KR20210123436A - Hull stress monitoring system using digital twin and prediction method for fatigue fracture of ship - Google Patents

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KR20210123436A
KR20210123436A KR1020200040037A KR20200040037A KR20210123436A KR 20210123436 A KR20210123436 A KR 20210123436A KR 1020200040037 A KR1020200040037 A KR 1020200040037A KR 20200040037 A KR20200040037 A KR 20200040037A KR 20210123436 A KR20210123436 A KR 20210123436A
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ship
corrosion
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KR1020200040037A
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김의간
도덕희
남종호
배재류
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한국해양대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a hull stress monitoring system using a digital twin and a prediction method for fatigue fracture of a ship using the same, which are able to measure the stress of a hull by using one or more stress sensors placed on the hull, measure the corrosion degree of an outer plate of the hull by using an electric conductivity, add an environmental outer force information based on the measured stress and corrosion degree of the hull, and predict the fatigue fracture possibility of the ship after a simulation. Accordingly, the present invention is able to monitor the status of the ship in real time, collect various data in real time, constantly and simultaneously measure the data, make a database with the collected data, make it possible to perform the integrated management in accordance with the measuring point, perform a simulation of the collected data, and notify a user to perform the prevention and repair for a stress on the hull greater than a limit value or a measured region where corrosion occurs so that the user can take an immediate action. In addition, the present invention is able to predict the stress and the corrosion degree on the hull for a planned path for navigation through a simulation, prevent the fatigue fracture such as a crack or a cut which could occur on the hull, prevent a disaster on the sea, and extend the life of the ship.

Description

디지털 트윈을 이용한 선체응력 모니터링 시스템 및 이를 이용한 선박의 피로 파괴 예측 방법{HULL STRESS MONITORING SYSTEM USING DIGITAL TWIN AND PREDICTION METHOD FOR FATIGUE FRACTURE OF SHIP}Hull stress monitoring system using digital twin and method for predicting fatigue failure of ships using the same

본 발명은 디지털 트윈을 이용한 선체응력 모니터링 시스템 및 이를 이용한 피로 파괴 예측 방법에 관한 것으로, 선체에 구비된 적어도 하나 이상의 응력 센서를 이용하여 선체의 응력을 측정하고, 전기 전도도를 이용하여 상기 선체의 외판의 부식 정도를 측정하며, 측정된 선체의 응력 및 부식 정도를 기초로 환경외력 정보를 추가하여 시뮬레이션 후 선박의 피로 파괴 가능성을 예측하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a hull stress monitoring system using a digital twin and a fatigue failure prediction method using the same, and measures the stress of the hull using at least one stress sensor provided in the hull, and uses the electrical conductivity to measure the hull's shell plate It is characterized by predicting the possibility of fatigue failure of a ship after simulation by adding environmental external force information based on the measured stress and corrosion degree of the hull.

해상에서 운항되는 선박은 해상 상태 및 운항조건에 따라 선체가 6 자유도운동, 즉, 상하운동(heave), 전후운동(surge), 좌우운동(sway), 종운동(pitch),횡운동(roll), 선수운동(yaw)을 하게 되므로, 선체 구조물은 그 선박이 받으리라고 예상되는 모든 하중(load)에 견딜 수 있는 강도(strength)와 강성(stiffness)를 가지고 있어야 하나, 적하물의 중량(weight of cargo)과 그 배치 요령(distribution) 등에 의해 유발되는 응력(stress)이 선체 강도의 허용 응력 범위를 초과할 수 있다. 이 경우 선체는 과도한 응력을 받아서, 균열 또는 절단 등의 손상을 입을 수 있다. For ships operated at sea, the hull can move in six degrees of freedom, i.e., up and down (heave), forward and backward (surge), left and right (sway), longitudinal motion (pitch), and lateral motion (roll) according to sea conditions and operating conditions. , yaw, so the hull structure must have the strength and stiffness to withstand all the loads expected to be received by the ship, but the weight of cargo ) and its distribution may exceed the allowable stress range of the hull strength. In this case, the hull may be subjected to excessive stress and may be damaged such as cracks or cuts.

또한, 선박이 풍랑을 만난 경우 풍랑에 의해 선체에 과도한 응력이 발생하여 해난이 발생할 수 있으므로, 선체에 가해지는 응력에 대한 실시간 모니터링과 운항 예정 경로에 대하여, 선체에 가해질 응력을 예측하고 피로 파괴 가능성을 예측하는 것이 필요하다.In addition, when a ship encounters a storm, excessive stress may be generated in the hull due to the storm, which may cause maritime turbulence. Therefore, real-time monitoring of the stress applied to the hull and predicting the stress to be applied to the hull for the planned route and the possibility of fatigue failure It is necessary to predict

디지털 트윈(Digital Twin)은 컴퓨터에 현실 속 사물의 쌍둥이를 만들고, 현실에서 발생할 수 있는 상황을 컴퓨터로 시뮬레이션 함으로써 현실 자산의 특성에 대한 정확한 정보를 얻기 위한 기술을 말한다.Digital twin refers to a technology for obtaining accurate information about the characteristics of real assets by creating twins of real objects on a computer and simulating situations that may occur in real life with a computer.

현실 자산의 각종 상태, 생산성, 동작 시나리오 등을 알 수 있으므로 여러 산업들의 생산, 서비스 등 전반에 걸쳐 효율을 향상시킬 수 있으므로 최근 주목받고 있다.Since it is possible to know the various states, productivity, and operation scenarios of real assets, it is attracting attention recently because it can improve the overall efficiency of production and services in various industries.

디지털 트윈은 복제품을 만든다는 점에서 디지털 목업(mockup)과 비슷하다.A digital twin is similar to a digital mockup in that it creates a clone.

하지만 제품 설계가 완성되고 생산 및 판매가 이뤄지는 시점에서 쓸모가 없어지는 목업과는 달리, 디지털 트윈은 제품이 완성된 이후에도 계속 유지되며, 수집한 상태 데이터를 제품 사용자에게 제공할 수 있다는 점에서 큰 차이점을 가진다.However, unlike mockups, which become obsolete once the product design is complete and production and sales take place, digital twins persist after the product is complete, and the state data it collects can be made available to users of the product. have

이러한 디지털 트윈의 장점으로 인해 산업 전반에는 디지털 트윈을 이용한 다양한 프로세스 및 관련 기술을 개발하고 있다. 그러나 아직 디지털 트윈은 초기 아이디어 단계에서 연구가 머물고 있는 실정이며 산업에 실제 적용하기 위한 기술 개발이나 적용이 미비한 실정이다.Due to these advantages of digital twins, various processes and related technologies using digital twins are being developed throughout the industry. However, research on digital twins is still in the initial idea stage, and technology development or application for practical application to industry is insufficient.

대한민국 공개특허공보 제10-2006-0102971호(2006.09.28.)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2006-0102971 (2006.09.28.)

