KR20030083825A - 부양식 독내에서 대형선박을 제조하기 위한 자동 발라스트시스템 및 발라스트 제어방법 - Google Patents

부양식 독내에서 대형선박을 제조하기 위한 자동 발라스트시스템 및 발라스트 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 부양식 독에서 대형 선박을 건조하기 위한 자동 발라스트 시스템 및 발라스트 제어방법은 부양식 독내에 탑재된 모든 시설물들로 인한 하중, 부양식 독에 탑재되어 조립될 각 선체블럭들에 대한 정보 및 이들의 탑재순서와 위치에 대한 정보를 이용하여 시물레이션을 통해 부양식 독에 각 선체블럭들을 실제로 탑재할 때 발생될 수 있는 가능한 모든 조건들을 예측하여 전체적인 발라스트 제어플랜을 수립한 후, 부양식 독에 각 선체블럭들을 실제로 탑재시 발생되는 상황들을 계측한 값과 제어플랜에 따른 이론적인 값을 비교하며 부양식 독의 발라스트를 목표치에 맞게 조절한다.
이러한 시스템 및 방법을 통해 부양식 독에서 선박건조시 직진도를 유효범위내에서 유지할 수 있도록 해줌으로써, 기존에 드라이 독에서만 가능했던 대형선박의 건조를 바다위에 떠있는 부양식 독에서도 가능하게 된다.

Description

부양식 독내에서 대형선박을 제조하기 위한 자동 발라스트 시스템 및 발라스트 제어방법{Auto Ballast System and ballast control method for manufacturing large vessel in floating Dock}
본 발명은 부양식 독의 발라스트(ballast)를 조절하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 선박제작시에는 기준오차범위내의 직진도를 만족시켜야 하는데 이러한 기준오차범위를 만족시키면서 부양식 독내에서 대형 선박을 제작하기 위한 부양식 독의 발라스트 조절 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
독(Dock)은 선박을 건조 ·수리하기 위해서 조선소 ·항만 등에 건설된 설비로, 수심이 충분한 바다에 면한 곳에 선박의 출입이 가능할 정도의 길이 ·너비 ·깊이로 땅을 파서 바다와 연결시키고 측벽(側壁)과 바닥을 철근 콘크리트나 널말뚝으로 보강하고 입구에 문(dock gate)을 설치하는 건식독(dry dock) 및 단면이 凹자 모양인 강철제 상자로 내부에 많은 탱크를 가지며 여기에 물을 넣어 가라앉혀 배를 상자의 오목한 부분에 끌어넣은 다음 펌프로 탱크의 물을 배수하여 배를 실은 채 떠 오르는 부양식 독(floating dock)이 있다.
도 1은 종래 사용되는 부양식 독의 실시예를 나타내는 도면이다.
부양식 독은 단면이 凹자 모양인 강철제 상자로, 내부에 많은 탱크를 가지고 있다. 여기에 물을 넣어 가라앉히고, 배를 상자의 오목한 부분에 끌어넣은 다음 펌프로 배수하면 독은 배를 실은 채 떠오른다. 이러한 부양식 독은 주로 배를 해안까지 끌고 오지 않고 바다에서 바로 수리를 할 수 있도록 하기 위해 제작되어 사용되고 있다.
독(dock)은 공장에서 조립된 대형 선체블럭을 탑재하여 조립하는 곳으로, 대형 선박 제작을 위한 대형의 독을 바다위에 띄어놓고 그 일부분에 대형 선체블럭을 탑재하는 경우 해당 부분에 하중이 집중되어 독이 뒤틀리는 현상이 발생된다. 선박건조시 요구되는 선박의 직진도는 기준오차범위내로 이러한 직진도를 유지해가며 탑재되는 선체블럭들을 조립하여야 하는데, 대형 선체블럭을 단계적으로 탑재하는 경우 상술한 바와 같이 부양식 독에 발생되는 집중하중에 따른 부양식 독의 변형 때문에 해당 업계에서는 부양식 독내에서 드라이독에서와 같이 선체블럭을 단계적을 탑재 및 조립하는 방식의 대형 선박 건조는 불가능한 것으로 여겨지고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 부양식 독에 대형 선박 조립을 위한 선체블럭들을 단계적으로 탑재 및 조립시 선박의 직진도를 기준오차범위내에서 유지시킬 수 있도록 발라스트를 조절해주는 부양식 독의 자동 발라스트 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 상술한 자동 발라스트 시스템을 이용하여 부양식 독 내에서 대형 선박 제작이 가능하도록 부양식 독의 발라스트를 조절해주는 발라스트 제어방법을 제공함에 있다.
