CAD/CAM 소프트웨어 전문가의 지식 활용 - 사례: 쉘 플레이트 개발

몇십 년 전에는 다양한 전문가들이 선박 공학 및 디자인에 사용되는 것이 흔했습니다. 하지만 오늘날, 전문가들이 사라지고 젊은 세대가 소프트웨어로 공학적인 문제를 해결하기를 기대하는 것으로 보입니다. CADMATIC 소프트웨어 개발은 전문가들의 지식을 활용하여 도움을 제공했습니다. 본 문서에서는 선박 건조의 고도로 특화된 영역 중 하나인 쉘 플레이트 개발을 통해 이를 시연할 것입니다. 이 영역은 수십 년 동안 인간의 지식과 경험에 의존해 왔습니다.

쉘 플레이트 개발에 대한 CADMATIC 소프트웨어가 전문가들의 노하우를 어떻게 활용했는지 살펴보기 전에, 쉘 플레이트 개발과 관련된 역사 및 소프트웨어 개발을 재조명하는 것이 유익합니다.

쉘 플레이트 계산의 역사와 관련된 소프트웨어 개발

1980년대에는 쉘 플레이트의 스트레치를 고려한 계산 방법이 많은 사람들에게 알려지지 않았습니다. 그러나 네덜란드의 선박 조선소에서는 이미 많은 년 동안 전문가들에 의해 수동으로 결정되었습니다.

당시에는 "창 플레이트" 방법과 "교차 테이블"이 매우 흔했습니다.

데이터는 성형 작업장에서 추출되었으며, 대부분의 경우에는 직접 강판에 투영되었습니다.

3D 쉘의 실제 길이와 2D 확장 사이의 차이는 스트레치였는데, 이는 전문가들에 의해 결정되었습니다.

이 과정에는 두 가지 유형의 플레이트가 포함되었습니다: 측면 스트레치가 있는 플레이트와 중앙 스트레치가 있는 플레이트입니다.

전문가들은 올바른 확장 방법을 선택하기 위해 어떤 유형을 사용할지 결정했습니다.

1980년대에는 이 수동적인 과정이 컴퓨터 프로그램으로 번역되었는데, 이 프로그램은 선박의 형상을 입력으로 사용했습니다. 선박의 형상은 프레임, 수평선, 수직선 및 무릎선을 포함한 3D 와이어프레임 모델로만 표현되었습니다.

이 방법의 장점은 많은 경험을 기반으로 한다는 것이었습니다. 소프트웨어의 사용은 결과를 올바르게 해석하고 해석할 수 있는 특정 전문가들로 제한되었습니다. 이는 쉘 플레이트를 올바르게 맞추는 데 필요한 결과물 및 연장 테이블을 포함했습니다. 솔기와 물결의 위치가 결과를 크게 영향을 미치며 가능성을 제한했습니다. 다행히도, 이는 전문가에게 원하는 결과에 가까이 다가갈 수 있는 유연성을 제공했습니다.

네덜란드에서 쉘 플레이트를 변형하는 생산 방법은 위에서 언급한 데이터를 기반으로했습니다. 큰 장점은 대부분의 경우 쉘 플레이트를 추가 길이 없이 처리할 수 있었습니다. 다른 국가의 많은 선박 건조업자들에게는 이것이 이해하기 어려웠습니다. 전문화 영역의 조합이 필요했으며 종종 수년간의 현장 경험 후에 이루어졌습니다.

최근 몇 년간 조립 과정이 점점 최적화되고 선박도 미적으로 더 매력적으로 되어 더욱 복잡한 형상을 가지게 되었습니다. 선박의 다양성도 상당히 증가했습니다. 상업용 선박 외에도 아름답게 디자인된 고급 요트들이 인기를 끌고 있습니다. 이러한 형상은 현재 와이어프레임 모델 대신 형상 표면으로 생성됩니다. 선박 조선소들은 또한 쉘 플레이트가 건설에 맞춰 정렬되고, 따라서 변형 과정에 덜 영향을 받도록 요구합니다. 용접 미터의 수를 최소화하기 위한 노력도 있으며, 이는 생산 과정에서 변형 시간의 증가와의 긴장을 유발합니다.

이러한 모든 요소들로 인해 이 전문화 영역에 대한 압력이 증가했습니다. 또한, 젊은 세대들이 이러한 기술을 배우고자 하는 동기가 없어지면서, 새로운 접근 방식이 개발되어 쉘 플레이트를 계산하고 생성하는 것입니다.

