KR102214273B1 - 해상크레인의 작업 평가 시스템 - Google Patents

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KR102214273B1
KR102214273B1 KR1020170056503A KR20170056503A KR102214273B1 KR 102214273 B1 KR102214273 B1 KR 102214273B1 KR 1020170056503 A KR1020170056503 A KR 1020170056503A KR 20170056503 A KR20170056503 A KR 20170056503A KR 102214273 B1 KR102214273 B1 KR 102214273B1
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현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 해상크레인의 작업 평가 시스템에 관한 것으로서, 바아지와 적어도 둘 이상의 지브 및 상기 지브에 연결되는 복수 개의 후크를 갖고 하중물을 들어올리는 해상크레인의 작업을 평가하는 시스템으로서, 상기 해상크레인의 작업에 대한 정보를 저장하는 데이터베이스; 상기 해상크레인의 작업에 대한 정보를 토대로 상기 해상크레인의 가상 작업을 생성하는 시뮬레이션부; 상기 가상 작업에 대해 상기 해상크레인의 운동을 해석하는 해석부; 및 상기 해석부의 해석 결과를 표시하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

해상크레인의 작업 평가 시스템{An evaluation system for floating crane}
본 발명은 해상크레인의 작업 평가 시스템에 관한 것이다.
초대형 해상크레인은 한 번에 최대 10,000톤의 중량물을 들어올릴 수 있으며, 바아지(barge)와 2개의 지브(jib), 8개의 후크(hook)로 구성되어 있다. 해상크레인은 메가 블록(mega block)이나 탑사이드 모듈(topside module)과 같은 무거운 물체를 옮기거나 탑재하는 등의 작업을 수행한다.
해상 크레인의 작업 수행 중에는 해상이라는 조건 때문에 파도, 바람 등 환경의 영향으로 본래 무게보다 더 큰 하중이 발생할 수 있다. 따라서 사전에 이러한 위험을 검토하기 위한 물리 기반 해석을 수행한다. 기존에는 상용 프로그램을 활용하여 해석을 수행하였는데, 아래와 같은 문제점이 있다.
첫째로, 해석 수행 시간이 오래 걸리고 연구소의 전문 인력에 해석을 의존하게 된다. 선주나 선급에서 작업 안전에 대한 평가를 요구하면, 생산 엔지니어는 연구소의 전문 인력에게 해석 수행을 요청하게 된다. 이 경우 연구소에서는 전문 인력들이 상용 프로그램을 활용하여 모델링 및 해석을 수행하고, 이를 다시 정리하여 생산 엔지니어에게 송부하게 된다. 이 과정에서 많은 절차와 시간이 소모된다. 일반적으로 해석 수행에 소요되는 시간은 짧게는 수일에서 한 달 반까지도 소요된다.
둘째로, 현장의 요구 사항에 대한 대응을 가이드라인에 의존하게 된다. 실제 해상크레인을 이용한 작업을 수행할 때는 작업 전 현장 작업자들이 기상 상황을 고려하여 긴급하게 작업 가능 유무를 결정해야 하는 경우가 발생한다. 이런 경우 시간이 충분히 주어지지 않기 때문에 연구소의 전문 인력에게 해석 결과를 의뢰하기 힘들다. 따라서 현재는 회사 내부의 작업 가이드라인에 따라 단순히 작업 가능 유무를 판단하고 있다.
셋째로, 상용 프로그램에서는 해상크레인이 보유한 일부 장비에 대한 지원이 불가하다. 해상크레인에는 8개의 후크가 존재하며, 작업에 따라 후크의 이동을 방지하기 위해 후크와 후크 사이에 링크 빔(link beam)을 설치하게 된다. 이때, 링크 빔과 후크는 경첩 관절(hinge joint)로 연결된다. 한 편, 후크 아래는 블록 로더가 연결된다. 블록 로더는 상부의 고정도르래와 하부의 움직도르래, 그리고 이를 연결하는 하나의 로프로 구성되어있고, 각 움직도르래에는 블록에 장착될 슬링 로프(sling rope)가 연결되어있다. 블록 로더는 슬링 로프에 작용하는 하중이 동일하도록 장력을 분산시켜주는 장비이다.
기존의 연구소에서 쓰이는 상용 프로그램에서는 위에서 설명한 링크 빔과 블록 로더의 기능을 지원하지 않기 때문에 단순화된 모델을 사용할 수밖에 없다. 따라서 실제 작업과 시뮬레이션 결과에 차이가 발생하게 된다.
본 발명은 종래의 기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 해석을 수행하는데 필요한 시간을 단축하고 생산 엔지니어의 직접 해석을 수행할 수 있도록 하는, 해상크레인의 작업 평가 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명은, 현장의 환경 조건을 고려한 즉각적인 작업 가능 유무를 판단할 수 있도록 하는 해상크레인의 작업 평가 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명은, 실제와 같이 링크 빔과 블록 로더를 적용하여 보다 정확한 해석 결과를 확보할 수 있는 해상크레인의 작업 평가 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템은, 바아지와 적어도 둘 이상의 지브 및 상기 지브에 연결되는 복수 개의 후크를 갖고 하중물을 들어올리는 해상크레인의 작업을 평가하는 시스템으로서, 상기 해상크레인의 작업에 대한 정보를 저장하는 데이터베이스; 상기 해상크레인의 작업에 대한 정보를 토대로 상기 해상크레인의 가상 작업을 생성하는 시뮬레이션부; 상기 가상 작업에 대해 상기 해상크레인의 운동을 해석하는 해석부; 및 상기 해석부의 해석 결과를 표시하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 데이터베이스는, 상기 해상크레인의 제원정보 및 상기 하중물의 제원정보를 저장하는 제원 저장부를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 데이터베이스는, 상기 해상크레인에 작용하는 환경외력 정보, 상기 해상크레인을 계류하는 구조에 대한 계류 정보, 또는 상기 하중물에 상기 후크를 연결하는 위치에 대한 리프팅 정보를 포함하는 작업조건 저장부를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 해상크레인의 작업에 대한 정보를 입력받는 입력부를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 입력부는, 상기 해상크레인의 작업 종류를 입력받을 수 있다.
구체적으로, 상기 입력부는, 상기 계류 정보 또는 상기 리프팅 정보를 입력받을 수 있다.
구체적으로, 상기 입력부는, 상기 하중물을 들어올리는 속도를 입력받을 수 있다.
구체적으로, 상기 시뮬레이션부는, 상기 입력부에 입력된 입력값에 따라 적어도 하나 이상의 가상 작업을 생성할 수 있다.
구체적으로, 상기 표시부는, 상기 해석 결과가 기설정범위를 벗어날 경우 알람을 제공할 수 있다.
구체적으로, 상기 해석부는, 상기 지브와 상기 후크를 포함하는 다물체로 이루어지는 다물체계에 대하여, 상기 다물체의 운동을 해석하는 다물체계 해석 모듈; 및 유체동역학적 힘과 유체정역학적 힘을 계산하는 유체역학적 힘 계산 모듈을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 다물체계 해석 모듈은, 상기 다물체의 운동학적 제약을 고려해 상기 다물체에 가해지는 외력을 해석할 수 있다.
구체적으로, 상기 유체역학적 힘 계산 모듈은, 외력을 충격량으로 보고 상기 충격량에 대한 운동응답을 계산하는 유체동역학적 힘 계산 모듈; 및 상기 해상크레인의 부력에 의한 운동을 해석하는 유체정역학적 힘 계산 모듈을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 해석부는, 상기 하중물의 리프팅에 사용되는 와이어 로프에 대한 운동을 해석하는 와이어 로프 계산 모듈을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 해석부는, 상기 해상크레인을 계류하는 계류장비의 운동을 해석하는 계류 해석 모듈을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 계류장비는, 와이어 로프 또는 앵커 체인일 수 있다.
