KR101559994B1 - 피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법을 공개한다. 이 방법은 (a) 소정의 업체로부터 제품 설계가 의뢰되면 설계 및 해석 모델링이 정식화되는 단계; (b) 파일 형태로 해석 모델이 생성되고, 상기 해석 모델 파일 및 상기 제품의 데이터베이스가 선택되는 단계; (c) 프레임워크 프로그램 연동을 위하여 상기 해석 모델 파일의 오류 여부가 판단되는 단계; (d) 상기 오류가 없는 경우 사용될 설계 변수가 선택되고 초기값이 설정되는 단계; (e) 목적 함수가 선택되고, 상기 프레임워크 프로그램 모델 및 해석 배치(batch) 파일이 생성되는 단계; (f) 상기 프레임워크 프로그램이 실행되어 배치(batch) 시뮬레이션이 수행되는 단계; (g) 시뮬레이션 결과 파일에서 목적 함수를 판독하여 상기 선택된 목적 함수에 수렴하는지 여부가 판단되는 단계; (h) 상기 선택된 목적 함수에 수렴된 경우 설계 결과가 화면 상에 디스플레이되고, 수렴되지 않은 경우 피드백 루프되어 상기 설계 변수의 값이 변경되고 해석을 위한 입력 파일이 수정된 후 상기 (f) 단계로 궤환하는 단계; (i) 상기 설계 결과가 화면 상에 디스플레이되는 경우, 최적화된 사양의 제품이 데이터 베이스에서 선정되는 단계; 및 (j) 상기 선정된 제품의 정보가 화면 상에 디스플레이되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법{An engineering design method for product using the Feedback Loop design technique}

본 발명은 제품의 공학 설계 방법에 관한 것으로서, 특히 소정의 업체로부터 제품 설계가 의뢰된 경우, 프레임워크 프로그램과 연동하여 해석 모델을 분석하고 시뮬레이션한 결과, 목적 함수에 수렴하는지 여부에 따라 피드백 루프 설계함으로써 최적화된 사양의 제품을 선정하여 제품에 대한 설계 정보를 소정의 업체에 제공할 수 있는 피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법에 관한 것이다.

우리나라 조선해양산업이 세계 1위를 고수하기 위해서는 고효율 생산기술의 개발을 통한 생산성 향상이 필수적이다.

이러한 노력의 하나로 조선해양 생산 시뮬레이션 분야가 대두되었으며, 조선해양산업에 특화된 시뮬레이션 시스템을 요구하고 있다.

재활용성 및 확장성을 고려한 통합화를 위해 조선해양 생산 시뮬레이션 프레임워크 프로그램을 개발하고, 이를 기반으로 국내 조선해양산업체 현장 사용자들에게 친화적인 응용 시스템을 개발하는 연구들이 진행 중에 있다.

이러한 프레임워크 프로그램 및 응용 시스템을 개발하기 위해서는 우선적으로 최종 사용자인 조선해양산업체의 현장 관계자들의 요구 사항을 도출 및 분석하고 이러한 요구사항을 기반으로 시스템을 개발해야 한다.

하지만 수주산업(Engineering to order)이라는 조선해양산업의 특수성으로 인해 기계, 자동차, 항공과 같은 양산산업(Make to stock, order)에 적용되는 시뮬레이션 시스템 및 도구를 직접 적용하는 데 한계가 있으며, 조선해양산업에 특화된 생산 시뮬레이션 기술을 요구하고 있다.

이러한 차원에서 기존의 우리나라 대형 해양 관련 업체에서는 다양하고 많은 생산 시뮬레이션 프로그램을 개발하였다.

이러한 프로그램들은 대개 수요 부서의 요구 및 필요에 의해 개발된 것들이며, 생산성 향상에 많은 도움을 주고 있다.

하지만, 종래의 조선해양 생산 시뮬레이션들은 다양한 해양 관련 업체에 의해 개별적이고 국부적으로 개발되고 있으며, 이로 인해 각기 다른 구조를 가지고 개발/운용되고 있다.

이러한 개별적인 개발 및 서로 다른 구조에 의해 모듈의 재활용 및 재사용성 측면에서 취약하다는 단점이 있었다.

또한, 종래에는 제품 생산을 주로 생산 공정 시뮬레이션, 공정 설계를 이용하여 하향식(top-down)으로 수행함에 따라, 소정의 업체의 경우 요구되는 제품을 설계하기 위한 장비, 인력 등의 부족으로 상당한 애로 사항이 있었다.

