-it 융합 이송 설치 시뮬레이션 자율주행선박 · 메쉬 추출 및 보정...

Copyright ⓒ by Seoul National University. All Rights Reserved 플랜트조선 CONFERENCE 2015

조선-IT 융합:

- 해양구조물 역설계 및 이송/설치 시뮬레이션

- GIS정보를 이용한 자율주행선박

교수 김태완

2015. 1. 16 (금)

서울대학교 조선해양공학과

전화: 02-880-1437

이메일: [email protected]

홈페이지: http://caditlab.snu.ac.kr/

플랜트조선 CONFERENCE 2015

mailto:[email protected]



http://caditlab.snu.ac.kr/






발표자 소개

PROFILE

Position: Professor (Assistant, Associate, Full Professor since 2003.02.01 ~)

Affiliation: Seoul National University, Seoul, Republic of Korea

Department: Department of Naval Architecture and Ocean Engineering

Address: Seoul National University,

#1, Gwanak-ro, Gwanak-gu, Seoul 151-744,

Republic of KOREA

Phone: +82-2-880-1437 Fax: +82-2-888-9298

E-mail: [email protected] Web: http://caditlab.snu.ac.kr/

EDUCATION

Ph.D. in Computer Science, Arizona State University, Tempe, Arizona, USA

Advisor : Prof. Gerald E. Farin

1993.8.23 – 1996.8.9

RESEARCH INTERESTS

• Computer-Aided Design (CAD) • Product Lifecycle Management (PLM)

• Modeling and Simulation (M&S) • Dynamic Data Driven Forecasting

PROFESSIONAL/ACADEMIC EXPERIENCE

Software Engineer, Curves and Surfaces Group, SIEMENS PLM software, Inc.

(formerly SDRC), Milford, Ohio, USA

1996.7.1-1999.9.24

Korea Society of CAD/CAM Engineers, Vice President 2009.2.5-2011.1.27

Head, Future-Integration Technology Program(FIP), Seoul National

University 2014.12.1-present

Computer-Aided Design (Elsevier), Editorial Board Member 2012.2.7-present

Chairman and assistant professor, Department of Digital Contents,

Sejong University, Seoul

2001.3.1-2003.1.31

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목차

해양구조물 역설계 1

해양구조물 이송/설치 시뮬레이션 2

GIS정보를 이용한 자율주행선박 3

Geographic Information System

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목차





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‘원전 침수’ 설계도 무시한 시공…30년간 몰랐다

출처: KBS, News 9, “’원전 침수’설계도 무시한 시공…30년간 몰랐다”, 2014. 09. 25

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‘원전 침수’ 설계도 무시한 시공…30년간 몰랐다

출처: KBS, News 9, “’원전 침수’설계도 무시한 시공…30년간 몰랐다”, 2014. 09. 25

설계-시공 부정합 안전사고

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3D scan을 이용한 역설계/검사

대형 단조/주조품

해양플랜트(Jacket) 선박 블록

육상플랜트

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선박 관리 시스템

<선박관리 시스템의 발전>

도면,

document

2차원 도면, 문서 기반

정기적 검사 및 심사

• 많은 검사 인력 필요

• 정비 소홀 및 관리시스템 불이행 발생

• 자동화된 선박관리 시스템

• 관리/정비 이행 여부 모니터링 용이

• 3D CAD model이 필요

효율적인 선박관리를 위한 3차원 CAD 모델 기반 선박관리 시스템의 필요성

선박의 CAD 모델이 중요해짐

3차원 CAD 모델 기반


출처: 이강현 외 3인, 3D 모델기반 선박관리 시스템 개발 동향, 2013 대한조선학회 추계학술대회 proceedings

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GL hull manager, DNV-GL


<선박관리 시스템의 개발 현황>

해운 업계 시장의 요구에 따라 국내외 선급을 중심으로

다양한 3차원 CAD 모델기반 선박관리 시스템이 개발되고 있음

Prime Ship-Hull care system, NK

KR에서 개발 중인 선체관리모듈

출처: 이강현 외 3인, 3D 모델기반 선박관리 시스템 개발 동향, 2013 대한조선학회 추계학술대회 proceedings

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파이프 하나당 500원!

선박 한 척당 100억!

배 한 척을 스캔하여 CAD 모델로 생성하는데 필요한 비용?

