KR20210035563A - 해양구조물 설계 시스템 및 해양구조물 설계 방법 - Google Patents
해양구조물 설계 시스템 및 해양구조물 설계 방법 Download PDFInfo
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Abstract
반잠수식 드릴링 유닛 등과 같은 해양구조물의 기본 설계를 자동으로 수행하는 해양구조물 설계 시스템, 해양구조물 설계 방법 및 기록 매체가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 해양구조물 설계 시스템은 해양구조물의 기본 설계를 자동으로 생성하기 위한 해양구조물 설계 시스템으로서, 해양구조물의 설계와 관련된 입력 정보를 기반으로 해양구조물의 선체 사이즈 및 선체 외곽의 구획별 치수를 결정하여 파라메트릭 모델을 생성하는 선체 사이징 모듈; 상기 파라메트릭 모델, 상기 해양구조물의 설계와 관련된 탱크 정보 및 하중 상황에 따른 중량 정보를 기반으로 선체 내부의 격실들을 구획하는 선체 구획 모듈; 상기 해양구조물의 설계와 관련된 입력 정보 및 상기 파라메트릭 모델을 기반으로 상기 해양구조물의 판넬 모델을 생성하는 판넬 모델 생성 모듈; 유한요소 구조 모델을 기반으로 상기 선체의 구획별 치수와 흘수에 따라 부재의 치수를 결정하는 스캔틀링 및 중량 조정을 통해 상기 해양구조물의 구조설계 및 해석을 수행하는 구조설계 해석 모듈; 및 상기 구조설계 해석 모듈의 유한요소 구조 모델 분석 결과, 스캔틀링 및 중량 조정 결과를 기반으로, 상기 해양구조물의 최종 중량을 산출하는 중량 산출 모듈을 포함한다.
Description
본 발명은 해양 시추를 위한 반잠수식 드릴링 유닛 등과 같은 해양구조물의 기본 설계를 자동 또는 반자동적으로 수행하는 해양구조물 설계 시스템 및 해양구조물 설계 방법에 관한 것이다.
해양 시추 등 해상에서의 작업을 위한 구조물의 일종으로 반잠수식 드릴링 유닛과 같은 해양구조물이 사용되고 있다. 반잠수식 해양구조물은 상하 방향의 동요가 비교적 적어 극한환경의 해역에도 투입 및 운용될 수 있는 장점이 있다. 최근 원유, 가스 등의 채굴지가 연안지역에서 극지방이나 심해지역으로 이동되면서, 반잠수식 해양구조물의 수요는 점차 증대되고 있다.
해외 발주처(선주)에서 조선소로 반잠수식 드릴링 유닛의 제작을 의뢰하면, 먼저 반잠수식 드릴링 유닛의 기본 설계를 수행해야 하는데, 국내의 조선소에서는 독자적인 설계 모델을 보유하고 있지 않아, 해외 엔지니어링 업체에 기본 설계를 의뢰하고 있는 실정이다. 해외 엔지니어링 업체의 경우 해양구조물의 제작, 생산을 고려하지 않은 기본 설계를 수행하고 있는 관계로, 기본 설계 후 잦은 설계 변경 및 해양구조물의 중량 증가에 따른 리스크를 조선소에서 부담하게 되는 경우가 빈번하게 발생하고 있다.
종래에는 해양구조물의 기본 설계를 함에 있어서, 기본 설계 담당자의 경험과 개별 능력에 의존하고 있으며, 후행 단계를 선 반영하지 못하는 등 시행 착오가 많이 발생할 수밖에 없다. 또한, 유체 관련 업무와 구조 관련 업무는 실질적으로는 밀접한 관련을 가지고 있으나, 담당자 선에서는 그러한 관계를 상세히 파악하고 개발에 임하기가 어려운 것이 현실이다. 예를 들어, 구조 배치상 선체 격실의 치수 일부를 약간 조정할 때의 잇점과 현재의 치수를 유지할 때의 잇점을 심도 있게 파악하기 어렵다. 이러한 유기적인 관계를 짧은 개발기간 중 협의로 해결하는 것은 한계가 있다.
