KR20140052166A - 선박의 곡 외판 수율 향상을 위한 프리 네스팅 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선형 설계자가 심(SEAM)배치 후 강재수율을 판단하기 위해 거쳤던 수작업 과정 대신, 빠르고 정확하게 블록 단위의 곡 외판 네스팅(NESTING) 결과데이터를 제공하여 곡 외판 수율 향상과 설계시수 절감을 통하여 생산성을 향상시킬 수 있는 프리 네스팅(PRE-NESTING) 방법에 관한 것으로서, 그 구성은 선박의 곡 외판 수율 향상을 위한 점검을 목적으로 실시하는 프리 네스팅 방법에 있어서, 트라이본의 프리 네스팅 프로그램을 구동하여 키 플랜 및 블록 디비젼 도면을 바탕으로 트라이본의 곡 외판 심(Seam)을 배치하는 단계; 상기 프리 네스팅 프로그램을 통해 상기 배치된 심(Seam)을 기초로 하여 곡 외판을 전개하는 단계; 상기 프리 네스팅 프로그램의 구동에 의해 곡 외판의 프리 네스팅 작업을 수행하는 단계; 및 상기 프리 네스팅 작업의 수행 결과물을 참고하여 심(Seam) 배치 작업을 수정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 곡 외판 수율 향상을 위한 프리 네스팅 방법을 개시한다.

Description

선박의 곡 외판 수율 향상을 위한 프리 네스팅 방법{Pre nesting method for plate yield rate of vessel}

본 발명은 선박의 곡 외판 수율 향상을 위한 프리 네스팅 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선형 설계자가 심(SEAM)배치 후 강재수율을 판단하기 위해 거쳤던 수작업 과정 대신, 빠르고 정확하게 블록 단위의 곡 외판 네스팅(NESTING) 결과데이터를 제공하여 곡 외판 수율 향상과 설계시수 절감을 통하여 생산성을 향상시킬 수 있는 프리 네스팅(PRE-NESTING) 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 선체 설계팀의 선형 설계자가 키 플랜(Key-Plan) 도면과 수율(Yard)의 생산을 고려하여 선박의 길이방향으로 정의된 블록 분할(Block Division) 도면을 근거로 하여 곡 외판 심(Seam)을 배치한 뒤, 강재 수율을 점검하지 않으면 그대로 생산 현장에 적용되게 된다.

이러한 수율향상을 통한 자재절감을 목적으로 수율을 점검해야 한다. 또한, 부재절단을 위한 생산설계의 네스팅(Nesting) 도면 작성이 아닌, 곡 외판의 수율향상을 위한 점검의 목적으로 실시하는 네스팅(Nesting) 작업이 이루어져야 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래에는 선박의 전개된 많은 곡 외판들을 전개형상 만으로는 까다로운 곡면에 대해서 네스팅(Nesting) 형상을 짐작하기가 어려웠으며, 정확한 강재 수율을 계산해 심(Seam) 배치 개선을 하고자 도 2에서와 같이, 수작업으로 계산을 수행하고 있다.

이처럼 수율 향상 위한 심(Seam) 배치를 개선하기 위한 방법은 크게 두 가지로 나누어진다. 첫 번째로는 선박설계 툴인 트라이본(Tribon)을 이용하여 선체 곡 외관을 모델링하고, 곡 외판을 전개한 다음, 전개형상을 확인하고 수율을 계산하여 심(Seam) 배치를 개선하였다.

이러한 종래 방법은 설계자의 경험에 의존도가 높았으며, 수율 계산 및 심(Seam) 배치의 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.

두 번째로는 트라이본(Tribon)을 이용하여 선체 곡 외관을 모델링하고, 곡 외판을 전개한 다음, PLDB를 생성(부재화)하고, 트라이본 플레이트 네스팅을 실행한 후, 강재 수율을 확인하여 심(Seam) 배치를 개선하였다.