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<선박관리 시스템을 위한 laser scan data 이용 모델링>

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Registration with Markers

기존 기술 적용 정합 결과 특허 기술 적용 정합 결과 정합 전 스캔 데이터

특허기술 기존기술

특허기술 기존기술

87 패치, 174MB

기존 기술에 비해

10.203배 정밀도 향상

48.9초 감소

미국 Stanford University

에서 개발한 scanalyze

마커를 이용한 3차원 대용량 스캔데이터의 다계동시정렬 기술

[2007년 ㈜솔루션닉스 ezSCAN 적용 ]

특허 등록번호: 100947406 (2010.03.05)

발명자: 서울대학교 김태완 외

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Registration with Markers

3차원 스캔데이터의 동시 정합 방법으로 하나의 하이브리드 모델 (hybrid model)에 기초하여 미끄러짐 오류 (sliding error)를 줄이는 동시에 탄젠트 거리 오차 (tangent distance error)를 줄여

기존 기술에 비해 10배 이상의 정확도를 보임

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Hull Modeling with G1 Interpolation

더 부드러운 선체의 형상을 자동으로 생성하는 방법 개발 (G1 interpolation)

• 선체 형상을 부드럽게 만들면, 배의 저항을 줄일 수 있음

• 실제 배의 형상과 더 유사한 컴퓨터 모델을 만들 수 있다면 시뮬레이션의 정확도가 높아짐

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Gap with B-splines patch No gap with T-splines*

Source: T. W. Sederberg, et. al., “T-splines and T-NURCCs,” SIGGRAPH 03

T-junction 문제

• 곡면 형상에서 곡면간의 틈이 발생할 경우, 각종 수치계산에서의 오차 발생

• T-junction을 사용하면 이러한 수치 오차를 줄일 수 있음 (watertight)

• T-splines 라는 해법이 있으나, CAD 시스템에서 널리 사용되고 있지 않음

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선형 설계에서의 T-junction 문제

• 곡면 형상이 점점 좁아짐에 따라 경계 곡선도 밀집됨

• 경계 곡선이 밀집됨에 따라 곡면이 왜곡될 가능성이 높아지므로 필요 없는 경계 곡선 정보를

제거할 필요가 있음

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선형 설계에서의 T-junction 문제

T-junction

on a boundary curve

• Previous method

• Proposed method

기존 방법에서는 선수 형상이 잘 표현되지 않음

T-junction을 사용하여 선수 형상을 개선

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G0 G1


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A.

C0 Coons patches G1 surface


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CT 영상 기반 자재 검사 및 역공학 software

볼륨 CAD 인터페이스 제공 및 역설계를 위한 역공학 지원 SW

역공학 지원 SW

메쉬 추출

및 보정

기하학적

특징 분석

Healing을 통한

Feature 정보추출

3차원 CAD

모델 추출

비교 분석과

FEM 해석

•가공 도면

•RP

•NC code

역설계

CT

데이터

메쉬데이터

추출 볼륨 CAD

가공도면 확립

주조방안 수립 RP Mold

제작

시제품 수입원제품

(가공상태)

CT 데이터

기하 구조

추출

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2D X-ray 영상 이용 3D data 보정

2D X-ray 영상에서의 외곽선/형상 추출

추출된 외곽선의 3D 매칭, 이를 이용한 3차원 영상의 보정

Laser scan data의 노이즈 제거

Laser scan data에서 primitive 추출

추출된 primitive를 이용한 3차원 primitive 보정

Laser scan data 이용 3D data 보정

Object

Laser scanned data

3D data

CT

Laser scanner

Primitive

추출 및 매칭

Laser scan 영상 / 2D X-ray 영상 이용 3차원 data의 보정


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볼륨 CAD 및 역공학 위한 고품질 메쉬데이터 추출

메쉬데이터 기반 부품 분석 및 CAD 인터페이스 제공

Iso-surface 메쉬 추출 및 보정 메쉬 기반 기하학적 특징 분석

CT 데이터로부터 Iso-surface를 추출하기 위해 사용하는

기존 방식(Marching cube)의 단점을 보완 볼륨데이터의 기하학적 특징(대칭성, 주기성, 곡률 등)을

분석하여 original 형상의 볼륨데이터 복원

Feature 정보 추출 3차원 CAD 모델 생성

날카로운 형상 보정

유실된 형상 보정

기존 방식(Marching cube)의

문제점

보정된 결과 볼륨데이터 기하학적 특징 분석 복원된

볼륨데이터

3차원 CAD 모델 History 구성

설계 의도와 다른

볼륨 데이터

보정된

볼륨 데이터

Feature 정보 추출

Healing 을 통해 설계 의도에 어긋난 형상을 보정하고,

feature 정보를 추출

Healing Topology

Body

Face

Edge

Vertex

Geometry

Surface Eqn.

