KR102540514B1 - Onshore and offshore digital twin integrated empirical test system and method for green and smart ship - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디지털트윈 기술을 이용하여 시뮬레이션을 통한 친환경 스마트선박 육상 해상 디지털트윈 통합 실증 시스템 및 방법에 관한 것으로, 실증용 선박과 육상센터가 통신장치에 의해 연결되며, 육상센터는 선박의 운전을 원격으로 제어하는 원격제어시스템, 원격으로 제어된 선박으로부터 항해 데이터를 수신받아 데이터를 저장하는 서버시스템, 및 선박 또는 선박의 부품을 모사하고, 항해 데이터를 입력받아 운전되는 디지털트윈 시스템을 포함한다. 개발된 모사 부분을 실제의 제품과 연계하는 디지털트윈 기술의 접목을 통해 육해상 디지털트윈 통합실증이 가능한 장점이 있다.The present invention relates to an integrated demonstration system and method for an eco-friendly smart ship onshore and offshore digital twin through simulation using digital twin technology. It includes a remote control system controlled by a remote control system, a server system that receives voyage data from a remotely controlled ship and stores the data, and a digital twin system that simulates a ship or parts of a ship and operates by receiving the voyage data. It has the advantage of being able to demonstrate integration of land and sea digital twins through the grafting of digital twin technology that links the developed copy parts with actual products.
Description
본 발명은 선박을 실증하기 위한 시스템에 관한 것으로 디지털트윈 기술을 이용하여 시뮬레이션을 통한 친환경 스마트선박 육상 해상 디지털트윈 통합 실증 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a system for verifying a ship, and relates to an integrated demonstration system and method for an eco-friendly smart ship land-sea digital twin through simulation using digital twin technology.
기존의 연구는 기기 단품에 대한 육상 성능 테스트가 많이 이루어졌으나, 이는 해상환경을 반영하지 못하는 한계가 있다. 또한, 실제 개발 및 제작이 어려운 설비의 경우 테스트의 한계가 있으며, 다양한 제품 사양이나 시스템을 반영하기에는 연구의 한계가 있다. 이로 인해 통합시스템을 통한 실증 연구가 부족하였으며, 단순한 파라미터나 부분적인 부하 구간을 실증연구에 수행함으로써 자료의 신뢰도가 떨어지는 문제가 있다. 또한, 단순한 시스템의 기능적 특성 및 전기적 특성 검증에만 그치고 전체 시스템의 안정성 판단을 위한 이중화 시스템의 구축과 시스템 전체의 FMEA(Failure mode and effects analysis)를 할 수 있는 시스템이 부재하였다. 그리고 완제품의 경우 다양한 조건에서의 시스템 시험이 불가능한 어려움이 있다.Existing studies have been conducted on land performance tests for individual devices, but these have limitations in not reflecting the marine environment. In addition, in the case of facilities that are difficult to develop and manufacture, there are limitations in testing, and there are limitations in research to reflect various product specifications or systems. Due to this, empirical research through the integrated system has been lacking, and there is a problem of low reliability of data by performing simple parameters or partial load sections in empirical research. In addition, there was no system capable of constructing a redundant system and FMEA (failure mode and effects analysis) of the entire system to determine the stability of the entire system, beyond simply verifying the functional and electrical characteristics of the system. And in the case of finished products, it is difficult to test the system under various conditions.
기계식 추진시스템 또는 기존의 디젤유, 종래의 AC 배전 등을 포함하는 기존의 기술과 비교된 제안하는 추진시스템의 우수성을 비교검증하기 위한 시스템이 부재하였다. 또한, 차후 미래 선박용 추진시스템의 경우 확정된 기술이 없으며 기계식 추진시스템, 전기추진 시스템, 하이브리드 추진시스템 등에 대한 발전원, 전력원 등을 이용하는 제안이 이루어지고 있으나, 정확한 비교검증을 위한 시스템이 부재하다.There is no system for comparing and verifying the superiority of the proposed propulsion system compared to existing technologies including mechanical propulsion system or conventional diesel fuel, conventional AC power distribution, etc. In addition, in the case of future ship propulsion systems, there is no confirmed technology, and proposals are being made to use power sources and power sources for mechanical propulsion systems, electric propulsion systems, hybrid propulsion systems, etc., but there is no system for accurate comparison and verification. .
기존의 실증에서 이루어지는 전기적 특성 및 연료 소모량 등의 비교 검증을 넘어 경제성, 환경성 분석 등이 필요하고 더 나아가 생애전주기 평가 등이 필요하기에 연료소모량 및 배출가스 등에 따른 추진시스템의 데이터를 종합적으로 분석을 하여야 하나 기존 시스템은 그러지 못하였다. 또한, 디지털트윈기능의 실증을 위해서는 기기의 모사 또는 제어부의 모사된 부분에 대한 실증 검증이 필요하며, 선박용 시스템의 경우 실제 선박에서의 실증이 반드시 수반되어야 한다.Comprehensive analysis of propulsion system data according to fuel consumption and exhaust gas as it is necessary to analyze the economic feasibility and environmental characteristics beyond the comparative verification of electrical characteristics and fuel consumption, etc. should be done, but the existing system did not. In addition, in order to demonstrate the digital twin function, it is necessary to verify the simulation of the device or the simulated part of the control unit, and in the case of the ship system, the demonstration in the actual ship must be accompanied.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 다양한 제품사양이나 시스템을 반영하기에는 연구의 한계가 있어, 디지털트윈 시스템을 이용하여 실증에 필요한 시간 및 비용을 줄일 수 있는 친환경 스마트선박 육상 해상 디지털트윈 통합 실증 시스템 및 방법을 제공하는 것이다. Therefore, the present invention was devised to solve the problems of the prior art as described above, and the purpose of the present invention is to reflect various product specifications or systems. It is to provide an eco-friendly smart ship land-sea digital twin integrated demonstration system and method that can reduce costs.
또한, 본 발명은 육상실증과 해상실증이 연계 가능한 친환경 스마트 선박 육상 해상 디지털 트윈 통합 실증 시스템 및 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a land-sea digital twin integrated verification system and method for an eco-friendly smart ship that can link land and sea verification.
또한, 상용 부품 또는 개발 부품의 서로 비교 가능한 환경 스마트 선박 육상 해상 디지털 트윈 통합 실증 시스템 및 방법을 제공한다.In addition, it provides a system and method for integrating environmental smart ship onshore and offshore digital twins that are comparable to each other for commercial parts or developed parts.
본원 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들도 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.The technical problem to be achieved by the present embodiment is not limited to the technical problems as described above, and other technical problems may exist.