이러한 방법은 설계 목적에 부합되지 않는 다른 프로세스(Process)의 적용으로 불필요한 작업이 증가되는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허 10-2011-0056085(2011.05.26)

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은 선형 설계자가 심(SEAM)배치 후 강재수율을 판단하기 위해 거쳤던 수작업 과정 대신, 빠르고 정확하게 블록 단위의 곡 외판 프리 네스팅 결과를 전산화함으로써 곡 외판 수율 향상과 설계시수 절감을 통하여 생산성을 향상시킬 수 있는 선박의 곡 외판 수율 향상을 위한 프리 네스팅 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 선박의 곡 외판 수율 향상을 위한 점검을 목적으로 실시하는 프리 네스팅 방법에 있어서, 트라이본의 프리 네스팅 프로그램을 구동하여 키 플랜 및 블록 디비젼 도면을 바탕으로 트라이본의 곡 외판 심(Seam)을 배치하는 단계; 상기 프리 네스팅 프로그램을 통해 상기 배치된 심(Seam)을 기초로 하여 곡 외판을 전개하는 단계; 상기 프리 네스팅 프로그램의 구동에 의해 곡 외판의 프리 네스팅 작업을 수행하는 단계; 및 상기 프리 네스팅 작업의 수행 결과물을 참고하여 심(Seam) 배치 작업을 수정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 곡 외판 수율 향상을 위한 프리 네스팅 방법이 제공된다.

또한, 상기 프리 네스팅 작업은 트라이본의 곡 외판 모델의 전개 형상 정보를 추출하고, 상기 추출된 모델정보로부터 완성된 기하학적 정보를 바탕으로 각 플레이트를 최소 공간을 차지하도록 배치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전개 형상 정보는 단위 블록의 플레이트 단위로 추출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 추출된 모델정보로부터 완성된 기하학적 정보를 바탕으로 디폴트로 정해져 있는 강재 수율과 강재 규격을 통해 네스팅된 도면을 구성하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 선형 설계자가 심(SEAM)배치 후 강재수율을 판단하기 위해 거쳤던 수작업 과정 대신, 빠르고 정확하게 블록 단위의 곡 외판 네스팅(NESTING) 결과를 전산화함으로써 곡 외판 수율 향상과 설계시수 절감을 통하여 생산성을 향상시킬 수 있다.

특히, 본 발명은 네스팅 결과를 가상의 도면상에 표시하여 설계자가 네스팅 결과를 시각적으로 파악할 수 있다. 또한, 강재 사이즈 및 수율을 실시간으로 확인 가능하여 심 수정 작업이 용이하며, 강재 발주 중량의 정확성 증가로 인해 현장의 안정성을 확보할 수 있다.

도 1은 종래의 전개된 부재별 외판 배치도,
도 2는 종래의 전개된 부재 형상의 수작업 과정을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 따른 선박의 곡 외판 수율 향상을 위한 프리 네스팅 프로그램의 처리 과정을 나타낸 흐름도,
도 4는 모델 정보 추출 처리 과정을 나타낸 도면,
도 5는 곡 외관 네스팅 처리 과정을 나타낸 도면,
도 6은 공간상에서 최소면적을 차지하기 위한 모델회전 과정을 나타낸 도면,
도 7은 최소 면적을 차지하도록 배치된 부재의 예를 나타낸 도면,
도 8은 기준 수율에 따른 부재의 분류 과정을 나타낸 도면,
도 9는 기준 수율에 따른 네스팅 방식결정 과정을 나타낸 도면,
도 10은 모델 형상 분석을 위한 구획 분할 과정을 나타낸 도면,
도 11은 패턴에 따른 모델 형상 분류 과정을 나타낸 도면,
도 12는 대칭 부재의 생성과 회전 과정을 나타낸 도면,
도 13은 두 가지 결합방식과 최적 수율에 따른 배치방식 선택을 나타낸 도면
도 14는 원부재의 형상에 따른 총 결합방식 과정을 나타낸 도면,
도 15는 강재 네스팅의 제약 조건 과정을 나타낸 도면,
도 16은 서로 다른 부재의 결합 패턴 과정을 나타낸 도면,
도 17은 구현된 프로그램에서의 서로 다른 부재의 결합 및 네스팅 결과를 나타낸 도면,
도 18은 두 부재의 강제 폭 비교 과정을 과정을 나타낸 도면,
도 19는 각 부재의 형상에 따른 결합 방법을 나타낸 도면,
도 20은 프리-네스팅 프로그램 구동화면을 나타낸 도면,
도 21은 프리 네스팅 결과의 비교 검증을 나타낸 도면,
도 22는 프리 네스팅 결과의 비교 검증을 나타낸 도면이다.