본 발명은 반잠수식 드릴링 유닛 등과 같은 해양구조물의 기본 설계를 자동으로 수행하는 해양구조물 설계 시스템, 해양구조물 설계 방법 및 기록 매체를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 해양구조물 설계 시스템은 해양구조물의 기본 설계를 자동으로 생성하기 위한 해양구조물 설계 시스템으로서, 해양구조물의 설계와 관련된 입력 정보를 기반으로 해양구조물의 선체 사이즈 및 선체 외곽의 구획별 치수를 결정하여 파라메트릭 모델(Parametric model)을 생성하는 선체 사이징 모듈; 상기 파라메트릭 모델, 상기 해양구조물의 설계와 관련된 탱크 정보 및 하중 상황에 따른 중량 정보를 기반으로 선체 내부의 격실들을 구획하는 선체 구획 모듈; 상기 해양구조물의 설계와 관련된 입력 정보 및 상기 파라메트릭 모델을 기반으로 상기 해양구조물의 판넬 모델(Panel Model)을 생성하는 판넬 모델 생성 모듈; 유한요소 구조 모델을 기반으로 상기 선체의 구획별 치수와 흘수에 따라 부재의 치수를 결정하는 스캔틀링 및 중량 조정을 통해 상기 해양구조물의 구조설계 및 해석을 수행하는 구조설계 해석 모듈; 및 상기 구조설계 해석 모듈의 유한요소 구조 모델 분석 결과, 스캔틀링 및 중량 조정 결과를 기반으로, 상기 해양구조물의 최종 중량을 산출하는 중량 산출 모듈을 포함한다.
상기 입력 정보는 상기 해양구조물의 구획별 단위 중량, 환경 조건, 흘수, 및 목표 중량을 포함할 수 있다.
상기 판넬 모델은 선체 구획별 플레이트(Plate), 벌크헤드(Bulkhead), 보강재(Stiffener), 웨브 프레임(Web Frames), 거더(Girders), 스트링거(Stringer), 액세스 트렁크(Access Trunk), 론지(Longi), 및 탱크(Tank)의 두께 및 재질 정보를 포함할 수 있다.
상기 구조설계 해석 모듈은 각종 플레이트(Plate), 벌크헤드(Bulkhead), 보강재(Stiffener), 웨브 프레임(Web Frames), 거더(Girders), 스트링거(Stringer), 액세스 트렁크(Access Trunk), 및 탱크(Tank)에 대한 두께 및 재질을 조정하여 상기 스캔틀링 및 상기 중량 조정을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 해양구조물 설계 시스템은, 상기 선체 구획 모듈에 의해 생성된 상기 파라메트릭 모델로부터 IGES 모델을 생성하고, 상기 IGES 모델을 기반으로 상기 구획된 해양구조물의 복원성을 분석하는 복원성 분석 모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 해양구조물 설계 시스템은, 상기 해양구조물과 관련된 지역별 환경 하중 변수들을 입력 변수로 하여, 최종 파도(wave) 조건을 포함하는 환경하중을 선정하는 환경하중 선정 모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 해양구조물 설계 시스템은, 상기 판넬 모델과, 상기 환경하중을 기반으로 상기 해양구조물에 관련된 설계파(Design wave)를 선정하는 설계파 설정 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 설계파 설정 모듈은, 미리 설정된 다양한 파도 주기와 파도 입사각도 간격을 기반으로 다수의 입사파를 생성하고, 상기 다수의 입사파에서의 해양구조물의 응답특성을 분석하여 상기 다수의 입사파 중에서 상기 판넬 모델 및 상기 환경하중에 부합하는 설계파를 추출하여 상기 설계파를 자동으로 선정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 반잠수식 드릴링 유닛 등과 같은 해양구조물의 기본 설계를 자동으로 수행하는 해양구조물 설계 시스템, 해양구조물 설계 방법 및 기록 매체가 제공된다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 해양구조물 설계 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 해양구조물 설계 시스템을 구성하는 해양구조물 설계부의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 해양구조물 설계 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 선체 사이징 모듈에 의해 선체 사이즈 및 주요 치수가 결정된 해양구조물의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 선체 사이징 모듈 및 선체 구획 모듈에 의해 생성된 파라메트릭 모델의 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 해양구조물의 파라메트릭 모델로부터 추출된 IGES(International Graphics Exchange Specification) 파일 포맷의 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 생성된 운동 해석을 위한 유한요소(Finite Element) 판넬(Panel) 모델의 