이에, 본 발명자는 피드백 루프 설계를 이용하여 상향식(down-top)의 공학 설계를 지원하여 위험 및 안전성 분석 등 플랜트 건설의 설계 활동 전반부의 종합적인 기본 설계가 이루어져, 결국 최적화된 공정 시스템을 위한 제품의 제조가 소정의 업체로 이관되게 되고, 소정의 업체의 다양한 요구에 따른 재설계, 공정 재배치, 융합 설계 및 배치, 성능 최적화 등을 충족시켜 소정의 업체의 요구에 최적화된 제품을 공급하게 되는 방안을 도출하기에 이르렀다.

(특허문헌 1) JP 4898090 B2

본 발명의 목적은 재활용성 및 확장성을 고려한 통합 시뮬레이션 프레임워크 프로그램 및 피드백 루프 설계 기법을 이용하여 설계 활동 전반부의 종합적인 기본 설계가 이루어져 최적화된 공정 시스템을 위한 제품의 제조가 소정의 업체로 이관되도록 하고, 제품 설계를 의뢰하는 소정의 업체의 요구사항을 충분히 반영한 최적화된 사양의 제품을 선정하여 제품에 대한 설계 정보를 소정의 업체에 제공할 수 있는 피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법은 (a) 소정의 업체로부터 제품 설계가 의뢰되면 설계 및 해석 모델링이 정식화되는 단계; (b) 파일 형태로 해석 모델이 생성되고, 상기 해석 모델 파일 및 상기 제품의 데이터베이스가 선택되는 단계; (c) 프레임워크 프로그램 연동을 위하여 상기 해석 모델 파일 파일의 오류 여부가 판단되는 단계; (d) 상기 오류가 없는 경우 사용될 설계 변수가 선택되고 초기값이 설정되는 단계; (e) 목적 함수가 선택되고, 상기 프레임워크 프로그램 모델 및 해석 배치(batch) 파일이 생성되는 단계; (f) 상기 프레임워크 프로그램이 실행되어 배치(batch) 시뮬레이션이 수행되는 단계; (g) 시뮬레이션 결과 파일에서 목적 함수를 판독하여 상기 선택된 목적 함수에 수렴하는지 여부가 판단되는 단계; (h) 상기 선택된 목적 함수에 수렴된 경우 설계 결과가 화면 상에 디스플레이되고, 수렴되지 않은 경우 피드백 루프되어 상기 설계 변수의 값이 변경되고 해석을 위한 입력 파일이 수정된 후 상기 (f) 단계로 궤환하는 단계; (i) 상기 설계 결과가 화면 상에 디스플레이되는 경우, 최적화된 사양의 제품이 데이터 베이스에서 선정되는 단계; 및 (j) 상기 선정된 제품의 정보가 화면 상에 디스플레이되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법은 상기 (h) 단계는 상기 판독된 목적 함수가 상기 선택된 목적 함수에 수렴되는 경우 설계 결과가 화면 상에 디스플레이되는 단계; 상기 판독된 목적 함수가 상기 선택된 목적 함수에 수렴되지 않은 경우 피드백 루프되어 상기 설계 변수의 값이 변경되는 단계; 및 상기 해석을 위한 입력 파일이 수정된 후 상기 (f) 단계로 궤환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법은 상기 (c) 단계는 상기 오류가 있는 경우 경고 및 오류 메시지가 상기 화면 상에 디스플레이되는 단계; 및 상기 (a) 단계로 궤환하여 이후 동작을 반복하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법은 상기 (j) 단계 이후에 상기 선정된 제품이 시뮬레이션 기반 설계(SBD)를 이용하여 최종 검토되는 단계; 및 상기 선정된 제품에 대한 설계 정보가 상기 설계 의뢰한 소정의 업체에 제공되는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법은 상기 피드백 루프 설계는 상기 설계 의뢰한 소정의 업체의 요구 사항에 따른 재설계, 공정 재배치, 융합 설계 및 배치 및 성능 최적화 중 어느 하나 이상을 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법은 상기 프레임워크 프로그램은 재구성 컴퓨팅 환경(RCE) 프로그램인 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법은 상기 (a) 단계는 공리적 설계 방법을 사용하여 상기 설계 의뢰한 소정의 업체의 요구사항이 자동으로 반영되는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법은 상기 공리적 설계 방법은 상기 제품 설계의 과정이 고객의 요구사항, 기능적 요구조건, 설계 변수 및 프로세스 변수의 도메인으로 선정되는 단계; 상기 도메인 별 매핑 과정으로 각각의 설계 분석이 평가되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법은 상기 고객의 요구사항 선정은 상기 설계 의뢰한 소정의 업체의 요구사항이 도출 및 정의하여 명기되는 단계; 유즈 케이스(Use Case) 기법을 이용하여 상기 소정의 업체의 요구사항이 분석되는 단계; 및 사용자의 개발 우선순위를 고려하여 우선적으로 개발되어야 할 요구사항들이 명기되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법은 상기 기능적 요구조건 선정은 상기 분석된 고객의 요구사항을 기반으로 해당 요구사항을 충족시키기 위한 구현 기능인 기능 요구사항이 정의되는 단계; 1:N 매핑 기법을 이용하여 상기 기능 요구사항이 분석되는 단계; 상기 기능 요구사항의 항목 별로 개발 난이도가 명기되는 단계; 및 상기 기능 요구사항의 항목에 대하여 기능 평가 방법이 부여되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법은 (a) 소정의 업체로부터 제품 설계가 의뢰되면 설계 및 해석 모델링이 정식화되는 단계; (b) 파일 형태로 해석 모델이 생성되고, 상기 해석 모델 파일 및 상기 제품의 데이터베이스가 선택되는 단계; (c) 프레임워크 프로그램 연동을 위하여 상기 해석 모델 파일 파일의 오류 여부가 판단되는 단계; (d) 상기 오류가 없는 경우 사용될 설계 변수가 선택되고 초기값이 설정되는 단계; (e) 목적 함수가 선택되고, 상기 프레임워크 프로그램 모델 및 해석 배치(batch) 파일이 생성되는 단계; (f) 상기 프레임워크 프로그램이 실행되어 배치(batch) 시뮬레이션이 수행되는 단계; (g) 시뮬레이션 결과 파일에서 목적 함수를 판독하여 상기 선택된 목적 함수에 수렴하는지 여부가 판단되는 단계; (h) 상기 선택된 목적 함수에 수렴된 경우 설계 결과가 화면 상에 디스플레이되고, 수렴되지 않은 경우 피드백되어 상기 설계 변수의 값이 변경되고 해석을 위한 입력 파일이 수정된 후 상기 (f) 단계로 궤환하는 단계; (i) 상기 설계 결과가 상기 화면 상에 디스플레이되는 경우, 최적화된 사양의 제품이 데이터 베이스에서 선정되는 단계; (j) 상기 선정된 제품의 정보가 상기 화면 상에 디스플레이되는 단계; (k) 상기 선정된 제품이 시뮬레이션 기반 설계(SBD)를 이용하여 최종 검토되는 단계; 및 (l) 상기 선정된 제품에 대한 설계 정보가 상기 설계 의뢰한 소정의 업체에 제공되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 발명에 의할 경우, 소정의 업체가 최소한의 비용과 시간으로 최적화된 사양의 제품에 대한 설계 정보를 얻을 수 있어 시행착오를 방지하고 제품 개발에 필요한 비용과 시간을 절감할 수 있게 된다.

