해양플랜트 동시공학 프로세스 구축을 위한 피드백 루프 설계 기법에 관한 연구 = A study on the feedback loop design method for concurrent engineering process of offshore plant

국문 초록 (Abstract)

해양플랜트 산업에서는 제품의 설계 및 건조를 위해 Engineering, Procurement, Construction의 EPC 프로세스를 수행한다. 국내의 조선 3사(삼성중공업, 현대중공업, 대우조선해양)는 해양플랜트 EPC 산업에 2009년부터 진입하였다. 기존에 건조기반 프로젝트만을 수행하였기 때문에 EPC 전체 프로젝트의 경험 미숙, 엔지니어링 역량 부족 및 인력의 부재, EPC 프로젝트 관리 미흡 등의 약점을 보유하고 있었다. 이러한 약점들은 EPC 프로세스 전반에 거쳐 설계 지연, 공정 지연, 설계 오류 등의 많은 문제점을 발생시켜 결국 프로젝트 실패를 야기하고 있다. 따라서 국내의 해양플랜트 산업의 발전을 위해 EPC 프로세스 개선이 필요하다.
본 논문은 해양플랜트 EPC 프로세스의 개선을 위한 방법으로 해양플랜트 동시공학 프로세스 구축을 제안하고 추상적 개념을 갖는 동시공학 프로세스를 구축하기 위해 해양플랜트 EPC 프로세스와 컴퓨팅 기반 공학기술의 융합을 통해 개발된 공학 기술, Feedback Loop Design의 연구개발 결과를 고찰하였다.
Feedback Loop Design(FLD)은 기본설계부터 생산설계 및 설계검증, 시운전까지 가능한 컴퓨팅 융합 EPC 종합 솔루션이다. FLD 기법의 개발에 필요한 구성 요소는 컴퓨팅 기반 기술들을 하나로 병합할 수 있는 소프트웨어 프레임워크와 그 프레임워크에 각각의 기술 및 툴들을 병합하는 기술인 연동 기술, 상용 기자재들의 제품 데이터베이스 구축 및 데이터베이스 기반 설계 기술 그리고 개발된 기술을 쉽게 사용하기 위한 사용자 GUI(Grpahic User Interface) 및 FLD의 프로세스 알고리즘이 필요하다.
본 연구에서는 소프트웨어 프레임워크로 독일 항공우주연구원(DLR)에서 개발한 RCE(Remote Component Environment)를 활용하였으며, 이를 기반으로 각각의 요소 기술들을 개발하여 FLD 프로세스를 구축하였다. FLD 기술은 신규성과 진보성을 인정받아 2015년 국내특허 제 10-1559994호 “피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법”으로 등록 되었다.
개발된 FLD 기법은 해저광물플랜트산업 중 하나인 심해저 광물자원 통합채광 시스템의 요소 장비인 바이패스 밸브의 개념설계 및 검증을 비롯한 공학설계, 양광펌프 거치대 유압실린더의 최적설계 및 상용 데이터베이스 기반 설계를 비롯한 생산설계, 심해저 통합채광 시스템 중 양광시스템의 성능시험을 위한 실험 장비인 문풀게이트와 양광관의 공학설계와 생산설계를 포함한 모듈설계의 총 3가지의 사례연구를 통해 개발 기술을 검증하였으며, 활용성을 입증하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 제1절 연구 배경 1
• 제2절 연구 목적 6
• 제3절 연구 구성 9
• 제2장 해양플랜트 Engineering, Procurement, Construction(EPC) 프로세스 분석 10
• 제1절 국내외 해양플랜트 EPC 산업 현황 10
• 1. 국가별 산업 현황 10
• 2. 기업별 산업 현황 13
• 3. 국내 조선 3사의 산업 현황 16
• 제2절 국내 해양플랜트 EPC의 문제점 20
• 제3절 국내 해양플랜트 EPC의 개선 방안 23
• 1. 종래의 개선 방안 및 요구사항 23
• 2. 공학기반 개선 방안 25
• 제3장 EPC 문제점 개선을 위한 기술 제안 28
• 제1절 동시공학 프로세스 28
• 제2절 컴퓨팅 기반 공학 기술 30
• 1. 컴퓨팅 기반 공학 기술의 정의 30
• 2. 컴퓨팅 기반 공학 기술의 활용 31
• 제3절 컴퓨팅 융합 해양플랜트 EPC 동시공학 프로세스 46
• 제4장 컴퓨팅 융합 동시공학 프로세스 기술 개발 49
• 제1절 Feedback Loop Design 기술 49
• 1. Feedback Loop Design 기술의 정의 49
• 2. Feedback Loop Design 기술의 구성 51
• 제2절 Feedback Loop Design 기술 개발 52
• 1. 소프트웨어 프레임워크 52
• 2. 소프트웨어 연동 기술 60
• 3. 제품 데이터베이스 78
• 4. Graphic User Interface 84
• 5. 프로세스 알고리즘 86
• 제3절 Feedback Loop Design 기술의 활용 방안 88
• 제5장 개발 기술의 활용과 검증 90
• 제1절 공학설계 – 바이패스 밸브 91
• 1. 설계 배경 91
• 2. 공학 설계 모델 구축 95
• 3. 설계 결과 및 고찰 100
• 제2절 생산설계 – 유압실린더 103
• 1. 설계 배경 103
• 2. 생산 설계 모델 구축 106
• 3. 설계 결과 및 고찰 109
• 제3절 모듈설계 – 문풀게이트 & 라이저 111
• 1. 설계 배경 111
• 2. 공학 설계 및 생산 설계 모델 구축 114
• 3. 설계 결과 및 고찰 122
• 제6장 결론 및 향후 과제 126
• 제1절 결론 126
• 제2절 산업계 활용성 128
• 제3절 향후 과제 130
• 참고문헌 131
• ABSTRACT 138

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