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 생성된 구조 해석을 위한 구조 모델(Geometry model)의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 해양구조물 설계 시스템을 구성하는 해양구조물 설계부의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 해양구조물 설계 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 선체 사이징 모듈에 의해 선체 사이즈 및 주요 치수가 결정된 해양구조물의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 선체 사이징 모듈 및 선체 구획 모듈에 의해 생성된 파라메트릭 모델의 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 해양구조물의 파라메트릭 모델로부터 추출된 IGES(International Graphics Exchange Specification) 파일 포맷의 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 생성된 운동 해석을 위한 유한요소(Finite Element) 판넬(Panel) 모델의 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 생성된 구조 해석을 위한 구조 모델(Geometry model)의 예시도이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 해양구조물 설계 시스템의 구성도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 해양구조물 설계 시스템을 구성하는 해양구조물 설계부의 구성도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 해양구조물 설계 방법의 흐름도이다. 이하에서, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 해양구조물 설계 시스템 및 이에 의해 수행되는 해양구조물 설계 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 해양구조물 설계 시스템(10)은 입력부(12), 저장부(14), 표시부(16), 제어부(18) 및 해양구조물 설계부(20)를 포함할 수 있다. 입력부(12)는 해양구조물의 기본 설계 업무를 담당하는 사용자가 해양구조물 설계와 관련된 정보를 입력하거나 각종 명령들을 입력하거나, 정보들을 수정하는 등의 기능을 수행하는 유저 인터페이스(user interface)를 포함할 수 있다. 입력부(12)는 키보드, 마우스, 전자펜, 터치 입력부 등을 포함할 수 있다.
해양구조물은 예를 들어, 반잠수식 드릴링 유닛(Semi Submersible drilling unit), 텐션레그 플랫폼(Tension Leg Platform), 부유식 원유생산저장하역 설비(FPSO; Floating Production Storage Offloading) 또는 시추선(Drillship) 등을 예로 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
저장부(14)는 해양구조물의 기본 설계를 자동으로 수행하기 위한 프로그램과, 입력부(12)를 통해 입력된 해양구조물 설계 관련 정보들, 해양구조물 설계부(20)에 의해 생성된 파라메트릭 모델, 선체 치수, IGES 모델, 판넬 모델, 환경하중에 따른 설계파 분석결과, 구조설계/해석 결과, 해양구조물 스캔틀링/중량, 계류 설계 정보 등의 각종 정보들을 저장할 수 있다.
표시부(16)는 해양구조물 설계 관련 정보들, 해양구조물 설계부(20)에 의해 생성된 파라메트릭 모델, 선체 치수, IGES 모델, 판넬 모델, 환경하중에 따른 설계파 분석결과, 구조설계/해석 결과, 해양구조물 스캔틀링/중량, 계류 설계 정보 등의 각종 정보들을 디스플레이 화면 상에 표시할 수 있다.
제어부(18)는 해양구조물 설계 시스템의 각 구성요소들을 제어하고, 사용자의 명령에 따라 해양구조물 설계를 위한 프로세스들을 실행하여 해양구조물의 기본 설계를 자동으로 수행하고, 기본 설계 결과들을 표시하는 등의 기능을 수행할 수 있다. 제어부(18)는 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다.
해양구조물 설계부(20)는 해양구조물의 설계와 관련된 입력 정보, 환경하중 정보를 기반으로 해양구조물의 선체 사이즈 및 주요 치수를 결정하고, 선체를 구획하고, 해양구조물에 관련된 설계파를 설정하고, 해양구조물의 구조설계/해석, 계류 설계, 최종 중량 설계 등을 수행하여, 해양구조물의 최적의 선형 및 구조 배치를 결정하는 기본 설계를 단시간 내에 자동으로 수행할 수 있다.
해양구조물 설계부(20)는 선체 사이징 모듈(21), 선체 구획 모듈(22), 복원성 분석 모듈(23), 환경하중 선정 모듈(24), 판넬 모델 생성 모듈(25), 설계파 설정 모듈(26), 구조설계 해석 모듈(27), 계류 설계 모듈(28), 및 중량 산출 모듈(29)를 포함할 수 있다.