또한, 소정의 업체의 다양한 요구에 따른 재설계, 공정 재배치, 융합 설계 및 배치, 성능 최적화 등을 충족시켜 소정의 업체의 요구에 최적화된 제품을 공급하게 된다.

또한, 제품 설계자는 그래픽 유저 인터페이스로 설계 작업을 실시할 수 있어 설계자의 판단이 용이해져 설계 미스가 방지되고, 설계자의 사고 작업의 많은 부분이 기계적으로 대행되어 인력 및 시간을 절감할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 설계 의뢰된 유압 실린더를 통하여 양측에 가해지는 추력(F)을 표시한 문풀(Moonpool)의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 문풀(Moonpool)의 양측에 유압 실린더에 추력(F)이 가해지는 경우 순차적으로 변형되는 문풀(Moonpool)의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 이용되는 프레임워크 프로그램인 재구성 컴퓨팅 환경(RCE) 프로그램의 실제 화면이다.
도 5는 도 4에 도시된 프레임워크 프로그램의 피드백 루프 설계 및 최적화 아이콘을 통하여 실행된 결과, 최적화된 추력이 선정되는 데이터 베이스를 나타내는 표이다.
도 6은 도 4에 도시된 프레임워크 프로그램이 실행된 결과, 최적화된 사양의 유압 실린더 제품이 선정되는 데이터 베이스를 나타내는 표이다.
도 7은 도 6에 도시된 데이터 베이스로부터 선정된 유압 실린더 제품의 최적화된 사양이 화면 상에 디스플레이되는 표이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함 또는 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "부", "기", "모듈", "장치", "단계" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법의 동작을 나타내는 순서도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 설계 의뢰된 유압 실린더를 통하여 양측에 가해지는 추력(F)을 표시한 문풀(Moonpool)의 사시도이다.