선박의 경우에는 육상과 달리, 바다 위에서 운항을 하고, 만약 공해상에서 고장이 발생한 경우에는 파도, 해류, 태풍 등에 의하여 표류하거나 전복의 위험성이 있을 뿐만 아니라 고장의 수리에도 부품의 수급 문제로 인하여 수개월이 소요될 수 있다.In the case of a ship, unlike land, it operates on the sea, and if a breakdown occurs on the high seas, there is a risk of drifting or overturning due to waves, currents, typhoons, etc. may take

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 선체의 응력을 측정하고, 선체의 외판 부식 정도를 측정하여, 선체의 강도를 모니터링 하고 시뮬레이션하여 운항 중인 선박의 실시간 선체응력과 부식 정도에 따른 선체의 강도를 확인하고, 운항 예정 경로에 대하여 선체에 가해질 응력과 부식 정도에 따른 선체에 발생할 균열 또는 절단 등의 피로 파괴를 가능성을 예측하여 해난을 방지할 수 있는 디지털 트윈을 이용한 선체응력 모니터링 시스템 및 이를 이용한 피로 파괴 예측 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been devised to solve the above problems, and the present invention measures the stress of the hull, measures the degree of corrosion of the shell plate of the hull, monitors and simulates the strength of the hull, and provides real-time hull stress and Using a digital twin that can prevent naval operation by checking the strength of the hull according to the degree of corrosion and predicting the possibility of fatigue failure such as cracks or cuts occurring in the hull according to the stress to be applied to the hull and the degree of corrosion for the planned route It is to provide a hull stress monitoring system and a method for predicting fatigue failure using the same.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디지털 트윈을 이용한 선체응력 모니터링 시스템 및 이를 이용한 피로 파괴 예측 방법은, 선박의 선체 응력과 선체 부식 정도에 관한 누적된 데이터베이스를 디지털 트윈 서버로 부터 수신하여 저장하는 단계; 상기 선박의 선체에 구비된 적어도 하나의 응력 센서를 이용하여 상기 선체의 응력을 측정하는 단계; 전기 전도도를 이용하여 상기 선박의 선체 외판의 부식 정도를 측정하는 단계; 상기 선박의 이동 경로에 따른 환경외력 정보를 수집하는 단계; 상기 측정된 선체 응력과 선체 부식 정도와 수집된 환경외력 정보를 시뮬레이션하는 시뮬레이션 단계; 상기 시뮬레이션 결과값을 통하여 피로 파괴 가능성을 판단하는 단계; 및 상기 피로 파괴 가능성 판단 단계에서 산출된 피로 파괴 가능성을 디스플레이부를 통해 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The hull stress monitoring system using the digital twin and the fatigue failure prediction method using the same of the present invention for achieving the above object receive and store the accumulated database on the ship's hull stress and hull corrosion degree from the digital twin server. to do; measuring the stress of the hull by using at least one stress sensor provided in the hull of the ship; Measuring the degree of corrosion of the hull shell plate of the ship using the electrical conductivity; collecting environmental external force information according to the movement path of the vessel; a simulation step of simulating the measured hull stress, hull corrosion degree, and collected environmental external force information; determining the possibility of fatigue failure through the simulation result value; and outputting the fatigue fracture probability calculated in the fatigue fracture probability determination step through a display unit.

바람직하게는, 상기 피로 파괴 가능성을 판단하는 단계는, 한계값과 산출값을 비교하여 산출값이 한계값 보다 큰 경우 사용자가 인지하고 예방 및 수리를 진행할 수 있도록, 경고 알람 메시지를 출력하는 경고 알람 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, in the determining of the fatigue failure possibility, a warning alarm outputting a warning alarm message so that the user can recognize and prevent and repair when the calculated value is greater than the threshold value by comparing the threshold value and the calculated value It is characterized in that it further comprises a step.

더욱 바람직하게는, 상기 시뮬레이션 단계는, 운항 예정 선박의 운항 예정 경로에 따른 선박의 선체 응력과 선체 부식 정도 및 환경 외력 정보를 시뮬레이션 진행하여, 운항 예정 경로의 피로 파괴 가능성을 예측할 수 있는 것을 특징으로 한다.More preferably, in the simulation step, it is possible to predict the possibility of fatigue failure of the operation scheduled route by simulating the ship's hull stress, the hull corrosion degree, and environmental external force information according to the operation scheduled route of the sailing ship. do.

또한 바람직하게는, 선박의 누적된 선체 응력과 선체 부식 정도에 관한 데이터베이스를 저장하는 디지털 트윈 서버; 상기 선박의 선체에 구비된 적어도 하나의 응력 센서를 이용하여 상기 선체의 응력을 측정하는 선체 응력 측정부; 전기 전도도를 이용하여 상기 선체의 외판의 부식 정도를 측정하는 선체 부식 측정부; 선박의 이동 경로에 따른 환경외력 정보를 수집하는 환경외력 정보 수집부; 측정된 상기 선체 응력 및 상기 부식 정도를 기초로, 상기 수집된 환경외력 정보를 상기 선체에 대한 응력과 부식의 누적 기록에 환경 외력 정보를 추가 이용하여, 시뮬레이션 후 피로 파괴 가능성을 판단하는 제어부; 및 상기 제어부에서 판단된 선박의 피로 파괴 가능성을 사용자에게 디스플레이 하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, a digital twin server for storing a database on the accumulated hull stress of the ship and the degree of hull corrosion; a hull stress measuring unit for measuring the stress of the hull by using at least one stress sensor provided in the hull of the ship; A hull corrosion measuring unit for measuring the degree of corrosion of the outer plate of the hull by using the electrical conductivity; an environmental external force information collecting unit that collects environmental external force information according to the movement path of the vessel; a control unit for determining the possibility of fatigue failure after simulation by additionally using the collected environmental external force information on the accumulated record of stress and corrosion on the hull based on the measured hull stress and the degree of corrosion; And it characterized in that it comprises a display unit for displaying to the user the fatigue failure probability of the vessel determined by the control unit.

또한 바람직하게는, 상기 선체 응력 측정부는, 상기 선체의 일정 구간의 변형률을 측정하는 LBSG센서를 이용하여 선체 응력을 측정하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the hull stress measuring unit is characterized in that it measures the hull stress using an LBSG sensor that measures the strain in a certain section of the hull.

또한 바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 측정된 선체 응력을 이용하여 굽힘 모멘트(bending moment)를 계산하며; 상기 선체의 응력과 계산된 상기 굽힘 모멘트와 상기 선체의 부식 정도 및 상기 선박의 환경외력 정보를 이용하여 시뮬레이션 후 선박의 피로 파괴 가능성을 판단하여 예측하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the control unit calculates a bending moment using the measured hull stress; The stress of the hull, the calculated bending moment, the degree of corrosion of the hull, and the environmental external force information of the ship are used to determine and predict the fatigue failure potential of the ship after simulation.

