버로 제공하는 해석 자동화 시스템을 포함하며,
    여기서, 상기 해석 자동화 시스템은, 상기 시뮬레이션 서버와 제어시스템으로부터 해석 입력 요소를 수신하고, 상기 수신된 해석 입력 요소를 기초로 하는 해석 표준 모델을 기반으로 철강제품 및 설비의 속성을 해석하여 해석 결과를 상기 시뮬레이션 서버로 제공하며,
    상기 해석 입력 요소는, 3D 설비 형상 및 설비 재질 속성 정보, 이벤트 해석 경계조건, 설비 해석 경계조건, 초기 조건, 제어 로직 정보 및 제어 신호값, 제어 알고리즘 및 예측 모델 중 적어도 하나를 포함하는 철강산업용 가상설비 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 시뮬레이션 서버는,
    가상설비를 3D로 설계하고, 상기 가상설비의 3D 설계 모델로부터 3D 설비 형상 및 설비 재질 속성 정보를 추출하는 3D 형상 및 속성 추출부,
    상기 가상설비의 기구학적 동작 정보를 정의하는 기구학적 기능부;
    상기 가상설비와 철강제품의 상호 작용에 의한 철강제품의 상태 변화를 해석하기 위한 이벤트 해석 경계조건을 생성하는 이벤트 해석 기능부;
    상기 가상설비와 철강제품의 상호작용에 의한 가상설비의 상태 변화를 해석하기 위한 설비 해석 경계조건을 생성하는 설비 해석 기능부;
    상기 가상설비에 적용하고자 하는 제어 알고리즘 및 예측 모델을 출력하는 수식모델 기능부를 포함하는 철강산업용 가상설비 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 시뮬레이션 서버는,
    상기 제어 시스템에 의해 입력되는 모의 신호에 따라, 상기 3D 설비 형상 및 설비 재질 속성 정보, 이벤트 해석 경계조건, 설비 해석 경계조건, 제어 알고리즘 및 예측 모델, 초기조건을 상기 해석 자동화 시스템으로 전달하고, 상기 해석 자동화 시스템으로부터 해석 결과를 수신하여 해당 가상설비의 속성값으로서 정의하며, 상기 속성값과 기구학적 동작 정보를 반영하여 해당 가상설비 및 철강제품에 대한 시뮬레이션을 실시하는 설비형상 및 속성 관리부를 더 포함하는 철강산업용 가상설비 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 해석 자동화 시스템은,
    상기 시뮬레이션 서버와 제어시스템으로부터 해석 입력 요소를 수신하고, 해석 데이터베이스 내에 상기 수신된 해석 입력 요소를 기초로 하는 해석 표준 모델이 존재하는지 여부를 판단하며, 존재하는 해석 표준 모델을 기반으로 설비 및 철강제품의 속성을 해석하는 해석부와,
    해석 데이터베이스 내에 상기 수신된 해석 입력 요소를 기초로 하는 해석 표준 모델이 존재하지 않으면, 상기 수신된 해석 입력 요소와 입력/출력(Input/Output) 변수를 고려하여 최적화된 해석 모델을 구축하는 해석 최적화 기능부를 포함하는 철강산업용 가상설비 시스템.
  5. 제어시스템과 시뮬레이션 서버가, 해석 자동화 시스템으로 해석 입력 요소를 제공하는 과정과,
    상기 해석 자동화 시스템이, 상기 해석 입력 요소를 기초로 하는 해석 표준 모델을 기반으로 철강제품 및 설비의 속성을 해석하여 상기 시뮬레이션 서버로 해석 결과를 제공하는 과정과,
    상기 시뮬레이션 서버가, 철강산업용 가상설비의 기구학적 동작, 철강제품 및 설비의 속성을 반영하여 시뮬레이션을 실시하는 과정을 포함하며,
    여기서, 상기 해석 입력 요소는 3D 설비 형상 및 설비 재질 속성 정보, 이벤트 해석 경계조건, 설비 해석 경계조건, 초기 조건, 제어 로직 정보 및 제어 신호값, 제어 알고리즘 및 예측 모델 중 적어도 하나를 포함하는 철강산업용 가상설비 시스템의 동작 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 해석 결과 제공 과정은,
    해석 데이터베이스 내에 상기 해석 입력 요소를 기초로 하는 해석 표준 모델이 존재하는지 여부를 판단하는 과정과,
    상기 해석 표준 모델이 존재할 경우, 해당 해석 표준 모델에 상기 해석 입력 요소를 할당하여 해석 모델링을 수행하는 과정과,
    상기 모델링된 해석 모델을 바탕으로 설비 및 철강제품의 속성을 해석하는 과정과,
    상기 해석 표준 모델이 존재하지 않을 경우, 상기 해석 입력 요소와 입력/출력(Input/Output) 변수를 고려하여 최적화된 해석 모델을 새로 구축하는 과정을 포함하는 철강산업용 가상설비 시스템의 동작 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    새로 구축된 해석 모델과 상기 해석에 따라 도출된 입력 변수에 따른 출력 테이블을 상기 해석 데이터베이스에 저장하는 과정을 더 포함하는 철강산업용 가상설비 시스템의 동작 방법.
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