KR20160113941A - 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 컴퓨터 화면을 통하여 블록에 러그를 배치하고 상기 블록 및 러그와 크레인 등의 3차원 모델을 자동으로 생성하여 하중과 각도 등을 계산하고 이를 임계 값과 비교함으로써, 현장 리프팅 작업에 앞서 컴퓨터 화면상에 구현된 3차원 모델을 기반으로 리프팅 작업의 상황이나 위험성을 사전에 정확하게 판단 및 예측할 수 있도록 하는 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 현장 리프팅 작업에 앞서 컴퓨터 화면상에 구현된 3차원 모델을 기반으로 리프팅 작업의 상황이나 위험성을 사전에 정확하게 판단 및 예측할 수 있도록 하는 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 관한 것이다.
선체를 건조함에는 다수의 강판이나 형강 등의 소재를 가공하여 먼저 개개의 부품을 제작하고, 그 일부를 조립정반(組立定盤) 위에서 소조립, 중조립을 통하여 부품의 대형화를 행한다. 이어서 라인화된 조립정반에 이들 부품을 배열, 조합하여 블록(block)을 제작한다. 제작된 블록은 도장공사(塗裝工事)를 행하여 최종공정인 도크(dock) 주위에서 총조립, 즉 블록과 블록의 결합작업 후 대형블록을 탑재하여 결합하는 것에 의하여 선체가 완성된다.
한편, 블록건조 방식의 목적은 도크에서의 공사량을 극력 감소시키기 위하여 지상의 조립정반 위에서 선체를 분할하여 제작하려고 하는 것으로, 도크에서의 작업기간을 단축할 수 있으며, 공정과 공작기술의 관리 감독이 용이하며, 적절한 작업원의 배치를 행하기 쉬우며, 작업환경을 양호하게 하고 기계화, 자동화가 용이하므로 능률이 향상되며, 고소작업(高所作業)의 위험을 감소시킬 수 있으며, 현장용접이 적어지므로 용접변형과 잔류응력을 감소시킬 수 있으며, 블록도장을 실시하므로 도크에서의 도장작업을 감소시킬 수 있는 등의 장점이 있다.
블록은 그 크기와 구조에 따라서 여러 가지로 분류되지만 대별하여 평블록과 곡블록으로 나누어진다. 일반적으로 블록이라고 하면 플레이트(plate), 거더(girder), 스티프너(stiffener) 등에 의하여 평면적으로 구성된다고 개괄적으로 생각하더라도 무방한 경우가 많다. 어셈블리(대조립) 공정은 정반(定盤) 위에 플레이트를 배열하여 그 위에 거더, 스티프너를 배열하여 부착용접을 행하여 1개의 블록을 완성하는 것으로서 보통 부재의 배열로부터 부착, 용접, 완료 후 각종 시험완료까지를 대조립 공정이라 하고 있다. 근년에는 의장품 부착이나 각종 시험의 공사도 선행화(先行化)하여 조립정반 위에서 행하여지고 있다.
블록의 중량은 설비의 증강 및 생산기술의 향상과 더불어 대형화하여 가고 있으며, 대형 탱크선에서는 200~300톤이 보통으로 되어 있다. 또 설비의 규모에 따라 400~500톤을 초과하는 것도 있고, 더욱이 도크 옆에서 선행 공정을 거쳐 초대형 블록(800톤)을 건조하는 방식도 보편화되어 있다.
건조대상 선박은 설계단계에서 보유하고 있는 시설 및 장비의 능력과 작업의 용이성 등을 고려하여 적절한 형태의 블록으로 분할되며, 이러한 블록들은 부재의 가공 및 조립공정을 통해 완성되어 도크로 이동된다. 탑재공정은 이와 같이 조립공정을 거쳐 완성된 블록들을 도크에서 하나하나 일정한 순서에 의해 쌓아가면서 선박의 형체를 만들어 나가는 과정을 말한다. 크레인 용량의 증가에 따라 분할된 블록이 대형화되어가고 탑재공사와 더불어 의장(艤裝)공사를 진행하거나 또는 그 일부를 선각공사(船殼工事)의 일환으로서 시공하는 소위 선행의장(先行艤裝)이 점차 증가되어 가고 있다.