또한 바람직하게는, 상기 제어부는, 환경외력 정보 수집부로부터 수신된 환경외력 정보를 시뮬레이션 진행 가능하도록 입력값으로 변환 처리하는 환경외력 정보 처리부; 상기 환경외력 정보와 상기 선체 응력과 선체 부식 정도를 운항경로에 따라 시뮬레이션 진행하는 시뮬레이션부; 상기 시뮬레이션부에서 시뮬레이션 결과 한계값과 산출값을 비교하여 피로 파괴 가능성을 판단하여 예측하는 피로 파괴 가능성 예측부; 및 선체 응력 데이터와 선체 부식 데이터와 환경외력 정보 및 시뮬레이션 결과 중 적어도 하나를 저장하는 저장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the control unit comprises: an environmental external force information processing unit for converting the environmental external force information received from the environmental external force information collecting unit into an input value to enable simulation; a simulation unit for simulating the environmental external force information, the stress of the hull, and the degree of corrosion of the hull according to the operation route; a fatigue fracture probability prediction unit for determining and predicting a fatigue fracture possibility by comparing the simulation result limit value with the calculated value in the simulation unit; and a storage unit for storing at least one of hull stress data, hull corrosion data, environmental external force information, and simulation results.

또한 바람직하게는, 피로 파괴 가능성 예측부는, 운항 예정 선박의 운항 예정 경로에 따른 선박의 선체 응력과 선체 부식 정도 및 환경 외력 정보를 시뮬레이션 진행하여, 운항 예정 경로의 피로 파괴 가능성을 예측할 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 트윈을 이용한 선체응력 모니터링 시스템.In addition, preferably, the fatigue fracture possibility predicting unit may predict the fatigue fracture possibility of the operation scheduled route by simulating the hull stress, the hull corrosion degree, and environmental external force information of the ship according to the operation scheduled route of the operation scheduled ship. Hull stress monitoring system using digital twin.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 선박의 상태를 실시간으로 모니터링하고 각종 데이터를 실시간으로 수집함으로써, 선체의 응력 데이터 또는 선체의 부식 데이터 등 데이터의 연속적이고 동시적인 측정을 할 수 있고, 수집된 데이터를 데이터베이스화하여 측정지점에 따른 통합관리가 가능해지며, 수집된 데이터를 시뮬레이션 함으로써 선체에 가해지는 응력이 한계값 보다 큰 경우나 부식이 일어나고 있는 측정 지역에 대해서 예방 및 수리를 진행할 수 있도록 사용자에게 알림으로 즉각적인 조치가 가능하다.According to various embodiments of the present invention, continuous and simultaneous measurement of data such as hull stress data or hull corrosion data can be performed by monitoring the state of the ship in real time and collecting various data in real time, and the collected data integrated management according to the measurement point is possible by converting the data into a database, and by simulating the collected data, the user is notified so that the stress applied to the hull is greater than the limit value or the measurement area where corrosion is occurring can be prevented and repaired. immediate action is possible.

또한, 운항 예정 경로에 대하여 선체에 가해질 응력과 부식 정도를 시뮬레이션을 통해 예측하여 선체에 발생할 균열 또는 절단과 같은 피로 파괴를 방지하여, 해난을 방지할 수 있으며 선박의 수명을 연장할 수 있는 효과를 가진다.In addition, by predicting the stress and corrosion level to be applied to the hull with respect to the planned route through simulation, fatigue failure such as cracks or cuts occurring in the hull is prevented, thereby preventing naval operations and extending the life of the vessel. have

또한, 선박의 피로 파괴로 인한 고장의 수리에 수개월이 소요될 수 있는 문제점을 사전에 예방할 수 있는 효과를 가진다.In addition, it has the effect of preventing in advance a problem that may take several months to repair a failure due to fatigue failure of a ship.

도 1은 선체응력을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 트윈을 이용한 선체응력 모니터링 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모니터링 시스템의 제어부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 선박의 피로 파괴 예측 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 피로 파괴 예측 가능성을 표시하는 디스플레이부를 나타내는 도면이다.1 is a conceptual diagram showing the hull stress.
2 is a diagram showing the configuration of a hull stress monitoring system using a digital twin according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a control unit of a monitoring system according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a method for predicting fatigue failure of a ship according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a display unit displaying a predictability of fatigue failure according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.Advantages and features of the present invention, and a method of achieving the same, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings.

그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.However, the present invention is not limited by the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우, 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.In addition, when it is determined that related known techniques may obscure the gist of the present invention in describing the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

도 1을 참조하면, 응력(stress)은 선체에 외력이 작용하였을 때, 그 외력에 저항하여 선체의 형태를 그대로 유지하려고 하는 즉, 선체 내에 생기는 내력을 말하며 이를 변형력이라고도 한다. 따라서 선체에 응력이 발생한다는 것은 선체에 외력이 가해지고 있다는 것을 의미하므로, 응력의 발생 여부 및 발생한 응력의 크기를 측정하여 선체의 구조적 상태에 대한 모니터링이 필요하다.Referring to FIG. 1 , when an external force is applied to the hull, the stress refers to the internal force generated in the hull that resists the external force and tries to maintain the shape of the hull as it is, and is also referred to as a deformation force. Therefore, the occurrence of stress in the hull means that an external force is being applied to the hull, so it is necessary to monitor the structural state of the hull by measuring the occurrence of stress and the magnitude of the generated stress.

도 1(a)은 호깅(hogging)을 나타내고, 도 1(b)는 새깅(sagging)을 나타낸다.Figure 1 (a) shows hogging (hogging), Figure 1 (b) shows sagging (sagging).

선박(100)에 가해지는 하중(10)과 부력(20)과 인장력(30) 및 압축력(40)을 나타낸다.The load 10 and the buoyancy force 20 and the tensile force 30 and the compressive force 40 applied to the ship 100 are shown.

호깅(hogging)은 선체 중앙부에서 부력(20)이 선체 하중(10)보다 크며 선수미 부분에서 부력(20)이 선체 하중(10)보다 작을 때 발생하며, 선체는 중앙부가 위로 밀려올라가는 형으로 굽게된다. 선체의 윗면 부재는 인장력(30)을 선체의 밑면 부재는 압축력(40)을 받으며, 파정이 배의 중앙부와 일치한 경우 발생된다.Hogging occurs when the buoyancy force 20 is greater than the hull load 10 at the center of the hull and the buoyancy 20 at the fore and aft portions is smaller than the hull load 10. do. The upper member of the hull receives a tensile force (30) and the lower member of the hull receives a compressive force (40).

새깅(sagging)은 선체 중앙부에서 하중(10)이 부력(20)보다 크며 선수미 부분에서 하중(10)이 부력(20)보다 작을 때 발생하며, 선체 중앙부가 아래로 처져 내려오는 형으로 굽게된다. 선체의 윗면 부재는 압축력(40)을 선체의 밑면부재는 인장력(30)을 받으며 파저가 배의 중앙부와 일치한 경우 발생된다.Sagging occurs when the load 10 at the center of the hull is greater than the buoyancy force 20 and the load 10 at the fore and aft portions is smaller than the buoyancy force 20. . The upper surface member of the hull receives a compressive force (40) and the lower surface member of the hull receives a tensile force (30).