도 1은 종래 사용되는 부양식 독의 실시예를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 자동 발라스트 시스템(Auto Ballast System)의 구성을 간략하게 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 부양식 독의 발라스트 제어과정을 설명하기 위한 순서도.
도 4는 탱크제어플랜의 서브 제어를 설명하기 위한 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 센서부 11 : 디플렉션센서
12 : 탱크레벨게이지 13 : 드래프트센서
20 : 제어부 30 : 펌프/밸브
40 : 선체블럭
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동 발라스트 시스템은 부양식 독의 상태를 감지하는 센서부, 부양식 독에 선박 제작에 필요한 각 선체블럭들을 단계적으로 탑재할 때 발생될 수 있는 각 조건별로 부양식 독의 상태와 안전성을 계산하여 각 단계별 제어플랜 작성하고, 부양식 독에 실제 선체블럭들을 탑재시 센서부로부터의 계측값과 기 작성된 단계별 제어플랜에 근거하여 부양식 독의 수평정도가 기 설정된 목표치에 부합되도록 발라스트 양을 조절하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부 및 제어부의 제어신호에 따라 발라스트 탱크의 발라스트 유입 및 배수를 통제하는 발라스트조절부를 포함한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 발라스트 제어방법은 현재 부양식 독내 물품 정보를 입력받고 부양식의 상태를 체크하는 단계, 탑재하고자 하는 각 선체블럭들에 대한 정보 및 탑재순서와 위치에 따라 선체블럭을 부양식 독에 단계적으로 탑재할 때 발생될 수 있는 각 조건들에 대한 부양식 독의 변형정도를 예측하는 단계, 예측된 결과에 근거하여 기 설정된 발라스트 목표치에 부합되도록 선체블럭들의 탑재순서별로 발라스트 탱크들의 물 양을 조절하기 위한 탱크제어시퀀스를 작성하는 단계, 각 선체블럭을 실제 탑재시 기 작성된 제어시퀀스에 따라 발라스트 탱크의 펌프 및 밸브를 조절하여 기 설정된 목표치에 맞게 각 발라스트 탱크의 물량을 조절하는 단계로 이루어진다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 자동 발라스트 시스템(Auto Ballast System)의 구성을 간략하게 나타내는 구성도이다.
센서부(10)는 부양식 독(F/D)의 초기상태 및 공장에서 조립된 대형 선체블럭들을 부양식 독에 탑재시 발생되는 부양식 독의 상태변화를 체크하기 위해 부양식 독의 각 필요위치에 설치된다.
이러한 센서부(10)로, 부양식 독에 선체블럭들을 탑재시 부양식 독의 각 부위별 처짐 형상과 처짐 정도를 감지하기 위한 디플렉션센서(11), 발라스트 탱크안의 발라스트 양을 감지하는 탱크레벨게이지(12), 부양독에 선체블럭들을 탑재시 부양식 독의 각 부위별로 수평상태에 대하여 침하된 양이나 부상된 양을 감지하는 드래프트센서(13) 등이 사용되며, 이러한 센서들은 본 발명의 실시예들로 상술된 센서들에 한정되지 않고 부양식 독의 상태를 감지할 수 있는 어떠한 수단도 가능하다.
제어부(20)는 부양식 독에 탑재되어 조립될 각 선체블럭들에 대한 정보 및 탑재순서와 위치정보 등을 이용하여 선체블럭들이 부양식 독에 각각 탑재될 때 발생될 수 있는 단계별 상황들을 시물레이션하고 이를 근거로 발라스트 조절을 위한 제어플랜(PLAN)을 작성한다. 이때, 각 선체블럭들에 대한 정보 뿐만아니라 크레인과 같이 부양식 독에 기 설치되어 있는 장비들 및 유동적으로 변동되는 물품들에 대한 정보들도 가능한 모두 입력받아 이들로부터 발생되는 하중문제들도 함께 고려한다. 그리고 선체블럭들이 부양식 독에 탑재될 때 실제 발생되는 부양식 독의 변형정도, 침수정도 등을 센서부(10)를 통해 계측하고 계측된 값과 시물레이션을 통해 이론적으로 구한 값과 비교하며 펌프와 밸브를 제어하여 발라스트 탱크의 발라스트 양을 목표치에 부합되도록 조절한다.