한편, 개별적으로 제작된 블록이 탑재공정으로 넘어가기 위해서는 제작된 블록을 리프팅(lifting) 하여 이송하거나 턴-오버(turn-over)하는 과정이 필요하게 된다. 특히, 블록의 턴-오버 공정은 블록의 선각(shell) 외면 또는 프레임(frame)에 두 개 이상의 러그(lug)를 부착하고, 각각의 러그에 와이어를 연결한 후, 이 와이어를 1개 또는 2개 이상의 크레인을 이용하여 각각 위로 잡아당기거나 아래로 내리면서 블록을 반전(反轉)시키는 과정을 거치면서 수행하게 된다(도 1).
근래 조선업계에서는 블록의 대형화에 의하여 블록 중량이 증가하고 있으므로 블록의 리프팅에 필요한 러그의 위치를 선정함에 있어서는 특히 세심한 주의를 기울이지 않으면 안 된다. 그런데, 이와 관련하여 종래에는 설계자의 경험에 입각하여 도면상에 러그의 위치를 배치하고 현장에서 크레인 등의 위치를 결정하였는데, 이로 인한 과다한 계산 시간과 결과 값의 부정확성으로 인하여 현장 리프팅 작업 시 위험성을 판단하거나 예측하기가 매우 어려웠다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 컴퓨터 화면을 통하여 블록에 러그를 배치하고 상기 블록 및 러그와 크레인 등의 3차원 모델을 자동으로 생성하여 하중과 각도 등을 계산하고 이를 임계 값과 비교함으로써, 현장 리프팅 작업에 앞서 컴퓨터 화면상에 구현된 3차원 모델을 기반으로 리프팅 작업의 상황이나 위험성을 사전에 정확하게 판단 및 예측할 수 있도록 하는 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 블록에 3차원 러그를 배치하는 러그 배치부; 상기 러그 배치부에 의하여 배치된 3차원 러그들의 위치를 기반으로 블록, 크레인, 트롤리, 와이어로프를 3차원 모델로 자동 생성하는 3차원 모델 생성부; 및, 3차원 모델을 통하여 하중과 각도를 계산하고 간섭 여부를 체크하는 안전성 계산부;를 포함하는 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템으로서, 상기 안전성 계산부는 리프팅 작업에서의 안전성 여부를 하중과 각도와 간섭 여부로써 체크하는바, 하중과 관련하여서는, 블록의 무게와 무게중심을 파악하고, 크레인이 2개 이상이면 각 크레인 간의 하중분배를 수행하며, 크레인에 걸리는 하중을 바탕으로 트롤리에 걸리는 하중을 계산하고, 트롤리에 걸리는 하중이 계산되면 와이어로프의 수량으로 나누어서 장력을 결정하며, 장력을 이용하여 러그에 걸리는 하중을 계산하고, 각각의 하중 값과 임계 값을 비교하여 리프팅의 안전성 여부를 판단하며, 각도와 관련하여서는, 하중 방향을 판단하기 위하여 러그와 와이어로프 간의 각도, 와이어로프와 트롤리 간의 각도를 계산하며, 간섭 여부와 관련하여서는, 러그와 선체 간의 간섭이나 와이어로프와 선체 간의 간섭을 체크하되, 대상 러그와 와이어로프를 선정하고 최소 값과 최대 값을 이용하여 경계영역을 설정하고, 경계영역의 범위에 들어오는 3차원 선체 모델과 의장 모델을 구분하며, 간섭체크를 수행하고 결과를 확인하는 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 현장 리프팅 작업에 앞서 컴퓨터 화면상에 구현된 3차원 모델을 기반으로 블록의 러그 배치 및 크레인 등의 위치 선정을 함으로써 현장 상황이나 위험성을 사전에 정확하게 판단 및 예측할 수 있다. 통상적으로 현재의 사용자들에게 도면으로 출력되는 결과물은 작업에 있어서 여전히 필수적인 요소이다. 반면에 보다 효율적인 관리와 정확한 계산, 그리고 여러 케이스에 대한 안전성 검토를 위해서는 3차원 모델링 또한 필수적인 요소라고 할 수 있다. 현재의 사용자들에게 본 발명이 없이 도면만으로 위와 같은 작업을 수행하도록 요구하게 되면 일반적으로 250% 이상의 시수비용이 발생할 것으로 판단하고 있다. 이를 추가의 시수비용 없이 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 것이 본 발명의 목적이고 효과라고 할 수 있다.