도 2를 참조하면, 디지털 트윈을 이용한 선체 응력 모니터링 시스템(300)의 구성을 나타내는 도면이다.Referring to FIG. 2 , it is a diagram showing the configuration of a hull stress monitoring system 300 using a digital twin.

본 발명의 실시예에 따른 선체 응력 모니터링 시스템(300)은 선박이 운항되는 해상의 상태에 따라 변화되면서 선체에 작용하는 선체 응력(hull stress)과 선체 부식 정도를 실시간으로 계측할 수 있는 시스템으로, 디지털 트윈 서버(310), 환경외력 정보 수집부(320), 측정부(330), 제어부(340) 및 디스플레이부를 포함한다.The hull stress monitoring system 300 according to an embodiment of the present invention is a system that can measure in real time the hull stress and the degree of hull corrosion acting on the hull while changing according to the state of the sea in which the ship operates, It includes a digital twin server 310 , an environmental external force information collection unit 320 , a measurement unit 330 , a control unit 340 , and a display unit.

디지털 트윈 서버(310)는 임의의 해상에서 운항되는 선체에 작용할 수 있는 다양한 부하의 종류(선체 응력, 선체 부식 정도 등) 및 그 크기가 저장되거나, 현재 운항 중인 선박의 선체 응력과 부식 정도 등의 상태값이 저장된 데이터베이스일 수 있다.The digital twin server 310 stores various types of loads (hull stress, hull corrosion degree, etc.) and sizes that can act on the hull operated in any sea, or the hull stress and corrosion degree of the currently operating vessel. It may be a database in which state values are stored.

구체적으로, 디지털 트윈 서버(310)에는 임의의 해상 상태에 따라 선체에 작용할 수 있는 부하의 크기가 선박을 설계하는 단계에서 미리 계산되어 저장될 수 있다. 또한, 디지털 트윈 서버(310)에는 현재 운항 중인 선박의 상태값 데이터를 불러와서, 임의의 해상 상태에 따라 선체에 작용할 수 있는 부하값을 계산하여 반영할 수 있는 데이터베이스가 저장될 수 있다.Specifically, in the digital twin server 310, the magnitude of the load that can act on the hull according to any sea state may be calculated in advance and stored in the designing stage of the ship. In addition, the digital twin server 310 may store a database capable of fetching state value data of a currently operating vessel, calculating and reflecting a load value that can act on the hull according to an arbitrary sea state.

선체에 작용하는 부하의 종류는 여러가지일 수 있으며, 일 예로 선체 응력과 선체 부식 정도일 수 있다. The type of load acting on the hull may be various, and may be, for example, hull stress and hull corrosion.

이경우 디지털 트윈 서버(310)는 다양한 해상 상태에서 선체에 작용하는 선체 응력이 저장된 선체 응력 데이터베이스부(311)를 포함할 수 있다.In this case, the digital twin server 310 may include a hull stress database unit 311 in which hull stresses acting on the hull in various sea conditions are stored.

또한, 디지털 트윈 서버(310)는 다양한 해상 상태에서 선체에 진행될 수 있는 부식의 정도가 저장된 선체 부식 데이터베이스부(312)를 포함할 수 있다.In addition, the digital twin server 310 may include a hull corrosion database unit 312 in which the degree of corrosion that can proceed to the hull in various sea conditions is stored.

측정부(330)는 선체에 작용하는 선체 응력을 실시간으로 측정하는 선체 응력 측정부(331)과 선체의 부식 정도를 측정하는 선체 부식 측정부(332)를 포함할 수 있다.The measuring unit 330 may include a hull stress measuring unit 331 that measures the hull stress acting on the hull in real time and a hull corrosion measuring unit 332 measuring the degree of corrosion of the hull.

환경외력 정보 수집부(320)는 선박이 운항되는 주변의 해상 상태 정보를 수집하는 것으로, 선체에 제공될 수 있다.The environmental external force information collection unit 320 collects sea state information around the vessel in which the vessel operates, and may be provided to the hull.

환경외력 정보 수집부(320)는 해상의 파 입사각, 유의 파고, 평균 파주기 등의 해상 정보를 수집할 수 있으며, 기온과 바람의 방향, 세기 등의 기상 정보도 수집할 수 있다.The environmental external force information collection unit 320 may collect maritime information such as a wave incidence angle, significant wave height, and average wave period at sea, and may also collect meteorological information such as temperature and wind direction and strength.

그러나 환경외력정보 수집부(320)는 해상 상태 또는 기상 상태를 직접적으로 감지하지 않고 해상 정보 및 기상 정보를 제공하는 별도의 정보 업체 또는 기관으로부터 정보를 수집할 수도 있다.However, the environmental external force information collecting unit 320 may collect information from a separate information company or institution that provides sea information and weather information without directly detecting the sea state or the weather state.

또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 선체 응력 측정부(331), 선체 부식 측정부(332) 및 환경외력 정보 수집부(320) 외에 선박을 모니터링 하는 별도의 장치나 시스템이 본 발명의 모니터링 시스템에 연결될 수 있다. In addition, although not shown in the drawings, a separate device or system for monitoring the vessel in addition to the hull stress measurement unit 331, the hull corrosion measurement unit 332 and the environmental external force information collection unit 320 is connected to the monitoring system of the present invention. can

다만 본 발명에서는 설명의 편의상 선체의 강도 안전성을 모니터링 하기 위한 선체 응력 모니터링 시스템을 설명하기 위해서 선체 응력 측정부(331)와 선체 부식 측정부(332) 및 환경외력 정보 수집부(320)만을 도시하였다.However, in the present invention, only the hull stress measuring unit 331, the hull corrosion measuring unit 332, and the environmental external force information collecting unit 320 are shown in order to explain the hull stress monitoring system for monitoring the strength and safety of the hull for convenience of explanation. .

선체 응력 측정부(331)는, 선박에 설치된 적어도 하나 이상의 응력 센서로부터 선체에 가해지는 응력을 측정할 수 있다.The hull stress measurement unit 331 may measure the stress applied to the hull from at least one or more stress sensors installed on the ship.

구체적으로 선체 응력 측정부(331)는 일예로 선박에 설치된 복수의 응력 센서가 선체에 가해지는 응력을 측정하는데, 그 예로서 선체의 일정 구간의 변형률을 측정하는 LBSG(Long-Based Strain rate Gauge)센서 또는 광섬유 게이지 등이 사용될 수 있다.Specifically, the hull stress measurement unit 331 measures the stress applied to the hull by a plurality of stress sensors installed on the ship, for example, a Long-Based Strain Rate Gauge (LBSG) that measures the strain in a certain section of the hull. A sensor or a fiber optic gauge may be used.