펌프/밸브(30)는 제어부(20)의 제어신호에 따라 동작하여 발라스트 탱크에 발라스트를 유입시키거나 배수시킨다. 도 2에서의 펌프/밸브(30)는 실제로 도 2에서와 같이 설치되는 것이 아니라 설명의 편의를 위해 도시한 것이다. 발라스트 탱크들은 부양식 독의 센터를 기준으로 좌,우로 대칭이 되도록 다수개 설치되어 있으며 각각의 발라스트 탱크들은 독립된 방의 구조로 형성되어 발라스트 탱크에 유입된 발라스트가 서로 다른 발라스트 탱크로 이동되지 않도록 한다. 이러한 발라스트 탱크와 펌프/밸브(30)의 기능은 종래의 그것들과 동일하므로 이하 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명에 따른 부양식 독의 발라스트 제어과정을 설명하기 위한 순서도이다.
우선, 제어부(30)는 부양식 독에 기 탑재되어 있는 물품들 즉, 선체블럭들을 탑재 및 조립하는데 필요한 각종 시설재, 장비(크레인 등) 등에 대한 정보와 해당 물품들의 위치 정보를 입력받고, 센서부(10)를 통해 현재 부양식 독의 침수정도, 발라스트 탱크내의 발라스트 양 등의 상태정보를 제공받는다(단계 301).
그리고, 제어부(20)는 부양식 독에 탑재되어 조립될 선박의 각 선체블럭들에 대한 정보(무게, 길이, 폭, 높이 등) 및 각 선체블럭들이 탑재되는 순서와 위치에 대한 정보를 입력받아 이를 단계 301에서 입력받은 정보와 함께 이용하여 각 선체블럭 탑재과정에 대한 시물레이션을 실시하여 각 선체블럭의 탑재시에 발생될 수 있는 가능한 모든 상황들을 예측한다(단계 302). 즉, 첫번째 선체블럭을 부양식 독에 탑재하였을 경우, 부양식 독의 어느 위치에 어느 정도의 집중하중이 발생하며, 이로인해 부양식 독의 어느 위치가 어느 정도 변형(처침)이 되고 어느 위치가 어느 정도 물에 잠기거나 뜨게 되는지 등 부양식 독의 가능한 모든 변동상황을 계산한다. 그리고 첫번째 선체블럭이 탑재된 상태에서 다시 두번째 선체블럭을 부양식 독에 탑재하였을 경우, 첫번째 선체블럭과 더불어 역시 부양식 독에 어떠한 변동이 발생되는지를 계산한다. 이러한 과정은 모든 선체블럭들이 차례로 탑재될 때 마다 발생되는 상황에 대해 계산하게 된다. 물론 이러한 선체블럭 탑재과정만이 아니라 초기상태에서부터 진수까지 선박제작의 전 공정에 대한 시물레이션을 실시할 수 있다.
제어부(20)는 단계 302에서 선체블럭이 탑재되는 각 단계별로 계산된 값들을 이용하여 각 단계별로 어느 발라스트 탱크들을 조절해야 되며, 해당 발라스트 탱크들의 발라스트 조절량은 얼마로 해야 되는지를 결정하고 이로부터 각 선체블럭 탑재 단계별 제어플랜(PLAN)을 수립한다(단계 303).
이때, 보다 정밀도가 높은 시물레이션 및 제어플랜을 만들기 위해서는 부양식 독에 현재 탑재되어 있는 물품들에 대한 정보를 가능한 정확하게 입력하는 것이 중요하다. 이를 위해, 단계 301에서 기 탑재되어 있는 장비들에 대한 정보를 입력하여 활용하고 있으나, 단계 301의 입력단계에서 누락되었거나 실제 무게가 입력된 값과 차이가 발생할 수 도 있으며, 수시로 변하는 장비들의 경우 사전에 입력하는 것이 불가능하고, 디젤연료 등 소모성 재료 등의 경우 매번 그 무게가 바뀌게 될 수 있으므로 이러한 부가하중들에 대한 정보를 추가 입력하여 단계 303에서 수립된 플랜을 보정한다(단계 304).
단계 303 및 단계 304 과정이 완료되면, 수립된 제어플랜을 실제로 실시하는 과정에서는 각 단계별 제어플랜을 보다 세분하여 몇개의 서브 제어단계로 나누고 필요한 경우 제어량도 나누는 서브 제어플랜을 작성한다(단계 305). 즉, 단계 304에서 완료된 제어플랜에 따른 각 단계별 제어조건은 최종적인 조건이 되며, 이러한 조건을 만족시키기 위해 실제로는 조절대상 발라스트 탱크들을 몇개의 그룹으로 나누어 제어하거나 동일한 발라스트 탱크를 몇 부분으로 나누어 발라스트를 조절한다. 도 4는 이러한 서브 제어플랜을 설명하기 위한 도면이다. 도 4의 a는 단계304에서 완료된 어느 한 선체블럭 탑재 단계시 요구되는 발라스트 탱크들의 조건이며, 도 4의 b 내지 d는 a의 조건을 이루기 위한 중간 서브 제어단계들을 나타낸다. 이러한 서브 제어단계의 수는 더 늘어날 수 있다. 실제 부양식 독의 발라스트를 조절하기 위한 전체 제어플랜은 이러한 일련의 서브 제어플랜들을 이용하는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에서 중요한 것은 결국 각 단계별 보다 구체적으로는 서브 제어별 조절되는 해당 발라스트 탱크들의 레벨(발라스트 양)이 된다.
