KR101695562B1 - 센서 데이터를 활용한 유한요소 모델 동기화 및 실시간 구조 건전성 평가 - Google Patents

센서 데이터를 활용한 유한요소 모델 동기화 및 실시간 구조 건전성 평가 Download PDF

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강성빈
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Abstract

일 실시예에 따른 구조 건전성 평가 방법은, 구조물과 관련된 파라미터에 대한 수치값을 센서로부터 수신함에 따라 상기 센서로부터 수신한 수치값과 데이터베이스에 저장된 정보를 비교함으로써 상기 구조물의 변화 또는 이상상태를 감지하는 단계; 상기 구조물의 변화 또는 이상상태가 감지됨에 따라 변경 사항을 FEA(Finite Element Analysis) 모델을 기반으로 업데이트함으로써 동기화하는 단계; 및 상기 동기화된 모델을 기반으로 분석된 결과를 관리자에게 실시간으로 통보하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

센서 데이터를 활용한 유한요소 모델 동기화 및 실시간 구조 건전성 평가{UPDATING OF FINITE ELEMENT MODEL AND REALITME STRUCTURAL HEALTH ANALYSIS USING THE SENSOR DATA}
아래의 설명은 구조 건전성 분석 기술에 관한 것으로, 구조 건전성을 평가하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
Corrosion, Cavitation, Uncertain force 등과 같은 외부적인 요인에 의하여 기계 시스템이 노후화되고, 기계 시스템이 노후화됨에 따라 구조물의 치명적인 결함 발생 가능성이 높아지고 있다. 이에 따라 구조물의 지속적인 건전도 모니터링과 진단, 유지, 관리하기 위한 구조 건전성 분석 시스템에 대한 관심이 증가하고 있으며, 구조 건전성 분석 시스템의 역할이 중요해지고 있다. 이러한 구조 건전성 분석 시스템은 주로 구조물에 부착된 센서로부터 데이터를 획득하고, 획득한 데이터를 변환하여 구조물의 손상도를 평가하기 위한 데이터를 분석하는 과정을 수행한다.
한국등록특허 제10-1386395호는 스마트 구조물을 위한 멀티 센싱을 이용한 구조적 상태 평가 시스템에 관한 것으로, FE 모델 개선 알고리즘이 신호 변화를 읽어들여 이를 실시간으로 FE 행렬에 반영하는 직접행렬 개선법을 이용한다. 하지만 종래의 방법은 한번 개선된 FE 모델에 대해 추가적인 개선이 불가능하고, 이에 따라 지속적인 구조 건전성을 평가하기가 어렵다.
일 실시예에 따른 구조 건전성 평가 시스템은 실시간으로 플랜트의 구조를 모델링하여 구조 건전성을 분석하고, 구조 건전성 분석 결과를 이용하여 구조 건전성 평가 파라미터를 정의하는 방법을 제안한다.
일 실시예에 따르면, 구조 건전성 평가 방법은, 구조물과 관련된 파라미터에 대한 수치값을 센서로부터 수신함에 따라 상기 센서로부터 수신한 수치값과 데이터베이스에 저장된 정보를 비교함으로써 상기 구조물의 변화 또는 이상상태를 감지하는 단계; 상기 구조물의 변화 또는 이상상태가 감지됨에 따라 변경 사항을 FEA(Finite Element Analysis) 모델을 기반으로 업데이트함으로써 동기화하는 단계; 및 상기 동기화된 모델을 기반으로 분석된 결과를 관리자에게 실시간으로 통보하는 단계를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 구조 건전성 평가 방법은, 3D 모델 기반의 As-Designed 플랜트의 구조를 모델링하고, 상기 모델링된 구조를 기반으로 상기 플랜트의 구조 건전성을 분석하는 단계; 및 상기 구조 건전성을 분석함에 따른 분석 결과를 기반으로 구조 건전성 평가 파라미터를 정의하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 3D 모델 기반의 As-Designed 플랜트의 구조를 모델링하고, 상기 모델링된 구조를 기반으로 상기 플랜트의 구조 건전성을 분석하는 단계는, 상기 플랜트의 하중, 상기 플랜트의 물성치, 상기 플랜트의 경계 조건에 기초하여 상기 플랜트의 구조 건전성을 분석하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 3D 모델 기반의 As-Designed 플랜트의 구조를 모델링하고, 상기 모델링된 구조를 기반으로 상기 플랜트의 구조 건전성을 분석하는 단계는, Simple Structure를 기반으로 구조 건전성을 분석하거나 As-Designed 플랜트의 구조 건전성을 