Curve Eqn.

X,Y,Z pos.

추출된 feature 정보를 바탕으로 모델 구성 요소 별

history를 구성하여 3차원 CAD 모델 생성


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자유곡면 생성

1. Region of Interest (ROI)

지정 및 VX3D에서 지정한

intensity 값을 이용하여

segmentation

2. 4개의 경계 곡선 추출 3. 경계곡선을 지나면서

내부 점을 최적으로

fitting하는 곡면 생성

1. 곡면 선택, 조종점

가시화

2. 조종점 선택 및 원하는 형상으로 조종점

이동

1. B-spline

곡면과 실린더

형상

2. B-spline 곡면과

실린더의 교차계산을

통한 Trimmed surface

자유곡면 보정 Trimmed surface

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해양플랜트 설계 모델과 3D scan data 비교

Problem :

Solution :

Scanned point cloud

재생성

Reconstructed point cloud

설계정합성 검정을 위해 CAD 모델과 3D scan point cloud를 비교

비교 결과를 바탕으로 CAD 모델을 수정

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3D scan 데이터와 설계 모델의 비교

설계 정합성 검정

생산 시뮬레이션 지원

조선소 기술 축적

Why? (필요성)

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3D model / 실제 플랜트 간의 불일치

•상선에 비해 복잡해진 배관/의장품

•현장에서 자체적으로 변경

•설계자의 실수

정확/정교한 3D model의 필요성

•해양플랜트의 사용연한이 길어지는 추세

•유지보수 및 Topside개조를 염두 해둔 경우가 많아짐

선주의 3D CAD model과

실제 제품의 정합성 검정 요구

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탑재 간섭 •발생 시 추가 일정 지연, 추가 비용

•선박에 비해 복잡한 의장으로 인해 자주 발생

3D scanner를 이용한

지속적인 탑재 간섭 문제 모니터링

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실제와 동일한 CAD model

• 실제 지어진 해양플랜트와 일치하는 3D CAD model 확보

• 생산과정에서 자체적으로 해결한 노하우들이 CAD model 도면에 축적됨

생산 단계의 노하우가

설계에 반영

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Laser Scanned

Point Cloud

3D CAD

Model

3D CAD Model

/ Point Cloud 비교 전처리 과정 점군 분류

각 CAD 대응

점군 탐색

알고리즘 요약

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알고리즘 요약

각 C

AD 대

응

점군

탐색

Laser Scanned

Point Cloud

3D CAD

Model

3D CAD Model

/ Point Cloud 비교

• 여러 방향에서 촬영된 Point cloud 정합 과정

• CAD model과 point cloud의 정합 (좌표계 일치)

점군

분류

전처리 과정

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알고리즘 요약

각 C

AD 대

응

점군

탐색

Laser Scanned

Point Cloud

3D CAD

Model

3D CAD Model


전처리

과정

• Point cloud를 부재 종류에 따라 분류

• Structure

• Pipes & Routes

• Small Equipment ( ex: valves )

• Large Equipment & Assemblies

• 각 부재 종류들을 분류하여 더 효율적으로 CAD 모델에 대응하는 point cloud를 찾을 수 있게 함

점군 분류

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알고리즘 요약

각 C

AD 대

응

점군

탐색

Laser Scanned

Point Cloud

3D CAD

Model

3D CAD Model


• 분류된 부재 종류에 따라 다른 알고리즘 적용

점군

분류

각 CAD 대응 점군 탐색

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알고리즘 요약

Laser scanner Point cloud

3D CAD

model

Preprocessing 부재 종류에 따른 점군 분류

Pipings & Routings

Valves & Small equipment

Large equipment & Assemblies

Structures

3D CAD model

/ point cloud 비교

• 여러 방향에서 촬영된 Point cloud의 registration

• Point cloud와 3D CAD model의 registration (좌표계 일치)