본 발명은 항해 데이터를 측정하는 센서가 구비된 선박 및 상기 선박과 연결되어 데이터를 송수신하는 통신장치, 상기 선박의 운전을 원격으로 제어하는 원격제어시스템, 원격으로 제어된 선박으로부터 항해 데이터를 수신받아 데이터를 저장하는 서버시스템, 및 선박 또는 선박의 부품을 모사하고, 항해 데이터를 입력받아 운전되는 디지털트윈 시스템을 포함하는 육상센터를 포함하고, 상기 서버시스템은 모사된 선박 또는 선박의 부품을 평가하는 평가부를 포함한다.The present invention provides a ship equipped with a sensor for measuring voyage data, a communication device connected to the ship and transmitting and receiving data, a remote control system for remotely controlling the operation of the ship, and receiving voyage data from the remotely controlled ship. A land center including a server system for storing data and a digital twin system that simulates a ship or parts of a ship and operates by receiving voyage data, wherein the server system evaluates the simulated ship or ship's parts Includes an evaluation unit.
또한, 상기 디지털트윈 시스템은 하나 이상의 추진시스템을 모사하고, 모사된 추진시스템을 시뮬레이션하는 추진기 HIL 시스템등을 포함하며, 상기 평가부는 서버시스템으로부터 추진시스템 별 평가데이터를 입력받아 성능을 비교하는 성능비교부를 포함한다.In addition, the digital twin system includes a propeller HIL system that simulates one or more propulsion systems and simulates the simulated propulsion system, and the evaluation unit receives evaluation data for each propulsion system from the server system and compares performance. includes
또한, 상기 성능비교부는 상기 서버시스템에서 추진시스템 별 연료소모량 또는 배출가스량을 입력받아 비교 평가하는 것을 특징으로 한다.In addition, the performance comparison unit is characterized in that the server system compares and evaluates fuel consumption or exhaust gas for each propulsion system as input.
또한, 상기 디지털트윈 시스템은 제안되는 배전시스템을 모사하는 것을 특징으로 한다.In addition, the digital twin system is characterized in that it simulates the proposed power distribution system.
또한, 상기 디지털트윈 시스템은 기존의 AC 배전시스템과 정속발전기, DC 배전시스템과 가변속발전시스템 및 정속발전시스템을 구현하여 AC 배전 단독사용 또는 DC 배전 단독 사용이 가능한 AC DC 하이브리드 배전시스템의 전기적 특성을 검증하는 것을 특징으로 한다.In addition, the digital twin system implements the existing AC distribution system, constant speed generator, DC distribution system, variable speed power generation system, and constant speed power generation system, thereby demonstrating the electrical characteristics of an AC DC hybrid power distribution system that can use AC power alone or DC power alone. characterized by verification.
또한, 상기 디지털트윈 시스템은 선박 내에 배치되는 배터리, 연료전지, 및 친환경 전력원 중 어느 하나를 전력원으로 모사하며, 상기 서버시스템은 전력원 별 평가데이터를 저장하는 것을 특징으로 한다.In addition, the digital twin system simulates any one of a battery, a fuel cell, and an eco-friendly power source disposed in a ship as a power source, and the server system is characterized in that it stores evaluation data for each power source.
또한, 상기 선박은 선박의 조타, 엔진, 발전원 및 전력원을 제어하는 운전제어기, 및 선박의 항해데이터, 선박 전력변환장치 상태 및 선박 전력현황을 수집하는 데이터 수집장치를 포함하고, 육상센서로부터 운전신호를 전달받아 운전되며, 수집된 데이터를 송신하는 것을 특징으로 한다.In addition, the ship includes an operation controller for controlling the ship's steering, engine, power generation source and power source, and a data collection device for collecting the ship's voyage data, the state of the ship's power converter and the current state of the ship's power, from land sensors It is characterized in that it is operated by receiving a driving signal and transmits the collected data.
또한, 상기 통신장치는 극단초음파장치 및 이동통신장치를 구비하여 통신 이중화를 구성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the communication device is characterized in that it constitutes communication redundancy by including an extreme ultrasound device and a mobile communication device.
또한, 디지털트윈 실증시스템을 포함하는 디지털트윈 실증방법에 있어서, 디지털트윈 시스템을 통해 선박 또는 선박의 부품을 모사하는 모사단계, 통신장치를 통해 모사된 선박 또는 부품과 선박이 연계되는 연계단계, 육상센터는 운항신호를 생성하고 선박을 원격으로 제어하는 제어단계, 육상센터는 선박의 센서로부터 항해데이터 및 전기추진 시스템 데이터를 수집하는 수집단계 및 디지털트윈 시스템은 수집된 항해데이터 및 전기추진 시스템 데이터를 입력받고, 선박 또는 부품의 결과값을 도출하는 도출단계를 포함한다.In addition, in the digital twin demonstration method including the digital twin demonstration system, the simulation step of replicating a ship or ship's parts through the digital twin system, the connection step of linking the simulated ship or parts with the ship through a communication device, land The center generates navigation signals and controls the ship remotely, the land center collects navigation data and electric propulsion system data from the ship's sensors, and the digital twin system collects the collected navigation data and electric propulsion system data. It includes a derivation step of receiving an input and deriving a result value of a ship or part.
또한, 상기 디지털트윈 실증방법은 상기 도출단계 이후, 모사된 선박 또는 부품의 결과값을 비교 평가하는 평가단계를 포함한다.In addition, the digital twin verification method includes an evaluation step of comparing and evaluating result values of simulated ships or parts after the derivation step.
또한, 상기 디지털트윈 실증방법은 상기 모사단계에서 기존의 배전시스템과 제안되는 배전시스템을 모사하고, 상기 평가단계에서 기존의 배전시스템과 제안되는 배전시스템의 성능을 비교하는 것을 특징으로 한다.In addition, the digital twin demonstration method is characterized in that the existing power distribution system and the proposed power distribution system are copied in the simulation step, and the performances of the existing power distribution system and the proposed power distribution system are compared in the evaluation step.
본 발명은 개발된 모사 부분을 실제의 제품과 연계하는 디지털트윈 기술의 접목을 통해 육해상 디지털트윈 통합실증이 가능하다.In the present invention, it is possible to demonstrate integration of land and sea digital twins through the grafting of digital twin technology that links the developed simulated parts with actual products.
본 발명은 통신 시스템이 구현된 통합제어 시스템을 통해 해상 환경의 실제 Load Profile을 적용하고 실제 발전기, 실제 배터리, 실제 연료전지, 커패시터, 태양광 풍력 등 및 시스템 설비를 구축하고 적용이 가능하며 모사된 시스템과의 디지털트윈 연계 테스트가 가능하다.The present invention applies the actual load profile of the maritime environment through the integrated control system implemented with the communication system, builds and applies real generators, real batteries, real fuel cells, capacitors, solar power, wind power, etc., and system facilities. It is possible to test the digital twin connection with the system.