선체 응력 측정부(331)는 측정한 선체 가해지는 응력을 제어부(340)에 전달할 수 있다.The hull stress measurement unit 331 may transmit the measured stress applied to the hull to the control unit 340 .

한편, 선체의 응력측정 결과를 이용하여 선체에 피로 파괴(fatigue fracture)가 나타나는 위험도를 예측하여 계산할 수도 있다. On the other hand, using the stress measurement results of the hull, the risk of fatigue fracture in the hull can be predicted and calculated.

그러나 이때 계산된 선체 피로 파괴 위험도는 선체 구조가 부식되지 않는 다는 가정하에 작용한 응력의 누적 기록을 이용한다. 따라서 선박은 실제로 계속 해수에 의해 부식되고 있으므로 선체의 부식 정도를 선체 피로도 계산에 추가하여야 정확한 계산이 가능하다.However, the calculated hull fatigue fracture risk uses the cumulative record of stress applied under the assumption that the hull structure does not corrode. Therefore, since the ship is actually continuously being corroded by seawater, the degree of corrosion of the hull must be added to the hull fatigue calculation for accurate calculation.

선체 부식 측정부(332)는 선체에 진행되고 있는 부식의 정도를 측정할 수 있다.The hull corrosion measuring unit 332 may measure the degree of corrosion in progress on the hull.

구체적으로 선체 부식 측정부(332)는 전기 전도도를 이용하여 선체 외판의 부식 정도를 측정하는 장치가 사용될 수 있다.Specifically, the hull corrosion measurement unit 332 may be a device for measuring the degree of corrosion of the hull shell plate using electrical conductivity.

선체 부식 측정부(332)는 측정한 선체에 진행되고 있는 부식의 정도를 제어부(340)에 전달할 수 있다.The hull corrosion measurement unit 332 may transmit the measured degree of corrosion in progress to the hull to the control unit 340 .

도 3을 참조하면, 제어부(340)는 선체에 작용하는 부하(선체응력, 부식정도)의 크기를 실시간으로 파악하고, 그에 따라 실시간으로 변화되는 선체의 강도를 시뮬레이션 후 판단하는 기능을 갖는 것으로, 환경외력 정보 처리부(341), 시뮬레이션부(342), 피로 파괴 가능성 예측부(343) 및 저장부(344)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the control unit 340 has a function of determining in real time the magnitude of the load (hull stress, corrosion degree) acting on the hull, and simulating the strength of the hull that is changed in real time accordingly and then judging it, It may include an environmental external force information processing unit 341 , a simulation unit 342 , a fatigue fracture probability prediction unit 343 , and a storage unit 344 .

제어부(340)는 환경외력 정보 수집부(320)로부터 수신된 환경외력 정보를 환경외력 정보 처리부(342)에서 실시간으로 전송받은 해상 상태 및 기상 상태를 시뮬레이션 진행할 수 있도록 입력값으로 변환 처리하여 입력할 수 있다.The control unit 340 converts the environmental external force information received from the environmental external force information collection unit 320 into an input value so as to simulate the sea state and the weather state received in real time from the environmental external force information processing unit 342. can

디지털 트윈 서버(310)에 저장된 선박의 누적된 부하(선체 응력, 선체 부식)를 수신하고, 선체 응력 측정부와 선체 부식 측정부에서 측정된 값과 상기 입력값을 대응하여, 시뮬레이션부(342)를 통해 시뮬레이션을 진행하여 실시간 선체에 작용하는 부하의 크기를 확인할 수 있다.Receives the accumulated load (hull stress, hull corrosion) of the ship stored in the digital twin server 310, and corresponds to the value measured by the hull stress measurement unit and the hull corrosion measurement unit and the input value, and the simulation unit 342 Through simulation, you can check the magnitude of the load acting on the hull in real time.

피로 파괴 가능성 예측부(343)는, 실시간으로 계측된 부하(선체 응력, 선체 부식)값 또는 시뮬레이션 후 도출된 부하(선체 응력, 선체 부식)값을 한계 부하와 비교하여, 선체 전체에 작용하는 부하가 한계 부하에 도달하였는지 여부에 따라 선체의 강도 및 선박의 운항의 안전성을 판단하여 피로 파괴 가능성을 예측할 수 있다.The fatigue fracture possibility prediction unit 343 compares the load (hull stress, hull corrosion) value measured in real time or the load (hull stress, hull corrosion) value derived after simulation with the limit load, and the load acting on the entire hull Fatigue failure probability can be predicted by judging the strength of the hull and the safety of the ship's operation according to whether the load has reached the limit load.

저장부(344)는 디지털 트윈 서버(310)로부터 선박에 누적된 선체 응력 데이터와 선체 부식 데이터를 수신하여 저장할 수 있다.The storage unit 344 may receive and store hull stress data and hull corrosion data accumulated in the ship from the digital twin server 310 .

또한, 환경외력 정보 수집부(320)에서 수신된 환경외력 정보를 저장할 수 있다.In addition, the environmental external force information collection unit 320 may store the received environmental external force information.

또한, 피로 파괴 가능성 예측부(343)에서 도출된 부하값인 선체 응력 데이터와 선체 부식 데이터는 저장부(344)에 저장될 수 있다.In addition, hull stress data and hull corrosion data, which are load values derived from the fatigue fracture probability prediction unit 343 , may be stored in the storage unit 344 .

또한, 피로 파괴 가능성 예측부(343)에서 도출된 부하값인 선체 응력 데이터와 선체 부식 데이터를 디지털 트윈 서버(310)의 선체 응력 데이터베이스부(311)과 선체 부식 데이터베이스부(312)에 저장할 수 있다.In addition, the hull stress data and hull corrosion data, which are load values derived from the fatigue fracture probability prediction unit 343 , may be stored in the hull stress database unit 311 and the hull corrosion database unit 312 of the digital twin server 310 . .

저장부(344)는 선체 응력 측정부(331) 및 선체 부식 측정부(332)가 측정한 다양한 정보를 저장할 수 있다. 저장부(344)는 또한 육상 관제로부터 원격으로 수신한 데이터를 저장할 수도 있다.The storage unit 344 may store various information measured by the hull stress measurement unit 331 and the hull corrosion measurement unit 332 . The storage unit 344 may also store data remotely received from the land control.

다양한 실시예에서 저장부(344)는 선체 응력 측정부(331) 및 선체 부식 측정부(332) 이외의 환경외력 정보 수집부(320)로부터 수신된 정보를 저장할 수도 있고, 디지털 트윈 서버(310)로부터 수신된 정보를 저장할 수도 있다.In various embodiments, the storage unit 344 may store information received from the environmental external force information collection unit 320 other than the hull stress measurement unit 331 and the hull corrosion measurement unit 332, and the digital twin server 310 It is also possible to store information received from

그리고 이러한 선체 강도 및 선박의 운항의 안정성 등을 판단하여 피로 파괴 가능성을 예측하여, 통신부(미도시)를 통해 유/무선으로 디스플레이부(350)에 수치화 또는 그래픽화되어 3D 입체 형상화된 피로 파괴 예측값을 선박의 승선자에게 제공될 수 있다.And by judging the strength of the hull and the stability of the ship's operation, etc. to predict the possibility of fatigue failure, a 3D stereoscopic fatigue fracture predicted value is digitized or graphically displayed on the display unit 350 by wire/wireless through the communication unit (not shown) may be provided to the occupants of the vessel.