구체적으로, 상기 해석부는, 상기 해상크레인에 작용하는 환경외력을 해석하는 환경 해석 모듈을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 환경외력은, 바람 또는 조류에 의한 외력을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 해석부는, 상기 해상크레인의 외측에 완충을 위하여 마련되는 외부물에 의한 외력을 해석하는 외부물 해석 모듈을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 외부물은, 펜더(fender)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는, 상기 해상크레인의 작업 평가 시스템을 실행하는 프로그램을 기록한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템은, 해석 수행 시 필요 시간을 단축할 수 있으며, 작업 환경 조건을 고려하게 되어 작업 가능 유무를 현실적으로 판단할 수 있고, 링크 빔과 블록 로더 등의 구조를 고려함에 따라 정확한 해석 결과를 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템이 적용되는 해상크레인을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 부분 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템에서 입력부(200)에 의해 입력되는 계류 정보를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 부분 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템이 적용되는 해상크레인에서 이퀄라이저를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템이 적용되는 해상크레인에서 이퀄라이저를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템이 적용되는 해상크레인에서 이퀄라이저를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 유체동역학적 힘 계산 모듈에 의한 계산을 설명하기 위한 개념도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 유체동역학적 힘 계산 모듈에 의한 계산을 설명하기 위한 개념도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 유체동역학적 힘 계산 모듈에 의한 계산을 설명하기 위한 개념도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 유체정역학적 힘 계산 모듈에 의한 계산을 설명하기 위한 개념도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 와이어 로프 계산 모듈에 의한 계산을 설명하기 위한 개념도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 계류 해석 모듈에 의한 계산을 설명하기 위한 개념도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 계류 해석 모듈에 의한 계산을 설명하기 위한 개념도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 계류 해석 모듈에 의한 계산을 설명하기 위한 개념도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 외부물 해석 모듈이 해석하는 외부물을 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 외부물 해석 모듈에 의한 계산을 설명하기 위한 개념도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 환경 해석 모듈에 의한 계산을 설명하기 위한 개념도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 해석부에 의한 해석 결과를 나타내는 도면이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 표시부를 나타내는 도면이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 가상 작업을 나타내는 도면이다.
도 23은 도 22의 가상 작업에 대한 해석 결과를 나타내는 도면이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 가상 작업을 나타내는 도면이다.
도 25는 도 24의 가상 작업에 대한 해석 결과를 나타내는 도면이다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 가상 작업을 나타내는 도면이다.
도 27은 도 26의 가상 작업에 대한 해석 결과를 나타내는 도면이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 참고로 해상크레인(10)은, 해석/계산 과정에서 선박으로 표현될 수 있음을 알려둔다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템이 적용되는 해상크레인을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 블록도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 부분 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템에서 입력부에 의해 입력되는 계류 정보를 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 부분 블록도이다.
먼저 본 발명의 구성을 설명하기 이전에, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템(1)이 적용되는 해상크레인(10)에 대해 설명하도록 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 언급되는 해상크레인(10)은, 바아지(11), 지브(12), 후크(13), 블록 로더(14), 와이어 로프(15), 링크 빔(16)을 포함할 수 있다.
바아지(11)는, 부력을 발생시키는 몸체로, 해상크레인(10)이 해상에 부유할 수 있도록 하는 동시에, 부력을 통해 하중물(20)을 들어올리는 능력을 확보할 수 있다. 바아지(11)는 일반적으로 직육면체의 형태로 마련되지만 그 형태가 특별히 한정되는 것은 아니다.
지브(12)는, 바아지(11)의 일측에 상방으로 경사지게 돌출되도록 마련된다. 지브(12)는 후크(13) 등이 연결되고 하중물(20)을 들어올리는 부분이며, 트러스 구조 등으로 마련될 수 있다.
지브(12)는 적어도 둘 이상으로 마련되며, 둘 이상의 지브(12)는 바아지(11)의 일측에서 좌우로 나란하게 마련될 수 있다. 해상크레인(10)은 바아지(11)의 일측에 위치한 하중물(20)을 들어올릴 때, 둘 이상의 지브(12)를 동시에 모두 사용하게 된다.
후크(13)는, 지브(12)에 와이어 로프(15)로 연결되며, 지브(12)보다 상대적으로 많은 복수 개로 마련된다. 일례로 해상크레인(10)이 2개의 지브(12)를 가질 경우 후크(13)는 8개가 마련될 수 있고, 각 지브(12)마다 4개의 후크(13)가 할당될 수 있다.
블록 로더(14)는, 후크(13) 아래에 연결되며, 하중물(20)에 연결되는 와이어 로프(15)들의 장력을 조절하는 역할을 수행할 수 있다. 일례로 블록 로더(14)는 상측의 고정 도르래(141)와 하측의 움직 도르래(142), 그리고 도르래들(141, 142)을 하나로 연결하는 이퀄라이징 로프(143) 등을 포함하여 마련될 수 있다.
후술하겠지만 블록 로더(14)는, 하중물(20)에 연결되는 복수 개의 와이어 로프(15)(슬링 로프라고도 하며, 이하 본 명세서에서 와이어 로프(15)와 슬링 로프는 혼용되는 표현임을 알려둔다.)에 가해지는 장력을 분산시켜줄 수 있다.
와이어 로프(15)는, 블록 로더(14)와 하중물(20) 사이에 연결되어 하중물(20)의 리프팅에 사용된다. 와이어 로프(15)는 블록 로더(14)에 구비되는 움직 도르래(142)마다 각각 마련될 수 있으므로, 하나의 블록 로더(14)에는 하중물(20)로 연결되는 와이어 로프(15)가 복수 개로 마련될 수 있다.
와이어 로프(15)에는 하중물(20)의 리프팅 시 장력이 가해지므로, 본 발명은 와이어 로프(15)에 대한 장력을 계산하는 모듈을 구비하여, 해상크레인(10)의 작업에 대한 정확한 평가를 수행하게 된다.
링크 빔(16)은, 해상크레인(10)의 작업 시 후크(13)의 이동을 방지하기 위해, 후크(13)와 후크(13) 사이를 연결하도록 마련된다. 링크 빔(16)에서 후크(13)에 연결되는 끝단은 힌지 조인트로 연결될 수 있다.
링크 빔(16)은 적어도 둘 이상의 후크(13)들을 서로 연결하여, 후크(13) 간의 간격을 비교적 일정하게 유지해 하중물(20)의 리프팅이 안정적으로 이루어지도록 할 수 있으며, 다만 해상크레인(10)에서 링크 빔(16)은 생략될 수도 있다.
종래의 상용 프로그램은 상기 링크 빔(16)과 블록 로더(14)의 기능을 지원하지 못하기 때문에, 단순화된 모델을 사용할 수밖에 없다. 따라서 실제 작업과 시뮬레이션 결과에 차이가 발생하게 된다. 그러나 본 발명은 링크 빔(16)과 블록 로더(14)를 고려한 다물체계에 대한 해석을 수행하게 되므로, 시뮬레이션과 실제 작업 간의 오차를 해소할 수 있다.
이하에서는 이상과 같이 설명한 해상크레인(10)에 대한 작업을 평가하기 위하여, 본 발명이 갖는 구성들을 서술하도록 한다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템(1)은, 데이터베이스(100), 입력부(200), 시뮬레이션부(300), 해석부(400), 표시부(500)를 포함한다. 참고로 해상크레인의 작업 평가 시스템(1)은, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체(도시하지 않음)에 실행 프로그램으로 기록되어 있을 수 있다.
데이터베이스(100)는, 해상크레인(10)의 작업에 대한 정보를 저장한다. 데이터베이스(100)는 도 3에 나타난 바와 같이, 제원 저장부(110)와 작업조건 저장부(120) 등을 포함할 수 있다. 물론 데이터베이스(100)는, 해상크레인(10)의 작업에 관련되는 정보라면 어떤 것이든 저장할 수 있음을 알려둔다.
제원 저장부(110)는, 해상크레인(10)의 제원정보 및 하중물(20)의 제원정보를 저장할 수 있다. 해상크레인(10)과 하중물(20)의 제원정보는 해상크레인(10)의 작업을 평가하기 위해 가장 기본이 되는 정보로, 미리 저장되어 있거나 또는 후술하는 입력부(200)에 의해 입력될 수 있다.
해상크레인(10)의 제원정보는 해상크레인(10)의 리프팅 성능, 부력을 결정하는 바아지(11) 크기나 형상 외에도, 앞서 설명한 지브(12), 후크(13), 블록 로더(14) 등의 구조에 대한 정보도 포함하는 것일 수 있다.
하중물(20)의 제원정보는 하중물(20)의 무게, 크기, 형태 등을 포함할 수 있고, 해상크레인(10)이 하중물(20)을 리프팅하는 작업 시, 이송하는 작업 시 및/또는 내려놓는 작업 시 영향을 줄 수 있는 모든 정보를 포함할 수 있다.
작업조건 저장부(120)는, 해상크레인(10)에 작용하는 환경외력 정보, 해상크레인(10)을 계류하는 구조에 대한 계류 정보, 및/또는 하중물(20)에 후크(13)를 연결하는 위치에 대한 리프팅 정보 등을 포함할 수 있다. 물론 작업조건 저장부(120)는, 미리 결정된 제원정보 외에 작업 시 고려되어야 하는 모든 변수들을 저장할 수 있다.
환경외력 정보는, 바람이나 조류 등에 의한 외력을 포함하는 것으로, 해상크레인(10)이 하중물(20)을 옮기거나 또는 계류되었을 때 환경외력에 의한 평가를 수행하기 위한 것이며, 작업조건 저장부(120)는 입력부(200)에 의해 입력되는 환경외력 정보를 저장해두거나, 외부로부터 유무선으로 환경외력 정보를 수신받아 저장할 수 있다. 환경은 시간에 따라 변화하는 정보이므로, 작업조건 저장부(120)에 저장되는 환경외력 정보는, 필요 시 업데이트될 수 있다.