선체 사이징 모듈(Hull Sizing Module)(21)은 해양구조물 설계와 관련된 입력 정보를 기반으로 해양구조물의 선체 사이즈 및 주요 치수를 결정할 수 있다(S11). 해양구조물 설계와 관련된 입력 정보는 발주처의 요구사항에 따라 결정될 수 있다.
해양구조물의 기본 설계를 담당하는 사용자는 입력부(12)를 이용하여 다양한 해양구조물 유형들, 예를 들어 반잠수식 드릴링 유닛, 텐션레그 플랫폼, 부유식 원유생산저장하역 설비, 및 시추선 중에서 어느 하나의 해양구조물 유형을 선택할 수 있다.
또한, 사용자는 입력부(12)를 이용하여 선택한 해양구조물 유형의 하위 유형들 중에서 어느 하나를 선택할 수 있다. 예를 들어, 사용자에 의해 반잠수식 드릴링 유닛이 선택된 경우, 사용자는 4 컬럼 트윈 폰툰 구조, 6 컬럼 트윈 폰툰 구조 중 어느 하나를 선택할 수 있으며, 사각형 컬럼 구조, 원통형 컬럼 구조 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 선체 사이징 모듈에 의해 선체 사이즈 및 주요 치수가 결정된 해양구조물의 예시도이다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 선체 사이징 모듈(21)은 해양구조물의 주요 구획별 단위 중량, 환경 조건, 흘수(Drafts), 목표 중량 등의 입력 정보를 기반으로 해양구조물의 선체 전체 사이즈와 해양구조물 선체 외곽의 주요 치수를 모델링할 수 있다(S11).
선체 사이징 모듈(21)에 의해 결정되는 선체 사이즈와 주요 치수는 예를 들어, 해양구조물의 상부 데크(D), 다수의 폰툰(P), 다수의 폰툰(P)을 연결하는 브레이싱(B), 및 상부 데크(D)와 폰툰(P) 간에 연결되는 컬럼(C)의 각 치수 정보를 포함할 수 있다. 선체 사이징 모듈(21)에 의해 결정된 선체 사이즈와 주요 치수는 파라메트릭 모델(Parametric model)로 생성될 수 있다.
상부 데크(D)는 해수면 상측에 위치하게 되는 데크로서, 반잠수식 해양구조물의 목적 및 용도 등에 따라 탑재되는 각종 작업 설비를 포함할 수 있다. 예컨대, 상부 데크(D)에는 원유, 가스, 해저광물 등의 탐사, 채취, 저장, 가공, 수송 등을 위한 설비, 원유 등의 탐사를 위한 시추 설비, 원유 등의 가공을 위한 정제 설비, 가스 등의 재기화 설비, 해상 자원의 저장이나 수송을 위한 터미널 설비 등이 탑재될 수 있다.
폰툰(P)은 해수 중에 배치되어 상부 데크(D)를 해상에 부유시키기 위한 부력을 제공하고, 상부 데크(D)의 평형을 유지하는 기능을 수행하는 하부 구조물이다. 폰툰(P)은 부력을 조절하고, 상부 데크(D)의 평형을 유지하기 위한 밸러스트 탱크(ballast tank)를 포함할 수 있다.
컬럼(C)은 폰툰(P)과 상부 데크(D)를 연결하는 구조물로서, 상하 방향으로 연장 형성되는 구조물일 수 있다. 컬럼(C)은 추가적인 부력을 제공할 수 있다. 컬럼(C)은 폰툰(P)의 길이 방향을 따라 복수개 마련될 수 있다. 컬럼(C)은 그 하단이 폰툰(P)의 상부에 체결되고, 상단이 상부 데크(D)의 하부에 체결되어, 폰툰(P)에 대해 상부 데크(D)를 지지할 수 있다.
선체 사이징 모듈(21)은 발주처의 요구사항에 따라 입력된 해양구조물의 설계 관련 입력 정보들을 기반으로, 폰툰(P)의 길이/폭/높이, 폰툰(P)의 빌지(Bilge) 반경, 폰툰(P)의 길이 방향 오프셋, 한 쌍의 폰툰(P) 간의 거리, 폰툰(P)의 보우(Bow) 형상(라운드형, 플랫형, 반원형 등), 컬럼(C)의 길이/폭/높이, 코너 반경, 수평 방향X/Y축 오프셋, 상부 데크(D)의 가로/세로폭/높이, 각 부재의 재질 등의 기본(Default) 설계값들을 결정할 수 있다.