새로운 접근 방식은 전문가들의 전문지식을 활용하여 소프트웨어 프로그램을 생성하는 것에 기반을 두었습니다. 이를 통해 이러한 전문가들에 대한 의존도를 줄이고 디자이너들이 디자인에 집중할 수 있게 하면서도 복잡한 쉘 플레이트 계산을 소프트웨어가 수행하도록 했습니다.

고려 사항 및 요구 사항

쉘 플레이트 생성 및 계산의 새로운 접근 방식은 이미 시장에 상당한 시간 동안 존재하며 전문가들에게 수용될 만큼 충분히 성숙해졌습니다. 이 새로운 솔루션의 유연성 및 지원 데이터는 점점 더 평가받고 있습니다.

하지만 이 완전히 새로운 방법을 만들 때 어떤 고려 사항과 유용한 입력이 있었을까요?

곡면 표면의 기초는 형상입니다. 선박 설계 소프트웨어 패키지인 NAPA, SARC, MAXSURF 등이 주로 형상을 결정하는 데 사용됩니다. 이러한 형상은 라이노세로 같은 더 일반적인 소프트웨어 패키지에서도 나옵니다. 이는 솔루션이 이러한 모든 정보를 처리할 수 있어야 한다는 것을 의미합니다. 다시 말해, 어떤 임의의 표면 데이터를 가져와 마지막으로 올바른 생산 데이터를 제공할 수 있는 형태로 변환해야 했습니다.

솔기와 부분의 위치는 내부 구조를 고려해야 했지만, 동시에 쉘 플레이트 윤곽을 결정하는 기초도 되어야 했습니다. 높은 수준의 유연성이 필요했습니다: 쉘 플레이트뿐만 아니라 쉘 플레이트와 내부 구조 간에도 관계가 설정되어야 했습니다. 이러한 위상적 관계는 최대 플레이트 크기를 근사화하기 위한 수학적 조치를 지원해야 했습니다. 예를 들어 측정된 형태의 거리를 비교하는 것과 같은 작업을 고려해야 했습니다.

도구가 유연하고 간단하며 오늘날의 기술과 일치하는 것이 중요합니다. 또한 도구가 용접이 형태에 어떻게 투영되는지에 대한 통찰력을 제공해야 합니다. 이렇게 함으로써 전문가의 통찰력이 도구로 번역됩니다. 이러한 이유로 "보이는 대로 얻는다(WYSIWYG)"라고 불리는 이 기능은 젊은 디자이너가 결과물이 무엇인지 이해하거나 예측하는 데 도움이 됩니다.

쉘 플레이트의 정의는 생산 과정과 분리되어야 했으므로 엔지니어들이 창의력을 발휘할 수 있고 생산 도구에 제한되지 않도록 해야 했습니다. 요약하자면, 도구는 쉘 플레이트가 어떻게 보이는지를 정의해야 합니다.

쉘 플레이트 정의 중에 결정된 무게, 중심 중력 및 크기는 공학 과정의 이 단계에서 극히 중요합니다. 건설은 쉘 플레이트와 위상적으로 관련되어 용접 및 각도 정보를 자동으로 결정할 수 있습니다. 플레이트의 폭은 베벨 개방에 의해 결정되어야 했으므로 전문가의 통찰력이 엔지니어의 책임이 아니고 수동적인 계산이 필요하지 않았습니다. 표면 분기점의 정확한 가장자리에 정확히 위치하지 않는 소프트웨어가 이를 자동으로 해결해야 했습니다.

생산: 쉘 플레이트 생산의 두 가지 방법

한 번 쉘 플레이트가 정의되면 생산되어야 합니다. 반면에, 생산 방법과 과정은 계산 소프트웨어 출력물에 대한 요구 사항 집합을 생성합니다.

생산은 공학과 변형 두 부분으로 나뉠 수 있습니다. 공학적인 부분에서는 쉘 플레이트를 생산할 수 있는지 여부를 결정하는 것이 중요합니다. 변형 과정에서는 변형 매개변수가 가장 관련이 있으며, 이는 사용되는 도구의 입력으로 기능합니다.

조립 과정은 또한 쉘 플레이트에 투영되는 데이터에 영향을 미칩니다. 이 정보가 내부 구조와 일치하는 것이 중요합니다. 내부 구조와 쉘 간의 구분이 더 이상 없으므로 이는 동등성을 만들며, 따라서 특히 공학 과정 중에는 전문화가 더 이상 필요하지 않음을 의미합니다.