Preprocessing

• Point cloud의 각 점들을 Pipe/Routings, Structures, Large Equipment 등으로 분류

Point cloud segmentation by part type

각 부재 종류 별 처리

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해양플랜트 설계 모델과 3D scan data 비교 기능 개발

HOW OUTPUT

S

Two algorithms are developed: Algorithm to

1) detect whether the pipe is constructed or not

constructed in complex large Point Clouds (87.8%

accuracy)

2) find the positions of pipes, flanges and elbows.

Originality

INPUTS

Point Cloud

0.75 Billion

Points,

33.5 GB File (7 Blocks)

Block 1 took about 25

minutes for processing. (Intel® Core™ i5 Processors, 16GB

memory)

Process

time

CAD Model

Existence & as-built

Positions of Pipes, Flanges

and Elbows Block 1: 40 Pipes

Block 2: 627 Pipes

Block 1

Block 2

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Block 1 - LNG Block (Port & Starboard)

Block 2 - LNG Block (Center)

비교

비교

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PIPES DETECTED AS SAME

PIPES DETECTED AS DIFFEREN

T

PIPES SCANNED AND NOT DE

TECTED

TOTAL Pipes SCANN

ED

OTHER COMPONENTS RECOGNI

ZED AS PIPE

BLOCK 1 23 1 1 25 0

BLOCK 2 107 5 11 123 11

TOTAL 130 6 12 148 11

Correct Recognized % 91.9 𝟏𝟑𝟔/𝟏𝟒𝟖

Not Recognized % 8.1 12/148

Wrong Recognized % 8.08 11/136

Corresponding Pipe Recognized % 87.84 130/148

Pipes scanned about minimum of 10cm continuously and one-fourth angular portion are considered scanned

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FPSO의 Pipeline과 그에 상응하는 Point cloud를 동시에 가시화

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목차





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해상 풍력발전

국내 해상풍력사업 추진 현황 해상 풍력발전의 종류*

(a~e: 고정식, f&g: 부유식)

*출처: Malhotra Sanjeev, “Design and Construction Considerations for Offshore Wind

Turbine Foundations,” 26th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic

Engineering, San Diego, California, June 10-15, 2007.

고정식/부유식 기반구조물 상부에 풍력 발전기 설치

해상풍력 개발이 외해역으로 확대

풍력터빈의 대형화를 통한 발전효율 증대로 제작비용 상승을 상쇄

고정식 하부구조물은 수심 60m이상 해역에 설치하기 어려움

심해에 적합한 부유식 풍력발전시스템 및 경제적인 구조물 개발에 관심이 증대

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해상 풍력발전 – 풍력발전기 주요 부품과 비용 구조

출처: EWEA, "The Economics of Wind Energy", The European Wind Energy Association, 2009.03.

풍력발전기 주요 부품과 비용 구조

기어박스

타워

블레이드

허브

베어링

동력전달축

메인 프레임

발전기

요-구동장치

피치-구동장치

직류/교류 컨버터

변압기

브레이크

나셀 하우징

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

10

1

2

2

3 5

6

7 8

9

11

12

13

14

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해상 풍력발전기의 생애주기

Source: SIEMENS, Oceans of opportunities; Complete solutions for the entire life cycle of offshore wind farms

1. Design 2. Construction 3. Transport

4. Installation 5. Commissioning 6. Service

and maintenance

설계 건조 이송 설치 시운전 운용 및

유지보수

해상 풍력발전 건설 비용의 약 20% 차지*

연구 범위

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항구로 부품을 이송 Pre-assembly 탑재 로드아웃

Source: SIEMENS, Oceans of opportunities; Complete solutions for the entire life cycle of offshore wind farms


유지보수

이송을 위한 준비

Dry towing Wet towing

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Foundation 설치 Transition piece 설치 타워 설치 Turbine 설치

Source: SBM Atlantla, Wind Turbine Installation Vessels, SNAME 2010

Ex. Gravity base foundation


유지보수

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해상 풍력발전의 생애주기 – 이송/설치 시뮬레이션의 필요성