제어플랜이 수립되면, 제어부(20)는 선체블럭을 탑재하기 이전에 기 수립된 제어플랜에 근거하여 탑재될 선체블럭에 대응되는 조절대상 발라스트 탱크의 펌프/밸브(30)를 구동시켜 일정량의 발라스트를 배수시킨 후, 실제 선체블럭(40)을 기 설정된 순서에 따라 부양식 독의 기 설정된 위치에 크레인을 이용하여 탑재한다(단계 306).
선체블럭(40)의 탑재로 부양식 독의 해당 위치에 집중하중이 발생하고 이로 인해 부양식 독에 변형이 생기게 되면, 센서부(10)는 부양식 독의 각 위치별 하중, 변형정도 및 안정성 등을 감지하여 제어부(20)에 전송한다(단계 307). 즉, 디플렉션센서(11), 탱크레벨게이지(12) 및 드래프트센서(13)는 각각 부양식 독의 처짐형상과 처짐정도, 발라스트 탱크안의 발라스트 양, 부양식 독의 각 위치별 잠김정도 등을 감지하여 제어부(20)로 전송한다.
제어부(20)는 센서부(10)로부터 수신된 계측값과 시물레이션 결과에 의해 이론적으로 계산된 값의 차이가 기 설정된 범위를 벗어나는지 여부를 판단(단계 308)하여, 범위를 벗어나게 되면 그 차이를 오프셋(offset)으로 유지한 상태에서 기 수립된 제어플랜에 따라 해당 발라스트 탱크들의 펌프/밸브(30)를 제어하여 부양식독의 수평정도가 목표치에 부합되도록 발라스트를 미세조정을 한다(단계 309). 이러한 미세조정에 의해서도 목표치에 도달할 수 없을 경우에는 선체블럭(40)을 재 탑재할 수 있다.
계측값과 이론값의 차이가 기 설정된 범위내에 있으면, 제어부(20)는 해당 선체블럭(50)에 대한 발라스트 조절을 완료하며, 현재의 계측값은 피드백되어 다음 선체블럭 탑재시 공정에 반영된다(단계 310).
본 발명은 모든 발라스트 제어공정이 자동으로 이루어지는 과정을 설명하고 있으나, 별도의 제어콘솔(console)을 두어 작업자가 제어부(20)의 시물레이션 결과에 의한 전체 제어플랜에 따라 각 서브 제어 단계별로 해당 조절대상 발라스트 탱크들의 각 펌프/밸브(30)를 개별적으로 조작하거나 복수의 발라스트 탱크를 지정하여 동시에 조작하며 이를 모니터링 하도록 할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서는 제어부(20)가 하나의 컴퓨터로 이루어진 경우를 설명하고 있으나, 제어부(20)의 로드를 줄여 보다 원할하고 빠른 동작을 위해 제어부(20)를 듀얼로 구성할 수 있다. 즉, 제어부(20)로 마스터컴퓨터(21)와 백업컴퓨터(22)를 별개로 두어 선체블럭의 실제 탑재이전에 행해지는 시물레이션 및 제어플랜수립은 백업컴퓨터(22)에서 수행하고, 실제 선체블럭 탑재시의 부양식 독의 상태 계측, 발라스트 탱크의 제어 및 모니터링은 마스터컴퓨터(21)에서 수행되도록 할 수 있다. 물론 이들의 역할은 서로 교체가 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 자동 발라스트 시스템 및 제어방법은 시물레이션을 통해 부양식 독에 선체블럭들을 단계적으로 탑재할 때 발생될 수 있는 가능한 모든 조건들을 미리 계산하여 제어플랜을 작성하고 실제로 선체블럭들을 탑재시 이러한 제어플랜을 이용하여 직진도를 유효한 오차범위내에서 만족시켜줄 수 있도록 함으로써, 기존에 드라이 독에서만 가능했던 대형 선박의 건조를 바다위에 떠있는 부양식 독에서도 가능하도록 한다.