복잡한 형태의 선체 패널을 생산하기 위해 일반적으로 사용되는 두 가지 생산 시스템이 있습니다:

• 라인 가열: 접힘과 수축의 조합을 기반으로 함
• 콜드 포밍: 늘이기와 접힘의 조합을 기반으로 함

라인 가열은 패널의 특정 부분/선을 가열하고 동일한 부분/선을 찬 물로 냉각시키는 과정을 포함합니다. 이 시스템은 주로 아시아 국가에서 사용됩니다. 이 방법의 단점은 매우 노동 집약적이며, 기술 습득을 위해 5-10년의 교육이 필요하며, 마르텐사이트 형성의 위험이 있습니다. 라인 가열은 여전히 47번째 IACS 선박 건조 및 수리 품질 표준에 따라 허용되지만, 운영자들은 느린 과정을 가속화하고 최대 온도를 초과하여 온도를 높이는 필요성을 느끼고 있으며, 이로 인해 마르텐사이트 형성의 위험을 받아들이게 됩니다. 이는 재료를 깨지기 쉬운 상태로 만듭니다.

콜드 포밍은 선체 패널의 특정 부분을 접고 늘려 패널을 형성하는 과정을 기반으로 합니다.

늘이기는 두 개의 작은 회전 롤러 세트를 사용하여 달성됩니다. 롤러 세트로 늘이기는 평균적으로 라인 가열 과정보다 8배 빠르며 사용하기도 더 쉽습니다.

늘이기 선은 일반적으로 라인 가열 중에 다루지 않는 영역에 위치합니다. 따라서 이러한 기술은 "역방향 기술"이라고 불립니다.

롤러로 늘이기는 미래입니다.

늘이기는 "스탬핑"용 프레스 도구를 사용하여 달성할 수도 있습니다. 그러나 이러한 도구는 롤러 도구만큼 효과적이지 않습니다. 또한, 패널의 내부에 표식이 생기게 됩니다. 이는 Nieland가 롤링 공정을 더 높은 표준으로 혁신하여 격려할만한 결과를 이끌어 냈습니다.

IHC Metalix 롤러 프레스 사진

새로운 디자인의 작은 롤러를 횡단 방향으로 사용하여 롱지튜디널 및 프레임 모양을 생성하고 스탬핑을 거의 불필요하게 만듭니다.

판의 표면이 가능한 적게 영향을 받아야 합니다. 판을 단순히 종방향으로만 늘리는 것은 형성 과정의 효율성을 제한합니다. 네덜란드의 Nieland는 콜드 포밍 기술 전문가로서 이를 인정하고 상판에 줄무늬가 줄어든 상부 롤러를 사용하여 상판을 종방향 및 횡방향으로 늘이는 솔루션을 상당한 시간 동안 제공해왔습니다.

이 방법은 판 전체 길이에 걸쳐 판을 늘이며, 재료 표면에 최소한의 영향을 미치고 부드러운 모양을 유지합니다. 실험에서는 판이 늘어날 때 올바른 형태로 자동으로 변하는 것을 보여줍니다. 롤러 프레스는 양방향으로 롤링할 수 있도록 구성할 수 있습니다. 이러한 과정을 지원하기 위해 올바르고 명확한 늘이기 데이터가 필요합니다.

이 콜드 포밍 방법은 라인 가열과 비교했을 때 상당한 장점을 가지고 있습니다. 콜드 포밍에서는 재료 특성이 최소한으로 영향을 받는 반면, 라인 가열은 과도한 손상을 유발할 위험이 있습니다. 이 콜드 포밍 공정은 평균적으로 8배 빠르며 과잉 재료가 필요하지 않습니다. 첫 번째 절단과 베벨링을 포함한 초기 절단이 최종 절단이 될 수 있으며, 과정이 매우 예측 가능하기 때문입니다.

CADMATIC 도구들

상기한 쉘 플레이트 개발을 위한 고려 사항 및 요구 사항은 현재 사용 가능한 CADMATIC 도구의 개발을 이끌었습니다.

각 단계마다 사용자 친화적인 도구가 개발되어 사용자의 교육이 최소한으로 필요합니다. 이 도구들은 모두 그래픽으로 현재 또는 미래에 무엇이 발생하고 있거나 발생할 것인지를 나타내므로 지식 임계값이 낮아집니다. 모든 데이터는 동일한 도구로 변경할 수 있으며, 이는 입력 또는 조정이 모호하게 만듭니다. 데이터를 복사하거나 재사용할 수 있으며, 다중 선택으로 인해 입력 속성을 간단하고 효율적으로 조정할 수 있습니다. 항목을 빠르게 찾기 위해 검색 기능이 추가되었으며, 동료로부터 작업을 인수할 때나 여러 엔지니어가 병렬로 작업할 때 큰 장점이 됩니다.