도 3은 도 2에 도시된 문풀(Moonpool)의 양측에 유압 실린더의 추력(F)이 가해지는 경우 순차적으로 변형되는 문풀(Moonpool)의 단면도이다.

도 4는 본 발명에 이용되는 프레임워크 프로그램인 재구성 컴퓨팅 환경(RCE) 프로그램의 실제 화면이다.

도 5는 도 4에 도시된 프레임워크 프로그램의 피드백 루프 설계 및 최적화 아이콘을 통하여 실행된 결과, 최적화된 추력이 선정되는 데이터 베이스를 나타내는 표이다.

도 6은 도 4에 도시된 프레임워크 프로그램이 실행된 결과, 최적화된 사양의 유압 실린더 제품이 선정되는 데이터 베이스를 나타내는 표이다.

도 7은 도 6에 도시된 데이터 베이스로부터 선정된 유압 실린더 제품의 최적화된 사양이 화면 상에 디스플레이되는 표이다.

도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법의 동작을 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 해양 플랜트의 기자재를 위한 설계 개선 방법은 해양 플랜트의 기자재의 특성에 대하여 실험을 실시하고 얻어진 데이터를 근거로 각 부분에 대한 수학적 모델을 얻게 되며 기자재 각 부위의 설계 변수를 선택한 후 이를 근거로 시뮬레이션하여 전체 해양 플랜트의 기자재의 특성을 파악한다.

이때, 해양 플랜트의 기자재의 특성을 완벽하게 분석하기 위하여 불안정 요인이 최소화하도록 설계되어야 한다.

이를 위하여 본 발명은 시뮬레이션 기반 설계(simulation-based design, SBD)보다 한 단계 진보된 피드백 루프 설계(Feedback Loop Design, FLD)를 이용한 프런트 엔드 공학 설계(front-end engineering & design, FEED)를 적용한다.

프런트 엔드 공학 설계는 공정 시뮬레이션과 예상 장치 연결도 등을 접목시킨 개념의 설계로서, 예를 들어 장치와 전기 시스템의 개념도와 3D 디자인 등의 기본 설계에 활용된다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에서는 해양 플랜트의 기자재의 특성 분석 과정에서 문제가 되는 불안정성의 원인을 다음과 같은 알고리즘으로 파악하여 최적화된 사양의 기자재 제품을 선정한다.

소정의 소정의 업체로부터 해양 플랜트의 기자재의 제품 설계가 의뢰되면(S110), 설계 및 해석 모델링이 정식화되고(S120), 해석 모델이 파일 형태로 생성된다(S130).

예를 들어, 소정의 해양 관련 소정의 업체로부터 도 2에 도시된 바와 같이, 문풀(Moonpool)의 양측에 가해지는 압축력인 추력(F)을 제공하기 위하여 최적의 유압 실린더(Hydraulic cylinder)에 대한 설계가 의뢰되었다고 가정한다.

여기에서, 문풀은 파도에 따른 유체 파장을 줄여주는 역할을 하는 것으로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 양측에 가해지는 추력(F)에 의해 구조물의 지지력이 변화하고, 지지력에 의해 구조물의 운용 안전성이 결정되는데, 추력(F)은 보통 유압 실린더의 추력을 이용하여 가해진다.

또한, 해양 플랜트용 유압 실린더는 파도에 의한 해수면 변화에 따라 수시로 작동되므로 높은 신뢰성이 요구되고, 해수에 포함된 염분의 영향으로 높은 내구성 등 복합적인 기술이 필요한 해양 플랜트 기자재이다.

이때, 제품 설계를 의뢰하는 소정의 업체의 요구사항을 충분히 반영할 수 있는 접근법으로서, 공리적 설계 방법의 개념이 도입되어 상기 요구사항이 자동으로 반영될 수 있다.

본 발명의 공리적 설계 방법이란 설계의 과정을 연속적인 목표와 방법, 즉 고객의 요구사항(Customer Requirements), 기능적 요구조건(Functional Requirements), 설계 변수(Design Parameters), 프로세스 변수(Process Variables)의 네 가지 도메인의 선정과 그에 따른 매핑 과정으로 진행하고 각각의 설계 행렬 분석으로서 평가해 나가는 설계 방법론이다.

