차수축소 구현기법으로 해석 시간 단축
선박해양플랜트연구소(KRISO, 소장 홍기용)가 가상의 공간에서 선박과 해양플랜트구조물의 안전성을 예측하는 ‘선박해양 구조디지털트윈 플랫폼’을 개발했다.
디지털트윈은 현실세계의 기계나 장비, 사물 등을 가상의 공간에 동일하게 구현 및 연계하여 다양한 조건의 시뮬레이션을 통해 안전성을 검증할 수 있는 기술로 여러 산업계에서 주목받고 있다.
KRISO가 개발한 이 플랫폼을 이용하면 실제 선박이나 해양구조물의 상세구조를 반영한 모델을 가상의 디지털 공간에 구현하여 다양한 해상환경에서 구조물의 상태를 실시간 양방향으로 평가하고 변형, 노화, 부식 및 손상 등을 고려해 10~20년 후의 상태변화를 예측함으로써 앞으로의 사용수명을 평가할 수 있다.
이전에는 다양한 해상환경조건에서의 선박 및 해양플랜트 구조안전성평가를 위해서는 대용량의 데이터를 해석하는데 막대한 시간이 걸리기 때문에 디지털트윈 적용에 어려움이 있었다. 하지만 KRISO는 물리적으로 예상되는 변형이나 다양한 수치해석 알고리즘을 반영한 차수축소 구현기법을 개발해 해석에 소요되는 시간을 획기적으로 단축함으로써 선박과 해양플랜트의 구조디지털트윈 구현을 가능하게 했다.
이 기술은 KRISO가 개발한 부유식 해양플랜트인 다중연결부유체 모듈을 기반으로 해양공학수조에서의 모형시험 결과와 비교하여 우수성을 검증했으며, 수조모형시험에 관한 검증기법을 개발해 해석의 정확도를 더욱 높였다.
향후 실제 선박이나 해양플랜트에 적용될 경우 구조 건전성을 빠르게 확인할 수 있어 과거 발생한 컨테이너선 MOL 컴포트호, MSC 나폴리호 침몰사고와 같은 구조물의 균열 및 손상 등으로 인한 사고를 미리 예측해 방지할 수 있다. 아울러 실제 구조물의 관리와 유지보수에 소요되는 비용과 시간을 대폭 줄일 수 있을 것으로 기대된다.
이강수 책임연구원은 “앞으로 KRISO가 독자 연구개발한 FPSO 구조모델(K-FPSO)을 활용해 구조디지털트윈 플랫폼을 더욱 고도화할 계획”이라고 밝혔다.
K-FPSO는 국제선급 규정을 따라 개발된 FPSO 구조모델로, 구조설계 및 구조안전성평가 등 안전성에 관한 사항을 인정받아 한국선급의 AIP 인증을 획득했다. KRISO는 현재 구조디지털트윈 원천기술의 실용화를 위해 국내외 주요기업들과 기술교류를 이어가고 있으며, 지속적인 협력을 통해 선박이나 실해역에 설치되는 해양플랜트에 적용될 수 있도록 노력해나갈 예정이다.
KRISO 홍기용 소장은 “미래에는 선박이나 해양구조물에 관한 디지털트윈 기술 활용도가 더욱 높아질 것”이라며, “KRISO는 디지털트윈 기술 개발 뿐만 아니라 학계, 산업계와의 공동연구 협력을 위한 디지털트윈 센터를 구축하는 등 앞으로 우리나라 조선해양 분야 디지털 전환을 선도할 수 있도록 최선을 다하겠다”고 말했다.