분석하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 3D 모델 기반의 As-Designed 플랜트의 구조를 모델링하고, 상기 모델링된 구조를 기반으로 상기 플랜트의 구조 건전성을 분석하는 단계는, 상기 Simple Structure를 기반으로 구조 건전성을 분석함에 있어서, Basic Sample 구조 분석 시나리오를 구성하여 Simple Structure System에 모델링을 수행하는 단계; 상기 As-Designed 플랜트 중 구조 분석을 적용할 부분을 검토하여 선정하는 단계; 상기 Simple Structure System으로부터 고유주파수 해석을 통한 센싱 포인트(Sensing Point)를 설정하는 단계; 상기 Simple Structure System의 경우에 따른 구조 분석을 통한 각각의 경우의 Acc.Sensor Data를 측정 및 분석하는 단계; 상기 Simple Structure System의 경우에 따른 구조 분석을 통한 각각의 경우의 Strain Sensor Data를 측정 및 분석하는 단계; 및 Crack에 따른 Sensor Data를 분석하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 3D 모델 기반의 As-Designed 플랜트의 구조를 모델링하고, 상기 모델링된 구조를 기반으로 상기 플랜트의 구조 건전성을 분석하는 단계는, 상기 As-Designed 플랜트의 구조 건전성을 분석함에 있어서, Basic Simple 구조 분석 시나리오를 기반으로 구조 건전성을 분석하되, 상기 플랜트에서 구조물의 일부 지점에 균열의 발생 유무와 Compressor로부터 받는 진동의 힘의 크기에 따라 응력 분포를 해석하고, 센서 데이터(Sensor data)를 종합하는 단계; 상기 구조물의 응력 분포를 가상화하기 위한 응력 분포 데이터를 추출하는 단계; 및 상기 응력 분포 데이터를 기반으로 상기 구조물의 취약 지점에 대한 FEM 해석으로 복수의 상황을 포괄하는 데이터베이스를 구축하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 컴퓨터 시스템이 구조 건전성을 평가하도록 제어하는 명령(instruction)을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체로서, 상기 명령은, 구조물과 관련된 파라미터에 대한 수치값을 센서로부터 수신함에 따라 상기 센서로부터 수신한 수치값과 데이터베이스에 저장된 정보를 비교함으로써 상기 구조물의 변화 또는 이상상태를 감지하는 단계; 상기 구조물의 변화 또는 이상상태가 감지됨에 따라 변경 사항을 FEA(Finite Element Analysis) 모델을 기반으로 업데이트함으로써 동기화하는 단계; 및 상기 동기화된 모델을 기반으로 분석된 결과를 관리자에게 실시간으로 통보하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 상기 컴퓨터 시스템을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 구조 건전성 평가 시스템은, 센서로부터 파라미터로 설정된 구조물의 형상에 대한 수치를 수신함에 따라 상기 센서로부터 수신한 수치값과 데이터베이스에 저장된 정보를 비교함으로써 상기 구조물의 변화 또는 이상상태를 감지하는 감지부; 상기 구조물의 변화 또는 이상상태가 감지됨에 따라 변경 사항을 FEA(Finite Element Analysis) 모델을 기반으로 업데이트함으로써 동기화하는 동기화부; 및 상기 동기화된 모델을 기반으로 분석된 결과를 관리자에게 실시간으로 통보하는 통보부를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 구조 건전성 평가 시스템은, 3D 모델 기반의 As-Designed 플랜트의 구조를 모델링하고, 상기 모델링된 구조를 기반으로 상기 플랜트의 구조 건전성을 분석하는 분석부; 및 상기 구조 건전성을 분석함에 따른 분석 결과를 기반으로 구조 건전성 평가 파라미터를 정의하는 정의부를 더 포함할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 분석부는, 상기 플랜트의 하중, 상기 플랜트의 물성치, 상기 플랜트의 경계 조건에 기초하여 상기 플랜트의 구조 건전성을 분석할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 분석부는, Simple Structure를 기반으로 구조 건전성을 분석하거나 As-Designed 플랜트의 구조 건전성을 분석할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 분석부는, 