본 발명은 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 컴퓨터 화면을 통하여 블록에 러그를 배치하고 상기 블록 및 러그와 크레인 등의 3차원 모델을 자동으로 생성하여 하중과 각도 등을 계산하고 이를 임계 값과 비교함으로써, 현장 리프팅 작업에 앞서 컴퓨터 화면상에 구현된 3차원 모델을 기반으로 리프팅 작업의 상황이나 위험성을 사전에 정확하게 판단 및 예측할 수 있도록 하는 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 관한 것이다.
도 1은 선체 블록의 턴-오버 작업 예를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템의 구성관계를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어, 러그 배치부의 구성관계를 자세하게 표현한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어, 러그 배치부가 기능하도록 컴퓨터 화면상에 구현된 모습을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어, 3차원 모델 생성부가 트롤리의 방향을 결정하는 방법을 표현한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어, 블록 리프팅을 위한 3차원 모델이 생성된 모습을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어, 2차원 러그 심볼의 다양한 실시 예를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어, 3차원 러그 형상의 다양한 실시 예를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어, 러그 타입 클래스의 다양한 실시 예를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어, 판넬의 개념을 개략적으로 나타낸 도면.
도 11은 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어, 2개의 크레인으로 리프팅 작업을 수행할 때의 3차원 모델 생성 예를 나타낸 도면.
도 12는 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어, 안전성 계산부에 의한 하중 및 각도 계산이 구현되는 모습을 표현한 도면.
도 13은 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어, 안전성 계산부에 의한 간섭 여부 체크가 구현되는 모습을 표현한 그림.
도 2는 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템의 구성관계를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어, 러그 배치부의 구성관계를 자세하게 표현한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어, 러그 배치부가 기능하도록 컴퓨터 화면상에 구현된 모습을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어, 3차원 모델 생성부가 트롤리의 방향을 결정하는 방법을 표현한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어, 블록 리프팅을 위한 3차원 모델이 생성된 모습을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어, 2차원 러그 심볼의 다양한 실시 예를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어, 3차원 러그 형상의 다양한 실시 예를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어, 러그 타입 클래스의 다양한 실시 예를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어, 판넬의 개념을 개략적으로 나타낸 도면.
도 11은 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어, 2개의 크레인으로 리프팅 작업을 수행할 때의 3차원 모델 생성 예를 나타낸 도면.
도 12는 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어, 안전성 계산부에 의한 하중 및 각도 계산이 구현되는 모습을 표현한 도면.
도 13은 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어, 안전성 계산부에 의한 간섭 여부 체크가 구현되는 모습을 표현한 그림.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 우선, 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
최근 3차원 캐드(CAD) 기술이 크게 발전하였음에도 불구하고 조선소 생산기술 분야에서는 여전히 도면 위주의 작업과 경험에 의존한 수계산 방식을 고수하는 경향이 있으며, 이와 연관하여 선체 블록의 리프팅 작업 시에도 설계자의 경험에 입각하여 도면상에 러그의 위치를 배치하고 현장에서 크레인 등의 위치를 결정하고 있는데, 이로 인한 과다한 계산 시간과 결과 값의 부정확성이 문제가 되고 있다.