본 발명을 통해 개발된 시스템으로 전기추진선박, 친환경선박, 자율운항선박등의 교육이 가능하다.With the system developed through the present invention, it is possible to train electric propulsion ships, eco-friendly ships, and autonomous ships.
도 1은 육상 디지털트윈 통합 플랫폼의 구성도이다.
도 2는 해상 실증용 선박의 구성도이다.
도 3은 전기추진시스템의 구성도이다.
도 4는 전기추진 시스템 실증 테스트 베드 구성도이다.
도 5는 선박용 엔진관련 연구장비의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 순서도이다.1 is a block diagram of a land digital twin integration platform.
2 is a configuration diagram of a marine demonstration vessel.
3 is a configuration diagram of an electric propulsion system.
4 is a configuration diagram of an electric propulsion system demonstration test bed.
5 is a configuration diagram of research equipment related to a marine engine.
6 is a flowchart of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명을 하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all changes included in the spirit and technical scope of the present invention.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in this application, it should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. Should not be.
여러 추진시스템에 다양한 발전원, 전력원을 이용한 제안이 이루어지나 정확한 비교검증이 가능한 시스템이 없어, 본 발명은 개발된 모사부분을 실제 선박과 연계하여 비교검증을 실시하는 것을 목적으로 한다.There are proposals using various power sources and power sources for various propulsion systems, but there is no system capable of accurate comparison and verification.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 친환경 스마트(자율운항선박 등) 실증시스템 및 이를 이용한 실증방법에 대해 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, an eco-friendly smart (autonomous ship, etc.) demonstration system and a demonstration method using the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 육상 디지털트윈 통합 플랫폼의 구성도이다. 도 1을 참고하면, 항해 데이터를 측정하는 센서가 구비된 선박(200) 및 상기 선박(200)과 연결되어 데이터를 송수신하는 통신장치(110), 상기 선박(200)의 운전을 원격으로 제어하는 원격제어시스템(120), 원격으로 제어된 선박으로부터 항해 데이터를 수신받아 데이터를 저장하는 서버시스템(130), 및 선박 또는 선박의 부품을 모사하고, 항해 데이터를 입력받아 운전되는 디지털트윈 시스템(140)을 포함하는 육상센터(100)를 포함하고, 상기 서버시스템(130)은 모사된 선박 또는 선박의 부품을 평가하는 평가부를 포함한다.1 is a block diagram of a land digital twin integration platform. Referring to FIG. 1, a
육상센터(100)는 개발 중인 선박 또는 선박의 부품을 모사 및 시뮬레이션하는 디지털트윈 시스템(140), 실증용 선반을 원격으로 제어하는 원격제어시스템(120), 및 실증용 선박(200)의 운항데이터 및 상태데이터를 저장하고, 디지털트윈 시스템을 통해 도출된 데이터를 저장하는 서버시스템(130)을 포함한다.The
육상센터(100)는 통신부에 의해 해상의 실증용 선박(200)과 무선 연결되어 데이터를 송수신한다. 이때, 실증용 선박(200)은 육상센터(100)로부터 원격제어 신호를 전달받아 진행 방향, 진행 속도, 및 배터리 관리 등이 원격으로 제어되며, 원격으로 제어되는 실증용 선박(200)은 내부에 부착된 센서에 의해 선박의 항해 데이터, 선박(200)의 전력변환장치의 상태, 선박의 전력현황 등을 육상센터(100)로 송신한다.The
육상센터(100)로 전송된 데이터는 서버시스템(130)에 저장된다. 서버시스템(130)은 빅데이터 서버, 모니터링 소프트웨어, 3D 가상 모델 서버(CPS)를 포함한다.Data transmitted to the
빅데이터 서버는 선박(200)에서 수신된 데이터, 선박(200)을 원격제어하기 위한 신호데이터, 및 디지털트윈 시스템을 이용한 성능데이터 등이 저장된다. 저장된 데이터는 실증 평가 이외 실제 선박운항 시 상황에 따른 운항제어를 참고하여 운항효율에 도움이 된다.The big data server stores data received from the
모니터링 소프트웨어는 서버에 저장된 데이터를 사용자가 확인할 수 있도록 보조하는 소프트웨어이며, 선박의 상태 정보를 표시하며, 디지털트윈 시스템(140)을 통한 비교분석 데이터를 산출하는 산출부를 포함한다. 또한, 선박 또는 부품의 생애전주기를 평가한다.The monitoring software is software that assists the user to check the data stored in the server, displays ship status information, and includes a calculation unit that calculates comparative analysis data through the
3D 가상 모델 서버(CPS, Cyber Physical System)는 현실세계의 다양한 현상과 디지털 사이버 세계가 긴밀히 결합된 시스템으로, 모든 사물이 IoT 기반으로 연결되고 컴퓨팅과 물리세계가 융합되어 자동화 지능화 되는 것을 말한다. 3D 가상 모델 서버는 디지털트윈 시스템에서 구현된 선박 또는 부품을 시뮬레이션하기 위한 프로그램이 저장된다. 시뮬레이션을 통해 선박 또는 부품의 성능을 계산할 수 있다.The 3D virtual model server (CPS, Cyber Physical System) is a system in which various phenomena in the real world and the digital cyber world are closely combined. The 3D virtual model server stores programs for simulating ships or parts implemented in the digital twin system. The performance of a ship or part can be calculated through simulation.
디지털트윈 시스템(140)은 개발 부품을 모사하여 시뮬레이션 되며, 추진기 HIL 시스템(141) 등과 연계되어, 하나 이상의 추진기 시스템을 시뮬레이션이 진행될 수 있다. 또한 디지털트윈 시스템은 기존의 AC 배전시스템과 정속발전기, DC 배전시스템과 가변속발전시스템 및 정속발전시스템을 구현하고, AC 배전 단독 사용 또는 DC 배전 단독이 가능한 하이브리드 AC DC 배전 시스템의 전기적 특성을 검증한다.The
HIL(Hardware in the Loop) 시스템은 시스템 하드웨어 없이 임베디드 코드에 대한 테스트를 시작할 수 있는 실시간 시뮬레이션이다. HIL 시스템을 이용하면, 개발 중인 코드가 사양 내에서 작동하지 않을 경우에 하드웨어를 손상시킬 수 있는 비정상 및 고장 상태를 테스트할 수 있게 된다. 이를 통해 개발 중인 부품의 형상 이상과 입력에 따른 동작 이상 등을 테스트 할 수 있다.Hardware in the Loop (HIL) systems are real-time simulations that can initiate testing of embedded code without system hardware. HIL systems allow testing of anomalies and failure conditions that can damage hardware if the code under development does not operate within specification. Through this, it is possible to test the abnormality of the shape of the part under development and the abnormal operation according to the input.