계류 정보는, 해상크레인(10)을 안벽(40)이나 해상에 계류하기 위한 정보이며, 이때 해상크레인(10)의 계류 시 계류장비(42)가 사용될 수 있다. 여기서 계류장비(42)는 와이어 로프(42a)(앞서 언급한 슬링 로프와 동일/유사한 구성일 수 있지만, 하중물(20)의 리프팅 시 사용되는 것이 아닌 바아지(11)를 안벽(40)에 고정하기 위해 사용되는 것이라는 점에서, 슬링 로프와 목적이 상이한 구성이다.), 앵커 체인 등일 수 있다.
참고로 계류장비(42)로 와이어 로프(42a)를 사용할 경우에는 해상크레인(10)이 안벽(40) 등에 계류되는 상태를 의미하며, 계류장비(42)로 앵커 체인을 사용할 경우에는 해상크레인(10)이 해상에 계류되는 상태를 의미할 수 있지만, 이로 특별히 한정되는 것은 아니다.
계류 정보는 후술할 해석부(400)에 의해, 계류장비(42)인 와이어 로프(42a)의 장력 등을 해석하기 위해 사용될 수 있다. 다만 정확한 해석을 위해, 계류 정보는 와이어 로프(42a)가 안벽(40)에 고정되는 위치, 즉 안벽(40)에 볼라드(bollard) 또는 비트(41)(bitt)가 마련되는 위치를 포함할 수 있다.
안벽(40)에 마련되는 볼라드와 비트(41)의 위치는 사용자에 의해 입력되거나 또는 미리 데이터베이스(100)에 저장되어 있을 수 있고, 특히 와이어 로프(42a)가 연결되는 비트(41) 등의 위치는, 사용자에 의해 선택되거나, 별도의 선택이 없더라도 자동 선택될 수 있다.
사용자는 입력부(200)를 이용해 비트(41)를 선택하여, 해상크레인(10)의 계류를 위해 와이어 로프(42a)가 연결되어야 하는 지점을 결정할 수 있고, 이때 본 발명은 해상크레인(10)과 사용자에 의해 선택된 비트(41) 사이에 와이어 로프(42a)가 연결된 것으로 판단하여 해석을 수행할 수 있다.
입력부(200)는, 해상크레인(10)의 작업에 대한 정보를 입력받는다. 데이터베이스(100)가 해상크레인(10)의 작업에 대한 정보를 저장해둘 수 있다면, 입력부(200)는 데이터베이스(100)에 저장되지 않았던 정보를 데이터베이스(100)에 추가하거나, 데이터베이스(100)에 저장되었던 정보를 수정하기 위해 사용될 수 있다.
입력부(200)는 데이터베이스(100) 등에 각종 정보를 입력 또는 수정하기 위한 구성으로, 컴퓨터, 모바일 단말기, 키보드, 터치스크린 등일 수 있지만, 정보의 입력이 가능하다면 그 형태를 특별히 한정하지 않는다.
입력부(200)는, 해상크레인(10)의 작업 종류를 입력받을 수 있다. 본 발명에 의해 평가되는 해상크레인(10)의 작업은, 하중물(20)을 들어올리는 리프팅 작업 외에도, 하중물(20)을 들어올린 상태로 이동하여 하중물(20)의 위치를 변경하는 이송 작업 및/또는 하중물(20)을 내려놓는 작업을 포함할 수 있고, 또한 해상크레인(10)의 작업은 해상크레인(10)이 하중물(20)을 리프팅 한 상태 또는 하지 않은 상태에서 안벽(40) 등에 계류되는 작업도 포함할 수 있으며, 이외에도 해상크레인(10)을 사용하는 모든 작업이 포함될 수 있음은 물론이다.
입력부(200)에 의해 입력받는 작업 종류는 하중물(20)의 리프팅, 이송 등과 같이 단위별로 나뉘어 입력될 수 있고, 하나의 시나리오 형태로 입력될 수도 있다. 일례로 작업 종류는, 하중물(20)을 제1 위치에서 제2 위치로 이동시키는 시나리오이거나, 해상구조물(50)의 본체 위에 탑사이드 모듈(51)을 내려놓는 시나리오 등일 수 있다.
입력부(200)는, 계류 정보 및/또는 리프팅 정보를 입력받을 수 있다. 입력부(200)에 의해 입력되는 계류 정보는 안벽(40) 계류 또는 해상 계류 등의 계류 상태에 대한 정보 외에도, 도 4에 나타난 바와 같이 데이터베이스(100)에 안벽(40)의 비트(41) 위치가 기본적으로 설정되어 있을 때 사용자가 비트(41)를 선택하는 것을 의미할 수 있고, 입력부(200)에 의해 상기 계류 정보가 입력됨으로써, 해상크레인(10)과 안벽(40) 사이에서 와이어 로프(42a)가 연결되는 구조가 생성될 수 있다.
즉 본 발명은, 도 4와 같이 안벽(40)에 배치된 비트(41) 등의 위치를 기본적으로 설정해 두고, 사용자가 와이어 로프(42a)를 연결할 지점을 일일이 입력할 필요 없이 입력부(200)를 이용해 비트(41)를 선택하기만 하면 되도록 하여, 사용자의 편의성을 보장할 수 있고 해석 시간을 단축할 수 있다.
물론 사용자의 선택이 없더라도(입력부(200)에 계류 정보의 입력이 없더라도), 데이터베이스(100)에 저장된 기존의 계류 정보를 활용하여, 와이어 로프(42a)의 연결 구조가 자동으로 생성될 수도 있음은 앞서 언급한 바와 같다.
입력부(200)에 의해 입력되는 리프팅 정보는, 후크(13)와 하중물(20) 사이를 연결하는 와이어 로프(15)의 연결 지점에 대한 정보일 수 있다. 리프팅 정보는 계류 정보와 유사하게, 사용자의 단순 선택에 의해 생성되거나 미리 저장된 정보를 기반으로 자동 생성될 수 있다.
다만 하중물(20)을 들어올리지 않은 상태에서 해상크레인(10)의 계류 작업을 평가하는 경우에는, 리프팅 정보가 입력되지 않고 해석에서도 고려되지 않을 수 있다.
입력부(200)는, 하중물(20)을 들어올리는 속도를 입력받을 수 있다. 하중물(20)을 들어올리는 속도에 따라 작업의 안전성 등이 달라질 수 있는바, 입력부(200)에 의해 입력된 하중물(20)의 리프팅 속도(속력)은, 후술할 가상 작업을 생성하는데 고려될 수 있다.
시뮬레이션부(300)는, 해상크레인(10)의 작업에 대한 정보를 토대로 해상크레인(10)의 가상 작업을 생성한다. 해상크레인(10)의 작업에 대한 정보는 데이터베이스(100)에 저장된 정보 및/또는 입력부(200)에 의해 입력되는 정보일 수 있다.
시뮬레이션부(300)는, 적어도 하나 이상의 가상 작업을 생성할 수 있으며, 이때 가상 작업은 입력부(200)에 입력된 서로 다른 입력값에 따라 복수 개로 생성될 수 있다. 일례로 동일한 작업 종류에 대해서도 사용자가 하중물(20)의 리프팅 속도를 둘 이상 입력하였다면, 시뮬레이션부(300)에 의해 생성되는 가상 작업은 둘 이상이 될 수 있고, 복수 개의 가상 작업은 해석부(400)에 의하여 각각 해석될 수 있다.
시뮬레이션부(300)에 의해 가상 작업이 생성되면, 생성된 가상 작업을 토대로 해석부(400)에 의한 해석이 수행될 수 있다. 해석부(400)에 의한 가상 작업의 해석은, 작업 효율성 평가, 안전성 평가 등과 같은 작업 평가라고 할 수 있다. 따라서 사용자는 실제 작업의 수행 전에, 시뮬레이션부(300) 및 해석부(400)를 통해 안전성 등의 적합 여부를 사전에 확인할 수 있다.
시뮬레이션부(300)에 의해 복수 개의 가상 작업이 생성되었다면, 해석부(400)는 복수 개의 가상 작업 중 최적의 작업을 도출해내는 평가를 수행하게 될 수 있으며, 사용자는 최적의 작업을 확인하고 실제 해상크레인(10)의 작업을 수행하여 효율성 및 안전성을 확보할 수 있다.
해석부(400)는, 가상 작업에 대해 해상크레인(10)의 운동을 해석한다. 해석부(400)에 의해 해석되는 해상크레인(10)의 운동은 해상크레인(10)에 대해 외부로부터 가해지는 외력이나, 해상크레인(10)을 계류하는데 사용되는 와이어 로프(42a)에 가해지는 장력, 하중물(20)을 들어올리는데 사용되는 와이어 로프(15)에 가해지는 장력 등일 수 있고, 해석부(400)는 해상크레인(10)의 운동이 안전한 범위 내에 있는지를 판단할 수 있다.