실시예에서, 선체 사이징 모듈(21)은 해양구조물의 입력 정보들(구획별 단위 중량, 환경 조건, 흘수, 목표 중량 등)과, 선체사이즈/주요치수 간의 맵핑 관계를 기반으로, 해양구조물의 유닛 외곽 형상, 크기/치수 정보를 결정할 수 있다. 해양구조물의 입력 정보들과 선체사이즈/주요치수 간의 맵핑 관계는 기존 해양구조물들의 분석 데이터를 기반으로 결정될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 선체 사이징 모듈 및 선체 구획 모듈에 의해 생성된 파라메트릭 모델의 예시도이다. 선체 구획 모듈(22)은 선체 사이징 모듈(21)에 의해 결정된 선체 사이즈와 주요 치수를 기반으로 모델링된 파라메트릭 모델(Parametric model)을 기반으로 트림(Trim)/복원성(Stability)을 설정하고 선체 격실들(Compartmentation)을 구획할 수 있다(S12).
선체 구획 모듈(22)은 파라메트릭 모델링 정보, 스펙에 따른 각종 탱크 정보, 하중(Load) 상황별 중량 정보 등의 정보를 기반으로, 선체 구획별 모델링 정보, 각종 탱크 등의 모델링 결과를 제공할 수 있다. 한편, 권한을 가지는 설계자는 시스템을 활용하여 수동 입력에 의해 선체 구획 모듈(22)에 의해 생성된 설계 정보를 변경하는 것도 가능하다.
복원성 분석 모듈(23)은 IGES(International Graphics Exchange Specification) 모델을 기반으로 구획된 해양구조물의 복원성(Stability)을 분석할 수 있다(S13). 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 해양구조물의 파라메트릭 모델로부터 추출된 IGES 파일 포맷의 예시도이다. 복원성 분석 모듈(23)은 선체 구획 모듈(22)에 의해 생성된 설계 모델링 정보에 대해 복원성을 분석할 수 있다.
환경하중 선정 모듈(24)은 환경하중(Environmental Load)을 선정할 수 있다(S13). 환경하중 선정 모듈(24)은 설계파 설정 모듈(26)과 연동하여 스펙 상에 따른 지역별 환경 하중 주요 변수들을 입력 변수로 최종 파도(wave) 조건을 선정하는데 활용될 수 있다.
판넬 모델 생성 모듈(25)은 해양구조물 설계와 관련된 입력 정보를 기반으로 해양구조물의 판넬 모델(Panel Model)을 생성할 수 있다(S14). 실시예에서, 판넬 모델 생성 모듈(25)은 해양구조물의 주요 구획별 단위 중량, 환경 조건, 흘수, 목표 중량, 선체 사이징 모듈(21) 및 선체 구획 모듈(22)에 의해 각종 탱크 정보, 중량 정보 등을 기반으로 생성된 모델링 정보 등을 기반으로 선체, 탱크류 등의 판넬 모델을 생성하고, 모델링 결과를 출력할 수 있다.
설계파 설정 모듈(26)은 판넬 모델 생성 모듈(25)에 의해 생성된 판넬 모델과, 환경하중 선정 모듈(24)에 의해 선정된 파도 조건 등의 환경하중을 기반으로 해양구조물에 관련된 설계파(Design wave)를 선정할 수 있다(S15). 실시예에서, 설계파 설정 모듈(26)은 판넬 모델 및 환경하중에 부합하는 설계파를 자동 추출하여 해양구조물에 관련된 설계파들을 자동으로 선정할 수 있다. 실시예에서, 설계파 설정 모듈(26)은 해당 해역의 미리 설정된 다양한 파도 주기와 해석 정밀도를 위한 파도의 입사각도(heading) 간격을 기반으로 다수의 입사파(예를 들어, 수백여 개의 상이한 입사파들)를 생성하고, 다양한 입사파에서의 반잠수식 유닛 응답특성 중 설계 목적에 부합하는 복수개(예를 들어, 13개)의 상이한 설계파들을 추출할 수 있다.