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

본 발명의 기술적 특징은 선박설계 툴인 트라이본(Tribon)을 이용하여 선체 곡 외관을 모델링하고, 곡 외판을 전개한 다음, 프리-네스팅 프로그램을 실행하여 그 결과데이터를 바탕으로 수율 및 심(Seam) 배치를 개선하는데 있다.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 선박설계 툴인 트라이본(Tribon) 및 프리 네스팅 프로그램은 컴퓨터에 장착된 하드웨어의 장치와 소프트웨어의 프로그램이 유기적으로 결합되어 구동되는 CAD 또는 프로그로밍 형태를 말하며, 프리 네스팅이란 곡 외판의 수율 향상을 위한 점검을 목적으로 실시하는 네스팅 작업을 총칭한다.

도 3은 본 발명의 따른 선박의 곡 외판 수율 향상을 위한 프리 네스팅 프로그램의 처리 과정을 나타낸 흐름도이다.

먼저, 키 플랜 도면(구조 도면) 및 블록 디비젼 도면을 접수한 후(S110), 이를 바탕으로 트라이본의 곡 외판 심(Seam)을 배치하게 된다(S120).

그 상태에서 배치된 심(Seam)을 기초로 하여 곡 외판을 전개한 후(S130) 전개된 형상정보를 OGDB에 저장한다(S140).

다음, 프리 네스팅 프로그램의 구동에 의해 곡 외판의 프리 네스팅 작업을 수행하며(S150), 곡 외판의 수율을 확인한다(S160).

이때, 단계(S160)에서 곡 외판의 수율을 확인하였다면 구조생산의 설계 및 강재 취재를 수행하게 된다(S170).

이어서, 본 발명의 프리 네스팅 프로그램은 Visual C++를 기반으로 하며, 주요 프로세스(Process)를 간략하게 분석하면 다음과 같다.

<모델 정보 추출 프로세스>

도 4는 본 발명의 트라이본(Tribon)의 곡외판 모델의 전개 형상 정보를 추출하는 과정을 나타낸 것으로서 프로그램이 실행되면 현 시점의 트라이본 자료DB(OGDB) 내 전개 형상 정보를 단위 블록의 플레이트(plate) 단위로 추출하며, 이를 레다(Leda)와 오픈 케스케이드 라이브러리(Open Cascade library)를 기반으로 구현된 도면 기능(drawing function)으로 가시화하게 된다.

<곡 외판 네스팅 프로세스>

도 5에서는 추출된 모델 정보로부터 완성된 기하학적(geometry) 정보를 바탕으로 각 플레이트를 최소 공간을 차지하도록 배치한 후, 디폴트(default)로 정해져 있는 강재 수율과 강재 규격을 통해 네스팅된 도면을 구성한다.

또한, 네스팅(nesting)된 상태로부터 강재수율, 네스팅 타입(C/M, C/C), 강재규격, 강재 무게를 계산하여 제공한다.

<곡 외판의 배치 및 네스팅 프로세스>

본 발명의 곡 외판 기본 배치는 설계자가 모델링한 모델 그 자체는 모델을 포함하는 최소 사각 바운더리(boundary)가 공간상에서 차지하는 면적이 최소가 되게끔 배치되어 있지 않다. 따라서 네스팅을 수행하고자 할 때 첫 번째 단계로 모델이 공간상에서 최소 면적을 차지하도록 배치시켜야 한다.

도 6에서는 같은 형상의 모델이 공간상에서 어떻게 배치되느냐에 따라서 면적 또한 달라짐을 보여주며, 도 7에서는 최소 면적을 차지하도록 배치된 부재의 예를 나타낸다.