설계 건조

Foundation 설치 Transition piece 설치 타워 설치 Turbine 설치

이송 설치 시운전 운용 및

유지보수

항구로 부품을 이송 Pre-assembly 탑재 로드아웃

이송/설치 계획은 설계/건조에 영향을 주고 받음

이송/설치 비용(logistic cost)은 전체 비용의 약 20%를 차지*

현재는 이송/설치 전문업체의 경험에 의존

이송/설치 비용은 계획 및 해상 기상 조건에 지배적이므로, 사전에 시뮬레이션을

통하여 최적 이송/설치 계획을 수립함으로써 비용 절감 가능

*출처: Walther, L., et al. (2013). How to evaluate installation vessel

concepts for offshore wind farms. EWEA(European Wind Energy

Association) 2013.

연구 대상

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해상 풍력발전기의 이송 및 설치 방법

대상 구조물의 형태 및 설치 환경에 따라 이송/설치 방법이 달라짐

Monopile (0~30m, 1-2 MW)

분리상태로 이송, 전용설치선박 이용하여 설치

Jacket/Tripod (25~50m, 2-5 MW)

상부/하부 분리상태로 바지선으로 이송, 해상크레인을 이용하여 설치

TLP or Semi-Submersible (50m~, 5-10MW)

Ex. WindFloat (Principle Power, USA)

Spar (120m~, 5-10MW)

Ex. WindFlip (WindFlip, Norway)

그림출처: Principle Power (http://www.principlepowerinc.com)

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http://www.principlepowerinc.com/

http://www.principlepowerinc.com/


Monopile (0~30m, 1-2 MW)

분리상태로 이송, 전용설치선박 이용하여 설치

출처: Kita Transport Services

출처:

http://www.worldconstructionnetwork.com

출처: http://www.shipbuilding-

industry.eu/shipbuilding_v2

출처:

http://www.bangordailynews.com

Wind turbine installation vessel

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Jacket/Tripod (25~50m, 2-5 MW)

상부/하부 분리상태로 바지선으로 이송, 해상크레인을 이용하여 설치

출처: ISCPC(http://www.iscpc.org/) 출처: ISCPC(http://www.iscpc.org/)

출처: BBC NEWS(http://news.bbc.co.uk) 출처: http://vattenfall.co.uk

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TLP or Semi-Submersible (50m~, 5-10MW)

방법1. Wet towing: 육상/도크에서 건조 후 진수, tug boat로 이송

Ex. WindFloat (Principle Power 社, USA)

방법2. Dry towing: 육상에서 건조후 잠항식이송선으로 이송

Ex. Dockwise Super Vessel (Dockwise 社, Netherlands)

Load out Ballasting

Semi-submersible 48/73


Spar (120m~, 5-10MW)

방법1. Wet towing: 육상/도크에서 건조 후 진수, tug boat로 이송 Ex. Hywind(Statoil 社, Norway)

방법2. Dry towing: 육상에서 건조후 바지로 이송

Ex. WindFlip (Spar 해상풍력발전기 설치 전문선, WindFlip 社, Norway)

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port

(거제)

site

(제주)

170 NM

시뮬레이션 시나리오

이송경로: 거제제주 (170해리, 330km)

이송일시: 2013년 10월 1일 자정

설치대상: monopile windturbine (monopile + transition piece + wind turbine)

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시뮬레이션 시나리오 – 설치대상(monopile)

Monopile foundation for offshore wind

turbine

출처: http://www.4coffshore.com

Monopile foundation

해상풍력 기초로 가장 많이 시공

약 30m 이내의 얕은 수심에 시공

Monopile – Transition Piece(Flange) – (Flange)Tower

로 연결

강관말뚝 직경 (4.5 ~ 5.0 m)를 항타(drive) 또는 굴착 및 항타(drill and drive) 방식으로 시공함

Installation of monopile Installation of transition piece

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http://www.4coffshore.com/


시뮬레이션 시나리오 – 설치대상(tower, wind turbine)

Wind turbine 설치

Tower 설치

출처: Walker, R.T., Sewell, B.J., Morandeau, M., and Boswell, A., 2013,

Quantifying and reducing installation risk for offshore wind turbine generators,

Proceedings of EWEA Offshore 2013, Frankfurt, Germany.

