한 국 해 양 대 학 교 대 학 원

An index is developed to assess the difficulty of manufacturing external curved panels and internal structural reinforcements, and a comprehensive manufacturing cost index is derived by analyzing the correlation of the index between hull panels and internal reinforcement. The cost of manufacturing external curved panels and internal reinforcement according to shape changes is calculated and varied design.

Table 1 Plate manufacturing cost table ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 23 Table 2 Stiffener manufacturing cost table ‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 24

연구 내용

외장재와 내장재의 제작난이도를 분류하고, 구조물의 형태에 따라 원가산정식을 설정합니다. 구조물의 3차원 모델링 정보를 활용하는 알고리즘과 제작 난이도를 분류하는 곡률 계산 알고리즘을 통합하여 구조물의 형상에 따른 비용 추정 알고리즘을 개발합니다.

개요

NURBS

이러한 특징이 만들어내는 곡선과 곡면의 형태는 어느 정도 예측이 가능합니다. 2와 같이 조정점을 이동함으로써 곡선 및 곡면의 부분적인 수정이 가능합니다.

Fig. 1 NURBS curve

Rhino3D

또한, 누구나 플러그인을 개발하고 기능을 추가할 수 있어 다양하게 활용할 수 있다는 장점이 있습니다. 현재 Rhino Marine이라는 플러그인이 개발되어 보다 정확한 선형 구조를 생성하거나 기본적인 정수압 분석을 수행하는 데 사용할 수 있습니다. Rhino3D는 곡면을 생성하기 위한 다양한 기능을 제공하는데, 본 연구에서 사용한 기능은 Loft(명령어: Loft)입니다.

구조물의 형태는 3차원 자유곡면으로 구성되어 있습니다. 구조의 오프셋 데이터를 사용하여 곡선이 생성되고 그림에 표시됩니다. 그림 4와 같이 로프트 기능을 사용하여 구조 쉘의 모양을 만들어 곡면을 만듭니다.

Fig. 3 Graphic user interface of Rhino3D

개요

모든 제조 공정은 형상의 영향을 받습니다. 곡선가공의 생산과정의 경우 도면을 먼저 검토한 후 곡선형태에 맞춰 목재를 이용하여 곡선모양을 제작합니다. 곡면 형상을 곡판의 위치에 일치시키도록 곡면 가공을 수행합니다.

곡선의 모양에 따라 곡선 처리 방법이 달라집니다. 곡물 가공을 수행하는 방법에는 두 가지가 있습니다. 곡선가공에 있어서 냉간가공이란 프레스기, 절곡기, 회전기 등을 이용한 곡선가공을 말한다.

주로 조선소에서는 오랜 경험을 가진 숙련공들이 철판에 직접 열을 가하고 강판의 변형을 이용하여 열간곡선 처리를 실시합니다. 화기작업의 경우 거의 모든 작업을 숙련된 작업자가 수행한다.

Fig. 6 Assembly drawing - 강재 배열, 마킹, 절단 과정

곡률 계산

1차 곡률은 가우스 곡률과 평균 곡률을 계산하는 데 사용됩니다. A: 곡면이 볼록한 경우 가우스 곡률은 양수입니다. 곡선의 곡률 방정식은 구조물의 주요 내부 재료의 생산 비용을 계산하는 데 사용됩니다.

곡면의 곡률을 이용하여 구조물의 외부 쉘의 제조 비용을 계산하는 데 사용됩니다. 생산가격 판별변수를 정의할 때 곡면의 곡률을 이용하여 변수를 정의한다. 상위 2개의 곡률 값이 최대 및 최소 법선 곡률 값이 됩니다.

계산은 곡면의 곡률을 근사화하고 곡면의 굽힘을 얻습니다. 위의 식을 이용하여 곡판의 굽힘 정도를 곡률 근사법을 이용하여 생산원가를 계산하는데 사용한다.

Fig. 12 Curvature graph for joined curves with continuity - 주 곡률( Principal Curvatures)

대형 구조물이나 선박을 만드는 과정에서는 복잡한 기하학적 형태로 인해 다양한 형태의 판재를 사용하게 됩니다. 다양한 형태의 판을 분류하고 난이도를 측정하기 위해서는 표준척도가 필요하다. 생산비 판별변수는 다양한 형태의 판을 분류하고 난이도를 측정하는 데 사용됩니다.

생산원가 판별변수를 이용하여 스케일을 형상종류에 따라 10가지 유형으로 분류하고, 유형에 따라 생산원가를 계산하였다. 건축물의 내부재료의 경우 내부재료의 형상을 곡면으로 정의하지 않고 곡선을 이용하여 정의한다. 형상에 따른 곡선의 곡률값을 이용하여 내장재의 생산원가를 4가지 유형으로 분류하고, 유형에 따른 생산원가를 계산하였다.

구조물의 내부 재료에는 다양한 모양의 부재가 많이 포함됩니다. 플랫스티프너의 경우 곡선이 거의 없고 플랫한 내부 재질의 형태를 가지고 있습니다.

Fig. 18 Determine the Manufacturing cost variable definition( a1, a2 ) 생산단가 판별 변수는 종∙ 횡 방향 길이와 높이 비를 a1, a2 로 정의한다

개요

외판 생산단가

구조물의 규모에 상관없이 형태에 따른 생산단가를 구하기 위해 전체 면적을 나누어 생산단가를 일반화하여 생산원가지수를 산출한다.

내부재 생산단가

구조물의 내부재료의 총생산단가지수는 전체 길이를 미세곡선의 총단가지수로 나누어 구한다. 제작비는 전체 길이로 나누어 일반화하였다. 이를 일반화하는 이유는 구조물의 크기에 관계없이 형태에 따라 생산원가를 구하기 위함이다.

개요

모델링 변경 전과 후의 생산단가지수를 비교한 결과, 로컬 수정을 통해 모델링을 좀 더 부드러운 형태로 수정한 후의 생산단가지수가 감소하는 것을 알 수 있다. 생산단가의 일반화를 통해 분석한 결과, 생산단가지수는 외부재화와 내부재화의 관계에 선형적으로 변화하는 것을 알 수 있다.

Fig. 21 Changes in 3D geometry

연구 결과

기여도

향후 과제

알고리즘을 활용하여 신뢰성을 향상시키기 위한 연구를 진행하고, 다양한 변수를 고려하여 실무에 신뢰성이 인정될 수 있도록 하겠습니다.