이에, 본 발명은 기존의 도면위주 작업을 컴퓨터 화면상에 구현된 3차원 모델 위주의 작업으로 전환할 수 있도록 유도하고 각종 계산을 자동으로 수행, 그 결과를 3차원 모델과 함께 보여줌으로써 현장 리프팅 작업에 앞서 여러 차례에 걸쳐 다양한 러그 배치 상황을 검토할 수 있도록 하고 또한 모든 케이스에 대하여 크레인 등의 적절한 위치를 선정할 수 있도록 하는 시스템을 제공하고자 한다.
무엇보다도 본 발명의 핵심은 컴퓨터 화면상에 구현된 3차원 모델을 통하여 하중과 각도를 계산하고 간섭 여부를 미리 체크하여 실제 리프팅 작업이 안전하게 이루어질 수 있도록 하는 시스템을 제공하는데 있다.
첨부도면 중, 도 2는 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템의 구성관계를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어 러그 배치부의 구성관계를 자세하게 표현한 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어 러그 배치부가 기능하도록 컴퓨터 화면상에 구현된 모습을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어 3차원 모델 생성부가 트롤리의 방향을 결정하는 방법을 표현한 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어 블록 리프팅을 위한 3차원 모델이 생성된 모습을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어 2차원 러그 심볼의 다양한 실시 예를 나타낸 도면이며, 도 8은 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어 3차원 러그 형상의 다양한 실시 예를 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어 러그 타입 클래스의 다양한 실시 예를 나타낸 도면이며, 도 10은 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어 판넬의 개념을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 11은 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어 2개의 크레인으로 리프팅 작업을 수행할 때의 3차원 모델 생성 예를 나타낸 도면이며, 도 12는 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어 안전성 계산부에 의한 하중 및 각도 계산이 구현되는 모습을 표현한 도면이고, 도 13은 본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템에 있어 안전성 계산부에 의한 간섭 여부 체크가 구현되는 모습을 표현한 그림이다.
본 발명에 따른 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템은 러그 배치부(10), 3차원 모델 생성부(20) 및 안전성 계산부(30)로 이루어지는바, 이 중 안전성 계산부(30)는 컴퓨터 화면상에 구현된 3차원 모델을 통하여 하중과 각도를 계산하고 간섭 여부를 미리 체크하여 실제 리프팅 작업이 안전하게 이루어질 수 있도록 하는 본 발명의 핵심 기능을 수행한다.
이하에서는 러그 배치부(10)와 3차원 모델 생성부(20)의 작용을 우선 설명하고 이를 기반으로 안전성 계산부(30)의 작용을 상세히 설명한다.
먼저, 러그 배치부(10)의 작용에 대하여 설명한다. 러그 배치부(10)는 블록(1)에 3차원 러그를 배치한다.
물론, 상기 블록(1)은 도 6에서 보는 것과 같이 컴퓨터 화면상에 3차원 형상으로 구현된 블록을 말한다. 한편, 본 발명에서 3차원이라 함은 보다 명확하게는 3차원 형상으로 구현된을 의미하는 것이며, 2차원이라 함은 보다 명확하게는 2차원 형상으로 구현된을 의미하는 것이다. 따라서, 본 단계에서 3차원 러그라 함은 보다 명확하게는 3차원 형상으로 구현된 러그를 의미한다(이하, 동일함).
이때, 러그 배치부(10)가 갖는 핵심 기능은 바로 러그의 효율적 배치 기능인데, 이는 사용자가 컴퓨터 화면상에 구현된 2차원 도면에서 실제 도면작업 하듯이 러그를 배치하면 자동으로 3차원 러그를 생성하여 블록(1)에 배치해 주고 이후의 러그 이동, 복사, 회전에 대하여도 동일하게 작용하는 기능을 말한다. 본 발명에서 러그의 배치라 함은 이러한 러그의 생성, 이동, 복사, 회전 등 일련의 과정을 포함하는 의미이다.