상기 Simple Structure를 기반으로 구조 건전성을 분석함에 있어서, Basic Sample 구조 분석 시나리오를 구성하여 Simple Structure System에 모델링을 수행하고, 상기 As-Designed 플랜트 중 구조 분석을 적용할 부분을 검토하여 선정하고, 상기 Simple Structure System으로부터 고유주파수 해석을 통한 센싱 포인트(Sensing Point)를 설정하고, 상기 Simple Structure System의 경우에 따른 구조 분석을 통한 각각의 경우의 Acc.Sensor Data를 측정 및 분석하고, 상기 Simple Structure System의 경우에 따른 구조 분석을 통한 각각의 경우의 Strain Sensor Data를 측정 및 분석하고, Crack에 따른 Sensor Data를 분석할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 분석부는, 상기 As-Designed 플랜트의 구조 건전성을 분석함에 있어서, Basic Simple 구조 분석 시나리오를 기반으로 구조 건전성을 분석하되, 상기 플랜트에서 구조물의 일부 지점에 균열의 발생 유무와 Compressor로부터 받는 진동의 힘의 크기에 따라 응력 분포를 해석하고, 센서 데이터(Sensor data)를 종합하고, 상기 구조물의 응력 분포를 가상화하기 위한 응력 분포 데이터를 추출하고, 상기 응력 분포 데이터를 기반으로 상기 구조물의 취약 지점에 대한 FEM 해석으로 복수의 상황을 포괄하는 데이터베이스를 구축할 수 있다.
일 실시예에 따른 구조 건전성 평가 시스템은 3D 모델 기반의 플랜트의 구조를 모델링하고 모델링된 구조를 기반으로 플랜트의 구조 건전성을 분석하고, 구조 건전성 분석 결과를 이용한 구조 건전성 평가 파라미터를 정의할 수 있다.
일 실시예에 따른 구조 건전성 평가 시스템은 구조물을 다루는 건축, 선박, 차량, 플랜트 등 구조 건전성 평가가 필요한 광범위한 영역에서 적용이 가능하고, 기존의 구조물 상시 모니터링 시스템(SHM) 등과 연계하여 구조물 유지 보수 최적화에 활용할 수 있다.
일 실시예에 따른 구조 건전성 평가 시스템은 구조물의 즉각적인 건전성 평가와 정확한 결함 원인을 분석할 수 있으며, 실시간으로 건전성 평가가 요구되는 기계/구조가 필요한 넓은 분야에서 활용 가능하다.
도 1은 일 실시예에 따른 구조 건전성 평가 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 구조 건전성 평가 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3 내지 도 8은 일 실시예에 따른 구조 건전성 평가 시스템에서 구조 건전성을 분석하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 구조 건전성 평가 시스템에서 구조 건전성 분석 결과를 기반으로 구조 건전성 평가 파라미터를 정의하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 구조 건전성 평가 시스템의 구조 건전성 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 구조 건전성 평가 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
구조 건전성 평가 시스템은 As-Designed 플랜트의 구조 건전성을 분석할 수 있다. 구조 건전성 평가 시스템은 구조 건전성 분석의 필요성에 대하여 사전 조사가 수행될 수 있다. 예를 들면, 관리자에 의하여 구조 건전성 분석의 필요성이 사전에 조사될 수도 있다.
구조 건전성 평가 시스템은 구조 건전성 분석 필요성에 대한 사전 조사를 건전성 평가 관련 논문 수집 및 조사를 통하여 수행할 수 있다. 구조 건전성 평가 시스템은 구조 건전성 분석 필요성에 대한 사전 조사를 센서 데이터 관련 논문 조사 및 건전선 평가 모니터링 관련 논문 조사를 통하여 수행할 수 있다. 또한, 구조 건전성 평가 시스템은 구조 건전성 분석 필요성에 대한 사전 조사를 센서 데이터 기반의 구조 건전성 평가 관련 논문 및 자료 수집을 통하여 수행할 수 있다.
구조 건전성 평가 시스템은 센서 데이터 기반의 구조 건전성 평가에 대한 논문 및 자료 검색을 기초하여 구체적인 정보 및 지식 습득이 이루어질 수 있다.
구조 건전성 평가 시스템은 3D 모델 기반의 As-Designed 플랜트의 구조를 모델링하고, 모델링된 구조를 기반으로 플랜트의 구조 건전성을 분석할 수 있다. 구조 건전성 평가 시스템은 플랜트의 하중, 플랜트의 물성치, 플랜트의 경계 조건에 기초하여 플랜트의 구조 건전성을 분석할 수 있다.
