In shipbuilding industry, the capacity of building docks is most important element that determines the productivity of the shipyard. In these days, Korean shipyards strategically move to construct more offshore plants and thus require additional building docks designated for offshore plant and installations. However it is a major and complicated investment decision for shipyard to construct a new building dock onshore, which is almost prohibited by the limited land area in shipyard.
The alternative solution that Ship building company chose was to develop and construct Offshore Floating Dock (OFD), which is moored adjacent to block erection platen. Unlike the conventional floating docks for ships, OFD has rectangular deck area suited for offshore plant construction onboard and has matrix arrangement of ballast tanks.
During the block erection on a conventional floating dock, ballasting operation is carefully controlled in order to compensate the deflection due to the block weights and to maintain the straightness of the floating dock. Since the floating dock bends only in the longitudinal direction and the ballast tanks are arranged also longitudinally, experienced operators can perform the ballasting operation easily and intuitively. In case of OFD, it deflects longitudinally at the same time transversally due to the non-uniformly distributed blocks thus requires more complicated calculation of ballasting plans to compensate the deflections and to maintain flat-ness of the deck. The other issue in the offshore block erection on OFD is the accuracy control. As the height of the column is over 60~80 meters the minor deflection of OFD deck surface can be magnified at the top of the columns. As the ‘mating’ operation, which erects the topside deck blocks on top of columns of the off-shore installation hull, requires very high accuracy level, the ballasting plan should also consider the control of OFD deck surface shape to help the accuracy control of the mating operation.
In this paper, we discuss the development of OFD’s ballasting plan optimization system for accuracy control of offshore block erection. Block weight, size and shape and stiffness of OFD are not able to change. We can just change of ballasting water plan. OFD has 42 ballasting tank. Control the accuracy of the offshore block erection of OFD is objective of this problem.
This problem can be formulated in optimization problem with 42 variables and 1 objective. Several constraints are existed. For finding solution about this optimization problem, primary stage an efficient and simplified numerical model is employed by using plate and beam finite elements not fully solid finite ele-ments model for simulating the hydrostatic behavior of OFD in real time. The stiffness of OFD has been iden-tified through experimental tests that have been designed to activate major strain energy modes and the identified stiffness is used for the numerical model.
Gradient-based search method which is the base method of multi variables optimization is applied for the initial search of the solution.
But there are still remain some difference of accuracy between real OFD and simplified numerical model. In order to increase the reliability of accuracy control system for OFD, measured data should be used in accuracy control system for OFD. A metamodel technique is the solution about the using measured data. Metamodel used both result data of simplified finite element model and measured data with different uncer-tainty.
And sensor which is located at OFD for measuring accuracy has variation. So techniques of stochastic metamodel are used in this problem. Also this metamodel technique increased speed of accuracy control sys-tem for OFD.
The proposed system is applied to the real case erection operations on OFD. Other research group measures the deflections of OFD and the measurement system is integrated with the proposed system. The real case experiment shows the proposed system successfully calculates and controls the ballasting plan for the accuracy control in the offshore block erection on OFD.
조선 산업에서 드라이 도크의 용량 및 수량은 조선소의 생산성을 결정짓는 가장 중요한 요소 중에 하나이다. 한국의 조선소들은 증가하는 해양 플랜트의 수요에 맞추어 조선 중심에서 해양 플랜트 중심으로 경영 전략을 재편성 하고 있다. 이러한 상황에 늘어나는 해양 플랜트 수요를 만족시키기 위해, 해양 플랜트 건설을 위한 드라이 도크의 확장 및 신규 건설이 필요하지만 건설비용 및 건설부지 등의 문제로 인해 제한된다.
이러한 상황에 삼성중공업에서는 Offshore Floating Dock (OFD)라고 불리는 해양 플랜트의 생산에 적합한 부유식 드라이 도크를 개발 및 건설하여, 삼성 거제조선소에서 운영 중에 있다. 기존의 부유식 드라이 도크와는 다르게 OFD의 경우 다양한 형태의 해양플랜트의 건설에 맞게 정사각형의 형태를 가지고 있다.
기존의 부유식 드라이 도크의 경우 1차원적인 변형이 발생되었으며 이는 운전 작업자의 경험 등에 의해 수동으로 조작하여 탑재물의 정도를 관리 할 수 있었다. 하지만 OFD의 경우에는 불균일한 블록들의 하중과 형태로 인해 OFD 상부 덱의 변형이 종 방향 및 횡 방향 2차원적인 변형이 발생하며 이에 대해 기존 운전 작업자가 경험하지 못했던 변형이 나타날 수 있다. 또한 OFD에 탑재되는 해양 구조물의 경우 기존의 조선 및 선박 구조물에 비해 월등히 높은 정도 관리를 요구한다. 해양 구조물의 경우 컬럼간의 거리 및 수직도 등 관리항목의 정도가 상부 구조물의 탑재 가능여부에 크게 영향을 미치므로 OFD 탑재물의 정돈관리 시스템 개발이 반드시 필요하다.
따라서 본 논문에서는 OFD의 정도 관리를 위한 발라스팅 계획 최적화 시스템의 개발을 논의하였다. OFD의 탑재되는 구조물의 강성, 크기, 무게나 형태 등은 변경이 불가능하고, 현재 OFD에 격자형태로 배치 되어있는 발라스팅 탱크의 물의 양이 유일하게 조절 가능한 변수들이다. 발라스팅 탱크의 물의 양을 변화시켜 이로 인해 OFD의 상부 덱의 형태를 탑재된 구조물의 정도를 일정한 범위에 들어 올 수 있도록 변형시킬 수 있다.
또한 실제 탑재과정에서 탑재물의 정도를 측정하기 위해서 광파기, 드래프트 센서 등이 사용된다. 이러한 측정 장비에서 나오는 측정 데이터를 이용하여, 실제 시스템의 메타모델을 생성함으로써 제안되는 시스템의 계산 속도를 증가 시킬 수 있을 것이다. 하지만 이러한 측정 데이터는 여러 가지 장비 (광파기, 드래프트 센서, 시뮬레이션 모델)에서 오는 데이터로써 서로 다른 불확실성 즉 신뢰도를 가지고 있다. 이러한 서로 다른 불확실성을 가지는 데이터를 이용하여 하나의 메타모델을 생성하는 기법을 제시함으로써, 조금 더 정확한 메타모델을 형성하여, 메타모델과 실제 시스템의 차이를 줄일 수 있다.
제안된 시스템은 실제 시스템에 적용되어, OFD의 측정 시스템을 이용, 여기서 나온 측정데이터를 기반으로 제안된 시스템의 결과물을 검토한 결과 만족할 만한 결과를 얻을 수 있었다. 또한 실제 시스템과 제안된 시스템이 결합되어, 실제 탑재과정을 진행한 결과 탑재물의 정도 관리를 정확하게 이행 할 수 있었다.