통신부(미도시)는 제어부(340)가 디지털 트윈 서버(310)와 환경외력 정보 수집부(320)와 측정부(330)와 디스플레이부(350)와 통신 접속되어 정보를 송수신할 수 있다.In the communication unit (not shown), the control unit 340 communicates with the digital twin server 310 , the environmental external force information collection unit 320 , the measurement unit 330 , and the display unit 350 to transmit and receive information.

또한, 디지털 트윈 서버(310)는 선박 외에 구비될 수 있다. 즉, 육상 또는 해상의 다른 선박에 구비된 서버에 저장될 수 있으며, 디스플레이부(350)도 운항 중인 선박 외에 육상의 디스플레이부 또는 다른 선박의 디스플레이부에 표시될 수 있다.In addition, the digital twin server 310 may be provided in addition to the ship. That is, it may be stored in a server provided in another ship on land or on the sea, and the display unit 350 may also be displayed on a display unit on land or a display unit of another vessel in addition to a vessel in operation.

또한 디스플레이부(350)는 선박의 강도 또는 안전성에 문제가 발생될 경우 피로 파괴 가능성에 대한 알람 등을 발생시킬 수 있다.In addition, the display unit 350 may generate an alarm about the possibility of fatigue failure when a problem occurs in the strength or safety of the vessel.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 선박의 피로 파괴 예측 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a method for predicting fatigue failure of a ship according to an embodiment of the present invention will be described.

도 4를 참조하면,본 실시예에 따른 선박의 피로 파괴 예측 방법은 전술된 디지털 트윈을 이용한 선체 응력 모니터링 시스템을 이용하여 선박의 피로 파괴 가능성을 예측하는 방법으로, 선체 응력 측정 단계(S100)는 복수의 응력 센서를 이용하여 선체의 응력을 측정할 수 있다.4, the fatigue failure prediction method of the ship according to the present embodiment is a method of predicting the fatigue failure potential of the ship using the hull stress monitoring system using the digital twin described above, the hull stress measurement step (S100) is A plurality of stress sensors can be used to measure the stress of the hull.

구체적으로 선박에 설치된 복수의 응력 센서가 선체에 가해지는 응력을 측정하는데, 그 예로서 선체의 일정 구간의 변형률을 측정하는 LBSG(Long-Based Strain rate Gauge)센서를 이용하여 선체가 어느 정도 변형되는 지를 실시간으로 측정할 수 있다.Specifically, a plurality of stress sensors installed on the ship measure the stress applied to the hull. can be measured in real time.

선체 부식도 측정 단계(S110)는 전기 전도도를 이용하여 선체 외판의 부식 정도를 측정하는 장치를 이용하여 선체의 부식도를 실시간으로 측정할 수 있다.The hull corrosion degree measurement step ( S110 ) may measure the corrosion degree of the hull in real time using an apparatus for measuring the degree of corrosion of the hull shell plate using electrical conductivity.

환경 외력 정보 수집 단계(S120)는 환경외력 정보 수집부로 부터 실시간 환경 외력 정보를 수집할 수 있다.The environmental external force information collection step (S120) may collect real-time environmental external force information from the environmental external force information collection unit.

시뮬레이션 단계(S130)는 디지털 트윈 서버로부터 저장된 선체 응력 데이터와 선체 부식 데이터를 수신하고, 실시간 측정되는 선박의 선체 응력과 선체 부식 정도 및 환경 외력 정보를 수신하여 시뮬레이션을 진행할 수 있다.In the simulation step (S130), the hull stress data and hull corrosion data stored from the digital twin server are received, and the hull stress of the ship, the hull corrosion degree, and the environmental external force information measured in real time are received to perform the simulation.

이때, 시뮬레이션 단계(S130)는 현재 운항 중인 선박의 선체 응력과 선체 부식 정도 및 환경 외력 정보를 시뮬레이션 진행할 수도 있고, 운항 예정 선박의 운항 예정 경로에 따른 선박의 선체 응력과 선체 부식 정도 및 환경 외력 정보를 시뮬레이션 진행할 수도 있다.In this case, in the simulation step (S130), the hull stress, hull corrosion degree, and environmental external force information of the currently operating vessel may be simulated, and the hull stress and hull corrosion degree and environmental external force information of the vessel according to the scheduled operation route of the operating vessel. can also be simulated.

수집된 응력 데이터와 선체의 구조 데이터를 비교하교, 응력 데이터를 시간 또는 크기 별로 분석할 수 있으며, 분석된 응력 데이터를 기초로 선체 응력(hull stress)및 굽힘 모멘트(bending moment)를 계산할 수 있다.By comparing the collected stress data with the structural data of the hull, the stress data can be analyzed by time or size, and hull stress and bending moment can be calculated based on the analyzed stress data.

산출된 선체 응력과 굽힘 모멘트를 이용하여 선체의 피로 파괴 가능성을 판단할 수 있다.Using the calculated hull stress and bending moment, the possibility of fatigue failure of the hull can be determined.

이 경우에 선체 부식도 및 환경 외력 정보를 반영할 수 있다.In this case, the hull corrosion degree and environmental external force information can be reflected.

환경외력 정보는 실시간 기상정보와 관련하여 기온, 바람, 해류, 파랑 정보 등으로 의미할 수 있으며 그 수치는 세기 또는 크기 등으로 표현될 수 있다.The environmental external force information may refer to temperature, wind, current, wave information, etc. in relation to real-time weather information, and the numerical value may be expressed as intensity or size.

피로 파괴 가능성 판단 단계(S140)는 상기 시뮬레이션 단계(S130)에서 시뮬레이션 진행한 결과값을 통하여 선체의 강도를 확인하고, 선체에 발생할 균열 또는 절단 등의 피로 파괴 가능성을 판단한다.In the fatigue fracture possibility determination step ( S140 ), the strength of the hull is checked through the result of the simulation in the simulation step ( S130 ), and the possibility of fatigue fracture such as cracks or cuts occurring in the hull is determined.

한계값과 산출값 비교 단계(S150)에서는 한계값과 산출값을 비교하여 산출값이 한계값 보다 크지 않은 경우 산출된 피로 파괴 가능성을 디스플레이부에 전송하여 출력 할 수 있도록 한다(S170).In the limit value and calculated value comparison step (S150), the calculated value is compared with the calculated value, and when the calculated value is not greater than the limit value, the calculated fatigue failure probability is transmitted to the display unit to be output (S170).