구조 건전성 평가 시스템은 Simple Structure를 기반으로 구조 건전성을 분석함에 있어서, Basic Sample 구조 분석 시나리오를 구성하여 Simple Structure System에 모델링을 수행할 수 있다. 구조 건전성 평가 시스템은 As-Designed 플랜트 중 구조 분석을 적용할 부분을 검토하여 선정할 수 있다. 구조 건전성 평가 시스템은 Simple Structure System으로부터 고유주파수 해석을 통한 센싱 포인트(Sensing Point)를 설정할 수 있다. 구조 건전성 평가 시스템은 Simple Structure System의 경우에 따른 구조 분석을 통한 각각의 경우의 Acc.Sensor Data를 측정 및 분석할 수 있다. 구조 건전성 평가 시스템은 Simple Structure System의 경우에 따른 구조 분석을 통한 각각의 경우의 Strain Sensor Data를 측정 및 분석할 수 있다. 구조 건전성 평가 시스템은 Crack에 따른 Sensor Data를 분석할 수 있다.
구조 건전성 평가 시스템은 As-Designed 플랜트의 구조 건전성을 분석함에 있어서, Basic Simple 구조 분석 시나리오를 기반으로 구조 건전성을 분석하되, 플랜트에서 구조물의 일부 지점에 균열의 발생 유무와 Compressor로부터 받는 진동의 힘의 크기에 따라 응력 분포를 해석하고, 센서 데이터를 종합할 수 있다. 구조 건전성 평가 시스템은 구조물의 응력 분포를 가상화하기 위한 응력 분포 데이터를 추출할 수 있다. 구조 건전성 평가 시스템은 응력 분포 데이터를 기반으로 구조물의 취약 지점에 대한 FEM 해석으로 복수의 상황을 포괄하는 데이터베이스를 구축할 수 있다.
구조 건전성 평가 시스템은 구조 건전성 분석 결과를 이용하여 구조 건전성 평가 파라미터를 정의할 수 있다. 구조 건전성 평가 시스템은 구조 건전성 평가 요소 및 가중치를 정의할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 구조 건전성 평가 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
구조 건전성 평가 시스템은 감지부(210), 동기화부(220) 및 통보부(230)를 포함할 수 있다.
감지부(210)는 구조물과 관련된 파라미터에 대한 수치값을 센서로부터 수신함에 따라 센서로부터 수신한 수치값과 데이터베이스에 저장된 정보를 비교함으로써 구조물의 변화 또는 이상상태를 감지할 수 있다.
동기화부(220)는 구조물의 변화 또는 이상상태가 감지됨에 따라 변경 사항을 FEA(Finite Element Analysis) 모델을 기반으로 업데이트함으로써 동기화할 수 있다. 이때, FEA 모델이란 컴퓨터 시뮬레이션 기술로서, 유한 요소법이라고 불리는 수치적 기법이 사용된다.
통보부(230)는 동기화된 모델을 기반으로 분석된 결과를 관리자에게 실시간으로 통보할 수 있다.
구조 건전성 평가 시스템은 분석부(도시되지 않음) 및 정의부(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다.
분석부는 3D 모델 기반의 As-Designed 플랜트의 구조를 모델링하고, 모델링된 구조를 기반으로 플랜트의 구조 건전성을 분석할 수 있다. 분석부는 플랜트의 하중, 플랜트의 물성치, 플랜트의 경계 조건에 기초하여 플랜트의 구조 건전성을 분석할 수 있다. 분석부는 Simple Structure를 기반으로 구조 건전성을 분석하거나 As-Designed 플랜트의 구조 건전성을 분석할 수 있다.
분석부는 Simple Structure를 기반으로 구조 건전성을 분석함에 있어서, Basic Sample 구조 분석 시나리오를 구성하여 Simple Structure System에 모델링을 수행할 수 있다. 분석부는 As-Designed 플랜트 중 구조 분석을 적용할 부분을 검토하여 선정할 수 있다. 분석부는 Simple Structure System으로부터 고유주파수 해석을 통한 센싱 포인트(Sensing Point)를 설정할 수 있다. 분석부는 Simple Structure System의 경우에 따른 구조 분석을 통한 각각의 경우의 Acc.Sensor Data를 측정 및 분석할 수 있다. 분석부는 Simple Structure System의 경우에 따른 구조 분석을 통한 각각의 경우의 Strain Sensor Data를 측정 및 분석할 수 있다. 분석부는 Crack에 따른 Sensor Data를 분석할 수 있다.