해석부(400)는, 다물체계 해석 모듈(410), 유체역학적 힘 계산 모듈(420), 와이어 로프 계산 모듈(430), 계류 해석 모듈(440), 환경 해석 모듈(450), 외부물 해석 모듈(460) 등을 포함할 수 있다.
다물체계 해석 모듈(410)은, 지브(12)와 후크(13) 등을 포함하는 다물체로 이루어지는 다물체계에 대하여, 다물체의 운동을 해석한다. 특히 다물체계 해석 모듈(410)에 의해 해석되는 다물체는, 링크 빔(16)과 블록 로더(14) 등이 추가될 수 있다.
다물체계는, 다수의 물체가 관절 또는 로프로 연결되어 상호 간에 영향을 주고받는 계를 의미하며, 다물체계 해석 모듈(410)은 다물체계 동역학 운동 방정식을 사용하여 다물체계를 해석할 수 있다.
다만 다물체계 해석 모듈(410)은, 블록 로더(14)에 마련되는 이퀄라이저를 간단하게 모델링해 사용할 수 있으며, 이에 대해서는 도 6 내지 도 8을 통해 자세히 서술한다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템이 적용되는 해상크레인에서 이퀄라이저를 나타내는 도면이다. 여기서 f는 장력, p는 움직 도르래(142)를 의미한다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템(1)이 적용되는 해상크레인(10)에 포함되는 블록 로더(14)에는, 이퀄라이저(equalizer)가 설치되어 있다.
이퀄라이저는, 하중물(20)과 연결되는 와이어 로프(15)가 블록 로더(14)의 움직 도르래(142)에 연결되어 있고, 움직 도르래(142)와 움직 도르래(142)의 상측에 마련되는 고정 도르래(141)가 하나의 이퀄라이징 로프(143)에 의해 연결되어 있는 형태이다.
따라서 이퀄라이저는, 하중물(20)과 연결되는 와이어 로프(15) 중 장력이 크게 작용하는 와이어 로프(15)쪽 움직 도르래(142)가 내려오고 장력이 작게 작용하는 와이어 로프(15)쪽 움직 도르래(142)가 올라가면서, 최종적으로 모든 장력이 같게 만들어준다.
일례로 도 6의 (a)와 같이 f0>f1=f2=0 으로 장력이 작용한다면, 도 6의 (b)와 같이 f0의 힘이 작용하는 움직 도르래(142)(p0)는 내려오고, 힘이 작용하지 않는 f1, f2쪽의 움직 도르래(142)(p1, p2)는 올라가게 된다.
도 7은 블록 로더(14)의 이퀄라이저가 평형을 찾아가는 과정에 대한 예시이다. 도 7의 (a)와 같이 처음에 f1 쪽에만 힘이 작용하게 되면, 도 7의 (b)와 같이 f1 쪽 의 움직 도르래(142)(p1)만 내려가고 나머지(p0, p2)는 올라가게 된다.
이때 만약 f0 쪽의 이퀄라이저가 짧아지면서 힘이 작용하기 시작했고 f0>f1이라면, 도 7의 (c)와 같이 f0 쪽의 움직 도르래(142)(p0)가 가장 많이 내려가고, f1 쪽의 움직 도르래(142)(p1)는 약간 올라가며 f2 쪽의 움직 도르래(142)(p2)는 좀 더 올라갈 것이다.
물론 오르내리는 양은 작용하는 힘의 상대적인 크기에 따라 다를 수 있다. 이후 f2에 큰 힘이 작용하게 되면, 도 7의 (d)와 같이 모든 힘이 같아질 때까지 조금씩 오르내리면서 평형이 맞춰지게 된다.
실제 현실에서는 도 8의 (a)와 같이 움직 도르래(142)와 고정 도르래(141)가 존재하고 도르래들이 회전하면서 이퀄라이저의 변위가 변하게 되지만, 본 발명은 실제 이퀄라이저의 구성을 그대로 모델링하는 대신, 도 8의 (b)와 같이 움직 도르래(142)를 생략하고 이퀄라이저가 존재하는 부분에 와이어 로프(15)를 연장하여 연결하였고, 이퀄라이저 변위가 변하는 것을 반영하여, 해석 시간을 줄이면서 정확도를 보장할 수 있었다.
다물체계 해석 모듈(410)은, 다물체계를 해석하기 위해 다물체계 동역학 운동 방식을 사용할 수 있다. 다물체계 운동 방정식은, 외력 중 구속에 의한 힘(구속력)을 어떻게 구하는가에 따라 다양한 형태가 존재하며, 본 연구에서는 Discrete Euler-Lagrange 방정식을 사용하여 다물체계 동역학 운동 방정식을 구성하였다.
운동 에너지와 포텐셜 에너지 T, V의 차이로 정의되는 라그랑지안(Lagrangian) L을 아래와 같이 작용 적분(action integral)하면 주어진 계의 운동에 따른 총 에너지의 소모량을 구할 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00001
주어진 시간 t0에서 tN까지의 실제 운동은 위에서 설명한 계의 총 에너지 소모량을 최소화하는 방향으로 이루어진다. 이를 수학적으로 나타내면 다음과 같다.
Figure 112017043031812-pat00002
위 식을 정리하면, 일반적으로 잘 알려진 Euler-Lagrange 방정식을 얻을 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00003
이때 q는 일반화 좌표계이다. 한편 라그랑지안의 작용 적분인 J는 라그랑지안을 매우 작은 시간 간격 h로 나누었을 때의 극소 넓이들의 합으로 나타낼 수 있다. 각 극소 넓이를 직사각형 모양으로, 그리고 일반 좌표의 속도
Figure 112017043031812-pat00004
를 (qk +1-qk)/h로 근사한다면 라그랑지안의 불연속(discrete) 작용 적분인 Jd는 다음과 같이 계산할 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00005
Ld는 불연속 라그랑지안을 뜻한다. 수학식 2에 따르면, 실제 운동은 불연속 작용 적분인 Jd를 최소화하는 경로를 따를 것이다. 따라서 아래와 같은 식을 얻을 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00006
이때 Di는 편미분 연산자로, i번째 변수로 편미분하는 것을 의미한다. 위 식을 정리하면 DEL 방정식을 구할 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00007
한편 Crivelli(2008)에 의해 제안된 Stomer-Verlet 방법을 통해 불연속 라그랑지안 Ld를 아래와 같이 근사하여 나타낼 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00008
M은 질량 행렬, V는 수학식 2에서 언급된 포텐셜 에너지이다. 이 불연속 라그랑지안을 수학식 6에 대입하면, 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00009
다만 수학식 8은 구속이 없을 때 DEL 방정식의 기본적인 형태이다. 구속이란 계에 존재하는 변수들의 운동학적 제약을 뜻하며, g(q)=0와 같은 형태를 가진다. 다물체계에서는 각 물체가 관절이나 로프로 연결되어 있고, 이들은 각 물체들의 움직임을 특정 영역으로 제한시키는 역할을 한다.
따라서 다물체계 해석 모듈(410)은, 다물체의 운동학적 제약을 고려해 다물체에 가해지는 외력을 해석할 수 있다. m개의 구속이 존재하는 경우의 DEL 방정식은 변형된 라그랑지안
Figure 112017043031812-pat00010
을 통해 바로 구할 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00011
이때 LC는 구속 라그랑지안이고, λj는 j번째 구속에 대한 라그랑지 승수이다. 구속 라그랑지안 LC는 벡터의 형태로 LC=GT(q)λ(t)와 같이 나타낼 수 있으며, 이때 g=[g1(q),…,gm(q)]T이고, λ=[λ1,…,λm]T이다.
변형된 라그랑지안으로 구속이 있는 경우의 DEL 방정식을 구하면 아래와 같다.
Figure 112017043031812-pat00012
앞에서 라그랑지안 L의 이산인 불연속 라그랑지안 Ld를 유도하였다. 따라서 남은 구속 라그랑지안 LC에 대해서만 유도하면, 다음과 같이 구속에 의한 작용 적분인 JC를 얻을 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00013
그리고 근사를 위해 JC에 중점 법칙(midpoint rule)을 적용하여 구속에 의한 불연속 작용 적분 JC,d를 구한다.
Figure 112017043031812-pat00014
Figure 112017043031812-pat00015
JC,d에 변분을 취하면 다음과 같다.
Figure 112017043031812-pat00016
시작과 끝 점에서의 변분은 0이라 가정하면, δq0=δqN=0 이므로, 위의 방정식은 아래와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00017
수학식 15를 수학식 6과 더하면, 구속이 있는 경우의 라그랑지안의 불연속 작용 적분의 변분을 얻는다.