즉, 소정의 업체 현장에서 사용하게 될 가장 적합하다고 판단되는 최적화된 사양의 제품의 선정을 위해서는 우선적으로 고객(Customer)으로 표현되는 소정의 업체 현장 관계자의 요구사항(Requirements)을 수집하고 분석하는 것이 매우 중요하다.

이러한 요구사항들을 기반으로 공정 시뮬레이션의 개념을 정립하여, 보다 실용적인 시스템을 체계를 구축할 수 있다.

이 과정에서는 최종 사용자(End User)인 소정의 업체의 요구사항을 도출하여 명기하는 절차를 수행하며, 요구사항 정의 단계에서는 소정의 업체의 현장 관계자와의 인터뷰 및 관련 회의록을 바탕으로 요구 분석서의 요구사항 정의/분석으로 고객의 요구사항을 파악한다.

분석 및 설계 과정에서는 유즈 케이스(Use Case) 등의 기법을 통해서 더욱 구체적으로 파악하며, 이러한 고객의 요구사항을 통해 개발될 시뮬레이션 응용 시스템이 가져야 할 최종 사용자의 운용 개념을 분석하고 파악할 수 있다.

연구 개발상의 전략 구성을 위해 사용자(고객) 관점에서의 개발 우선순위를 고려함으로써, 시뮬레이션 프레임워크 프로그램 및 응용 시스템 개발 중 우선적으로 개발되어야 할 요구사항들을 명기한다.

또한, 도출/분석된 소정의 업체의 현장 관계자로 대표되는 고객 요구사항을 만족시키기 위해 기능 요구사항(Functional Requirements)을 분석하는 과정을 도입할 수 있는데, 이 과정에서는 분석된 고객의 요구사항을 기반으로 하여 해당 요구사항을 충족시키기 위한 구현 기능인 기능 요구사항을 정의한다.

상대적으로 구체화되지 않은 고객 요구사항을 기능적으로 구체화/상세화한 것이 기능 요구사항이다.

일반적으로, 고객 요구사항은 최종 사용자 입장에서 필요로 하는 기능들의 명세이며, 이를 구체화함으로써 여러 항목의 기능 요구사항이 도출된다.

이를 1:N 매핑을 통해 도출/분석함으로써 매핑된 기능 요구사항(구현 기능)이 개발되면 해당되는 고객 요구사항을 충족할 수 있다는 접근법을 활용한다.

고객 요구사항에서의 우선순위와 동일한 맥락으로 기능 요구사항에서는 각 요구사항의 항목 별로 개발 난이도를 명기하여 개발자 관점에서의 개발난이도를 기능 요구사항에 명기를 통해 연구 개발을 위한 체계를 구성한다.

이와 더불어 각 기능 요구사항 항목에 대하여 기능 평가방법을 부여하여 해당 기능 요구사항에 대해서 개발 및 구현 후에 이를 평가하기 위한 방법을 명기할 수도 있다.

이는 향후 각 기능에 대한 평가 수단으로 활용될 수 있으며, 이를 기반으로 기능 요구사항에 대한 만족 여부를 판단할 수 있는 지표가 마련될 수 있다.

한편, 생성된 해석 모델 파일 및 설계를 위한 제품 데이터베이스가 선택되고(S140), 도 4에 도시된 바와 같이 그래픽 유저 인터페이스(Graphic User Interface, GUI) 기반의 재구성 컴퓨팅 환경(Reconfigurable Computing Environment, 이하 RCE) 연동을 위한 해석 모델의 오류 여부가 점검된다(S150).

여기에서, RCE란 오픈 소스 기반 소프트웨어 프레임워크 프로그램으로서, 엔지니어와 과학자들이 자체 설계 및 시뮬레이션 툴(tool)을 통합 사용하여 복잡한 시스템 (예를 들어, 항공기, 선박, 위성 등)을 설계 및 시뮬레이션하는데 사용된다.

즉, 많은 전문가들이 복잡한 시스템을 다루는 것은 데는 여러 분석, 설계 및 시뮬레이션 툴들이 필요한데, 재구성 컴퓨팅 환경에서는 상기 툴들이 통합되어 업무 흐름에 결합된다.

RCE는 업무 흐름을 실행하고 관련 툴 서버에서 결과를 가져오며, 약간 다른 요구 사항과 다른 과학적 응용 프로그램을 확장 지원한다.