Turbine 설치 Single Blade Installation (SBI)

나셀+허브블레이드x3

Bunny Ear Installation (BEI)

나셀+허브+블레이드x2블레이드

Rotor Star Installation (RSI):

나셀허브+블레이드x3

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시뮬레이션 시나리오 – 설치대상(tower, wind turbine)

Walker, R.T., Sewell, B.J., Morandeau, M., and Boswell, A., 2013, Quantifying and reducing installation risk for offshore wind turbine generators, Proceedings

of EWEA Offshore 2013, Frankfurt, Germany.

36.5 hour

27.5 hour

38.0 hour

36.5 hour

총소요시간

본 연구의

시뮬레이션에

적용(SBI)

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port

(거제)

site

(제주)

170 NM

MetOcean

MetOcean




해양기상정보(거제, 제주): 기상청의 ‘해양기상월보’ (관측값) Weather window 계산

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시뮬레이션 시나리오 – 해양기상정보

시뮬레이션

입력

시간기상자료, 해양기상월보 (PDF)

CSV* 파일로 변환

*CSV(comma separated value)

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port

(거제)

site

(제주)

170 NM

MetOcean

MetOcean





설치선박: 해상풍력전용설치선(Wind Turbine Installation Vessel, WTIV), 소형 잭업 바지(Small Jack-Up)

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시뮬레이션 시나리오 – 설치선박


1. WTIV (pacific orca)

2. Small Jack-up (Seajacks Zaratan)

Vessel Selection

Transit Speed (knots)

Transit Wave Limit

(유의파고, m)

MP Loading Speed (h/each)

TP Loading Speed (h/each)

Loading Capacity

Jacking Speed (m/min)

Jacking Wave Limit (m)

Cost (억원/day)

13 2.5 3.5 2.0 MP only: 6 TP only: 12 MP+TP: 4 set

2.4 2.5 m 3.65 (대기시: 2.42)

8 2.5 3.5 2.0 MP only: 3 TP only: 8 MP+TP: 2 set

0.4 2 m 1.46

(대기시: 1.1 )

출처:

- Walther, L., Münsterberg, T., and Brice, R.J., 2013, How to evaluate installation vessel concepts for offshore wind

farms?, Proceedings of EWEA Offshore 2013, Frankfurt, Germany.

- Walker, R.T., Sewell, B.J., Morandeau, M., and Boswell, A., 2013, Quantifying and reducing installation risk for

offshore wind turbine generators, Proceedings of EWEA Offshore 2013, Frankfurt, Germany.

- 4Coffshore (http://www.4coffshore.com/)

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port

(거제)

site

(제주)

170 NM

MetOcean

MetOcean






거제제주 MP 설치

(제주)

TP 설치

(제주)

Turbine 선적

(거제)

Turbine 설치

(제주) 제주거제 거제제주

- T&I 시간

- 대기 시간

(weather window)

- 예상소요비용 계산

설치 시나리오

제주거제 MP선적

(거제)

TP선적

(거제)

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시뮬레이션 구성

Source Listener

index

Installation

Process

vessel-

transit.xml

Scenario

Input (XML)

Scenario Input (XML)

(wave height, wind speed)

HTML-based Gantt-type

Simulation Result

Sim Result (HTML)

XML-based

Scenario Generator

simSetting.xml

Transit

Process

Simulation

Engine

(Simkit)

metocean_

site.csv metocean_

port.csv

(num. of sim.,num. of WTs)

해양기상정보(csv), 선박정보(xml), 시나리오(xml) 등을 시나리오 생성기에 입력 이송(Transit)과 설치(Installation) 프로세스 Event Graph Modelling*, 시뮬레이션에 입력 공개용 이산사건 시뮬레이션 엔진인 Simkit 1.4* 사용 시뮬레이션 결과는 HTML기반 간트 차트로 출력

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시뮬레이션 구성 – Event graph modeling, Simkit

* Schruben, L. (1983). Simulation Modeling with Event Graphs. Commun. ACM, 26(11), 957-963.

** Buss, A. H. (1996). Modeling with Event Graphs, Proceedings of the 28th conference on Winter simulation (pp. 153-160).

Coronado, California, United States: IEEE Computer Society.

*** Buss, A. H. (2002). Component based Simulation Modeling with Simkit. Paper presented at the Proceedings of the Winter Simulation Conference, 2002.