구조설계 해석 모듈(Structural Design/Analysis Module)(27)은 유한요소 구조 모델(Finite Element Structure Model)을 기반으로 스캔틀링(Scantling)/중량조정(Mass tuning)에 의해 해양구조물의 구조설계/해석을 수행할 수 있다(S16). 구조설계 해석 모듈(27)은 주요 치수와 설계 흘수 등의 정보를 기반으로 선급룰에 따라 부재의 치수 등을 자동으로 계산하여 스캔틀링을 결정하고 유한요소(FE) 모델에 맵핑하여 모델링할 수 있다.
실시예에서, 스캔틀링/중량조정은 각종 플레이트(Plate), 벌크헤드(Bulkhead), 보강재(Stiffener), 웨브 프레임(Web Frames), 거더(Girders), 스트링거(Stringer), 액세스 트렁크(Access Trunk), 탱크(Tank) 등의 위치별 두께, 재질 등을 조정하는 것에 의해 수행될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 생성된 운동 해석을 위한 유한요소(Finite Element) 판넬(Panel) 모델의 예시도이다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 구조설계/해석을 수행하기 위한 유한요소 구조 모델(Finite Element Geometry model)의 예시도이다. 실시예에서, 구조설계 해석 모듈(27)은 선체 사이징 모듈(21) 및 선체 구획 모듈(22)에 의해 축적된 모델의 CAD 정보를 기반으로 유한요소 구조 모델을 생성하여 구조해석결과를 제공하고, 자동 스캔틀링/중량조정을 수행할 수 있다.
계류 설계 모듈(Mooring Design Module)(28)은 구조설계/해석 결과를 기반으로 해양구조물의 계류 설계를 수행할 수 있다(S17). 중량 산출 모듈(Weight Calculation Module)(29)은 구조설계/해석 결과를 기반으로 해양구조물의 최종 중량을 산출할 수 있다(S18). 중량 산출 모듈(29)은 구조설계 해석 모듈(27)의 유한요(FE) 구조 해석 결과에 따른 스캔틀링 정보를 기반으로, 해양구조물의 최종 구조 중량을 산출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 각 모듈을 통합 관리하고, 선-후행 단계의 결과들이 연동하여 인적 오류(Human Error)의 가능성을 낮출 수 있다. 또한, 해양구조물 기본 설계 담당자들은 일반적인 데이터 처리에 신경을 쓰지 않고, 좀 더 엔지니어링 본연의 임무에 충실할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 해양구조물 기본 설계 단계 중에서 가장 많은 시수를 차지하는 구조 분야의 자동화를 통해, 기본 설계 과정에서 초기 스캔틀링을 결정하고 이를 바탕으로 도면을 작성한 후, 이를 유한요소 구조 모델을 만들어 전선 해석을 수행할 수 있다.
이러한 일련의 과정은 시스템에서 자동 또는 반자동적으로 처리되므로 부서 간의 정보 교환 횟수를 획기적으로 감소시키고, 토의를 비롯한 협업시 추상적인 정보가 아닌 구체적 모델로써 토의가 이루어질 수 있어 더욱 최적화된 결과를 얻을 수 있다. 통상 구조 스캔틀링과 모델링에는 2개월 가량의 시간이 소요되고 있으나, 본 발명의 실시예에 의하면, 주요치수와 설계 흘수 등을 이용하여 자동으로 스캔틀링을 결정해 주고, 이를 유한요소 구조 모델에 맵핑하여 모델 시간을 단축할 수 있으며, 주요 치수 및 구조설계자의 경험에 입각한 표준화 템플릿을 제공함으로써 단시간내 모델링이 가능하므로, 유한요소 구조 모델링에 소요되는 시수를 단축할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 해양구조물 설계 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 SRAM(Static RAM), DRAM(Dynamic RAM), SDRAM(Synchronous DRAM) 등과 같은 휘발성 메모리, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Electrically Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM), 플래시 메모리 장치, PRAM(Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM), RRAM(Resistive RAM), FRAM(Ferroelectric RAM)과 같은 불휘발성 메모리, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 광학적 판독 매체 예를 들어 시디롬, 디브이디 등과 같은 형태의 저장매체일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
