Shipbuilding proceeds with various steps until the vessel is completed. It goes through contract, design, manufacturing, assembly, painting, launching, final outfitting and delivery. Among these steps, manufacturing step is of great importance since the majority of the ship structures are produced. It includes plate forming, welding and removal process of welding distortion (straightening by flame heat). However, plate forming and straightening process have been carried out by skilled workers because the nature of thermal process is very complex and they need sophisticated technique and knowhow. Thus, more systematical approach is required in order to increase product quality and productivity. It can be done by solution to an inverse problem which provides workers with information on where to heat, how to heat and how much to heat. In this study, two inverse problems of plate forming and straightening are solved based on geometrical approach.
For plate forming based on the geometrical approach, working surface is first defined. And then patches are generated on the surface by two-dimensional geometrical approach. In the next step, all patches are optimized and rearranged by planar development where the total spring energy is minimized. Bending angle and shrinkage are extracted in this procedure and converted to process parameters through database map. In the middle of this process, cross effect and edge effect have been investigated and new database map is established. Finally, experiment for algorithm validation has performed and the saddle and concave shape were achieved.
In contrast to the plate forming, the aim of the straightening is to form a distorted shape into flat shape. Accordingly, different constraint conditions such as no gap and welding lines are imposed in the planar development step. And spot heating method is used for straightening the distorted shape. Finally, experiment for algorithm validation has performed and the corrected shape of the structure was achieved.
조선소에서 선박의 건조는 크게 계약, 설계, 생산, 조립, 의장, 시운전, 인도의 절차를 거친다. 그 중 선박 구조물의 대부분은 생산 단계에서 이루어지므로 선박 공정에서 매우 중요한 부분을 차지한다. 하지만 생산 단계에서 이뤄지는 곡가공과 곡직 공정은 현상자체가 복잡하고 자동화 관련 연구가 부족한 실정으로 대부분 전문 숙련공들의 경험과 감각에 의존하여 작업을 수행하고 있다. 따라서 제품의 품질과 생산성 향상을 위해 보다 체계적인 자동화 방법이 요구된다. 즉 초기의 형상정보로부터 어디를 얼마만큼 가열해야 하는지에 대한 정보를 작업자에게 제공해야 하며 본 연구에서는 기하학적 접근법을 기반으로 이러한 곡가공 및 곡직의 역문제를 해결한다.
곡가공의 경우 평판으로부터 원하는 형상을 성형하는 것이므로 이러한 형상정보로부터 우선 대상곡면을 설정하고 이를 사각형 조각으로 분할 및 근사화 한다. 이 후 2차원 평면에서 최적 전개를 통하여 수축량과 가열선 정보를 추출하게 된다. 이러한 기하학적 변수는 공정변수로 변환되며 이는 실험과 해석으로 미리 구성된 공정변수 데이터맵을 통해 이루어진다. 또한 성형에 영향을 주는 요소인 교차 가열선 효과와 모서리효과를 고려하며 최종적으로 오목형상의 성형에 적용하였다.
곡직의 경우 용접에 의해 변형된 형상을 평판으로 교정하는 것이므로 평면 전개과정이 곡가공과 반대로 적용되며 용접선을 고려한 구속조건이 적용된다. 또한 열에 의한 좌굴을 방지하기 위해 선가열 대신 점가열로 가열하는 방식을 선택하였으며 마찬가지로 기하학적 변수를 데이터맵을 통해 공정변수로 변환하였다. 이로부터 최종적으로 실험을 통해 교정 가능성을 검증하였다.