이를 위하여, 상기 러그 배치부(10)는, 도 2 및 도 3에서 보는 것과 같이, 2차원 도면을 위한 2차원 러그 심볼 라이브러리(11)와, 3차원 모델을 위한 3차원 러그 형상 라이브러리(12)와, 생성된 러그의 관리를 위해 러그 자체의 타입 및 속성을 정의하는 러그 타입 및 속성 정의부(13)와, 2차원 도면 좌표를 3차원 모델 좌표로 변환하는 좌표 변환부(14) 등 4가지 요소를 구비한다. 참고로, 도 3은 러그 배치부(10)의 구성을 보다 상세하게 표현한 그림이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 2차원 러그 심볼 라이브러리(11)는 20여종의 도면화된 2차원 러그 심볼을 구축하고 있으며, 3차원 러그 형상 라이브러리(12)는 100여종의 3차원 러그 형상을 구축하고 있으며, 러그 타입 및 속성 정의부(13)는 10여종의 러그 타입 클래스를 정의하며, 좌표 변환부(14)는 좌표 변환을 위한 로직을 구현한다.
이하, 상기 내용에 대해 보다 상세히 설명한다. 본 발명에 따르면 시스템 사용자, 즉 설계자는 러그에 가해질 하중을 예측하여 러그 타입 및 적정한 배치를 결정하며 이에 따라 러그가 실제로 부착될 위치를 지정한다.
이때, 설계자는 작업의 효율성을 위하여 통상 2차원 도면상에 러그 배치 작업을 수행하게 되는데(이를 위하여 본 발명은 설계자가 러그 배치 작업을 효율적으로 할 수 있도록 2차원 도면을 컴퓨터 화면상에 구현함), 이 때 2차원 도면상에 표기되는 러그는 실제 러그 형상이 아닌 도면용 심볼, 즉 2차원 러그 심볼로 표기된다. 왜냐하면, 실제 러그는 전면, 이면, 양면 등 러그 부착면에 대한 정보를 표현하기 어려우며, 실제 러그의 크기는 도면상에서 매우 작게 나타나므로 현장의 작업자가 인식하기 어렵기 때문이다.
여기서, 상기 2차원 러그 심볼이란, 도 7에서 보는 것과 같이, 2차원 도면상에 표기될 수 있도록 러그 타입과 러그 부착면에 대한 정보를 표현한 기호 체계를 말하는데, 본 발명에서 2차원 러그 심볼은 설계자가 선택한 러그 타입과 러그 부착면(전면, 이면, 양면)에 의해 자동으로 결정되며, 이를 위해 2차원 러그 심볼 라이브러리(11)는 20여종의 도면화된 2차원 러그 심볼을 구축(저장)하고 있다.
한편, 상기와 같이 러그를 배치함과 동시에 정확한 리프팅 계산을 수행하기 위해서는 3차원 러그 정보(위치 및 방향)가 필요하다. 이를 위해, 본 발명에서는 설계자의 2차원 도면 작업 시 3차원 러그를 백그라운드 작업으로 동시에 생성한다. 이러한 작용을 바로 러그 배치부(10)가 수행하게 되는데, 상기 러그 배치부(10)는 사용자가 컴퓨터 화면상에 구현된 2차원 도면에서 실제 도면작업 하듯이 러그를 배치(2차원 러그 심볼을 표기)하면 자동으로 3차원 러그를 생성(도 8 참조)하여 블록(1)에 배치해 주며, 이후의 러그 이동, 복사, 회전에 대하여도 동일하게 작용한다.
그리고, 이를 위해 3차원 러그 형상 라이브러리(12)는 100여종의 3차원 러그 형상을 구축(저장)하며(도 8 참조), 러그 타입 및 속성 정의부(13)는 10여종의 러그 타입 클래스를 정의한다. 여기서, 러그 타입 클래스는 러그의 물량 집계 및 작업장(stage) 관리 등의 정보를 담기 위한 것으로, 본 발명의 실시 예에서는 UDET(User Defined Element Type; 사용자 정의 엘리먼트 타입) 및 UDA(User Defined Attribute; 사용자 정의 속성)라 불린다(도 3 참조). 참고로, 도 9는 본 발명에 따른 러그 타입 클래스의 다양한 실시 예를 보여준다.