Figure 112017043031812-pat00018
수학식 16에서 δqk는 독립적인 변수이다. 따라서 다음과 같다.
Figure 112017043031812-pat00019
Figure 112017043031812-pat00020
라 두면, 수학식 17을 통해 아래 식을 얻는다.
Figure 112017043031812-pat00021
위 식은 변수로 qk 뿐만 아니라 λk를 포함한다. 따라서 구속의 개수만큼 m개의 방정식이 추가로 필요하다. 추가적인 식은
Figure 112017043031812-pat00022
를 λk로 편미분함으로써 얻을 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00023
Figure 112017043031812-pat00024
Taylor 시리즈 근사를 통해 수학식 20을 근사하면 아래와 같다.
Figure 112017043031812-pat00025
Figure 112017043031812-pat00026
따라서 DEL 방정식의 최종 형태는 수학식 18과 수학식 22를 통해 얻을 수 있다. h로 나누고 qk+1와
Figure 112017043031812-pat00027
로 묶으면 아래와 같은 식을 얻는다.
Figure 112017043031812-pat00028
마지막으로 외력이 있는 경우에는 다음의 최종 식을 얻을 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00029
따라서 다물체계 해석 모듈(410)은, 상기 수학식 24를 토대로 하여, 다물체계에 대한 운동을 해석할 수 있다.
유체역학적 힘 계산 모듈(420)은, 유체동역학적 힘과 유체정역학적 힘을 계산한다. 유체역학적 힘 계산 모듈(420)은, 유체동역학적 힘 계산 모듈(421)과, 유체 정역학적 힘 계산 모듈을 포함할 수 있다. 유체역학적 힘 계산 모듈(420)에 대해서는, 도 9 내지 도 12를 참고하여 설명하도록 한다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 유체동역학적 힘 계산 모듈에 의한 계산을 설명하기 위한 개념도이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 유체정역학적 힘 계산 모듈에 의한 계산을 설명하기 위한 개념도이다.
주파수 계열에서의 선박의 운동은 운동 방정식 우변의 wave exciting force가 주기적인 힘으로 주어졌다. 그러나 일반적으로 wave exciting force 이외의 비주기적인 힘이 주어질 경우에는 주파수 계열에서의 운동 방정식 풀이 방법을 적용할 수 없다. 이때에는 단위시간 동안 가해진 힘, 즉 충격량 (impulse)의 개념으로 충격량에 대한 선박의 운동 응답을 더하는 개념으로 운동을 계산해야 한다.
따라서 유체동역학적 힘 계산 모듈(421)은, 외력을 충격량으로 보고 충격량에 대한 운동응답을 계산할 수 있다. 이하에서는 유체동역학적 힘 계산 모듈(421)이 시계열 (time domain)에서의 선박의 운동 방정식을 구성하는 방법에 대해서 서술한다.
우선 충격량에 대한 운동 응답을 계산하는 방법을 먼저 서술한다. 이러한 방법은 시스템에 비주기적인 외력이 주어질 때 운동을 계산하는 방법이다.
단위시간 동안 가해진 힘에 의한 충격량은 시간 t에서의 운동량과 시간이 dt만큼 지난 후의 운동량의 차이와 같다. 질량이 동일한 물체에 대해서 운동량의 차이는 질량과 속도차의 곱으로 나타난다.
Figure 112017043031812-pat00030
만약 물체가 시간 t=0에서 정지 상태였을 때 충격량이 가해졌다면, 다음 식이 성립한다.
Figure 112017043031812-pat00031
이제 위 식의 양변을 질량 m으로 나누면, 다음과 같다.
Figure 112017043031812-pat00032
즉 초기 속도는 충격량을 질량으로 나눈 값과 동일하다. 이와 같은 초기 속도를 가지는 undamped mass-spring system의 해는, 도 9를 참조하면, 아래와 같이 계산된다.
Figure 112017043031812-pat00033
위 식의 일반해는 x(t)=Acosωt+Bsinωt 이다. 이제 초기 조건을 대입하여 계수 A, B를 구하면, 초기 조건은 다음과 같다.
Figure 112017043031812-pat00034
초기 조건을 일반해에 대입하면, 계수
Figure 112017043031812-pat00035
를 얻는다. 따라서 일반해는 아래와 같다.
Figure 112017043031812-pat00036
위 식에서 h(t)=(1/mω)sinωt라고 정의하면 아래 식과 같다.
Figure 112017043031812-pat00037
이제 최종 식의 의미를 살펴보면, 새로 정의한 h(t)는 단위 충격량에 대한 운동 응답을 나타내는 함수로 IRF (Impulse Response Function)라고 부른다. h(t)에 충격량 F를 곱하면 실제의 운동 응답이 구해 진다.
도 10과 같이 비주기적인 외력이 주어진 경우의 응답을 구하면, 시간이 τ만큼 지났을 때의 충격량은
Figure 112017043031812-pat00038
이 되고, 이에 따른 응담은 아래 식과 같이 시간이 τ만큼 평행 이동한 것으로 나타낼 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00039
이제 시간을 연속적으로 변화시켜 가면서 운동 응답을 구해보면, 도 11과 같이 응답이 나타난다. 이를 연속적인 시간에서의 충격 응답으로 나타내면, 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00040
여기서 시간 간격 Δτ→0 이라고 하면, 아래와 같은 적분 형태로 나타나는데, 이를 convolution integral이라고 부른다. 즉 convolution integral은 물리적으로 충격량에 의해 발생한 모든 운동 응답의 합을 의미한다.
Figure 112017043031812-pat00041
비주기적인 외력에 의한 선박의 운동 응답을 바로 구하는 것이 쉬운 일은 아니다. Cummins (1962)의 아이디어는 선박의 운동으로 인한 속도 포텐셜을 정의한 것이다. 즉, 충격량이 선박의 운동이 되고, 속도 포텐셜이 운동 응답이 된다. 이것은 radiation potential에 대응된다고 할 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00042
시간이 t0<t<t0+Δt인 구간에서는 단위 속도에 의한 속도 포텐셜 Ψ(x,y,z)를 정의했다. 한편 시간이 t0+Δt<t인 구간에서는 단위 변위에 의한 속도 포텐셜 Χ(x,y,z,t)를 정의했다. 앞에서 설명한 convolution integral을 사용하여 시간 t0+Δt<t인 구간에서 발생한 변위에 의한 속도 포텐셜의 합을 모두 구해보면 아래 식과 같다.
Figure 112017043031812-pat00043
위 식의 속도 포텐셜을 Bernoulli equation에 대입하면 압력을 구할 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00044
위 식을 선박 표면에 대해서 적분하면 작용하는 힘을 구할 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00045
이제 뉴턴의 제2 법칙에 따라 운동 방정식을 구성해 보면 다음 식과 같다.
Figure 112017043031812-pat00046
위에서 얻은 식을 정리하면 다음 식과 같은데, 이를 Cummins equation이라고 부른다. 유체동역학적 힘 계산 모듈(421)은, 다음 식을 토대로 하여 유체동역학적 힘을 계산할 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00047
유체정역학적 힘 계산 모듈(422)은, 해상크레인(10)의 부력에 의한 운동을 해석한다. 임의의 형상을 지닌 물체가 유체 상에 놓여 있을 때 작용하는 힘은 물체의 무게 중심 (G)에서 작용하는 물체의 무게 (W=mg)와 부력 중심에서 작용하고 있는 부력(B=ρgV)이 있다. 만약 부유체의 무게와 부력의 크기가 같지 않다면, 물체는 평형 상태를 이루기 위하여 물체의 무게와 부력이 같아지는 지점까지 자세 이동을 하게 된다. 물체의 무게와 부력이 같지 않은 초기 상태에서 물체의 무게와 부력이 같아지는 평형 상태가 되면 물체는 정지상태를 이루게 된다.
유체 상에 떠 있는 물체의 무게 중심과 부력 중심이 일직선상에 위치하고 있지 않을 때에는 무게 중심과 부력 중심이 일직선상에 위치할 때까지 회전운동을 하게 된다. 결국 유체상에 떠 있는 물체는 무게와 부력이 일치되고 무게 중심과 부력 중심이 일직선상에 놓여지는 위치로 이동하게 되고 그 위치로 이동한 후에 물체는 정지상태를 이루게 된다.
만약 유체상에 떠 있는 물체의 형상이 삼각 메쉬 형태로 표현되어 있다면 물체의 부력과 부력 중심을 계산할 수 있다. 본 발명에서 유체정역학적 힘 계산 모듈(422)은, 실제로 유체상에 떠있는 물체의 부력과 부력 중심의 계산을 구현하였다.
