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February, 2021
[관련 분야 S/W 소개] Hexagon 차세대 조선 CAD 솔루션과 그 활용

 <글 : 헥사곤 손창영 상무 changyoung.shon@hexagon.com>


플랜트 엔지니어링 솔루션분야 글로벌 선두 기업인 인터그래프사는 Hexagon사가 2010년 인터그래프사를 인수 후 2017년도부터 브랜드 통합 차원에서 대외적으로 Hexagon PPM이라는 명칭으로 고객 여러분들과 함께하고 있다. 엔지니어링 설계분야 및 정보관리 분야 솔루션 공급업체로서 혁신적인 기술과 고객 중심적인 서비스로 13년 연속 독보적인 글로벌 시장점유율 1위를 유지하며 해당분야의 기술을 주도 하고 있다.
본 기고를 통해 육상플랜트뿐 아니라 조선/해양분야에서도 구조와 의장 설계를 하나의 DB에서 수행 할 수 있는 사용자 환경을 비롯하여 이미 3D CAD가 도입 된지 수십년이 되고 있지만 솔루션 자체에서 오서 한계로 인해 사용자 불편 사항을 해소 시키고 있지 못하는 국내 상황에서 헥사곤사의 조선 3D CAD의 특장점과 요즈음 더욱 화제가 되고 있는 3D 선박 모델의 공법계획에의 활용과 Shop Floor Management 솔루션등 Smart Yard구축에 필요한 주요 솔루션들에 대해 소개하고자 한다.

1.차세대 조선 3D CAD 시스템 특징 : Smart 3D

1.1설계 단계별/의장_구조 단일 DB: 진정한 3D 환경을 통한 통합 설계


Smart 3D는 진정한 3D 커널중 하나인 ACIS와 객체지향 개념의 솔루션 개발언어 및 단일 데이터베이스를 사용함으로써 작업단계별 다양한 작업영역구성을 가능하게 하고, 단일 환경 내에서 모든 기능의 사용이 가능하며 설계업무분야 단위로 기능을 구분하여 사용자 작업환경을 단순화 하였다 즉 설계단계(기본, 상세, 생산)에서 뿐 아니라 개별 part/스풀 제작과 조립 및 건조에 이르기까지 전반적인 분야의 업무효율 향상을 위해 적용 가능하다. 더불어 구조와 의장 설계가 단일 DB애서 작동 한다.
 


<그림 1 Smart 3D의 단일 DB 구성도>


모든 설계데이터 및 참조데이터는 Oracle 혹은 SQL 서버와 같은 상용 관계형 데이터베이스에 저장된다. 이들 정보들은 설계자에 의해 분야에 상관없이 모델링작업에서 요구되는 부분에 대하여 참조가 가능하다. 어떤 오브젝트가 생성이 되거나 수정이 되었다면 이들은 즉시 데이터베이스에 확정되어 곧 바로 다른 사용자에게 참조된다. 오브젝트에 대한 접근권한은 각 오브젝트 별로 부여가 가능하다.

1.2 쉬운 사용자 환경

Smart 3D는 마이크로소프트사의 표준을 따르는 직관적인 UI를 사용하여 각 분야별로 구분 없는 동일한 작업환경을 제공한다. 또한 Smart Step(단계별 명령어 입력방식)을 통한 사용자입력을 정의하여 초보자라도 쉽게 시스템을 사용할 수 있게 한다.
 


<그림 2 Smart Step 기반 명령 수행>


1.3 지식기반 설계

지식기반 설계는 사용자가 정의한 규칙에 의해 형상이 자동으로 결정되게 한다. 예를 들면, 선체사용자가 상세설계모델링을 수행한 다음 생산 모델을 생성하면 기정의한 룰에 의거 Collar Plate, EndCut, Chamfer 형상이 자동으로 생성된다. 또한 모델링 이후 설계변경 시에도 룰에 의거 모델이 자동으로 변경되기 때문에 사용자가 인위적으로 개입할 필요성이 없으며, 변경내용에 대한 일관성도 함께 보장된다.
 


<그림 3 Rule 기반 설계 수행>


1.4 데이터 재사용

Smart 3D는 부재생산성을 향상시킬 수 있는 복사기능을 지원한다. 선체모델의 경우 참조면을 기준으로 위상정보를 유지한 복사기능의 제공 및 복사 후 수정이 발생할 경우 쉽게 다른 부분으로 반영이 가능하다. 또한 선체의 대칭복사기능을 활용하여 Port/Starboard 등 한 부분만 모델링하여 다른 부분을 자동으로 대칭복사할 수 있다.
의장의 경우 수많은 의장모델을 복사하는 기능을 제공함으로써 설계비용을 절감할 수 있다. 또한 복사 후 작업결과를 확인하여 정확도를 높일 수 있다. 조선의 경우 유사선종간 데이터를 재활용 할 수 있어야 하는 데 이는 모델간 복사기능을 활용하여 신선종 설계시 유사실적선의 부분복사를 통하여 설계시수를 획기적으로 절감 할 수 있다.
 


<그림 4 프로젝트간 데이터 복사 기능>


1.5 Relationship

기존의 3D CAD 시스템들은 소프트웨어에서 구현하기 어려운 점을 이유로 최소한의 Relationship을 사용하여 왔다. 더 많은 Relationship을 구현할수록 시스템은 더욱 더 지능화 되어야 하기 때문이다. 시스템 지능화가 1차적인 Relationship의 수를 증가시키는데 반해 상대적으로 시스템의 복잡성과 소프트웨어 개발 비용은 기하급수적으로 증가한다. 헥사곤사는 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 연구, 개발을 통해 데이터 오브젝트 간 Relationship의 자유롭고 풍부한 사용으로 어플리케이션의 형태를 최대한 지능화 시켰다. Smart 3D의 경우 모델링과정에서 다양한 형태의 Relationship이 생성되며, 변경이 발생할 경우 단순설계변경이 아닌 룰에 의한 재점검 과정을 통하여 각 오브젝트 간 정합성을 유지하면서 자동으로 반영한다.
 