한편, 상술한 바와 같이 설계자의 2차원 도면 작업 시 3차원 러그를 백그라운드 작업으로 동시에 생성하기 위해서는, 2차원 도면상의 러그 위치를 3차원 모델(예: 블록(1))상의 위치로 변환하는 매트릭스 계산이 필요한데, 이러한 작용을 바로 좌표 변환부(14)가 수행하게 된다.
좌표 변환부(14)는 3차원 러그의 생성, 이동, 복사, 회전에 반드시 필요한 것으로, 좌표 변환부(14)가 러그의 2차원 도면 좌표를 3차원 모델 좌표로 변환하는 로직은 아래의 A1→A2→A3→A4 4단계로 구성된다.
- A1 : 사용자가 2차원 도면에서 러그의 위치를 선택하면, 2차원 도면을 표현하는 변환행렬을 구성한다.
- A2 : 러그가 생성되는 판넬(panel)의 변환행렬을 구성한다. 여기서, 판넬이라 함은 플레이트(plate)나 스티프너(stiffener) 등의 부재가 놓일 면(위치를 나타내는 3D Point와 방향을 나타내는 3개의 3D Vector)을 의미하며 경계를 포함하는 것으로(도 10 참조), 판넬을 기준으로 부재가 놓이게 되며 러그 또한 이 판넬을 기준으로 배치된다. 그리고 이와 같은 판넬과 부재들의 묶음이 하나의 블록을 이루게 된다.
- A3 : 투영 과정을 거쳐 2차원 판넬 좌표로 변환한다.
- A4 : 판넬의 변환행렬을 이용하여 선체의 3차원 좌표로 변환하고 3차원 러그를 생성한다.
다음으로, 3차원 모델 생성부(20)의 작용에 대하여 설명한다. 상술한 바와 같이 러그 배치부(10)가 블록(1)에 3차원 러그를 배치하고 나면 3차원 모델 생성부(20)가 3차원 러그들의 위치를 기반으로 블록(1), 크레인(2), 트롤리(3), 와이어로프(4) 등을 3차원 모델로 자동 생성한다.
리프팅 작업에 사용되는 요소들에는 블록(1), 크레인(2), 트롤리(3), 와이어로프(4) 등이 있는데, 3차원 모델 생성부(20)가 3차원 모델을 생성함에 있어서 이들은 다음과 같은 의미를 갖는다. 블록(1)은 리프팅 대상물로서 3차원 형상과 중량, 무게중심 등을 가지고 있으며, 크레인(2)은 goliath crane, jib crane, overhead crane 등이 사용될 수 있으며, 트롤리(3)는 loader 혹은 hook 타입이 있으며 와이어로프(4)의 분배 역할을 한다. 러그는 블록(1)에 배치되어 와이어로프(4)를 걸 수 있게 한다.
한편, 배치된 3차원 러그들의 위치를 기반으로 위에 기술한 요소들, 즉 블록(1), 크레인(2), 트롤리(3), 와이어로프(4) 등을 3차원 모델로 자동 생성하기 위해서는 각 요소들의 3차원 위치와 방향을 결정해야 하는데, 이와 관련하여 3차원 모델 생성부(20)는 다음과 같은 단계를 거치도록 작용한다.
가. 크레인(2)의 위치 결정 : 크레인(2)의 위치는 대상 블록(1)의 무게중심에 대하여 상대적인 위치로 결정한다. 즉, 1개의 크레인(2)으로 작업할 때는 대상 블록(1)의 무게중심 바로 위에 크레인(2)이 놓이도록 배치하고(도 6 참조), 2개의 크레인(2)으로 작업할 때는 크레인(2) 간의 간섭을 고려한 최소 거리와 대상 블록(1)의 중량에 따라 가능한 수직 리프팅에 가깝도록 2개의 크레인(2)을 배치한다(도 11 참조).
