선박 및 해양구조물의 구조응답 예측 및 디지털 트윈 연구에 관한 기법 분석

Abstract

매년 8,000건 이상의 선박 및 해양구조물 사고가 지속적으로 발생하고 있으며, 연료 절감을 목적으로 선박 및 해양구조물이 점차 대형화됨에 따라 사고발생시 이에 따른 사고피해가 커진다. 기존에는 이러한 사고방지를 위해 높은 안전계수를 고려한 선박 및 해양구조물 설계 및 5년 주기의 정기검사를 통해 보수적인 구조안전성을 확보해왔다. 그러나 최근 4차산업의 기술발전에 따라 실제 운용중인 선박 및 해양구조물에 설치된 센서에서 계측된 정보를 가상의 디지털 모델에 동기화하여 사용자가 원하는 응답을 확인, 위험 감지, 의사 결정을 할 수 있는 디지털 트윈 기술이 발전하면서 설계시 발생하는 비용을 절감할 수 있는 관리 중심의 구조건전성 확보 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 실시간으로 계측된 데이터를 이용하여 구조물의 손상감지를 하고 유지보수 관련 의사결정이 빠른 시간 내에 이루어져야 하며, 이를 위해 적은 계산비용으로 비교적 높은 구조응답 예측정확도를 확보할 수 있는 대리모델, 기계학습, 차수축소법 등이 활용되고 있다. 본 연구에서는 조선해양분야 다양한 디지털트윈 적용사례를 조사하고 활용된 디지털 트윈 구현기법에 대한 분석을 수행하였다. 또한, 선박 및 해양구조물에 대한 디지털 트윈 구현기법을 직접 적용함으로써 다양한 기법별 적용성을 검토하였다. 대상구조물은 선박해양플랜트연구소에서 개발한 선박 및 해양구조물로 각각의 구조물에 대해 변형 기반 모드 전환행렬, 적합직교분해, 크리로프 부공간 차수축소법 등 다양한 기법을 활용하고 각 기법에 대한 적용성 및 효율성을 검토하였다.