Claims (8)

  1. 부양식 독내에서 대형선박을 건조하기에 적합하도록 발라스트를 조절하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 부양식 독의 각종 상태를 감지하는 감지부;
    상기 부양식 독에 선박 제작에 필요한 각 선체블럭들을 단계적으로 탑재할 때 발생될 수 있는 각 조건별로 상기 부양식 독의 상태와 안전성을 계산하여 각 단계별 제어플랜 작성하고, 상기 부양식 독에 실제 선체블럭들을 탑재시 상기 센서부로부터의 계측값과 기 작성된 단계별 제어플랜에 근거하여 상기 부양식 독의 수평정도가 기 설정된 목표치에 부합되도록 발라스트 양을 조절하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부; 및
    상기 제어부의 제어신호에 따라 발라스트 탱크의 발라스트 유입 및 배수를 통제하는 발라스트조절부를 포함하는 자동 발라스트 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어부에 의한 선체블럭 탑재 단계별 제어플랜에 근거하여 작업자가 상기 발라스트조절부를 제어하고, 제어에 따른 상기 부양식 독의 상태를 모니터링하는 제어콘솔(console)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 발라스트 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는 각 선체블럭들의 탑재순서에 따라 각 선체블럭 탑재 단계별 조절대상 발라스트 탱크들 및 각 조절대상 발라스트 탱크들의 발라스트 양을 계산하여 제어플랜을 작성하는 것을 특징으로 하는 자동 발라스트 시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제어부는 각 선체블럭 탑재 단계별 제어플랜에 따른 상기 조절대상 발라스트 탱크들의 발라스트 양을 각 단계별 최종 조건으로 하고, 상기 조절대상 발라스트 탱크들을 다수의 그룹으로 나누거나 동일한 조절대상 발라스트 탱크를 다수의 부분으로 나누어 해당 조절대상 발라스트 탱크들의 발라스트 양을 제어하여 상기 각 단계별 최종 조건을 구현하는 것을 특징으로 하는 자동 발라스트 시스템.
  5. 부양식 독내에서 대형선박을 건조하기에 적합한 발라스트를 조절하기 위한 방법에 있어서,
    1) 현재 부양식 독내 물품 정보를 입력받고 부양식 독의 상태를 체크하는 단계;
    2) 탑재하고자 하는 각 선체블럭들에 대한 정보 및 탑재순서와 위치에 따라 선체블럭들을 상기 부양식 독에 단계적으로 탑재할 때 발생될 수 있는 각 조건들에 대한 부양식 독의 변형정도를 예측하는 단계;
    3) 단계 2)에서 예측된 결과에 근거하여 각 선체블럭들의 탑재 순서별로 상기 부양식 독의 발라스트 탱크들의 발라스트 양을 조절하기 위한 제어플랜를 작성하는 단계;
    4) 상기 부양식 독에 선체블럭을 탑재하고, 탑재에 따른 상기 부양식 독의 변동을 계측하는 단계; 및
    5) 단계 3)의 탱크제어플랜 및 단계 4)의 계측값에 근거하여 계측값과 기준값간의 오차가 발생하는 경우 목표치에 맞게 해당 발라스트 탱크의 발라스트 양을 조절하는 단계로 이루어지는 부양식 독의 발라스트 제어방법.
  6. 제 5항에 있어서, 단계 1)은 선체블럭이 탑재되기 전, 현재 부양식 독에 탑재되어 있는 가능한 모든 물품들에 대한 무게 및 위치정보와 각 발라스트 탱크들의 상태에 대한 정보를 입력받는 것을 특징으로 하는 부양식 독의 발라스트 제어방법.
  7. 제 5항에 있어서, 단계 3)은 각 선체블럭들의 탑재순서별로 해당 선체블럭 탑재에 대응되는 조절대상 발라스트 탱크들 및 각 조절대상 발라스트 탱크들의 발라스트 양을 산출하여 서브 제어플랜을 작성하고, 이러한 일련의 서브 제어플랜을 이용하여 전체 제어플랜을 작성하는 것을 특징으로 하는 부양식 독의 발리스트 제어방법.
  8. 제 6항에 있어서, 단계 5)는 선체블럭을 실제 탑재시 발라스트 탱크에 발라스트가 채워지는 속도 및 부양식 독이 물에 잠기는 속도를 체크하고 이를 단계 3)의 제어플랜에 따른 속도와 비교하여 해당 조절대상 발라스트 탱크의 발라스트 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 부양식 독의 발라스트 제어방법.
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