분석부는 As-Designed 플랜트의 구조 건전성을 분석함에 있어서, Basic Simple 구조 분석 시나리오를 기반으로 구조 건전성을 분석하되, 플랜트에서 구조물의 일부 지점에 균열의 발생 유무와 Compressor로부터 받는 진동의 힘의 크기에 따라 응력 분포를 해석하고, 센서 데이터(Sensor Data)를 종합할 수 있다. 분석부는 구조물의 응력 분포를 가상화하기 위한 응력 분포 데이터를 추출할 수 있다. 분석부는 응력 분포 데이터를 기반으로 구조물의 취약 지점에 대한 FEM 해석으로 복수의 상황을 포괄하는 데이터베이스를 구축할 수 있다.
정의부는 구조 건전성을 분석함에 따른 분석 결과를 기반으로 구조 건전성 평가 파라미터를 정의할 수 있다.
도 3 내지 도 8은 일 실시예에 따른 구조 건전성 평가 시스템에서 구조 건전성을 분석하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참고하면, 구조 건전성 평가 시스템은 3D모델을 기반으로 As-Designed 플랜트의 구조를 모델링을 수행할 수 있고, 모델링을 수행한 결과를 기반으로 플랜트의 구조 건전성을 분석할 수 있다. 구조 건전성 평가 시스템은 플랜트의 하중, 플랜트의 물성치, 플랜트의 경계 조건 중 적어도 하나에 기초하여 모델링을 수행할 수 있다.
구조 건전성 평가 시스템은 Simple Structure 를 기반으로 구조 건전성을 분석할 수 있고, As-Designed 플랜트의 구조 건전성을 분석할 수 있다.
도 4 내지 도 6을 참고하면, 구조 건전성 평가 시스템은 Simple Structure 를 기반으로 구조 건전성을 분석하는 것을 설명하기 위한 것이다. 구조 건전성 평가 시스템은 Basic Sample 구조 분석 시나리오를 구성하여, Simple Structure System 에 모델링을 수행할 수 있다. 구조 건전성 평가 시스템은 As-Designed 플랜트 중 구조 분석을 적용할 부분을 검토하여 선정할 수 있다. 구조 건전성 평가 시스템은 Simple Structure System으로부터 고유주파수 해석을 통한 센싱 포인트를 설정할 수 있다. 구조 건전성 평가 시스템은 Simple Structure System의 경우에 따른 구조 분석을 통한 각각의 경우의 Acc.Sensor Data를 측정 및 분석할 수 있다. 구조 건전성 평가 시스템은 Simple Structure System의 경우에 다른 구조 분석을 통한 각각의 경우의 Strain Sensor Data를 측정 및 분석할 수 있다. 구조 건전성 평가 시스템은 Crack에 따른 Sensor Data를 분석할 수 있다.
도 7 및 도 8을 참고하면, 구조 건전성 평가 시스템은 As-Designed 플랜트의 구조 건전성을 분석할 수 있다. 구조 건전성 평가 시스템은 Basic Simple 구조 분석 시나리오를 기반으로 구조 건전성을 분석할 수 있다. 구조 건전성 평가 시스템은 배관 하단 지지점에 균열의 발생 유무와 Compressor로부터 받는 진동의 힘의 크기에 따라 응력 분포를 해석하고, 센서 데이터를 종합할 수 있다. 구조 건전성 평가 시스템은 구조물의 응력 분포를 가상화하기 위한 응력 분포 데이터를 추출할 수 있다. 구조 건전성 평가 시스템은 취약 지점에 대한 세부적인 FEM 해석으로 다양한 상황을 포괄할 수 있는 데이터베이스를 구축할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 구조 건전성 평가 시스템에서 구조 건전성 분석 결과를 기반으로 구조 건전성 평가 파라미터를 정의하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
구조 건전성 평가 시스템은 구조 건전성 분석 결과를 이용하여 구조 건전성 평가 파라미터를 정의할 수 있다. 이때, 구조 건전성 평가 시스템은 다양한 조건하에 As-Designed 플랜트의 구조 건전성을 평가할 수 있다. 구조 건전성 평가 시스템은 데이터베이스를 구축하고 구조 건전성에 가장 민감한 데이터를 분석할 수 있다. 구조 건전성 평가 시스템은 다양한 경계 조건에서의 데이터를 기반으로 평가 파라미터(910)를 정의할 수 있다. 예를 들면, 구조 건전성 평가 시스템은 구조물 부식에 의한 재료 물성치 파라미터를 정의할 수 있다.