나. 트롤리(3)의 위치 결정 : 트롤리(3)는 기본와이어의 길이에 따라 그 높이를 결정하며 러그 배치의 상태에 따라 그 방향을 결정한다. 트롤리(3)의 방향을 결정하는 방법은 아래의 B1→B2→B3→B4 4단계로 구성된다(도 5 참조).
- B1 : 트롤리(3)에 연결되는 러그들의 수량을 파악한다.
- B2 : 리프팅 방향에 수직한 면을 결정한다.
- B3 : 러그들을 상기 결정된 면에 투영한다.
- B4 : 상기 투영된 면 위에서 최소자승법(LSM : Least Square Method)을 이용하여 최소 거리에 해당하는 트롤리(3)의 방향을 결정한다. 여기서, 최소 거리라 함은 러그와 트롤리(3) 간의 최소 거리를 의미한다.
상기한 것처럼 트롤리(3)의 방향이 결정되면 러그와 와이어로프(4)의 연결 관계를 확인할 수 있다. 그리고 위에서 결정한 내용들을 기반으로 하여 3차원 러그들과 연결되는 와이어로프(4) 그리고 트롤리(3)와 크레인(2)까지 일괄하여 3차원 모델을 생성하면 도 6에서 보는 것처럼 표현할 수 있다.
마지막으로, 안전성 계산부(30)의 작용에 대하여 설명한다. 안전성 계산부(30)는 컴퓨터 화면상에 구현된 3차원 모델을 통하여 하중과 각도를 계산하고 간섭 여부를 미리 체크하여 실제 리프팅 작업이 안전하게 이루어질 수 있도록 한다.
이와 관련하여, 안전성 계산부(30)는 리프팅 작업에서의 안전성 여부를 다음의 3가지 요소로써 판단하는바, 첫째는 하중이고, 둘째는 각도이며, 셋째는 간섭 여부이다.
하중과 관련하여, 안전성 계산부(30)는 아래 C1→C2→C3→C4→C5→C6의 단계에 따라 하중을 계산하고 이에 따른 리프팅 작업에서의 안전성 여부를 판단한다(도 6 참조).
- C1 : 블록(1)의 무게와 무게중심을 파악한다.
- C2 : 만약 크레인(2)이 2개 이상이면(도 11 참조) 각 크레인(2) 간의 하중분배를 수행한다.
- C3 : 크레인(2)에 걸리는 하중을 바탕으로 1~3개까지의 트롤리(3)에 걸리는 하중을 계산한다.
- C4 : 트롤리(3)에 걸리는 하중이 계산되면 와이어로프(4)의 수량으로 나누어서 장력을 결정한다.
- C5 : 장력을 이용하여 러그에 걸리는 하중을 계산한다.
- C6 : 각각의 하중 값과 임계 값(한계하중 값: 러그가 견딜 수 있는 하중의 최고 값)을 비교하여 리프팅의 안전성 여부를 판단한다. 이 경우, 하중 값이 임계 값 미만이면 리프팅 작업이 안전한 것으로 판단한다. 물론 하중 값이 임계 값을 초과하면 리프팅 작업이 안전하지 않은 것으로 판단한다. 리프팅 작업이 안전하지 않다고 판단되면 리프팅 조건을 수정하고 계산을 다시 수행한다.
각도와 관련하여, 동일한 하중이라 할지라도 하중이 걸리는 방향(리프팅 각도)에 따라 안전성 여부가 달라지므로, 안전성 계산부(30)는 관심 있는 곳에서의 하중 방향을 판단하기 위하여 리프팅 각도를 계산하고 이에 따른 리프팅 작업에서의 안전성 여부를 판단한다. 이 경우, 도 12에서 보는 것처럼 러그와 와이어로프(4) 간의 각도, 와이어로프(4)와 트롤리(3) 간의 각도가 주요 체크 대상이 된다.