본래 RCE의 플랫폼은 독일에서 SESIS(Ship Design and Simulation System, 2005~2009) 프로젝트에서 개발되어 독일 항공 센터에서 사용된 바 있고, 자바 언어를 사용하는 오픈 소스 형태이며, 여러 소프트웨어를 연동하여 상호 네트워킹을 가능하게 한다.

단계(S150)에서 해석 모델의 오류가 발견된 경우에는 경고 및 오류 메시지를 화면 상에 디스플레이하고(S215) 단계(S120)로 궤환한다.

단계(S150)에서 해석 모델의 오류가 발견되지 않은 경우에는 사용될 설계 변수를 선택하고(S210) 초기값을 설정한다(S220).

다음으로, 목적 함수가 선택되고(S230), RCE 모델 및 해석 배치(batch) 파일이 생성되어(S240) RCE 프로그램이 실행된다(S250).

이때, 화면 상에서 실시한 프로그램 결과를 화면 상에서 그래픽 유저 인터페이스로 일일이 상세하게 확인하면서 설계 작업을 실시할 수 있고, 조작 단자에 대한 지시 입력이 화면 상에서 스텝으로서 표현되고 표시 단자에 대한 지시 입력이 화면 상에서 트랜지션으로서 표현되므로, 지시 입력으로부터 프로그램으로의 변환 룰이 획일화되고 있음으로 인해 설계자의 판단이 용이해져 설계 미스가 방지된다.

RCE 프로그램이 실행되면 배치(batch) 시뮬레이션이 수행되고(S251), 시뮬레이션 결과 파일에서 목적 함수를 판독한다(S252).

이때, 시뮬레이션이 데이터베이스에 기초하여 작성된 제어 프로그램의 입력을 받아 화면 상에서 순차적으로 또는 랜덤하게 실시되므로, 시뮬레이션 결과와 프로그램 화면을 상호 참조함으로써 프로그램 내의 버그를 용이하게 발견할 수 있다

판독된 목적 함수를 단계(S230)에서 선택된 목적 함수와 비교하여 수렴한지 여부를 판단한다(S253).

만일, 선택된 목적 함수에 수렴된 경우, 설계 결과를 화면 상에 디스플레이하고(S254), 선택된 목적 함수에 수렴되지 않은 경우, 설계 변수값을 변경하고(S255) 해석을 위한 입력 파일을 수정(S256)한 후에 단계(S251)로 궤환한다.

한편, RCE 프로그램이 실행된 결과, 도 6에 도시된 바와 같이, 가장 적합하다고 판단되는 최적화된 사양의 유압 실린더 제품이 데이터 베이스에서 선정된다(S260).

이때, 최적화된 사양의 선정은 각 조선해양산업체의 각기 다른 환경과 무관하게 공통적으로 적용될 수 있는 시뮬레이션 프레임워크 프로그램에 기반을 두면서도, 각 조선해양산업체의 각기 다른 환경에 따라 맞춤형으로 적용될 수 있는 데이터 베이스를 활용하므로 추후에 확장성과 재활용성이 가능하다.

또한, 그래픽 유저 인터페이스 기반이기 때문에 프로그램 사용자는 전체적인 설계 사항을 미리 파악하고 있지 않아도, 원하는 동작을 실시하는 대상이 되는 기기 또는 명령에 대해서 수행하는 조작을 화면으로부터 아이콘으로 간단하게 찾아낼 수 있고, 화면 상에서 설계 과정의 전체를 관찰하면서 기기 또는 명령의 조작과 그것에 의해 생기는 사상을 순차적으로 파악하고 프로그램을 수행할 수 있으므로, 설계자의 사고 작업의 많은 부분이 기계적으로 대행되게 된다,

선정된 유압 실린더 제품의 추력, 내경, 로드경, 사용압 등의 제품 사양 정보, 추천 업체 정보, 제품명 정보 등이 도 7에 도시된 바와 같이 화면 상에 디스플레이되고(S270), 시뮬레이션 기반 설계(simulation-based design, SBD)를 이용하여 선정된 제품이 최종 검토된다(S280).

최종 검토된 제품에 대한 설계 정보가 의뢰 업체에 제공된다(S290).

이때, 확장성만을 고려한 통합 시뮬레이션 프레임워크 프로그램을 이용하여 적합한 제품 사양 만을 도출할 수도 있는데, 이 경우에는 상기 단계(S280) 및 단계(S290)가 생략된다.

이와 같이 제공된 제품에 대한 설계 정보는 요구되는 제품을 설계하기 위한 장비나 인력 등의 부족으로 애로사항이 있는 소정의 업체에게 선진 플랜트 업체, 대형 조선사의 공정 최적화된 설계 기술을 이관받아 최적화된 제품을 제조하는데 매우 유용하게 사용된다.