도 12는 유체정역학적 힘 계산 모듈(422)이 물체의 위치에 따른 부력과 부력 중심을 계산한 결과를 나타낸 화면이다. 물체의 위치에 따라 수면에 잠긴 부피와 부력중심 값을 확인할 수 있는데 수면에 잠긴 부피를 알면 유체의 밀도와의 곱으로 부력을 계산할 수 있게 된다.
따라서 본 발명에서는, 해상크레인(10)에 직접 hydrostatic table을 입력하지 않아도, 형상을 기반으로 물체의 부력과 부력에 의한 모멘트를 계산할 수 있다.
와이어 로프 계산 모듈(430)은, 하중물(20)의 리프팅에 사용되는 와이어 로프(15)에 대한 운동을 해석한다. 와이어 로프(15, 421)는 해상크레인(10)이 블록을 들어올릴 때나 안벽(40) 등에 해상크레인(10)을 계류할 때 주로 쓰이는데, 상기 와이어 로프 계산 모듈(430)은 하중물(20)을 들어올리는데 사용되는 와이어 로프(15)에 대한 해석을 수행할 뿐만 아니라, 해상크레인(10)을 안벽(40) 등에 계류하기 위해 사용되는 와이어 로프(42a)에 대한 해석을 수행할 수 있음을 알려둔다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 와이어 로프 계산 모듈에 의한 계산을 설명하기 위한 개념도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명에서 와이어 로프(15, 421)는 초기 길이보다 늘어났을 때 탄성력이 생기고, 줄어들면 힘을 가하지 않는 비압축성 스프링으로 모델링하였다. 와이어 로프(15, 421)의 계수가 일정한 선형 스프링의 경우, 신율(elongation)과 최대 손상 하중(maximum breaking load) 퍼센트의 비율을 입력하여 모델링할 수 있다. 하지만 나일론과 같이 계수가 일정하지 않아 비선형 스프링으로 모델링해야 하는 경우, 최대 손상 하중 퍼센트별 신율을 각각 입력하여 보간한다.
계류 해석 모듈(440)은, 해상크레인(10)을 계류하는 계류장비(42)의 운동을 해석한다. 해상크레인(10)을 고정시키기 위해서 안벽(40)이나 다른 바아지(11), 또는 해저면에 와이어 로프(42a)나 체인 등의 계류장비(42)로 매어놓는 것을 계류라고 한다. 이는 해상크레인(10)의 운동에 큰 영향을 줄 뿐만 아니라, 해상크레인(10)과 연결되는 안벽(40)의 비트(41)(bitt)나 해저면의 앵커에 작용하는 하중 또한 일정값을 넘지 않아야 하기 때문에 계류 해석은 작업 안정성 평가에 매우 중요하다.
계류 방식은 연결되는 와이어 로프(42a) 또는 체인과 같은 계류 설비의 특성에 따라 크게 taut 방식과 catenary 방식으로 나뉜다.
Taut 방식은 해상크레인(10)을 안벽(40)이나 다른 바아지(11) 등에 와이어 로프(42a)의 장력을 통해 고정하는 방식이다. 해상크레인(10)을 연결하는 와이어 로프(42a)의 길이가 초기 길이보다 늘어나면 장력을 통해 끌어당기고 길이가 줄어들면 힘을 가하지 않는다. 따라서 다른 와이어들과 같이 비압축성 스프링으로 모델링한다.
Catenary 방식은 해상크레인(10)을 고정시키기 위해 선미에서 해저면으로 300~500m 길이의 체인으로 연결된 앵커(anchor)를 내려놓는다. 이 방식은 해저면과 연결된 체인의 무게 때문에 처짐이 발생하면서 그 힘으로 해상크레인(10)을 고정시킨다. 이는 자중을 받는 케이블로 모델링이 가능하다.
도 14 내지 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 계류 해석 모듈에 의한 계산을 설명하기 위한 개념도이다.
자중을 받는 케이블의 처짐을 계산하기 위해 먼저 2차원 케이블의 자체 하중에 의한 처짐을 고려한 후 3차원으로 확장시킨다. 2차원의 양 끝이 고정된 임의의 케이블을 나타내면 도 14와 같다.
케이블의 양 끝점의 위치를 알고 있다고 가정했을 때, 위의 형상 정보를 통해 다음의 세가지 식을 얻는다.
Figure 112017043031812-pat00048
Figure 112017043031812-pat00049
Figure 112017043031812-pat00050
한편, 케이블에 대하여 미소 길이를 도 15에 나타난 바와 같이 고려해 보면, 케이블에 작용하는 장력과 자체 하중을 x축과 y축으로 분해하여 힘 평형 방정식을 세울 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00051
Figure 112017043031812-pat00052
먼저 수학식 44를 살펴보면, 케이블의 자체 하중에 의한 처짐은 정적인 상태만 고려하므로 가속도 운동이 없다. 따라서
Figure 112017043031812-pat00053
=0이 되므로 우변은 0이 된다. 그리고 양변을 Δx로 나누고 극한값을 취하면 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00054
결과를 분석해 보면 T(x)cosθ(x)의 미분한 값이 0이므로 이는 상수이다. 따라서 x 방향의 합력은 다음과 같이 표시할 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00055
여기에서 아래 첨자 H는 Horizontal의 약자이며, TH는 수평방향의 힘을 뜻한다. 다음으로 수학식 45에서도 마찬가지로 정적인 상태를 고려하면 가속도 운동이 없다. 마찬가지로 우변이 0이 되기 때문에 양변을 Δx로 나누고 극한값을 취해 정리하면 아래와 같다.
Figure 112017043031812-pat00056
상기 수학식에 대해 수학식 47을 사용하여 좌변을 정리하면 다음과 같다.
Figure 112017043031812-pat00057
한편 수학식 48에서 우변은 삼각형의 피타고라스 정리를 이용하여 정리하면 다음과 같은 꼴로 정리할 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00058
수학식 49와 수학식 50을 통해 정리하면, 아래와 같은 2계 비제차 비선형 상미분 방정식을 얻는다.
Figure 112017043031812-pat00059
수학식 51의 일반해는 차수 감소법(reduction of order)을 이용하여 구한다. 구한 일반해는 다음과 같다.
Figure 112017043031812-pat00060
Figure 112017043031812-pat00061
적분 상수 C1, C2는 초기 조건으로 얻을 수 있다. 처짐 방정식을 표현할 때 케이블의 전체 길이 S도 변수가 되므로, 수학식 52를 이용해서 S에 관한 식을 구할 수 있다. 피타고라스 정리를 이용해서 ds에 관한 식을 만든 후 수학식 52를 대입하면 아래의 식을 얻는다.
Figure 112017043031812-pat00062
위 식의 양변을 적분하면 케이블의 길이에 관한 식을 얻을 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00063
적분 상수 C1, C3 역시 초기 조건으로부터 얻을 수 있다. 자체 하중에 의한 케이블의 처짐 곡선상에서 tanθ=0인 부분, 즉 최대 처짐이 발생하는 부분을 원점으로 잡으면 도 16과 같다.
먼저, 원점에서의 초기 조건을 구할 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00064
이 조건을 통해 적분 상수 C1, C2, C3을 구하면 모두 0이 된다. 식을 간단히 하기 위해 상수 TH/q를 a로 놓고 정리하면, 처짐 방정식 수학식 53과 55는 다음과 같다.
Figure 112017043031812-pat00065
Figure 112017043031812-pat00066
케이블의 양 끝점의 x 좌표를 알고 있을 때 y1, y2, s1, s2는 위의 식으로 얻을 수 있다. 앞에서 케이블의 형상 정보로 얻은 수학식 41, 42, 43과 위 두 식을 연립하여 얻은 최종 식은 아래와 같다.
Figure 112017043031812-pat00067
정리 결과 f(a)=0 꼴로 나타나기 때문에 수치 해석 방법 중 Newton-Raphson's method를 이용하여 a를 구할 수 있고, 이를 통해 케이블에 작용하는 장력을 계산할 수 있다. 이러한 수학식을 통해, 계류 해석 모듈(440)은 계류 시 계류장비(42)에 작용하는 장력을 파악하여, 작업의 평가를 구현할 수 있다.
외부물 해석 모듈(460)은, 해상크레인(10)의 외측에 완충을 위하여 마련되는 외부물(30)에 의한 외력을 해석할 수 있다. 이때 외부물(30)은 펜더(fender) 등을 의미할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 외부물 해석 모듈이 해석하는 외부물을 나타내는 도면이고, 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 외부물 해석 모듈에 의한 계산을 설명하기 위한 개념도이다.
도 17을 참조하면, 펜더는 선박을 안벽(40)에 고정시킬 때, 또는 바아지(11)나 다른 선박의 옆에 대는 경우에 접촉에 의한 충격을 완화시켜 손상을 방지하는 완충물이다. 펜더는 도 17에 나타난 바와 같이 폭이 L인 긴 원통형의 형태를 가지고, 해상크레인(10)과 바아지(11) 또는 안벽(40) 사이에 배치된다.