간섭 여부와 관련하여, 안전성 계산부(30)는 아래 D1→D2→D3의 단계에 따라 간섭 여부를 확인하고 이에 따른 리프팅 작업에서의 안전성 여부를 판단한다. 이는 본 발명에서 블록 리프팅 조건이나 상황이 모두 3차원 모델로 구현되었기에 실현 가능한 것이다. 주로 러그와 선체 간의 간섭이나 와이어로프(4)와 선체 간의 간섭 여부가 주요 체크 대상이 된다. 수행순서는 다음과 같다(도 13 참조).
- D1 : 대상 러그와 와이어로프(4)를 선정하고 최소 값과 최대 값을 이용하여 경계영역(boundary box)을 설정한다.
- D2 : 경계영역의 범위에 들어오는 3차원 선체 모델과 의장 모델을 구분한다.
- D3 : 간섭체크를 수행하고 결과를 확인한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 현장 리프팅 작업에 앞서 컴퓨터 화면상에 구현된 3차원 모델을 기반으로 블록(1)의 러그 배치 및 크레인(2) 등의 위치 선정을 함으로써 현장 상황이나 위험성을 사전에 정확하게 판단 및 예측할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 블록, 2 : 크레인, 3 : 트롤리
4 : 와이어포프, 10 : 러그 배치부
11 : 2차원 러그 심볼 라이브러리, 12 : 3차원 러그 형상 라이브러리
13 : 러그 타입 및 속성 정의부, 14 : 좌표 변환부
20 : 3차원 모델 생성부, 30 : 안전성 계산부
4 : 와이어포프, 10 : 러그 배치부
11 : 2차원 러그 심볼 라이브러리, 12 : 3차원 러그 형상 라이브러리
13 : 러그 타입 및 속성 정의부, 14 : 좌표 변환부
20 : 3차원 모델 생성부, 30 : 안전성 계산부
Claims (1)
- 블록에 3차원 러그를 배치하는 러그 배치부; 상기 러그 배치부에 의하여 배치된 3차원 러그들의 위치를 기반으로 블록, 크레인, 트롤리, 와이어로프를 3차원 모델로 자동 생성하는 3차원 모델 생성부; 및, 3차원 모델을 통하여 하중과 각도를 계산하고 간섭 여부를 체크하는 안전성 계산부;를 포함하는 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템으로서,
상기 안전성 계산부는 리프팅 작업에서의 안전성 여부를 하중과 각도와 간섭 여부로써 체크하는바,
하중과 관련하여서는, 블록의 무게와 무게중심을 파악하고, 크레인이 2개 이상이면 각 크레인 간의 하중분배를 수행하며, 크레인에 걸리는 하중을 바탕으로 트롤리에 걸리는 하중을 계산하고, 트롤리에 걸리는 하중이 계산되면 와이어로프의 수량으로 나누어서 장력을 결정하며, 장력을 이용하여 러그에 걸리는 하중을 계산하고, 각각의 하중 값과 임계 값을 비교하여 리프팅의 안전성 여부를 판단하며,
각도와 관련하여서는, 하중 방향을 판단하기 위하여 러그와 와이어로프 간의 각도, 와이어로프와 트롤리 간의 각도를 계산하며,
간섭 여부와 관련하여서는, 러그와 선체 간의 간섭이나 와이어로프와 선체 간의 간섭을 체크하되, 대상 러그와 와이어로프를 선정하고 최소 값과 최대 값을 이용하여 경계영역을 설정하고, 경계영역의 범위에 들어오는 3차원 선체 모델과 의장 모델을 구분하며, 간섭체크를 수행하고 결과를 확인하는 것을 특징으로 하는 3차원 모델 기반의 선박 블록 리프팅 안전성 검증 시스템.
Priority Applications (1)
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- 2015-03-23 KR KR1020150040364A patent/KR20160113941A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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