즉, 소정의 업체에서 실제 해양 플랜트 기자재의 최적화된 제품에 대한 설계 방안을 도출하기 위해서는, 소요경비, 작업의 난이도, 적용의 복잡함 등으로 인하여 큰 제한이 있고 적용된 방안의 결과가 만족스럽지 못한 경우 바람직한 결과가 도출될 때까지 새로운 시도를 반복적으로 적용하게 되면 개발에 필요한 비용과 시간의 측면에서 위험요소가 매우 큰 경우가 대부분이다.

따라서, 본 발명을 활용한다면 소정의 업체가 최소의 비용과 시간으로 최적의 안정화 방안을 찾아 실제 해양 플랜트의 기자재에 적용함으로써 시행착오를 없애고 제품 개발에 필요한 비용과 시간을 절감할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명의 피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법은 재활용성 및 확장성을 고려한 통합 시뮬레이션 프레임워크 프로그램 및 피드백 루프 설계 기법을 이용하여 설계 활동 전반부의 종합적인 기본 설계가 이루어져 최적화된 공정 시스템을 위한 제품의 제조가 소정의 업체로 이관되도록 하고, 제품 설계를 의뢰하는 소정의 업체의 요구사항을 충분히 반영한 최적화된 사양의 제품을 선정하여 제품에 대한 설계 정보를 소정의 업체에 제공할 수 있다.

이를 통하여, 소정의 업체가 최소한의 비용과 시간으로 최적화된 사양의 제품에 대한 설계 정보를 얻을 수 있어 시행착오를 방지하고 제품 개발에 필요한 비용과 시간을 절감할 수 있게 된다.

또한, 피드백 루프 설계를 이용하여 상향식(down-top)의 공학 설계를 지원하여 위험 및 안전성 분석 등 플랜트 건설의 설계 활동 전반부의 종합적인 기본 설계가 이루어져, 종래에 생산 공정 시뮬레이션을 이용하여 제품 생산을 하향식(top-down)으로 수행함에 따라 소정의 업체의 제품 설계 장비 및 인력 등의 부족으로 인한 한계를 극복할 있게 된다.

또한, 소정의 업체의 다양한 요구에 따른 재설계, 공정 재배치, 융합 설계 및 배치, 성능 최적화 등을 충족시켜 소정의 업체의 요구에 최적화된 제품을 공급하게 된다.

또한, 제품 설계자는 그래픽 유저 인터페이스로 설계 작업을 실시할 수 있어 설계자의 판단이 용이해져 설계 미스가 방지되고, 설계자의 사고 작업의 많은 부분이 기계적으로 대행되어 인력 및 시간을 절감할 수 있게 된다.

이상, 일부 실시예를 들어서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였지만, 이와 같은 설명은 예시적인 것에 불과한 것으로서, 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수 없다 할 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하거나 수정 또는 치환하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.

Claims (11)