원격제어시스템(120)은 통신장치(110)를 통해 실증용 선박(200)을 원격으로 제어한다. 선박(200)은 원격제어시스템을 통해 운전되며, 운전에 따른 항해데이터는 서버시스템(130)에 저장된다. 서버시스템(130)에 저장된 항해데이터는 디지털트윈 시스템(140)에 입력되며, 모사된 선박 또는 부품은 항해데이터에 따른 부하를 입력받아 출력값이 도출된다. 도출된 출력값은 서버시스템(130)에 저장되되, 원격제어시스템(120)은 도출된 출력값을 바탕으로 선박의 운전신호를 생성한다.The
선박(200)은 설정된 운항노선을 따라 이동하되, 개발되는 선박(200) 및 부품의 출력값에 따라 기계적, 전기적 운전 특정을 파악할 수 있다. 설정된 운항노선은 개발되는 선박 및 부품에 따라 항해 노선 및 항해 시간 등이 변경되며, 이로 인한 연료소모량, 배출가스 등을 측정하여 경제적 환경적 통합 실증과 생애전주기 평가(LCA, Life Cycle Assessment)를 사용자, 설계자, 선주 등에 제시할 수 있다.The
이에 본 발명은 통신시스템을 통해 육상과 해상에서 동시에 실증시험이 가능하며, 개발된 모사 부분을 실제의 제품과 연계하는 디지털트윈 기술의 접목을 통해 육해상 디지털트윈 통합실증 또한 가능하다.Therefore, the present invention can be simultaneously demonstrated on land and at sea through a communication system, and integrated demonstration of land and sea digital twins is also possible through the grafting of digital twin technology that links developed simulated parts with actual products.
본 발명은 통신시스템이 구현된 통합제어시스템(모니터링, 기록, 알람, 원격 제어)을 통해 해상 환경의 실제 Load Profile을 적용하고 실제 발전기(MDO, MGO, VLSFO, ULSFO, LPG, LNG 등의 적용가능), 실제 배터리, 실제 연료전지, 커패시터, 태양광, 풍력 등 및 시스템 설비(연료공급 시스템, 청수 냉각 시스템, 공기 압축기, 급기 장치, 전기 설비, 등)를 구축하고 적용이 가능하며 모사된 시스템과의 디지털트윈 연계 테스트가 가능하다.The present invention applies the actual load profile of the marine environment through an integrated control system (monitoring, recording, alarm, remote control) implemented with a communication system and can be applied to actual generators (MDO, MGO, VLSFO, ULSFO, LPG, LNG, etc.) ), actual batteries, actual fuel cells, capacitors, solar power, wind power, etc., and system facilities (fuel supply system, fresh water cooling system, air compressor, air supply device, electrical equipment, etc.) can be built and applied, and the simulated system and of digital twin linkage test is possible.
도 2는 해상 실증용 선박의 구성도이다. 실증용 선박은 실제 해상운전이 가능한 선박이며, 기계식 추진시스템, 전기추진시스템, 하이브리드 추진시스템 등의 다양한 추진시스템 중 어느 하나의 추진시스템을 갖는다.2 is a configuration diagram of a marine demonstration vessel. The vessel for demonstration is a vessel capable of actual sea operation, and has any one of various propulsion systems such as a mechanical propulsion system, an electric propulsion system, and a hybrid propulsion system.
도 2를 참고하면, 실증용 선박(200)은 육상센터(100)로부터 선박의 원격제어신호를 받아 선박운전제어기(220)를 통해 원격으로 제어된다. 실증용 선박(200)은 선박의 조타(221), 엔진(222), 및 배터리(223)를 제어하는 운전제어기(220), 및 전박전력현황모니터부(211), 전력변환장치모니터부(212), 모터상태모니터부(213), 및 배터리상태모니터부(241)를 통해 데이터를 수집하는 데이터 수집장치(210)를 포함하며, 상기 육상센서(100)로부터 운전신호를 전달받아, 수집된 데이터를 전송하는 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 2 , the
데이터 수집장치(210)는 선박 내에 배치된 모니터링장치를 통해 선박용 레이다 화면, GPS 위치 정보, 선박 AIS 정보, 모션센서, CCTV화면, 선박 전력 현황, 전력 변환장치 상태, 전기추진모터 상태, 및 배터리 상태 등을 수집한다. 수집된 데이터는 육상센터로 전송된다.The
선박운전 제어기(220)는 육상센터(100)로부터 신호를 수신받아 선박의 운전방향, 운전속도, 모터제어, 및 전력 등을 제어한다. 또한, 선박운전 제어기는 선박의 다양한 발전원 및 전력원을 제어한다. 일 예로 선박 내에 배치된 배터리, 연료전지, 태양광 발전기 등의 구성을 제어하여 선박내의 전력공급을 원활히 할 수 있다.The
이때, 해상의 선박은 육상센터로부터 원격제어됨으로 연결성이 중요하다. 선박과 육상센터에 배치되는 통신장치는 극단초음파장치(UHF, Ultra-High Frequency) 및 이동통신장치(LTE, Long-term evolution), 와이파이(Wi-fi, Wireless fidelity) 등를 구비하여 통신 이중화를 구성한다. 통신 이중화를 통해 데이터 송수신의 안정성을 높일 수 있다.At this time, connectivity is important because ships on the sea are remotely controlled from the onshore center. Communication devices deployed in ships and onshore centers are equipped with ultra-high frequency (UHF), mobile communication devices (LTE, long-term evolution), and Wi-Fi (Wireless fidelity) to form communication redundancy. do. It is possible to increase the stability of data transmission and reception through communication redundancy.