도구 내의 기능들은 잘 정리되어 있으며 종종 결과를 즉시 보여줍니다. 결과물은 2D와 3D에서 모두 확인할 수 있어 검사가 간단해집니다. 이렇게 함으로써 사용자와의 최적의 상호 작용이 보장되며, 사용자는 직접 결과에 영향을 미칩니다.

Hull Shape Import 도구를 사용하면 가장 일반적으로 사용되는 형식의 모든 선박 형상을 가져올 수 있습니다. 대칭적 및 비대칭적인 형태를 만들고 추가하여 여러 형태의 조합을 하나의 단일한 형태로 처리할 수 있습니다. 레이어와 그들의 명칭을 사용하여 시스템은 형태를 완전 자동으로 처리할 수 있습니다. 그러나 여전히 응용 프로그램 자체에서 수정할 수 있습니다. 프레임 간격 표를 결정하고 사용자가 간단한 형태를 만들 수 있습니다. 이로써 Hull Shape Import 도구는 매우 유연해집니다.

Hull Lines 도구를 사용하면 엔지니어는 구조물과 같은 다른 요소에 모든 선박 라인을 생성하고 연결할 수 있습니다. 이러한 선박 라인은 한 뷰에서 생성되고 형상에 투영됩니다. 라인의 수와 라인의 형태에는 제한이 없습니다. 스마트 기능은 덩어리, 라운딩, 점의 이동 또는 주어진 방향으로의 확장을 처리합니다. 점은 모양을 고려하든 그렇지 않든 다른 라인과 비교하여 서로 일정한 거리를 가질 수 있습니다. 다른 라인의 정보를 사용할 수 있으며, 점은 주어진 비율이나 각도에 있을 수 있습니다. 모든 조정 사항이 직접적으로 보이므로 보이는 것이 얻는 것입니다.

선체 라인은 비대칭적으로도 입력할 수 있습니다. 각 라인에는 그림칠된 영역의 경계나 쉘 프레임에 대한 참조와 같은 특정 용도를 부여할 수 있습니다. "평면 내" 옵션을 사용하면 선체 라인의 일부가 평면 위에 놓이도록 보장할 수 있으며, 이는 쉘 프레임에도 사용할 수 있습니다. 이는 생산에 많은 장점을 제공합니다. Hull Lines 도구는 특정 전문 분야가 소프트웨어 기능에 효과적으로 통합된 훌륭한 예입니다.

쉘 플레이트 생성 도구는 매우 효과적이고 접근성이 좋습니다. 어떤 엔지니어도 단순히 선체 라인의 수를 선택함으로써 쉘 플레이트를 생성할 수 있습니다. 쉘 플레이트의 속성은 명확합니다: 오프셋, 두께, 방향 및 재료, 그리고 모두 변경 가능합니다. 사용자는 선체 라인을 개별적으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 적용할 수 있습니다. 윤곽은 선체 라인과 관련되어 있으며, 따라서 일관성이 있습니다. 결과물은 뷰와 3D에서 직접 확인할 수 있습니다. 무게, 중심 중력, 크기 및 기타 속성이 직접 계산됩니다. 쉘 플레이트는 모든 섹션에서 보이며, 사용자는 선체 구조물과의 관계로 사용할 수 있습니다. 이는 쉘 플레이트가 내부로 오프셋되었을 때 특히 유용합니다.

쉘 플레이트는 곡면이 있는 데크 구조물에도 사용할 수 있습니다. 형태는 표면과 선체 라인에 의해 결정되므로 어떤 형태도 가능합니다. 위의 과정 중에 엔지니어는 생산 문제를 고려할 필요가 없습니다.

쉘 플레이트를 생산하기 위해서는 여러 데이터 세트가 필요합니다: 확장 및 형태 데이터가 그 중 일부입니다.