또한, 최소 기준 수율의 만족 여부 판단은 기본적으로 단독 부재의 강재 수율이 70%를 넘지 못하면, C/C 방식으로 네스팅하고, 그 이상인 경우에는 C/M 방식으로 네스팅 하도록 하였다. 기준이 되는 강재 수율을 사용자가 언제든지 변경이 가능하며, 그에 따라 변경된 연산으로 다른 결과를 제공하게 된다.

도 8은 기준 수율을 만족하는 부재와 기준 수율을 만족하지 못하는 부재의 예를 보여주고 있으며, 이 두 가지 경우에 따라 다른 네스팅 방식이 적용되어야 한다.

또한, 수율을 최적화한 부재 네스팅은 기준 수율을 만족하는 경우에는 하나의 강재에 하나의 부재가 네스팅될 것이고, 기준 수율을 만족시키지 못하는 경우에는 대칭이 되는 두 부재를 알맞게 배치하여 네스팅하는 과정이 필요하게 된다. 도 9는 기준 수율에 따른 네스팅 방식 결정을 나타낸 도면이다.

한편, 본 발명에 의한 프리 네스팅 프로그램의 형상의 분석 과정과 제약 조건은 1) 대칭부재의 C/C 네스팅 과정, 2) 네스팅 제약 조건, 3) 서로 다른 부재의 네스팅 과정이 속한다.

먼저, 1) 대칭부재의 C/C 네스팅 과정은 곡 외판의 경우에는 기타의 내부재와 달리 도 10에서와 같이 3각, 4각, 5각형의 부재만 존재한다. 따라서 비교적 쉽게 그 형상을 파악할 수 있는데, 본 발명에서는 다음과 같은 방법으로 형상의 패턴을 분석하였다.

최소 공간을 차지하도록 배치된 부재가 주어지면 부재를 포함하는 사각형 바운더리(boundary)를 생성한다. 이렇게 생성된 바운더리를 4개의 사분면으로 분할하고, 각 사분면과 부재가 만나는 면적을 계산하여, 총 4개의 면적을 비교하게 된다. 4개의 면적 중 가장 작은 면적을 차지하는 부분으로 형상이 가장 많이 잘려있다고 생각할 수 있으며, 이에 따라 부재는 도 11과 같이 총 4가지의 형상으로 크게 분류될 수 있다.

예를 들어, 첫 번째 패턴과 같이 부재가 1사분면 공간에서 가장 많이 잘려있는 경우에는 다음 과정을 통해 네스팅이 진행된다. 우선, 도 12에서와 같이 패턴과 상관없이 단독 부재로부터 똑같은 부재를 생성하고, 생성된 부재를 카운터클락와이즈(Counterclockwise)로 180도 회전시키게 된다.

즉, 초기 부재와 복제된 부재는 도 13과 같이 두 개의 방향에서 결합될 수 있다. 비록 부재가 1사분면 방향에서 많이 잘려있다고 해도, 잘린 에지(edge)의 각도에 따라서 결합 방식이 달라질 수 있으며, 실제로 추출되는 강재 수율도 달라지게 된다.

그러나 본 발명에서는 에지의 각도와 형태를 따지기보다는 두 가지 경우에 대한 연산 과정을 모두 수행 후, 그 중에서 강재 수율과 강재의 폭을 최대로 만족시키는 경우를 선택하는 간단한 방법으로 접근하였다.

따라서 총 4개의 패턴에 따라 대칭 부재의 결합 방식이 각각 두 가지씩 존재할 수 있고, 도 14와 같이 크게 8개의 결합 방식으로 정리될 수 있다. 이와 같은 방법은 네스팅 알고리즘을 사용한 것과 비교해 결과 값에서 어느 정도 차이를 나타낼 수 있으나, 실제로 설계자가 네스팅을 할 때 판단하는 과정과 크게 다르지 않다고 보여지게 된다.

한편, 2) 네스팅 제약 조건은 네스팅을 수행할 때, 도 15와 같이 강재와 부재 사이의 간격은 15mm, 타 부재와의 간격은 7mm, 강재의 폭은 3,800mm 미만이라는 제약 조건 하에서 네스팅을 수행하게 된다. 따라서 본 발명에서도 다음과 같은 제약조건 하에서 알고리즘을 적용하여 가상 네스팅을 수행하였다.

