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Abstract 제품 설계도 제품 제작 이전에 수행하는 일종의 "시뮬레이션"이다. 선박 및 해양플랜트 초기설계는 선주의 요구조건과 물리적 법칙에 관련된 제약조건, 법규와 규정에 관련 된 제약조건을 만족하는 범위 내에서 최대한의 경제성을 갖는 제품의 중요한 성능을 결정하는 단계이다. 또한 후행 설계단계의 기간 단축 및 신뢰도 향상과 제품 생산을 위한 원자재의 안정적 구매 계획과 제품 생산계획의 신뢰도를 높이기 위하여 "조기에 신뢰도 높은 초기설계(Early initial design with reliability)"가 수행되어야 한다. 이를 위하여 선박 및 해양플랜트 초기설계 시에는 설계 엔지니어의 지식(Knowledge), 경험(Experience)과 설계 관행(design practice) 및 가이드(design guide)를 기반으로 신뢰도를 높이는 설계를 수행하며, 많은 설계 대안을 빠르게 검토하기 위하여 상용의 CAD/CAE 프로그램을 활용하여 설계업무를 수행하며, 최근에는 모델링/시뮬레이션 기술을 기반으로 한 상용의 프로그램을 활용하는 추세이다. 본 논문에서는 저자들이 그 동안 “자체적”으로 개발한 모델링/시뮬레이션 기반 "계산설계공학(Computational design engineering)" 개념과 선박 및 해양플랜트 초기설계에 응용한 모델링/시뮬레이션 프로그램 사례를 소개한다. "계산설계공학" 개념은 요구조건과 제약조건, 그리고 설계자의 지식과 경험 등을 수학적으로 표현한 정적 상태(Static state)의 "계산설계모델(Computational design model)"과 이를 동적 상태(Dynamic state)로 실행시키는 "시뮬레이션 엔진(Simulation engine)"으로 구성되어 있다. 계산설계모델은 일반적으로 부정방정식(Indeterminate equation) 형태로서 최적화 문제(Optimization problem)으로 표현된다. 계산설계모델 내의 연속적인 모델(Continuous model)은 미분-대수방정식(Differential-Algebraic equations)으로 표현하였고, 사건(Event)이 발생하는 시간에만 작동하는 사건 모델은 이산사건 모델 (Discrete Event model)로 표현하였다. 시뮬레이션 엔진 내에는 초기치 문제(Initial value problem)의 상미분방정식(Ordinary differential equation)의 해를 구하는 적분기(Integrator)와 경계치 문제(Boundary value problem)의 편미분방정식(Partial differential equation)의 해를 구하는 근사적 방법(Discretized approximation method)기반의 알고리듬이 있으며, 최적화 문제를 실행시키는 최적화 알고리듬이 있으며, 이산사건 문제를 사건이 발생하는 시점에 처리하는 이산사건 시뮬레이션 엔진이 내장되어 있다. 이러한 계산설계모델과 시뮬레이션엔진을 이용하여 선박 및 해양플랜트 초기설계에 활용한 사례를 소개하였다: 1) 선박의 최적 주요치수 결정, 2) LNG FPSO 액화 공정의 최적 운전 조건 결정, 3) DEVS 환경에서 LNG FPSO 액화 공정의 자동 합성, 4) 멀티크레인을 이용한 대형 중량물의 리프팅 시뮬레이션, 5) 해상 시추 작업용 Heave Compensation System의 모델링 및 시뮬레이션, 6) 어뢰 효과도 분석용 대수상함 교전 시뮬레이션
Publication Date 2013-05-23

이규열, 구남국, 노명일, 하솔, "선박 및 해양 플랜트 초기 설계를 위한 모델링/시뮬레이션 기반 계산 설계 공학", 2013년도 대한조선학회 춘계학술발표회, 제주, pp. 1088, 2013.05.23-24


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