Event Graph Modeling: Discrete Event Simulation의 event processing, event scheduling

등의 관계를 graph를 이용하여, 표현하는 방법*,**

Simkit: Buss, A.H. 가 Event Graph Modeling의 동작원리를 java로 구현하고, 배포한

공개용 DES engine*** (SimKit ver. 1.4.0, June 2012)

Scheduling Edge /w

Multiple Arguments

A B(k,y) t

(i)

j,x

simEventListener****

Source

Listener

**** Buss, A. H., & Sanchez, P. J. (2002). Modeling very large scale systems: building complex models with LEGOs (Listener Event Graph Objects).

Paper presented at the Proceedings of the 34th conference on Winter simulation: exploring new frontiers.

A B(k) t

j B(k) C

t1

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시뮬레이션 구성 – Transit process

Transit Process

Run Loading (vessel)

0

(Satisfy.weatherWindow)

vessel Info

Loading

Complete (vssl, log)

tloading+tstandby

vessel Info,

monitoring log


Transit (vssl)

tstandby

vessel Info

Unloading (vssl, log)

(Satisfy.weatherWindow) Unloading

Complete (vssl, log)

tunloading+tstandby

vessel Info,

monitoring log

(If any)

0 vessel Info

Jackup (vssl, log)

ttransit

vessel Info,

monitoring log

(If any TP/MP/Turbine)

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시뮬레이션 구성 – Installation process

Installation Process

Run

Preparation (vssl, log)

Install MP (vssl, log)

Jackup (vssl, log)

Install TP (vssl, log)

Jackdown (vssl, log)

Transit (vssl, log)

Install

Turbine (vssl, log)

vessel Info,

monitoring log

vessel Info,

monitoring log

vessel Info,

monitoring

log

vesse

l Info

,

monito

ring lo

g

vessel Info,

monitoring log

vessel Info,

monitoring log

vessel Info,

monitoring log

(If any)


vessel Info,

monitoring log


tjackdown+tstandby

tjackingdown+tstandby

tjackup+tstandby

(Satisfy.weatherWindow) (If nothing) 0

tinstall+tstandby

tinstall+tstandby

tinstall+tstandby

(Satisfy.weatherWindow) (Satisfy.weatherWindow)

(If any)


(no MP to install, If any)

tprep

ara

tion +

tstan

db

y


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port

(거제)

site

(제주)

170 NM

MetOcean

MetOcean






TP선적

(거제) 거제제주

MP 설치

(제주)

TP 설치

(제주)

Turbine 선적


Turbine 설치

(제주) 제주거제

- T&I 시간

- 대기 시간

(weather window)


설치 시나리오


(거제)

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시뮬레이션 결과 – WTIV 10/1일 작업개시

WTIV-10/1 (hour view)

64/73


시뮬레이션 결과 – WTIV 10/1일 작업개시

WTIV-10/1

(day view)

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port

(거제)

site

(제주)

170 NM

MetOcean

MetOcean


이송일시: 2013년 10월 1일 ~ 12월 20일, 자정




TP선적


MP 설치

(제주)

TP 설치

(제주)

Turbine 선적


Turbine 설치

(제주) 제주거제

- T&I 시간

- 대기 시간

(weather window)


설치 시나리오


(거제)

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시뮬레이션 결과

WTIV Small Jack-up

작업시작일 소요시간 소요일 대기일 비용

(백만원) 소요시간 소요일 대기일

비용

(백만원)

2013-10-01 399 16.6 7 5344 591 24.6 16 3074

2013-10-02 375 15.6 7 4979 567 23.6 15 2964

2013-10-03 351 14.6 6 4737 543 22.6 14 2854

2013-10-04 327 13.6 5 4495 519 21.6 12 2780

2013-10-05 303 12.6 4 4253 495 20.6 10 2706

2013-10-06 279 11.6 4 3888 471 19.6 10 2560

2013-10-07 433 18.1 8 5951 447 18.6 7 2522

2013-10-08 409 17.1 8 5586 423 17.6 7 2376

2013-10-09 385 16.1 8 5221 399 16.6 7 2230

2013-10-10 361 15.1 7 4979 375 15.6 6 2120

2013-10-11 337 14.1 6 4737 351 14.6 6 1974

: : : : : : : : :