마지막으로, 3) 서로 다른 부재의 네스팅 과정은 특정 부재에 대해 네스팅(Nesting)이 수행되면 기본적으로 C/M 네스팅 또는 C/C 네스팅을 수행한다. 그러나 네스팅을 수행할 때 항상 대칭 부재만을 활용하는 것이 아니라, 서로 다른 형상의 부재들을 네스팅하는 경우도 빈번히 발생한다.

따라서 본 발명에서는 도 16과 같이 다른 형상의 부재들을 네스팅할 수 있는 기능을 추가하였고, 현재는 두 개의 부재만을 네스팅이 가능하나, 추후에 그 이상의 부재를 네스팅할 수 있는 기능으로 확장이 가능하다.

또한, 해당 기능 구현을 위한 알고리즘은 도 17에서와 같이 첫 번째로, 두 개의 부재를 최소 공간을 차지하도록 배치한 후, 두 부재의 폭을 비교한다. 본 발명의 알고리즘에서는 도 18에서와 같이 두 부재 중 폭이 큰 부재를 중심으로 작은 폭을 가진 부재가 결합되는 방식을 취하였다.

큰 폭과 작은 폭의 부재들의 형상 패턴은 분할을 통해 4종류로 분리될 수 있으며, 두 부재의 형상에 따라서 각기 다른 방식으로 결합되게 된다. 도 19와 같이 큰 폭의 부재가 1사분면 방향에서 많이 잘려 있는 패턴의 경우 작은 폭의 부재들은 점선에서와 같이 4가지 패턴에 따라 각기 다른 방법으로 방향 전환이 필요하다. 결국 작은 폭의 부재를 방향 전환하는 이유는 결과물과 같은 배치를 하기 위함이며, 본 발명의 알고리즘에서는 총 16개의 패턴을 가지게 된다.

따라서 본 발명에 따르면, 도 20에서와 같이 프리 네스팅 결과를 가상의 도면상에 표시하여 설계자가 네스팅 결과를 시각적으로 파악할 수 있다. 또한, 도 21에서와 같이 프리 네스팅 결과를 절단도면과 비교함으로써 강재 사이즈 및 수율을 실시간으로 확인 가능하여 심 수정 작업이 용이하게 진행할 수 있다.

상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

Claims (4)

1. 선박의 곡 외판 수율 향상을 위한 점검을 목적으로 실시하는 프리 네스팅 방법에 있어서,
   트라이본의 프리 네스팅 프로그램을 구동하여 키 플랜 및 블록 디비젼 도면을 바탕으로 트라이본의 곡 외판 심(Seam)을 배치하는 단계;
   상기 프리 네스팅 프로그램을 통해 상기 배치된 심(Seam)을 기초로 하여 곡 외판을 전개하는 단계;
   상기 프리 네스팅 프로그램의 구동에 의해 곡 외판의 프리 네스팅 작업을 수행하는 단계; 및
   상기 프리 네스팅 작업의 수행 결과물을 참고하여 심(Seam) 배치 작업을 수정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 곡 외판 수율 향상을 위한 프리 네스팅 방법.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 프리 네스팅 작업은 트라이본의 곡 외판 모델의 전개 형상 정보를 추출하고, 상기 추출된 모델정보로부터 완성된 기하학적 정보를 바탕으로 각 플레이트를 최소 공간을 차지하도록 배치하는 것을 특징으로 하는 선박의 곡 외판 수율 향상을 위한 프리 네스팅 방법.
   
3. 제 2항에 있어서, 상기 전개 형상 정보는 단위 블록의 플레이트 단위로 추출하는 것을 특징으로 하는 선박의 곡 외판 수율 향상을 위한 프리 네스팅 방법.
   
4. 제 2항에 있어서, 상기 추출된 모델정보로부터 완성된 기하학적 정보를 바탕으로 디폴트로 정해져 있는 강재 수율과 강재 규격을 통해 네스팅된 도면을 구성하는 것을 특징으로 하는 선박의 곡 외판 수율 향상을 위한 프리 네스팅 방법.
   

Images