도 3은 전기추진시스템의 구성도이다. 전기추진시스템을 포함하는 선박을 예시로 한 것으로 적용되는 추진시스템의 종류는 변경될 수 있으며, 추진시스템의 종류에 따라 데이터 수집장치 및 선박 제어방식 등이 변경될 수 있다. 도 3을 참고하면, 전기추진시스템(300)을 포함하는 선박은 전기추진시스템 관련 실증 연구장비가 배치된다. 전기추진시스템 관련 실증 연구장비는 발전시스템(310), 제어시스템(320), 추진시스템(330), 연료공급 시스템(340), 부하 장치(350), AC배전 시스템(360), 및 DC배전 시스템(370), 배터리 시스템(380), 냉각 시스템(390) 및 엔진성능 측정시스템(3100) 등을 포함한다.3 is a configuration diagram of an electric propulsion system. A ship including an electric propulsion system is taken as an example, and the type of propulsion system applied may be changed, and the data collection device and the ship control method may be changed according to the type of propulsion system. Referring to FIG. 3 , a ship including an
발전시스템(310)은 동력원을 연계하여 특성을 시험한다. 예를 들어 동력원은 연료전지, 배터리 시스템, 디젤 발전기, LPG 발전기 등이 있다. 동력 시뮬레이터를 이용하여 전력 특성을 시험한다. 제어시스템은(320) PMS(Power Management System)와 EMS(Engine management System) 제어 알고리즘을 개발 및 성능을 시험한다. 또한 전기추진시스템과 연동되어 전력품질을 시험한다. 추진시스템(330)은 추진용 인버터 성능을 시험하며, 추진 시스템의 통합성능을 시험한다. 또한 추진용 모터 성능 및 효율을 시험한다. 이때 모터의 입출력 신호를 실증용 선박으로 송신하여 육해상 통합실증을 실시한다.The
AC배전 시스템(360)은 교류배전계통 전력 특성을 시험 및 분석한다. 또한, 고장모드별 교류전력계통 성능을 시험하며, 교류 전기추진계통 성능을 시험한다. DC배전 시스템(370)은 직류배전계통의 전력 특성을 시험 및 분석한다. 또한 고장모드별 직류전력계통 성능을 시험하며, 직류 전기추진계통 성능을 시험한다. 요구되는 선박 내에 적용되는 시스템을 비교할 수 있도록 성능을 제시하며, 고장모드별 성능시험을 통해 대처 방향을 미리 수립할 수 있다.The
본 발명은 모니터링, 기록, 알람 및 제어 시스템을 포함하는 통합제어시스템이 구비되고, 하이브리드 전기추진시스템 시험설비와 하이브리드 교류, 직류 배전 시스템 등이 적용된다. 또한 PMS(Power Management System)과 하이브리드 정속/가변속 발전기를 포함하는 직류 또는 교류발전기가 적용된다. 또한, 전력원으로 연료전지 시스템, 배터리 시스템, 부하 시험 장치, 환경 시험장치, 모사된 전기추진시스템 제어기, 모사된 전기추진시스템 등을 포함한다.In the present invention, an integrated control system including a monitoring, recording, alarm and control system is provided, and a hybrid electric propulsion system test facility and a hybrid AC/DC distribution system are applied. In addition, a DC or AC generator including a power management system (PMS) and a hybrid constant speed / variable speed generator is applied. In addition, as a power source, a fuel cell system, a battery system, a load test device, an environment test device, a simulated electric propulsion system controller, and a simulated electric propulsion system are included.
도 4는 전기추진 시스템 실증 테스트 베드 구성도이다. 도 4를 참고하면, 전기추진 시스템을 갖는 선박의 모터는 유도전동기 뿐만이 아니라 직류전동기 영구자석 동기전동기 등으로 구성되며, 전력원으로부터 전력을 공급받아 작동된다. 본 발명은 시스템의 효율 검증을 위해 기존의 AC 배전시스템과 정속발전기 대비 AFE(Active Front-End) 정류기를 이용하는 DC 배전시스템과 가변속 발전시스템을 동일한 사양을 통해 1:1 비교가 가능하도록 구현하여 전기적 특정을 검증 할 수 있다.4 is a configuration diagram of an electric propulsion system demonstration test bed. Referring to FIG. 4, a motor of a ship having an electric propulsion system is composed of an induction motor as well as a DC motor, a permanent magnet synchronous motor, and the like, and is operated by receiving power from a power source. In order to verify the efficiency of the system, the present invention implements a 1:1 comparison between a DC distribution system using an Active Front-End (AFE) rectifier and a variable speed power generation system using the same specifications compared to the existing AC distribution system and constant speed generator, thereby enabling electrical specific can be verified.
정속발전기에서 교류전력이 생성되며, AC보드(440)와 연결된다. 모터(460)는 AC보드(440)와 연결되어 작동된다. 가변속발전기에서 교류전력이 생성되며, AFE 정류기, 컨버터(420)를 통해 직류전력으로 변환되어 DC보드(430)와 연결된다. 모터(460)는 DC보드(430)와 연결되되, 인버터(450)를 통하여 AC 전력을 전달받아 작동된다. 도시된 구성을 통해 전력시스템의 구성에 따라 전기적 특성을 비교하여 검증할 수 있다.AC power is generated from the constant speed generator and is connected to the
AFE방식은 발전기에서 생산된 교류전력을 능동적으로 제어하여 직류로 변환하며, 정류기의 제어를 위해 IGBT, MOSFET, GTO 등의 on/off 제어가 가능한 전력용 스위치를 사용한다.The AFE method actively controls the AC power produced by the generator and converts it into DC, and uses power switches capable of on/off control such as IGBT, MOSFET, and GTO to control the rectifier.
또한, 본 발명의 실증 테스트 베드는 하나 이상의 전력원이 배치되어 효율 및 전기적 특성을 검증할 수 있다. 배터리(411), 디젤 발전기(412,413), 및 LPG발전기(414) 등이 동력원으로 배치되어 비교 평가된다.In addition, in the demonstration test bed of the present invention, one or more power sources are arranged to verify efficiency and electrical characteristics. The
비교평가를 위해 하나 이상의 모터가 배치되며, 각각의 모터는 다양한 동력원 중 하나의 동력원으로부터 동력을 전달받아 효율 및 전기적 특정을 검증할 수 있다. 이때, 컨버터와 인버터를 이용하여 DC 배전 시스템 및 AC 배전 시스템를 활용하여 다양한 조건에서 실증이 진행된다.One or more motors are arranged for comparative evaluation, and each motor receives power from one of various power sources to verify efficiency and electrical characteristics. At this time, the demonstration is conducted under various conditions by utilizing a DC distribution system and an AC distribution system using a converter and an inverter.
모터와 연결되는 구성은 위 설명과 동일하되, 배터리는 배전시스템과 연결되어 모터에 전력을 전달하며, LPG 엔진 발전기는 컨버터를 통해 변환되어 배전시스템과 접속한다. The configuration connected to the motor is the same as described above, but the battery is connected to the distribution system to deliver power to the motor, and the LPG engine generator is converted through a converter and connected to the distribution system.