또한, 한계값과 산출값 비교 단계(S150)에서 한계값과 산출값을 비교하여 산출값이 한계값 보다 큰 경우 경고 알람 단계(S160)로 이동하고 경고 알람 메시지를 디스플레이부에 전송할 수 있으며, 산출된 피로 파괴 가능성을 디스플레이부에 전송하여 출력 할 수 있도록 한다(S170).In addition, by comparing the limit value and the calculated value in the limit value and the calculated value comparison step (S150), if the calculated value is greater than the limit value, it can move to the warning alarm step (S160) and transmit a warning alarm message to the display unit, and the calculation It transmits the fatigue fracture potential to the display unit so that it can be output (S170).

여기서 한계값은 복수의 선박에서 피로 파괴가 일어나는 일반적인 수치(사용시간 등)의 한계값을 의미할 수도 있으며, 현재 운항 중인 선박의 설계 단계에서 설정된 한계값일 수도 있고, 디지털 트윈을 이용하여 시뮬레이션 후 피로 파괴가 일어나는 수치의 한계값을 의미할 수 있다.Here, the limit value may mean a limit value of a general numerical value (use time, etc.) at which fatigue failure occurs in a plurality of ships, may be a limit value set in the design stage of a currently operating ship, or may be fatigued after simulation using a digital twin. It can mean the limit value of the numerical value at which destruction occurs.

일 실시예로 디지털 트윈을 이용하여 시뮬레이션 후 피로 파괴가 일어나는 수치의 한계값으로 설정하는 것이 바람직하다.In one embodiment, it is preferable to set the limit value of the numerical value at which fatigue failure occurs after simulation using a digital twin.

또한, 이는 선박의 종류 또는 선박의 운항 경로에 따라 한계값이 설정될 수 있다. Also, a limit value may be set according to the type of the vessel or the navigation route of the vessel.

이는 선박 운항시 악천후에서 운항되는 선박이 피로 파괴 가능성이 높아질 것이다.This will increase the likelihood of fatigue failure of ships operating in bad weather during ship operation.

이에 따라 종래에 축척된 선박의 피로 파괴 데이터는 선박의 피로 파괴 가능성 예측에 큰 도움이 될 것이다.Accordingly, the fatigue fracture data of the vessel accumulated in the prior art will be of great help in predicting the fatigue fracture potential of the vessel.

이를 통해 사용자가 인지하고 예방 및 수리를 진행할 수 있도록 하여 즉각적인 조치가 가능하도록 하며, 이것에 의해 선박의 피로 파괴를 방지하여 해난을 방지할 수 있으며, 선박의 수명을 연장할 수 있는 효과를 가진다.Through this, the user can recognize it and proceed with prevention and repair so that immediate action is possible.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 피로 파괴 예측 가능성을 표시하는 디스플레이부를 나타내는 도면이다.5 is a view illustrating a display unit displaying a predictability of fatigue fracture according to an embodiment of the present invention.

선박에 가해지는 선체 응력(hull stress)과 선박의 부식 정도에 따른 피로 파괴 가능성을 표시한 화면이며, 피로 파괴 가능성이 높은(High)부분과 낮은(Low)부분을 3D 형상화 하여 사용자에게 제공하여, 사용자의 숙련도와 상관없이 선박의 피로 파괴 가능성을 확인하고, 즉각적이 조치를 통해 예방 및 수리를 진행할 수 있도록 하며, 이것에 의해 선박의 피로 파괴를 방지하여 해난을 방지할 수 있으며, 선박의 수명을 연장할 수 있는 효과를 가진다.It is a screen that displays the possibility of fatigue failure according to the hull stress applied to the ship and the degree of corrosion of the ship. Regardless of the user's skill level, the possibility of fatigue failure of the ship is checked, and prevention and repair can be carried out through immediate measures. It has a prolongable effect.

지금까지 본 발명에 따른 디지털 트윈을 이용한 선체응력 모니터링 시스템 및 이를 이용한 선박의 피로 파괴 예측 방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러가지 실시 변형이 가능함은 자명하다. 그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Until now, specific embodiments of the hull stress monitoring system using the digital twin according to the present invention and the method for predicting fatigue failure of a ship using the same have been described, but it is self-evident that various implementation modifications are possible without departing from the scope of the present invention. do. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, and should be defined by the following claims as well as the claims and equivalents.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술 될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.That is, it should be understood that the above-described embodiments are illustrative in all respects and not restrictive, and the scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and the meaning and scope of the claims; All changes or modifications derived from the concept of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

10: 하중 20: 부력
30: 인장력 40: 압축력
100: 선박 200: 디지털 트윈 선박
300: 선체 응력 모니터링 시스템 310: 디지털 트윈 서버
311: 선체 응력 데이터베이스부 312: 선체 부식 데이터베이스부
320: 환경 외력 정보 수집부 330: 측정부
331: 선체 응력 측정부 332: 선체 부식 측정부
340: 제어부 341: 환경외력 정보 처리부
342: 시뮬레이션부 343: 피로 파괴 가능성 판단부
344: 저장부 350: 디스플레이부10: load 20: buoyancy
30: tensile force 40: compressive force
100: Ship 200: Digital Twin Ship
300: hull stress monitoring system 310: digital twin server
311: hull stress database unit 312: hull corrosion database unit
320: environmental external force information collection unit 330: measurement unit
331: hull stress measurement unit 332: hull corrosion measurement unit
340: control unit 341: environmental external force information processing unit
342: simulation unit 343: fatigue fracture possibility determination unit
344: storage unit 350: display unit

Claims (8)