예를 들면, 구조 건전선 평가 시스템은 Material, Thickness, Load, Density, Temperature, Damping 등과 같이 구조 건전선 평가 파라미터(910)를 정의할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 구조 건전성 평가 시스템의 구조 건전성 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
구조 건전성 평가 시스템은 3D 모델 기반의 As-Designed 플랜트의 구조를 모델링하고, 모델링된 구조를 기반으로 플랜트의 구조 건전성을 분석할 수 있다. 구조 건전성 평가 시스템은 구조 건전성을 분석함에 따라 분석 결과를 기반으로 구조 건전성 평가 파라미터를 정의할 수 있다.
단계(1010)에서 구조 건전성 평가 시스템은 구조물과 관련된 파라미터에 대한 수치값을 센서로부터 수신함에 따라 센서로부터 수신한 수치값과 데이터베이스에 저장된 정보를 비교함으로써 구조물의 변화 또는 이상상태를 감지할 수 있다. 예를 들면, 구조 건전성 평가 시스템은 신호 데이터베이스 및 FE 데이터베이스를 구축하여 구조물의 상태 변화와 이상 신호 감지 및 데이터 분석에 활용하고 근본적인 결함 원인을 즉각적으로 분석할 수 있다.
단계(1020)에서 구조 건전성 평가 시스템은 구조물의 변화 또는 이상상태가 감지됨에 따라 변경 사항을 FEA 모델을 기반으로 업데이트함으로써 동기화할 수 있다.
단계(1030)에서 구조 건전성 평가 시스템은 동기화된 모델을 기반으로 분석된 결과를 관리자에게 실시간으로 통보할 수 있다.
일 실시예에 따른 구조 건전성 평가 시스템은 구조물에 대한 FEA 모델 자체를 실제 구조물과 실시간으로 동기화시킴으로써 모사하는 FE 모델 동기화 알고리즘으로, 분석에 대한 자유도가 높고 더 정확한 해를 얻을 수 있어 다양한 방식의 해석적 접근이 가능하다.
일 실시예에 따른 구조 건전성 평가 시스템은 구조물의 형상을 파라미터화하고, 신호 데이터와 FEA 분석결과에 대한 데이터베이스를 구축하여 활용함으로써 이상징후 분석에 대한 효율성과 정확성을 높일 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (13)

  1. 구조물과 관련된 파라미터에 대한 수치값을 센서로부터 수신함에 따라 상기 센서로부터 수신한 수치값과 데이터베이스에 저장된 정보를 비교함으로써 상기 구조물의 변화 또는 이상상태를 감지하는 단계;
    상기 구조물의 변화 또는 이상상태가 감지됨에 따라 변경 사항을 FEA(Finite Element Analysis) 모델을 기반으로 업데이트함으로써 동기화하는 단계; 및
    상기 동기화된 모델을 기반으로 분석된 결과를 관리자에게 실시간으로 통보하는 단계
    를 포함하고,
    3D 모델 기반의 As-Designed 플랜트의 구조를 모델링하고, 상기 모델링된 구조를 기반으로 상기 플랜트의 구조 건전성을 분석하는 단계; 및
    상기 구조 건전성을 분석함에 따른 분석 결과를 기반으로 구조 건전성 평가 파라미터를 정의하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 3D 모델 기반의 As-Designed 플랜트의 구조를 모델링하고, 상기 모델링된 구조를 기반으로 상기 플랜트의 구조 건전성을 분석하는 단계는,
    상기 플랜트의 하중, 상기 플랜트의 물성치, 상기 플랜트의 경계 조건에 기초하여 상기 플랜트의 구조 건전성을 분석하는 단계