도 5는 선박용 엔진관련 연구장비의 구성도이다. 도 5를 참고하면, 선박용 엔진(500)에서 발생되는 배기가스는 배출유닛(540)을 통해 배출되되, 배출유닛(540)과 연결된 배관에 혼합 및 주입유닛(510)이 배치된다. 혼합 및 주입유닛(510)은 연결된 펌프유닛(510)을 통해 환원재를 공급받아 배기가스가 저감된다. 이때, 배출유닛(510)은 촉매제가 더 배치되어 배기가스를 저감할 수 있으며, 혼합 및 주입유닛(510)과 배출유닛(540)은 전력 공급유닛(530)과 연결되어 작동된다.5 is a configuration diagram of research equipment related to a marine engine. Referring to FIG. 5 , the exhaust gas generated from the
선박용 엔진은 배기후처리설비, 측정시스템, 보조기기시스템 및 디젤엔진시스템에 대하여 성능을 검증한다.For marine engines, performance is verified for exhaust aftertreatment facilities, measurement systems, auxiliary equipment systems, and diesel engine systems.
선박용 엔진은 엔진에서 배출되는 배기가스를 정화하는 배기후처리설비를 구비한다. EGCS(Exhaust Gas Cleaning System), SCR(Selective catalytic reduction), 및 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 등 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization) 대기환경 규제 관련 후처리설비의 성능을 시험 평가한다. 본 발명은 기존 보유 후처리설비를 활용하여 요소수, 촉매, Packing 등 다양한 기자재 성능 시험 및 비교시험을 수행한다.Marine engines are equipped with an exhaust post-processing facility that purifies exhaust gas discharged from the engine. Test and evaluate the performance of post-processing facilities related to air quality regulations of the International Maritime Organization (IMO), such as EGCS (Exhaust Gas Cleaning System), SCR (Selective catalytic reduction), and EGR (Exhaust Gas Recirculation). The present invention utilizes existing post-treatment facilities to perform various equipment performance tests and comparative tests such as urea water, catalyst, and packing.
또한, 엔진의 보조기기시스템에 대해 성능 등을 비교 평가한다. 예를 들어 선박용 엔진 쿨링 시스템 관련 각종 기자재 성능을 시험 평가하며, EGCS(Exhaust Gas Cleaning System)와 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 수처리 시스템 성능등을 평가한다.In addition, the engine's auxiliary equipment system is compared and evaluated for its performance. For example, the performance of various equipment related to the marine engine cooling system is tested and evaluated, and the performance of the EGCS (Exhaust Gas Cleaning System) and EGR (Exhaust Gas Recirculation) water treatment system is evaluated.
엔진에 배치되는 측정시스템은 ISO 8178과 NOx technical code 기준에 따른 NDIR(적외선 비분산법, non-dispersive infrared), CLD(화학발광법, Chemi-luminescent Detection) 및 FTIR(푸리에 변환 적외선, Fourier transform infrared) 측정방식의 다양한 장비 등을 활용하여 엔진 및 관련 기자개를 평가 및 공인시험을 수행한다. 이를 통해 연료소모량에 따른 엔진 성능 측정과 배출 가스량 및 기자재 성능 등을 평가한다.The measurement system placed in the engine is NDIR (non-dispersive infrared), CLD (Chemi-luminescent Detection) and FTIR (Fourier transform infrared) according to ISO 8178 and NOx technical code standards. ) Performs engine and related equipment evaluation and certification tests using various equipment of measurement method. Through this, the engine performance is measured according to the amount of fuel consumed, and the amount of exhaust gas and equipment performance are evaluated.
선박용 디젤 엔진을 활용한 엔진 부속 및 관련 기자재 성능 시험을 진행하는 디젤엔진시스템을 포함한다. NTC Scheme-B 성능시험 수행 기능 및 선박기관실 유사 조건을 통한 실증시험 등을 진행한다.It includes a diesel engine system that conducts engine parts and related equipment performance tests using marine diesel engines. Proceed with NTC Scheme-B performance test performance function and demonstration test through similar conditions in ship engine room.
도 6은 본 발명의 순서도이다. 도 6을 참고하면, 본 발명은 상기 설명한 디지털트윈 실증시스템을 통해 실시되는 디지털트윈 실증방법을 포함한다. 디지털트윈 시스템을 통해 선박 또는 선박의 부품을 모사하는 모사단계(S1), 통신장치를 통해 모사된 선박 또는 부품과 선박이 연계되는 연계단계(S2), 육상센터는 운항신호를 생성하고 선박을 원격으로 제어하는 선박제어단계(S3), 육상센터는 선박의 센서로부터 항해데이터를 수집하는 항해데이터 수집단계(S4), 및 디지털트윈 시스템은 수집된 항해데이터를 입력받고, 선박 또는 부품의 결과값을 도출하는 데이터 도출단계(S5)를 포함한다.6 is a flowchart of the present invention. Referring to FIG. 6, the present invention includes a digital twin verification method implemented through the digital twin verification system described above. A simulation step (S1) of replicating a ship or ship's parts through the digital twin system, a linkage step (S2) of linking the simulated ship or parts with the ship through a communication device (S2), and the onshore center generates a navigation signal and moves the ship remotely The ship control step (S3) controlled by the ship control, the navigation data collection step (S4) in which the land center collects navigation data from the ship's sensor, and the digital twin system receives the collected navigation data and outputs the result of the ship or parts. It includes a data derivation step (S5) to derive.
모사단계(S1)는 디지털트윈 시스템을 이용하여 개발 중인 선박 또는 선박의 부품을 모사한다. 디지털트윈 시스템은 단순히 형상화하는 것이 아닌 모사된 선박 또는 부품은 데이터를 입력받아 시뮬레이션 된다. 디지털트윈 시스템은 기존의 추진시스템과 제안되는 추진시스템을 모사할 수 있으며, 추진기 HIL 시스템과 연결되어 제안되는 선박 또는 부품이 이상이 있는지 확인 할 수 있다. 또한, 본 발명은 선박 및 부품에 한정하기 않고, 기존의 배전시스템과 제안되는 배전시스템을 모사할 수 있다.In the simulation step (S1), the ship or parts of the ship under development are simulated using the digital twin system. The digital twin system is not simply shaped, but simulated ships or parts are simulated by receiving data. The digital twin system can copy the existing propulsion system and the proposed propulsion system, and it can be connected to the propeller HIL system to check whether the proposed ship or parts are abnormal. In addition, the present invention is not limited to ships and parts, and can simulate existing power distribution systems and proposed power distribution systems.
연계단계(S2)는 실제 해상에 배치되는 실증용 선박과 디지털트윈 시스템을 포함하는 육상센터가 데이터를 서로 송수신되도록 통신장치를 통해 연결된다. 이때, 통신장치는 데이터 송수신의 안정성을 높이기 위해 극단초음파장치(UHF) 및 이동통신장치(LTE)를 구비한 통신 이중화를 구성한다.In the linking step (S2), the demonstration ship deployed on the actual sea and the land center including the digital twin system are connected through a communication device to transmit and receive data to each other. At this time, the communication device configures communication redundancy with an ultra-high frequency ultrasound device (UHF) and a mobile communication device (LTE) in order to increase the stability of data transmission and reception.