1. (a) 소정의 업체로부터 제품 설계가 의뢰되면 설계 및 해석 모델링이 정식화되는 단계;
   (b) 파일 형태로 해석 모델이 생성되고, 상기 해석 모델 파일 및 상기 제품의 데이터베이스가 선택되는 단계;
   (c) 프레임워크 프로그램 연동을 위하여 상기 해석 모델 파일의 오류 여부가 판단되는 단계;
   (d) 상기 오류가 없는 경우 사용될 설계 변수가 선택되고 초기값이 설정되는 단계;
   (e) 목적 함수가 선택되고, 상기 프레임워크 프로그램 모델 및 해석 배치(batch) 파일이 생성되는 단계;
   (f) 상기 프레임워크 프로그램이 실행되어 배치(batch) 시뮬레이션이 수행되는 단계;
   (g) 시뮬레이션 결과 파일에서 목적 함수를 판독하여 상기 선택된 목적 함수에 수렴하는지 여부가 판단되는 단계;
   (h) 상기 선택된 목적 함수에 수렴되는지 여부에 따라 피드백 루프 설계되어 해석을 위한 입력 파일이 수정되는 단계;
   (i) 상기 선택된 목적 함수에 수렴되는 경우, 최적화된 사양의 제품이 데이터 베이스에서 선정되는 단계; 및
   (j) 상기 선정된 제품의 정보가 화면 상에 디스플레이되는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 (h) 단계는
   상기 판독된 목적 함수가 상기 선택된 목적 함수에 수렴되는 경우 설계 결과가 화면 상에 디스플레이되는 단계;
   상기 판독된 목적 함수가 상기 선택된 목적 함수에 수렴되지 않은 경우 피드백 루프되어 상기 설계 변수의 값이 변경되는 단계; 및
   상기 해석을 위한 입력 파일이 수정된 후 상기 (f) 단계로 궤환하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 (c) 단계는
   상기 오류가 있는 경우 경고 및 오류 메시지가 상기 화면 상에 디스플레이되는 단계; 및
   상기 (a) 단계로 궤환하여 이후 동작을 반복하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 (j) 단계 이후에
   상기 선정된 제품이 시뮬레이션 기반 설계(SBD)를 이용하여 최종 검토되는 단계; 및
   상기 선정된 제품에 대한 설계 정보가 상기 설계 의뢰한 소정의 업체에 제공되는 단계;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
   피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 피드백 루프 설계는
   상기 설계 의뢰한 소정의 업체의 요구 사항에 따른 재설계, 공정 재배치, 융합 설계 및 배치 및 성능 최적화 중 어느 하나 이상을 수행하는 것을 특징으로 하는,
   피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 프레임워크 프로그램은
   재구성 컴퓨팅 환경(RCE) 프로그램인 것을 특징으로 하는,
   피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 (a) 단계는
   공리적 설계 방법을 사용하여 상기 설계 의뢰한 소정의 업체의 요구사항이 자동으로 반영되는 것을 특징으로 하는,
   피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 공리적 설계 방법은
   상기 제품 설계의 과정이 고객의 요구사항, 기능적 요구조건, 설계 변수 및 프로세스 변수의 도메인으로 선정되는 단계;
   상기 도메인 별 매핑 과정으로 각각의 설계 분석이 평가되는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 고객의 요구사항 선정은
   상기 설계 의뢰한 소정의 업체의 요구사항이 도출 및 정의하여 명기되는 단계;
   유즈 케이스(Use Case) 기법을 이용하여 상기 소정의 업체의 요구사항이 분석되는 단계; 및
   사용자의 개발 우선순위를 고려하여 우선적으로 개발되어야 할 요구사항들이 명기되는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 기능적 요구조건 선정은
    상기 분석된 고객의 요구사항을 기반으로 해당 요구사항을 충족시키기 위한 구현 기능인 기능 요구사항이 정의되는 단계;
    1:N 매핑 기법을 이용하여 상기 기능 요구사항이 분석되는 단계;
    상기 기능 요구사항의 항목 별로 개발 난이도가 명기되는 단계; 및
    상기 기능 요구사항의 항목에 대하여 기능 평가 방법이 부여되는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법.
    
11. (a) 소정의 업체로부터 제품 설계가 의뢰되면 설계 및 해석 모델링이 정식화되는 단계;
    (b) 파일 형태로 해석 모델이 생성되고, 상기 해석 모델 파일 및 상기 제품의 데이터베이스가 선택되는 단계;
    (c) 프레임워크 프로그램 연동을 위하여 상기 해석 모델 파일의 오류 여부가 판단되는 단계;
    (d) 상기 오류가 없는 경우 사용될 설계 변수가 선택되고 초기값이 설정되는 단계;
    (e) 목적 함수가 선택되고, 상기 프레임워크 프로그램 모델 및 해석 배치(batch) 파일이 생성되는 단계;
    (f) 상기 프레임워크 프로그램이 실행되어 배치(batch) 시뮬레이션이 수행되는 단계;
    (g) 시뮬레이션 결과 파일에서 목적 함수를 판독하여 상기 선택된 목적 함수에 수렴하는지 여부가 판단되는 단계;
    (h) 상기 선택된 목적 함수에 수렴된 경우 설계 결과가 화면 상에 디스플레이되고, 수렴되지 않은 경우 피드백되어 상기 설계 변수의 값이 변경되고 해석을 위한 입력 파일이 수정된 후 상기 (f) 단계로 궤환하는 단계;
    (i) 상기 설계 결과가 상기 화면 상에 디스플레이되는 경우, 최적화된 사양의 제품이 데이터 베이스에서 선정되는 단계;
    (j) 상기 선정된 제품의 정보가 상기 화면 상에 디스플레이되는 단계;
    (k) 상기 선정된 제품이 시뮬레이션 기반 설계(SBD)를 이용하여 최종 검토되는 단계; 및
    (l) 상기 선정된 제품에 대한 설계 정보가 상기 설계 의뢰한 소정의 업체에 제공되는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법.
    
    
    

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