2013-10-25 251 10.5 3 3646 272 11.3 3 1644

2013-10-26 227 9.5 1 3527 322 13.4 5 1864

2013-10-27 273 11.4 4 3888 298 12.4 4 1754

2013-10-28 249 10.4 3 3646 287 12.0 3 1644

2013-10-29 234 9.8 2 3404 263 11.0 2 1534

2013-10-30 210 8.8 1 3162 239 10.0 1 1424

2013-10-31 186 7.8 0 2920 215 9.0 0 1314

2013-11-01 176 7.3 0 2920 193 8.1 0 1314

: : : : : : : : :

2013-12-18 295 12.3 4 4253 318 13.3 4 1900

2013-12-19 271 11.3 3 4011 294 12.3 4 1754

2013-12-20 429 17.9 9 5463 513 21.4 11 2816

WTIV와 Small Jack-up을 이용하였을 때 작업에 필요한 소요시간, 소요일, 대기일, 비용 계산

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시뮬레이션 결과

Small Jack-up을 이용하여 10월 31일~11월 3일, 11월 6일~7일, 12월 4일~8일 작업을 개시할 경우

193시간 소요(대기일 0일), 최소 비용 (약13억원 소요)

0

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

10/1 10/8 10/15 10/22 10/29 11/5 11/12 11/19 11/26 12/3 12/10 12/17

WTIV Small Jack-up

비용

(백만원)

작업

시작일

10/31~11/3 11/6~11/7 12/4~12/8

WTIV Small Jack-up

작업시작일 소요시간 소요일 대기일 비용

(백만원) 소요시간 소요일 대기일

비용

(백만원)

2013-11-01 176 7.3 0 2920 193 8.1 0 1314

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시뮬레이션 결과 – 간트차트 및 3차원 가시화

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목차



협력 과제

NET 융합기술 인증제도



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참고 – GIS정보를 이용한 자율주행차량

Google self-driving car

스트리트뷰, GPS, 카메라, 각종 센서 등을 결합하여 자율 주행

도요타, 볼보, 포드, BMW, 현대에서도 유사 기술 개발중

Google self-driving car 주행모습과 시뮬레이션 화면(녹색)

도요타 포드 BMW 현대

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MUNIN Project, EU Maritime Unmanned Navigation through Intelligence in Networks

2012년 시작된 EU 지원 자율주행선박을 위한 연구 프로젝트

출처: http://www.unmanned-ship.org

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Google Earth Navigation Information System (GENIS), 미 해군

수상함/잠수함 운용시 발생할 수 있는 충돌을 사전에 막기 위한 시스템

출처: Stamenkovich M, Greer R, editors. Google Earth Navigation Information System (GENIS). OCEANS 2011; 2011: IEEE.

NGA(National Geospatial-Intelligence Agency)

VPF(Vector Product Format)

DNC(Digital Nautical Chart)

TOD(Tactical Ocean Data)

DBDB(High Resolution Bathymetric Data)

RNC(Raster Navigational Charts)

NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)

MODU(Mobile Offshore Drilling Units)

KML(Keyhole Markup Language)

지리정보

기상정보

해양플랜트

작업정보

선박정보

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THANK YOU

FOR

ATTENTION


향후 연구 계획

1. 하부구조물+풍력발전 조선소 제작후 Wet

towing

2. 하부구조물, 풍력발전 별도 제작 후 항구로

이송, 조립 후,

Wet towing

3. 하부구조물, 풍력발전 별도 제작 후 항구로

이송, Dry towing, On-

site 설치

4. 하부구조물, 풍력발전 별도 제작 후 On-site

로 각각 이송, On-site

설치

출처: Caprace, J.D., Petcu, C.,Velarde, M., Rigo, P., "Toward a Risk Based Simulation for the Erection of an Offshore Windmill Park", Proceeding of the 11th International Conference on Computer Applications and Information Technology in the Maritime Industries, 2012.

이송수단: Tug, 수송

바지선, 잠항식 수송선박,

WTIV…

설치수단: Tug

(mooring) 크레인 바지선,

Jack-up 크레인 바지선,

WTIV…

비용 최소화 방안

시뮬레이션으로 도출

제작 방법

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-it 융합 이송 설치 시뮬레이션 자율주행선박 · 메쉬 추출 및 보정...

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