10: 해양구조물 설계 시스템
12: 입력부
14: 저장부 16: 표시부
18: 제어부 20: 해양구조물 설계부
21: 선체 사이징 모듈 22: 선체 구획 모듈
23: 복원성 분석 모듈 24: 환경하중 선정 모듈
25: 판넬 모델 생성 모듈 26: 설계파 설정 모듈
27: 구조설계 해석 모듈 28: 계류 설계 모듈
29: 중량 산출 모듈
14: 저장부 16: 표시부
18: 제어부 20: 해양구조물 설계부
21: 선체 사이징 모듈 22: 선체 구획 모듈
23: 복원성 분석 모듈 24: 환경하중 선정 모듈
25: 판넬 모델 생성 모듈 26: 설계파 설정 모듈
27: 구조설계 해석 모듈 28: 계류 설계 모듈
29: 중량 산출 모듈
Claims (7)
- 해양구조물의 기본 설계를 자동으로 생성하기 위한 해양구조물 설계 시스템으로서,
해양구조물의 설계와 관련된 입력 정보를 기반으로 해양구조물의 선체 사이즈 및 선체 외곽의 구획별 치수를 결정하여 파라메트릭 모델(Parametric model)을 생성하는 선체 사이징 모듈;
상기 파라메트릭 모델, 상기 해양구조물의 설계와 관련된 탱크 정보 및 하중 상황에 따른 중량 정보를 기반으로 선체 내부의 격실들을 구획하는 선체 구획 모듈;
상기 해양구조물의 설계와 관련된 입력 정보 및 상기 파라메트릭 모델을 기반으로 상기 해양구조물의 판넬 모델(Panel Model)을 생성하는 판넬 모델 생성 모듈;
유한요소 구조 모델을 기반으로 상기 선체의 구획별 치수와 흘수에 따라 부재의 치수를 결정하는 스캔틀링 및 중량 조정을 통해 상기 해양구조물의 구조설계 및 해석을 수행하는 구조설계 해석 모듈; 및
상기 구조설계 해석 모듈의 유한요소 구조 모델 분석 결과, 스캔틀링 및 중량 조정 결과를 기반으로, 상기 해양구조물의 최종 중량을 산출하는 중량 산출 모듈을 포함하는 해양구조물 설계 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 입력 정보는 상기 해양구조물의 구획별 단위 중량, 환경 조건, 흘수, 및 목표 중량을 포함하는 해양구조물 설계 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 판넬 모델은 선체 구획별 플레이트(Plate), 벌크헤드(Bulkhead), 보강재(Stiffener), 웨브 프레임(Web Frames), 거더(Girders), 스트링거(Stringer), 액세스 트렁크(Access Trunk), 론지(Longi), 및 탱크(Tank)의 두께 및 재질 정보를 포함하는 해양구조물 설계 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 구조설계 해석 모듈은 각종 플레이트(Plate), 벌크헤드(Bulkhead), 보강재(Stiffener), 웨브 프레임(Web Frames), 거더(Girders), 스트링거(Stringer), 액세스 트렁크(Access Trunk), 및 탱크(Tank)에 대한 두께 및 재질을 조정하여 상기 스캔틀링 및 상기 중량 조정을 수행하는 해양구조물 설계 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 선체 구획 모듈에 의해 생성된 상기 파라메트릭 모델로부터 IGES 모델을 생성하고, 상기 IGES 모델을 기반으로 상기 구획된 해양구조물의 복원성을 분석하는 복원성 분석 모듈을 더 포함하는 해양구조물 설계 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 해양구조물과 관련된 지역별 환경 하중 변수들을 입력 변수로 하여, 최종 파도(wave) 조건을 포함하는 환경하중을 선정하는 환경하중 선정 모듈을 더 포함하는 해양구조물 설계 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 판넬 모델과, 상기 환경하중을 기반으로 상기 해양구조물에 관련된 설계파(Design wave)를 선정하는 설계파 설정 모듈을 더 포함하고,
상기 설계파 설정 모듈은,
미리 설정된 다양한 파도 주기와 파도 입사각도 간격을 기반으로 다수의 입사파를 생성하고, 상기 다수의 입사파에서의 해양구조물의 응답특성을 분석하여 상기 다수의 입사파 중에서 상기 판넬 모델 및 상기 환경하중에 부합하는 설계파를 추출하여 상기 설계파를 자동으로 선정하는 해양구조물 설계 시스템.
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