해상크레인(10)이 외력에 의해 움직이고, 펜더가 압축되면 그에 따른 탄성력이 작용하여 일정한 간격을 유지시켜준다. 따라서 펜더는 비압축성 스프링과는 반대로 압축되었을 때만 반발력이 생기고 인장되었을 때는 힘을 가하지 않는 길이 L의 스프링으로 모델링하여 해석할 수 있다.
펜더는 종류와 크기, 내부 압력에 따라 최대 용량이 주어진다. 그리고 펜더가 압축되는 정도에 따라 가해지는 반발력의 최대 용량에 대한 퍼센트가 실험 결과에 따라 도 18의 위쪽 그림과 같이 주어진다.
펜더는 계수가 압축 정도에 따라 변하는 비선형 스프링으로 간주할 수 있다. 도 18의 위쪽 그림은 도 18의 아래쪽 그래프와 같이 보간하여 사용될 수 있다. 이를 토대로 펜더는 압축 정도에 따라 해당하는 반발력을 연결된 물체들에 가하는 것으로 해석될 수 있다.
환경 해석 모듈(450)은, 해상크레인(10)에 작용하는 환경외력을 해석한다. 이때 환경외력은, 바람 또는 조류 등에 의한 외력을 의미할 수 있다. 먼저 바람에 의한 외력에 대해 설명한다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 환경 해석 모듈에 의한 계산을 설명하기 위한 개념도이다.
해상크레인(10)이 물에 잠긴 부분에는 유체력과 조류에 의한 외력이 작용하고, 공기 중에 노출된 부분에는 바람에 의한 외력이 작용한다. 작업을 수행함에 있어서 바람에 의한 외력을 정확히 계산해 운동 해석을 하는 것이 매우 중요하다.
바람에 의한 외력을 계산하기 위해서는 먼저, 해상크레인(10)에 작용하는 바람의 속도를 구해야 한다. 해수면으로부터 10m 떨어진 높이에서의 평균 풍속을 알고 있다고 했을 때, 해수면에서 H만큼 떨어진 곳에서의 평균 풍속은 다음과 같이 나타난다.
Figure 112017043031812-pat00068
이때, α는 높이 계수로 0.10에서 0.14 사이의 값을 가지는데, ISO 19901-1 (NPD) 스펙트럼에서는 0.11로 계산한다. 해상크레인(10)은 지브(12)의 각도에 따라 풍력을 받는 넓이 중심의 높이가 달라지며, 그 높이에 따라 위의 식으로 평균 풍속을 구할 수 있다.
평균 풍속은 위와 같이 구할 수 있지만, 실제로 풍속은 시간에 따라서 변하게 된다. 이를 구하기 위해서는 바람의 주파수별 에너지의 크기, 즉 스펙트럼 밀도 (spectral density)를 나타내는 바람의 스펙트럼을 설정해야 한다. 평균 풍속 20 m/s에서의 NPD 스펙트럼은 도 19와 같이 나타난다. 주파수는 0에서 1/600 Hz 사이만 고려한다.
Figure 112017043031812-pat00069
위의 스펙트럼에 따라 i번째 주파수의 풍속 변동의 크기를 아래와 같이 구할 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00070
그리고 i번째 주파수에 랜덤한 위상값 εi를 더하여 다음 식과 같이 풍속의 시간에 따른 변동을 계산한다.
Figure 112017043031812-pat00071
이 값을 해당 높이에서의 평균 풍속인 수학식 60에 더하면 시간에 따른 풍속을 얻는다. 그리고 다음과 같이 해상크레인(10)의 정면, 측면 넓이와 모멘트, 그리고 풍속을 통해 해상크레인(10)에 가해지는 바람에 의한 외력을 실시간으로 계산할 수 있다. Af는 해상크레인(10)의 정면 투영 넓이, As는 측면 투영 넓이이고 Loa는 총 길이이다. 계수 Cx, Cy, CN는 풍동 실험 결과 데이터를 통해 얻을 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00072
이하에서는 조류에 의한 외력에 대해 설명한다. 해상크레인(10)은 물에 잠겨있기 때문에 조류에 의한 외력을 받는다. 조류에 의한 외력은 바람에 의한 외력과 마찬가지로 속도가 주어지면 해상크레인(10)이 물에 잠긴 부분의 넓이에 따라 그에 의한 힘을 구할 수 있다.
조류의 속도는 시간에 따라서 변하지 않는다고 가정하기 때문에, 아래의 식으로 구할 수 있다. Af, As는 물에 잠긴 해상크레인(10)의 정면, 측면 투영 넓이이고 Loa는 총 길이이다. 마찬가지로 계수는 실험 결과 데이터를 통해 얻을 수 있다.
Figure 112017043031812-pat00073
환경 해석 모듈(450)에 의한 해석은, 작업 시의 기상 상황에 따라 크게 달라질 수 있다. 다만 본 발명은, 해상크레인(10)이 작업하는 곳에서 파도, 바람, 조류 등에 의한 환경 외력을 계산하기 위해, 날짜와 시간별로 기상 상태를 외부로부터 자동으로 전달받아 사용할 수 있다.
따라서 본 발명은 별도로 환경 외력에 대한 정보의 입력이 없이도, 환경 외력에 의한 해석이 가능하며, 다만 사용자가 입력하는 해상크레인(10)의 작업 수행 시간에 따라, 자동으로 그에 해당하는 환경 외력이 적용될 수 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 해석부에 의한 해석 결과를 나타내는 도면이다.
상기의 모듈들을 포함하는 해석부(400)는, 해석 결과의 최대값, 최소값, 또는 레일리(Rayleigh), 와이불(Weibull) 분포를 따를 때의 극한치 등을 각 물체와 와이어 로프(15, 421) 별로 계산할 수 있다.
일례로 일반 물체에는 x, y, z축 위치와 자세, 속도와 가속도 등의 정보가 저장되고, 와이어 로프(15, 421)에는 장력이 저장된다. 바아지(11)와 같이 부력을 받는 물체에는 파도와 바람에 의한 힘, 표류력 등이 저장된다.
도 20에 나타난 바와 같이 해석이 완료되고 사용자가 확인하고 싶은 정보를 선택하면, 해당 값의 최대, 최소값 그리고 극한치 등을 계산한다. 확인한 정보는 별도의 엑셀 파일로 저장될 수 있다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 표시부를 나타내는 도면이다.
도 21을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템(1)의 표시부(500)는, 해석부(400)의 해석 결과를 표시한다. 표시부(500)는 영상, 소리 등 사용자가 인식할 수 있는 다양한 방법으로 해석 결과를 사용자에게 제공할 수 있다.
표시부(500)는 해상크레인(10)의 작업 시뮬레이션을 편리하고 신속하게 수행하기 위해, 모델링 기능 및 결과 출력 기능을 강화한 GUI(Graphic User Interface)를 구현하였다.
일례에 따른 표시부(500)에서 Ribbon menu는 모델을 생성하고 해석을 수행할 수 있는 기능을 제공한다. 생성된 모델들은 가운데에 있는 3D visualization view에서 가시화된다. Model tree view는 생성된 물체와 와이어 로프(15, 421) 등의 목록을 보여주며 각 대상들의 속성은 오른쪽에 있는 property view에서 입력할 수 있다. Log view는 프로그램이 동작하는 것을 메시지로 출력하여 나타내는 창이다. 프로그램 실행 결과는 Report와 post processing 창에서 확인할 수 있다.
표시부(500)는, 해석 결과가 기설정범위를 벗어날 경우 알람을 제공할 수 있다. 이때 알람이라 함은 기존의 표시 방법에 있어서 해석 결과가 기설정범위를 벗어난 것이 사용자에게 보다 쉽게 인식될 수 있도록 하는 모든 방법을 포괄하며, 영상, 소리 등을 의미할 수 있다.
이를 위해 표시부(500)는 해상크레인(10)의 거동과 와이어 로프(15, 421)의 장력 등에 대해 데이터베이스(100)에 저장될 수 있는 기설정값을 해석부(400)에 의한 해석 결과와 대비할 수 있으며, 물론 기설정값과 해석 결과의 대비는 해석부(400)에 의해 수행될 수도 있다.
이하에서는 도 22 내지 도 27을 참조하여 본 발명의 사용 모습에 대해 설명하도록 한다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 가상 작업을 나타내는 도면이고, 도 23은 도 22의 가상 작업에 대한 해석 결과를 나타내는 도면이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 가상 작업을 나타내는 도면이고, 도 25는 도 24의 가상 작업에 대한 해석 결과를 나타내는 도면이다.
또한 도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상크레인의 작업 평가 시스템의 가상 작업을 나타내는 도면이고, 도 27은 도 26의 가상 작업에 대한 해석 결과를 나타내는 도면이다.