선박의 선체 응력과 선체 부식 정도에 관한 누적된 데이터 베이스를 디지털 트윈 서버로 부터 수신하여 저장하는 단계;
상기 선박의 선체에 구비된 적어도 하나의 응력 센서를 이용하여 상기 선체의 응력을 측정하는 단계;
전기 전도도를 이용하여 상기 선박의 선체 외판의 부식 정도를 측정하는 단계;
상기 선박의 이동 경로에 따른 환경외력 정보를 수집하는 단계;
상기 측정된 선체 응력과 선체 부식 정도와 수집된 환경외력 정보를 시뮬레이션하는 시뮬레이션 단계;
상기 시뮬레이션 결과값을 통하여 피로 파괴 가능성을 판단하는 단계;및
상기 피로 파괴 가능성 판단 단계에서 산출된 피로 파괴 가능성을 디스플레이부를 통해 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 트윈을 이용한 선체응력 모니터링 및 선박의 피로 파괴 예측 방법.
receiving and storing the accumulated database on the ship's hull stress and hull corrosion degree from the digital twin server;
measuring the stress of the hull by using at least one stress sensor provided in the hull of the ship;
Measuring the degree of corrosion of the hull shell plate of the ship using the electrical conductivity;
collecting environmental external force information according to the movement path of the vessel;
a simulation step of simulating the measured hull stress, hull corrosion degree, and collected environmental external force information;
Determining the possibility of fatigue failure through the simulation result value; And
Hull stress monitoring and fatigue failure prediction method of a ship using a digital twin, characterized in that it comprises the step of outputting the fatigue failure probability calculated in the fatigue failure determination step through a display unit.
 청구항 1에 있어서,
상기 피로 파괴 가능성을 판단하는 단계는,
한계값과 산출값을 비교하여 산출값이 한계값 보다 큰 경우
사용자가 인지하고 예방 및 수리를 진행할 수 있도록, 경고 알람 메시지를 출력하는 경고 알람 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 트윈을 이용한 선체응력 모니터링 및 선박의 피로 파괴 예측 방법.
The method according to claim 1,
The step of determining the possibility of fatigue failure,
When the calculated value is greater than the limit value by comparing the limit value and the calculated value
Hull stress monitoring and fatigue failure prediction method of a ship using a digital twin, characterized in that it further comprises a warning alarm step of outputting a warning alarm message so that the user can recognize and proceed with prevention and repair.
 청구항 1에 있어서,
상기 시뮬레이션 단계는,
운항 예정 선박의 운항 예정 경로에 따른 선박의 선체 응력과 선체 부식 정도 및 환경 외력 정보를 시뮬레이션 진행하여, 운항 예정 경로의 피로 파괴 가능성을 예측할 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 트윈을 이용한 선체응력 모니터링 및 선박의 피로 파괴 예측 방법.
The method according to claim 1,
The simulation step is
Hull stress monitoring and vessel using digital twin, characterized in that it is possible to predict the possibility of fatigue failure of the planned operation route by simulating the ship's hull stress, hull corrosion degree, and environmental external force information according to the planned route of the ship to be operated. of fatigue failure prediction method.
 선박의 누적된 선체 응력과 선체 부식 정도에 관한 데이터 베이스를 저장하는 디지털 트윈 서버;
상기 선박의 선체에 구비된 적어도 하나의 응력 센서를 이용하여 상기 선체의 응력을 측정하는 선체 응력 측정부;
전기 전도도를 이용하여 상기 선체의 외판의 부식 정도를 측정하는 선체 부식 측정부;
선박의 이동 경로에 따른 환경외력 정보를 수집하는 환경외력 정보 수집부;
측정된 상기 선체 응력 및 상기 부식 정도를 기초로, 상기 수집된 환경외력 정보를 상기 선체에 대한 응력과 부식의 누적 기록에 환경 외력 정보를 추가 이용하여, 시뮬레이션 후 피로 파괴 가능성을 판단하는 제어부; 및
상기 제어부에서 판단된 선박의 피로 파괴 가능성을 사용자에게 디스플레이 하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 트윈을 이용한 선체응력 모니터링 시스템.
a digital twin server that stores a database on the ship's accumulated hull stress and hull corrosion;
a hull stress measurement unit for measuring the stress of the hull by using at least one stress sensor provided in the hull of the ship;
A hull corrosion measuring unit for measuring the degree of corrosion of the outer plate of the hull by using the electrical conductivity;
an environmental external force information collecting unit that collects environmental external force information according to the movement path of the vessel;
a control unit for determining the possibility of fatigue failure after simulation by additionally using the collected environmental external force information to the cumulative record of stress and corrosion on the hull based on the measured hull stress and the degree of corrosion; and
Hull stress monitoring system using a digital twin, characterized in that it includes a display unit for displaying the fatigue failure possibility of the vessel determined by the control unit to the user.
 청구항 4에 있어서,
상기 선체응력 측정부,
상기 선체의 일정 구간의 변형률을 측정하는 LBSG센서를 이용하여 선체 응력을 측정하는 것을 특징으로 하는 디지털 트윈을 이용한 선체응력 모니터링 시스템.
5. The method according to claim 4,
The hull stress measurement unit,
Hull stress monitoring system using a digital twin, characterized in that the hull stress is measured using an LBSG sensor that measures the strain in a certain section of the hull.
 청구항 4에 있어서,
상기 제어부는,
상기 측정된 선체 응력을 이용하여 굽힘 모멘트(bending moment)를 계산하며;
상기 선체의 응력과 계산된 상기 굽힘 모멘트와 상기 선체의 부식 정도 및 상기 선박의 환경외력 정보를 이용하여 시뮬레이션 후 선박의 피로 파괴 가능성을 판단하고 예측하는 것을 특징으로 하는 디지털 트윈을 이용한 선체응력 모니터링 시스템.
5. The method according to claim 4,
The control unit is
calculating a bending moment using the measured hull stress;
Hull stress monitoring system using a digital twin, characterized in that after simulation using the stress of the hull, the calculated bending moment, the degree of corrosion of the hull, and the environmental external force information of the ship, it is determined and predicted the possibility of fatigue failure of the ship .
 청구항 4에 있어서,
상기 제어부는,
환경외력 정보 수집부로부터 수신된 환경외력 정보를 시뮬레이션 진행 가능하도록 입력값으로 변환 처리하는 환경외력 정보 처리부;
상기 환경외력 정보와 상기 선체 응력과 선체 부식 정도를 운항경로에 따라 시뮬레이션 진행하는 시뮬레이션부;
상기 시뮬레이션부에서 시뮬레이션 결과 한계값과 산출값을 비교하여 피로 파괴 가능성을 판단하여 예측하는 피로 파괴 가능성 예측부; 및
선체 응력 데이터와 선체 부식 데이터와 환경외력 정보 및 시뮬레이션 결과 중 적어도 하나를 저장하는 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 트윈을 이용한 선체응력 모니터링 시스템.
5. The method according to claim 4,
The control unit is
an environmental external force information processing unit that converts the environmental external force information received from the environmental external force information collecting unit into an input value to enable simulation;
a simulation unit for simulating the environmental external force information, the stress of the hull, and the degree of corrosion of the hull according to the operation route;
a fatigue fracture probability prediction unit for determining and predicting a fatigue fracture possibility by comparing the simulation result limit value with the calculated value in the simulation unit; and
Hull stress monitoring system using a digital twin, characterized in that it comprises a storage unit for storing at least one of hull stress data, hull corrosion data, environmental external force information, and simulation results.
 청구항 7에 있어서,
피로 파괴 가능성 예측부는,
운항 예정 선박의 운항 예정 경로에 따른 선박의 선체 응력과 선체 부식 정도 및 환경 외력 정보를 시뮬레이션 진행하여, 운항 예정 경로의 피로 파괴 가능성을 예측할 수 있는 것을 특징으로 하는 디지털 트윈을 이용한 선체응력 모니터링 시스템.8. The method of claim 7,
Fatigue fracture probability prediction unit,
A hull stress monitoring system using a digital twin, characterized in that it is possible to predict the possibility of fatigue failure of the planned route by simulating the ship's hull stress, the degree of hull corrosion, and environmental external force information according to the planned route of the ship to be operated.
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