제어단계(S3)는 실증용 선박과 연결된 육상센터는 선박을 원격으로 제어할 수 있는 원격제어시스템 등을 포함하고 있다. 원격제어시스템을 통해 선박의 운전 신호를 송신하여 실증용 선박이 운항된다. 실증용 선박은 선박운전 제어기를 포함하고 있어, 수신된 신호에 의해 선박의 진행 방향, 진행 속도, 및 배터리 관리 등이 원격으로 제어된다.In the control step (S3), the onshore center connected to the demonstration vessel includes a remote control system capable of remotely controlling the vessel. The ship for demonstration is operated by transmitting the operation signal of the ship through the remote control system. The ship for demonstration includes a ship operation controller, and the ship's traveling direction, traveling speed, and battery management are remotely controlled by the received signal.
수집단계(S4)는 선박 내에 배치된 데이터 수집장치를 통해 원격운전에 대한 선박의 항해데이터와 전기추진시스템 데이터를 수집한다. 예를 들어, 선박의 전력 현황, 전력변환장치 상태, 모터 상태 및 배터리 상태 등을 수집하고, 서버시스템이 구비된 육상센터로 송신한다.In the collection step (S4), the ship's voyage data and electric propulsion system data for remote operation are collected through a data collection device disposed in the ship. For example, the ship's power status, power converter status, motor status, battery status, etc. are collected and transmitted to an onshore center equipped with a server system.
예를 들어, 원격제어시스템은 실증용 선박을 우측으로 회전되도록 제어신호를 송신하며, 선박의 선박운전 제어기에 의해 조타, 모터, 배터리 등의 제어장치가 우측으로 회전되도록 제어된다. 발생되는 부품의 부하, 연료소모량, 전력현황 등의 데이터를 수집하여, 육상센터의 서버시스템에 저장된다.For example, the remote control system transmits a control signal so that the demonstration vessel is rotated to the right, and control devices such as a steering wheel, a motor, and a battery are controlled to rotate to the right by a ship operation controller of the vessel. Data such as the load of generated parts, fuel consumption, and power status are collected and stored in the server system of the land center.
도출단계(S5)는 실증용 선박으로부터 수집된 데이터를 모사된 선박 또는 부품에 입력하여 부품의 결과값을 도출한다. 예를 들어, 서버시스템으로부터 실증용 선박의 해당 부품의 데이터를 받아 실증용 선박과 동일한 움직임을 요구하였을 때, 개발부품의 연료소모량, 전력현황 등을 수집하여 서버시스템에 저장된다. 즉 동일한 신호를 주었을 때 부품의 성능을 측정한다.In the derivation step (S5), the data collected from the demonstration vessel is input to the simulated vessel or parts to derive the result value of the part. For example, when receiving the data of the part of the demonstration vessel from the server system and requesting the same movement as the demonstration vessel, the fuel consumption and power status of the development part are collected and stored in the server system. That is, the performance of the component is measured when the same signal is given.
또한, 모사된 선박 또는 부품의 결과값 데이터를 바탕으로 실증용 선박의 운전신호를 생성하는 피드백 단계를 포함할 수 있다. 즉, 선박의 부품을 모사된 부품으로 변경한 것으로, 입력신호와 출력신호를 피드백하여 연계할 수 있다. 피드백을 통해 전체운항에 대한 데이터를 확인할 수 있으며, 이를 통해 보다 정확한 경제적, 환경적 비교가 가능한 장점이 있다.In addition, a feedback step of generating a driving signal of a demonstration vessel based on the result value data of the simulated vessel or parts may be included. That is, by changing the parts of the ship to the simulated parts, the input signal and the output signal can be fed back and linked. It is possible to check data on the entire operation through feedback, and through this, there is an advantage that more accurate economic and environmental comparison is possible.
평가단계(S6)는 실증용 선박으로부터 수집된 데이터와 모사된 선박 또는 부품의 결과값 데이터는 서버시스템에 저장되며, 저장된 데이터를 바탕으로 비교 평가된다. 이때, 실증용 선박과 개발 부품간의 비교로 제한하는 것이 아닌 서버시스템에 저장된 제1개발부품과 제2개발부품의 성능을 비교 평가할 수 있다.In the evaluation step (S6), the data collected from the demonstration vessel and the resultant data of the simulated vessel or parts are stored in the server system, and are compared and evaluated based on the stored data. At this time, it is possible to compare and evaluate the performance of the first development part and the second development part stored in the server system, not limited to the comparison between the demonstration vessel and the development part.
이를 통해 친환경 선박 및 스마트 선박에 적용되는 다양한 추진시스템을 실시간 선박 부하환경에 따른 기계적, 전기적 운전 특성을 파악하고, 연료소모량, 배출가스 측정을 통한 경제적 환경적 통합실증과 생애전주기 평가 검증을 위한 주요 자료를 사용자, 설계자, 선주 등에 제시할 수 있다.Through this, various propulsion systems applied to eco-friendly ships and smart ships are identified in terms of mechanical and electrical operation characteristics according to the real-time ship load environment, and economic and environmental integration demonstration and life cycle evaluation verification through fuel consumption and emission measurement Key data can be presented to users, designers, ship owners, etc.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.The present invention is not limited to the above embodiments, and the scope of application is diverse, and various modifications and implementations are possible without departing from the gist of the present invention claimed in the claims.