    를 포함하는 구조 건전성 평가 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 구조물과 관련된 파라미터에 대한 수치값을 센서로부터 수신함에 따라 상기 센서로부터 수신한 수치값과 데이터베이스에 저장된 정보를 비교함으로써 상기 구조물의 변화 또는 이상상태를 감지하는 단계;
    상기 구조물의 변화 또는 이상상태가 감지됨에 따라 변경 사항을 FEA(Finite Element Analysis) 모델을 기반으로 업데이트함으로써 동기화하는 단계; 및
    상기 동기화된 모델을 기반으로 분석된 결과를 관리자에게 실시간으로 통보하는 단계
    를 포함하고,
    3D 모델 기반의 As-Designed 플랜트의 구조를 모델링하고, 상기 모델링된 구조를 기반으로 상기 플랜트의 구조 건전성을 분석하는 단계; 및
    상기 구조 건전성을 분석함에 따른 분석 결과를 기반으로 구조 건전성 평가 파라미터를 정의하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 3D 모델 기반의 As-Designed 플랜트의 구조를 모델링하고, 상기 모델링된 구조를 기반으로 상기 플랜트의 구조 건전성을 분석하는 단계는,
    Simple Structure를 기반으로 구조 건전성을 분석하거나 As-Designed 플랜트의 구조 건전성을 분석하는 단계
    를 포함하는 구조 건전성 평가 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 3D 모델 기반의 As-Designed 플랜트의 구조를 모델링하고, 상기 모델링된 구조를 기반으로 상기 플랜트의 구조 건전성을 분석하는 단계는,
    상기 Simple Structure를 기반으로 구조 건전성을 분석함에 있어서, Basic Sample 구조 분석 시나리오를 구성하여 Simple Structure System에 모델링을 수행하는 단계;
    상기 As-Designed 플랜트 중 구조 분석을 적용할 부분을 검토하여 선정하는 단계;
    상기 Simple Structure System으로부터 고유주파수 해석을 통한 센싱 포인트(Sensing Point)를 설정하는 단계;
    상기 Simple Structure System의 경우에 따른 구조 분석을 통한 각각의 경우의 Acc.Sensor Data를 측정 및 분석하는 단계;
    상기 Simple Structure System의 경우에 따른 구조 분석을 통한 각각의 경우의 Strain Sensor Data를 측정 및 분석하는 단계; 및
    Crack에 따른 Sensor Data를 분석하는 단계
    를 포함하는 구조 건전성 평가 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 3D 모델 기반의 As-Designed 플랜트의 구조를 모델링하고, 상기 모델링된 구조를 기반으로 상기 플랜트의 구조 건전성을 분석하는 단계는,
    상기 As-Designed 플랜트의 구조 건전성을 분석함에 있어서, Basic Simple 구조 분석 시나리오를 기반으로 구조 건전성을 분석하되, 상기 플랜트에서 구조물의 일부 지점에 균열의 발생 유무와 Compressor로부터 받는 진동의 힘의 크기에 따라 응력 분포를 해석하고, 센서 데이터(Sensor data)를 종합하는 단계;
    상기 구조물의 응력 분포를 가상화하기 위한 응력 분포 데이터를 추출하는 단계; 및
    상기 응력 분포 데이터를 기반으로 상기 구조물의 취약 지점에 대한 FEM 해석으로 복수의 상황을 포괄하는 데이터베이스를 구축하는 단계
    를 포함하는 구조 건전성 평가 방법.