도 22에 의해 생성된 가상 작업은, 해상크레인(10)이 플로팅 바아지(11)(floating barge) 위에 올려진 블록(20)을 들어올리고, 이동하여 블록(20)을 안벽(40)으로 옮겨 내려놓는 작업이다. 이 과정은 블록(20)을 들어올리고, 안벽(40)으로 이동한 후, 안벽(40)에 블록(20)을 내려놓는 3개의 시나리오로 구성된다.
이 가상 작업을 모델링 한 결과는 도 23과 같이 나타난다. 각 블록 로더(14)에는 4개의 와이어 로프(15)가 연결되어, 총 32개의 와이어 로프(15)가 블록(20)에 연결된다. 숙련된 사용자의 경우 모델링 과정에 약 5분 내외의 시간이 걸렸다.
3가지 시나리오로 구성된 시뮬레이션을 본 발명을 통하여 구현해보았는데, 이와 같이 여러 개의 시나리오로 구성된 작업은 기존의 상용 프로그램으로는 구현하기 어려웠다. 또한, 블록 로더(14)와 이에 연결된 각 4개의 와이어 로프(15)들은 이퀄라이저 기능을 통해 장력이 모두 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있었다.
도 23에 의해 생성된 가상 작업은, 탑사이드 모듈(51)의 탑재 시뮬레이션이다. 탑사이드 모듈(51) 탑재 시뮬레이션은 안벽(40)에 놓여진 하부 구조물(52) 위에 4,000톤의 탑사이드 모듈(51)을 올려놓는 시나리오이다. 탑사이드 모듈(51)의 제원과 모델링 결과는 도 23 및 도 24에 나타난 바와 같다.
이 가상 작업에서는 4개의 후크(13)에 각각 하나의 와이어 로프(15)가 연결되었다. 해상크레인(10)이 탑사이드 모듈(51)을 내려놓는 동안 후크(13)에 걸리는 장력을 나타낸 결과는 도 24와 같다. 탑사이드 모듈(51)이 외력에 의해 흔들리면서 후크(13)에 걸리는 장력이 진동하는 것을 확인할 수 있다.
도 24에 의해 생성된 가상 작업은, 해상크레인(10)의 계류 작업이다. 태풍과 같이 기상 환경이 좋지 않아 매우 큰 환경 외력이 작용하는 경우에는 해상크레인(10)을 도 24와 같이 안벽(40)에 계류해 놓게 된다. 이 경우, 환경 하중으로 인해 해상크레인(10)에 연결된 계류 라인(와이어 로프(42a))에 큰 장력이 걸리게 되는데, 그 값이 와이어 로프(42a)나 안벽(40) 비트(41)의 최대 허용 하중을 넘지 않도록 계류 라인의 연결 위치와 개수를 알맞게 설계해야 한다.
도 24에 나타난 속성을 가지는 바람과 불규칙파가 해상크레인(10)에 작용한다고 할 때, 와이어 로프(42a)에 걸리는 최대 장력이 안벽(40) 비트(41)의 최대 허용 하중인 20톤을 넘지 않는지 시뮬레이션을 수행해보았다. 그 결과는 도 25에 나타난 바와 같다.
시뮬레이션 수행 결과, 와이어 로프(42a)의 최대 하중이 20톤을 넘지 않아, 계류 라인의 설계가 적절히 이루어졌다고 판단할 수 있었다.
이와 같이 본 발명은, 초대형 해상크레인(10)의 시뮬레이션 기반 작업 안전성 평가 시스템으로, 실제와 동일한 환경, 장비, 안벽(40), 그리고 작업 조건을 최대한 반영하였으며, 사용자 친화적 환경 구성을 위해 GUI(Graphic User Interface)기반의 모델링, 결과물 가시화, 자동 보고서 작성 등의 편의 기능을 제공하였다.
따라서 본 발명은, 모델링과 해석에 걸리는 시간을 최소화할 수 있었다. 그리고 본 발명은, 여러 가지 가상 작업들을 통하여 그 결과를 검증하였는바, 해석의 효율성과 정확성을 보장할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 해상크레인의 작업 평가 시스템
10: 해상크레인 11: 바아지
12: 지브 13: 후크
14: 블록 로더 141: 고정 도르래
142: 움직 도르래 143: 이퀄라이징 로프
15: 와이어 로프 16: 링크 빔
20: 하중물 30: 외부물
40: 안벽 41: 비트
42: 계류장비 42a: 와이어 로프
50: 해상구조물 51: 탑사이드 모듈
52: 하부 구조물 100: 데이터베이스
110: 제원 저장부 120: 작업조건 저장부
200: 입력부 300: 시뮬레이션부
400: 해석부 410: 다물체계 해석 모듈
420: 유체역학적 힘 계산 모듈 421: 유체동역학적 힘 계산 모듈
422: 유체정역학적 힘 계산 모듈 430: 와이어 로프 계산 모듈
440: 계류 해석 모듈 450: 환경 해석 모듈
460: 외부물 해석 모듈 500: 표시부

Claims (20)

  1. 바아지와 적어도 둘 이상의 지브 및 상기 지브에 연결되는 복수 개의 후크를 갖고 하중물을 들어올리는 해상크레인의 작업을 평가하는 시스템으로서,
    상기 해상크레인의 작업에 대한 정보를 저장하는 데이터베이스;
    상기 해상크레인의 작업에 대한 정보를 토대로 상기 해상크레인의 가상 작업을 생성하는 시뮬레이션부;
    상기 가상 작업에 대해 상기 해상크레인의 운동을 해석하는 해석부; 및
    상기 해석부의 해석 결과를 표시하는 표시부를 포함하며,
    상기 해석부는,
    상기 지브와 상기 후크를 포함하는 다물체로 이루어지는 다물체계에 대하여, 상기 다물체의 운동학적 제약을 고려해 상기 다물체에 가해지는 외력을 해석하는 다물체계 해석 모듈; 및
    외력을 충격량으로 보고 상기 충격량에 대한 운동응답을 유체동역학적 힘으로서 계산하고, 상기 해상크레인의 부력에 의한 운동을 유체정역학적 힘으로서 계산하는 유체역학적 힘 계산 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 해상크레인의 작업 평가 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터베이스는,
    상기 해상크레인의 제원정보 및 상기 하중물의 제원정보를 저장하는 제원 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상크레인의 작업 평가 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 데이터베이스는,
    상기 해상크레인에 작용하는 환경외력 정보, 상기 해상크레인을 계류하는 구조에 대한 계류 정보, 또는 상기 하중물에 상기 후크를 연결하는 위치에 대한 리프팅 정보를 포함하는 작업조건 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상크레인의 작업 평가 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 해상크레인의 작업에 대한 정보를 입력받는 입력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상크레인의 작업 평가 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 입력부는,
    상기 해상크레인의 작업 종류를 입력받는 것을 특징으로 하는 해상크레인의 작업 평가 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 입력부는,
    상기 계류 정보 또는 상기 리프팅 정보를 입력받는 것을 특징으로 하는 해상크레인의 작업 평가 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 입력부는,
    상기 하중물을 들어올리는 속도를 입력받는 것을 특징으로 하는 해상크레인의 작업 평가 시스템.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 시뮬레이션부는,
    상기 입력부에 입력된 입력값에 따라 적어도 하나 이상의 가상 작업을 생성하는 것을 특징으로 하는 해상크레인의 작업 평가 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 표시부는,
    상기 해석 결과가 기설정범위를 벗어날 경우 알람을 제공하는 것을 특징으로 하는 해상크레인의 작업 평가 시스템.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 해석부는,
    상기 하중물의 리프팅에 사용되는 와이어 로프에 대한 운동을 해석하는 와이어 로프 계산 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상크레인의 작업 평가 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 해석부는,
    상기 해상크레인을 계류하는 계류장비의 운동을 해석하는 계류 해석 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상크레인의 작업 평가 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 계류장비는,
    와이어 로프 또는 앵커 체인인 것을 특징으로 하는 해상크레인의 작업 평가 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 해석부는,
    상기 해상크레인에 작용하는 환경외력을 해석하는 환경 해석 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상크레인의 작업 평가 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 환경외력은,
    바람 또는 조류에 의한 외력을 포함하는 것을 특징으로 하는 해상크레인의 작업 평가 시스템.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 해석부는,
    상기 해상크레인의 외측에 완충을 위하여 마련되는 외부물에 의한 외력을 해석하는 외부물 해석 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상크레인의 작업 평가 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 외부물은,
    펜더(fender)인 것을 특징으로 하는 해상크레인의 작업 평가 시스템.
  20. 제 1 항 내지 제 9 항, 제 13 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항의 상기 해상크레인의 작업 평가 시스템을 실행하는 프로그램을 기록한 것을 특징으로 하는 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.
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