모든 가능한 방향에서의 템플릿 평면 정의

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쉘 플레이트의 변형은 여전히 수동적인 과정이며, 이로 인해 이 분야의 지식이 필요합니다. 전문가가 작업을 올바르게 수행하기 위해 모든 올바른 필요 정보를 제공받는 것이 중요합니다: 템플릿, 연장 데이터 및 롤러 라인. 새로운 방법이 모든 방향에서 연장을 결정하므로, Nieland의 새로운 변형 방법이 지원됩니다. 스트레치의 색상도 어느 영역을 늘려야 하는지를 잘 나타내므로 (아래 사진 참조), 녹색에서 노란색 영역에서는 더 많이 늘리고, 연한 파란색에서 녹색 영역에서는 덜 늘림으로써 판이 이미 잘 변형됩니다. 제공되는 지침과 프레스 아래의 판을 매달아야 하는 것이 변형이 부정적으로 안내되는 것을 방지하는 데 중요합니다.

그렇다면 어떻게 미리 가공 시간을 결정하여 제작 시간과 판 크기 간의 올바른 관계를 선택할 수 있을까요? 일반적으로 판이 클수록 용접이 적게 필요하다는 것이 알려져 있습니다. 시스템은 변형 전문가의 지식에 영향을 주지 않습니다. 그러나 시스템은 꽤 정확한 추정을 가능하게 하는 여러 매개변수를 제공합니다. 다음은 중요한 매개변수입니다: 양방향 최대 연장, 최소 반경, 최대 반경, 판 유형, 치수 및 재료 유형, 과거의 변형 시간과 결합된 파라미터. 이러한 매개변수는 쉘 플레이트의 예측 가능한 추정 시간을 생성하는 빅 데이터를 유발합니다.

쉘 플레이트의 생산 데이터는 자동으로 생성될 수 있습니다. 다양한 기본값과 설정이 출력의 스타일을 결정합니다. 쉘 플레이트 중 하나가 엔지니어의 자체 추정 요인을 초과하는 경우, 빅 데이터를 기반으로 한 조치가 필요합니다. 많은 경우, 쉘 플레이트를 좁히는 것이 필요합니다. 그러나 선체 라인의 위상이 쉘 플레이트와 연결되어 있기 때문에, 이것은 꽤 간단한 과정이며 새로운 파라미터를 사용하여 변경의 효과를 비교할 수 있습니다.

또한, 최신 쉘 플레이트 도구는 추가 기능을 가능하게 하는 다양한 기능을 제공합니다. 예를 들어, 핀 지그를 사용할 때 조립을 위한 추가 길이, 수축 보상, 베벨 및 용접 정보, 참조 선 및 코너 마커 등이 있습니다.

결론

과거에는 쉘 플레이트 개발에 다양한 전문가가 필요했습니다. CAD/CAM 소프트웨어의 발전으로 이 과정이 작동하는 방식이 크게 변화되었으며 개별 전문가에 대한 의존도가 훨씬 줄었습니다. 수십 년에 걸친 경험과 고도로 특화된 교육은 이제 정확한 쉘 플레이트 생산 정보를 생산하는 데 더 이상 필요하지 않습니다. 이로써 엔지니어와 디자이너들은 선박의 새로운 형태와 지속 가능한 디자인을 만드는 데 집중할 수 있게 되었으며, 소프트웨어가 계산과 데이터의 정확도를 처리합니다.

저자 소개: 폴 피리우스

폴 피리우스는 선박 건조 산업에서 40년 이상의 경력을 가지고 있습니다. 그는 1976년 네덜란드의 Tille Shipyards에서 견습으로 시작했습니다. 그는 Tille Shipyards의 작업장에서 3년간의 실무 경험을 쌓은 후 1976년에 Centraalstaal의 작업 준비 부서에서 경력을 시작했습니다.

3년 후에 그는 Numeric Centrum Groningen으로 이동하여 선체 형상 조절에 관여하게 되었습니다. 그는 선박 건조 산업의 진화를 경험했습니다: 손으로 그린 설계에서 2D 및 3D 설계로 이동하고 프로그래밍을 학습하여 첫 번째 CADMATIC Hull 소프트웨어의 발기인이 되었습니다.

현재 폴은 네덜란드의 CADMATIC Groningen 사무실에서 기술 총괄로 일하고 있습니다. 그는 고객 이야기와 사용 사례를 수집하여 소프트웨어 출시를 준비하고, 장기적인 개발 전략을 정의하고 소프트웨어가 가능한 한 유연하며 고객의 요구를 충족시키도록 보장합니다.

선박 건조 산업에서 40년 이상의 경력을 가진 폴 피리우스는 쉘 플레이트 및 관련 CAD 개발의 진화를 목격해 왔습니다.