  7. 컴퓨터 시스템이 구조 건전성을 평가하도록 제어하는 명령(instruction)을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체로서,
    상기 명령은,
    구조물과 관련된 파라미터에 대한 수치값을 센서로부터 수신함에 따라 상기 센서로부터 수신한 수치값과 데이터베이스에 저장된 정보를 비교함으로써 상기 구조물의 변화 또는 이상상태를 감지하는 단계;
    상기 구조물의 변화 또는 이상상태가 감지됨에 따라 변경 사항을 FEA(Finite Element Analysis) 모델을 기반으로 업데이트함으로써 동기화하는 단계; 및
    상기 동기화된 모델을 기반으로 분석된 결과를 관리자에게 실시간으로 통보하는 단계
    를 포함하고,
    3D 모델 기반의 As-Designed 플랜트의 구조를 모델링하고, 상기 모델링된 구조를 기반으로 상기 플랜트의 구조 건전성을 분석하는 단계; 및
    상기 구조 건전성을 분석함에 따른 분석 결과를 기반으로 구조 건전성 평가 파라미터를 정의하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 3D 모델 기반의 As-Designed 플랜트의 구조를 모델링하고, 상기 모델링된 구조를 기반으로 상기 플랜트의 구조 건전성을 분석하는 단계는,
    상기 플랜트의 하중, 상기 플랜트의 물성치, 상기 플랜트의 경계 조건에 기초하여 상기 플랜트의 구조 건전성을 분석하는 단계
    를 포함하는 방법에 의하여 상기 컴퓨터 시스템을 제어하는, 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  8. 센서로부터 파라미터로 설정된 구조물의 형상에 대한 수치를 수신함에 따라 상기 센서로부터 수신한 수치값과 데이터베이스에 저장된 정보를 비교함으로써 상기 구조물의 변화 또는 이상상태를 감지하는 감지부;
    상기 구조물의 변화 또는 이상상태가 감지됨에 따라 변경 사항을 FEA(Finite Element Analysis) 모델을 기반으로 업데이트함으로써 동기화하는 동기화부; 및
    상기 동기화된 모델을 기반으로 분석된 결과를 관리자에게 실시간으로 통보하는 통보부
    를 포함하고,
    3D 모델 기반의 As-Designed 플랜트의 구조를 모델링하고, 상기 모델링된 구조를 기반으로 상기 플랜트의 구조 건전성을 분석하는 분석부; 및
    상기 구조 건전성을 분석함에 따른 분석 결과를 기반으로 구조 건전성 평가 파라미터를 정의하는 정의부
    를 더 포함하고,
    상기 분석부는,
    상기 플랜트의 하중, 상기 플랜트의 물성치, 상기 플랜트의 경계 조건에 기초하여 상기 플랜트의 구조 건전성을 분석하는
    구조 건전성 평가 시스템.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 센서로부터 파라미터로 설정된 구조물의 형상에 대한 수치를 수신함에 따라 상기 센서로부터 수신한 수치값과 데이터베이스에 저장된 정보를 비교함으로써 상기 구조물의 변화 또는 이상상태를 감지하는 감지부;
    상기 구조물의 변화 또는 이상상태가 감지됨에 따라 변경 사항을 FEA(Finite Element Analysis) 모델을 기반으로 업데이트함으로써 동기화하는 동기화부; 및
    상기 동기화된 모델을 기반으로 분석된 결과를 관리자에게 실시간으로 통보하는 통보부
    를 포함하고,
    3D 모델 기반의 As-Designed 플랜트의 구조를 모델링하고, 상기 모델링된 구조를 기반으로 상기 플랜트의 구조 건전성을 분석하는 분석부; 및
    상기 구조 건전성을 분석함에 따른 분석 결과를 기반으로 구조 건전성 평가 파라미터를 정의하는 정의부
    를 더 포함하고,
    상기 분석부는,
    Simple Structure를 기반으로 구조 건전성을 분석하거나 As-Designed 플랜트의 구조 건전성을 분석하는
    것을 특징으로 하는 구조 건전성 평가 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 분석부는,
    상기 Simple Structure를 기반으로 구조 건전성을 분석함에 있어서, Basic Sample 구조 분석 시나리오를 구성하여 Simple Structure System에 모델링을 수행하고, 상기 As-Designed 플랜트 중 구조 분석을 적용할 부분을 검토하여 선정하고, 상기 Simple Structure System으로부터 고유주파수 해석을 통한 센싱 포인트(Sensing Point)를 설정하고, 상기 Simple Structure System의 경우에 따른 구조 분석을 통한 각각의 경우의 Acc.Sensor Data를 측정 및 분석하고, 상기 Simple Structure System의 경우에 따른 구조 분석을 통한 각각의 경우의 Strain Sensor Data를 측정 및 분석하고, Crack에 따른 Sensor Data를 분석하는
    것을 특징으로 하는 구조 건전성 평가 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 분석부는,
    상기 As-Designed 플랜트의 구조 건전성을 분석함에 있어서, Basic Simple 구조 분석 시나리오를 기반으로 구조 건전성을 분석하되, 상기 플랜트에서 구조물의 일부 지점에 균열의 발생 유무와 Compressor로부터 받는 진동의 힘의 크기에 따라 응력 분포를 해석하고, 센서 데이터(Sensor data)를 종합하고, 상기 구조물의 응력 분포를 가상화하기 위한 응력 분포 데이터를 추출하고, 상기 응력 분포 데이터를 기반으로 상기 구조물의 취약 지점에 대한 FEM 해석으로 복수의 상황을 포괄하는 데이터베이스를 구축하는
    것을 특징으로 하는 구조 건전성 평가 시스템.
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