100 : 육상센터
110 : 통신장치 120 : 원격제어시스템
130 : 서버시스템 131 : 추진기시스템
200 : 실증용 추진 선박
210 : 데이터수집장치
211 : 선박전력현황모니터부 212 : 전력변환장치모니터부
213 : 모터상태모니터부 214 : 배터리상태모니터부
220 : 선박운전제어기
221 : 조타 222 : 모터제어부
223 : 배터리제어부
300 : 전기추진시스템
310 : 발전시스템 320 : 제어시스템
330 : 추진시스템 340 : 연료공급 시스템
350 : 부하장치 360 : AC배전 시스템
370 : DC배전 시스템 380 : 배터리 시스템
390 : 냉각 시스템 3100 : 엔진성능 측정 시스템
400 : 테스트베드
411 : 배터리 412, 413 : 디젤발전기
414 : LPG발전기 420 : 컨버터
430 : AC보드 440 : DC보드
450 : 인버터 460 : 모터
500 : 엔진
510 : 혼합 및 주입유닛 520 : 펌프유닛
530 : 전력 공급유닛 540 : 배출유닛100: athletics center
110: communication device 120: remote control system
130: server system 131: propulsion system
200: propulsion vessel for demonstration
210: data collection device
211: ship power status monitor unit 212: power converter monitor unit
213: motor status monitor unit 214: battery status monitor unit
220: ship operation controller
221: steering 222: motor control unit
223: battery control unit
300: electric propulsion system
310: power generation system 320: control system
330: propulsion system 340: fuel supply system
350: load device 360: AC distribution system
370: DC distribution system 380: battery system
390: cooling system 3100: engine performance measurement system
400: test bed
411:
414: LPG generator 420: converter
430: AC board 440: DC board
450: inverter 460: motor
500: engine
510: mixing and injection unit 520: pump unit
530: power supply unit 540: discharge unit
Claims (11)
상기 선박과 연결되어 데이터를 송수신하는 통신장치, 상기 선박의 운전을 원격으로 제어하는 원격제어시스템, 원격으로 제어된 선박으로부터 항해 데이터를 수신받아 데이터를 저장하고 모사된 선박 또는 선박의 부품을 평가하는 평가부를 포함하는 서버시스템, 및 선박 또는 선박의 부품과 배전시스템을 모사하고, 항해 데이터를 입력받아 운전되는 디지털트윈 시스템을 포함하는 육상센터;를 포함하고,
상기 디지털트윈 시스템은 서로 다른 추진시스템을 갖는 하나 이상의 선박을 모사하고, 모사된 추진시스템을 형상 이상 및 동작 이상을 시뮬레이션하는 추진기 HIL 시스템을 포함하고,
상기 평가부는 추진시스템 별 평가 데이터를 입력받아 성능을 비교하며, 추진시스템 별 연료소모량 또는 배출가스량을 입력받아 비교 평가하는 성능 비교부를 포함하고,
기존의 AC 배전시스템과 정속발전기 대비 DC 배전시스템과 가변속발전시스템을 1:1 비교가 가능하도록 동일한 사양으로 모사하여 전기적 특성을 검증하는 것을 특징으로 하는 디지털트윈 실증시스템.
A ship including an operation controller that receives operation signals from the land and controls the ship's steering, engine, power source, and power source, and a data collection device that collects the ship's voyage data, the state of the ship's power converter, and the current state of the ship's power;
A communication device connected to the ship to transmit and receive data, a remote control system for remotely controlling the operation of the ship, receiving voyage data from the remotely controlled ship, storing the data, and evaluating the simulated ship or ship's parts A server system including an evaluation unit, and an onshore center including a digital twin system that simulates a ship or ship's parts and distribution system and operates by receiving voyage data;
The digital twin system includes a propeller HIL system that simulates one or more ships having different propulsion systems and simulates shape anomalies and motion anomalies of the simulated propulsion systems,
The evaluation unit includes a performance comparison unit that receives evaluation data for each propulsion system and compares performance, and receives and compares and evaluates fuel consumption or exhaust gas for each propulsion system,
A digital twin demonstration system characterized by verifying the electrical characteristics by replicating the DC distribution system and the variable speed power generation system with the same specifications to enable a 1: 1 comparison compared to the existing AC distribution system and constant speed generator.
상기 디지털트윈 시스템은 AC 배전 단독 사용 또는 DC 배전 단독이 가능한 하이브리드 AC DC 배전 시스템을 모사하여 전기적 특성을 검증하는 것을 특징으로 하는 디지털트윈 실증 시스템.
According to claim 1,
The digital twin system is a digital twin demonstration system, characterized in that the electrical characteristics are verified by simulating a hybrid AC DC power distribution system capable of using only AC power distribution or only DC power distribution.
상기 디지털트윈 시스템은
선박 내에 배치되는 배터리, 연료전지, 및 친환경 전력원 중 어느 하나를 전력원으로 모사하며,
상기 서버시스템은 전력원 별 평가데이터를 저장하는 것을 특징으로 하는 디지털트윈 실증시스템.
According to claim 1,
The digital twin system
Any one of a battery, a fuel cell, and an eco-friendly power source disposed in a ship is simulated as a power source,
The server system is a digital twin demonstration system, characterized in that for storing evaluation data for each power source.
상기 통신장치는 극단초음파장치 및 이동통신장치를 구비하여 통신 이중화를 구성하는 것을 특징으로 하는 디지털트윈 실증시스템.
According to claim 1,
The communication device is a digital twin demonstration system, characterized in that for configuring communication redundancy by having an extreme ultrasound device and a mobile communication device.
디지털트윈 시스템을 통해 선박 또는 선박의 부품을 모사하는 모사단계;
통신장치를 통해 모사된 선박 또는 부품과 선박이 연계되는 연계단계;
육상센터는 운항신호를 생성하고 선박을 원격으로 제어하는 제어단계;
육상센터는 선박의 센서로부터 항해데이터 및 전기추진 시스템 데이터를 수집하는 수집단계; 및
디지털트윈 시스템은 수집된 항해데이터 및 전기추진 시스템 데이터를 입력받고, 선박 또는 부품의 결과값을 도출하는 도출단계; 를 포함하는 디지털트윈 실증방법.
In the digital twin verification method including the digital twin verification system of claim 1,
A simulation step of simulating a ship or ship's parts through a digital twin system;
A connection step in which the simulated ship or parts and the ship are linked through a communication device;
A control step of generating an operation signal by the onshore center and remotely controlling the ship;
The land center collects navigation data and electric propulsion system data from the ship's sensors; and
The digital twin system includes a derivation step of receiving the collected voyage data and electric propulsion system data and deriving the result of the ship or parts; Digital twin verification method comprising a.
상기 디지털트윈 실증방법은
상기 도출단계 이후, 모사된 선박 또는 부품의 결과값을 비교 평가하는 평가단계를 포함하는 디지털트윈 실증방법.
According to claim 9,
The digital twin verification method
After the derivation step, a digital twin demonstration method comprising an evaluation step of comparing and evaluating the result of the simulated ship or part.
상기 디지털트윈 실증방법은
상기 모사단계에서 기존의 배전시스템과 제안되는 배전시스템을 모사하고,
상기 평가단계에서 기존의 배전시스템과 제안되는 배전시스템의 성능을 비교하는 것을 특징으로 하는 디지털트윈 실증방법.According to claim 10,
The digital twin verification method
In the simulation step, the existing power distribution system and the proposed power distribution system are copied,
Digital twin demonstration method, characterized in that for comparing the performance of the existing power distribution system and the proposed power distribution system in the evaluation step.
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KR102238184B1 (en) | 2020-08-24 | 2021-04-07 | 한국해양과학기술원 | Land basis test-bed system for considering ship behavior in the sea for reliability and safety assessment of marine batteries, fuel cells, hybrid propulsion systems including motors, convertors, inverters and so on |
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2022
- 2022-10-05 KR KR1020220127031A patent/KR102540514B1/en active IP Right Grant
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