<그림 5 Relationship을 이용한 수정의 자동 반영>

 
1.6 구조-의장 협업 환경

Smart 3D는 선체와 의장사용자간의 협업기능을 제공한다. 의장품이 선체를 관통하는 부분에 생성되는 Hole 정보는 권한에 의해 의장사용자가 Hole 치수정보를 생성하고, 선체사용자에 의해 시공되는 작업절차가 제공된다. 또한, To-Do List를 통한 설계변경사항에 대해 강화된 이력관리기능을 제공하여 부서간 변경사항에 대한 통보 및 인지과정을 시스템에서 제공하여 설계기준에 부합하지 않은 항목의 누락방지 및 설계자간 협업체계를 강화한다.
 


<그림 6 To-Do List를 이용한 협업 설계>


2. 3D 모델을 활용한 상세 물량 산출과 공법계획: LPM(Lightweight Production Model)

2.1 물량 산출


선박을 공기내에 인도하기 위해서는 생산계획이 중요한데 조기에 얼마나 정확한 물량 산출이 주요 포인트이다. 물량에는 용접/도장/의장물량등 다양하지만 개별회사의 산출 정확도 수준은 천차만별이다. 헥사곤사는 선박 3D 모델을 활용하여 다양한 자세의 용접 물량 산출이 가능한 LPM 물량산출 모듈을 고객에게 제공 하고 있다.
앞서 서술한 Smart 3D의 장점의 활용하여 부재간 연결정보를 다양하게 활용 핳 수 있어 이에 기반하여 상세한 용접 물량 산출이 가능하다. 도장물량의 경우에도 단순한 표면적이 아니라 각종 도장의 실제 작업 조건을 만족하는 도장물량 산출이 가능하도록 기능이 완비되어 있다.
 


<그림 7 LPM 물량 산출 주요 기능>


2.2 공법계획 적용:족장, DAP, Lug, Crane, T/P

선박의 3D 모델은 최종 파일 사이즈가 매우 크다. 이를 공법계획부분에 활용하는 것은 작업자들에게 매우 큰 부담이고 이를 해결하기 위해서 Smart 3D의 각종 설계를 위한 relation을 삭제하여 설계 모델에 비해 거의 1/10정도로 경량화된 3D 모델을 제공 한다.
구체적인 기능으로는 해양구조물과 같이 엔지니어링사가 시스템중심으로 모델링 해온 것을 자사의 생산환경에 적합한 블록 계층구조를 짤 수 있도록 지원하는 기능이 있다.
베이스 플레이트와 WEIGHT, CoG등을 자동 계산하면서 다양한 조립순서등을 결정하는 시뮬레이션 기반의 DAP작성 기능과 족장의 구성품을 미리 라이브러리화 한 후 형태와 주요 치수 입력에 의한  자동족장 설계 및 /반자동/수동  설계가 가능한 족장 설계 시스템등이 있다.
또한 Lug배치와 T/P 계획등 선박의 물류관련 단위 이송 시스템에 어떻게 블록을 배치하거나 이송 장치의 보조 장치를 배치 할 것인지에 대한 시뮬레이션이 가능한 기능과 도면 산출까지 지원하는 기능등 많은 공수를 들여 작업한  3D 모델을 생산뿐 아니라 생산전단계의 각종 공법계획분야에 획기적으로 도움을 줄 수 있는 기능을 제공 한다.
 

 

 


<그림 8 LPM 공법계획 지원 기능>


3. 실시간 데이터 기반의 가공/소조 작업관리: Smart Production

조선산업은 부품 하나하나를 원자재로부터 가공하여 조립해 나가는 특성이 있어 조선소내에 가공과 조립(소/중/대)이 동시에 일어나고 업무 관리는 매우 복잡한 특징을 가지고 있다.
생산에 대한 많은 노우하우를 가지고 있는 국내 조선사이지만 의외로 가공과 소조립등 관리에서 상당히 오래된 시스템을 사용하고 있거나 아니면 CAD 데이터와의 연동 및 리비젼 관리등이 충분하지 못하고 특히 외주 물량에서 관리 포인트를 놓치는 경우가 많이 있다.
그러나 3D 설계 데이터를 충분히 활용한다면 직영/협력업체 등 분산되어 있는 배관/Plate/Member등의 각종 가공 및 소조립 작업 계획과 통제 및 현황 파악이 고도화되어 설계변경에 대한 즉시 반영 및 이상상황 정보의 실시간 공유가 가능해져 이를 통해 품질관리/생산설비 최적할당/자재낭비요소 최소화를 통해 상당한 비용 절감이 가능하게 된다. 
 


<그림 9 스풀제작 공정의 일반적인 문제점>


헥사곤사의 Smart Production은 특별한 CAD데이터에 구애 받지 않고 Plate, Panel, Member, 배관 스풀 제작 공정에 활용 할 수 있는 단일 시스템을 제공 한다.
CAD데이터 자동 Import/Order생성/송선 자동선정/네스팅/작업시간 산출/부하 평준화와 실제 개별 workstation에서의 작업관리용 용점품질검사 관리등 다양한 기능이 내포 되어 있어 진정한 Smart Factory 위한 플랫폼이다.
부수적인 시스템으로 작업현장에는 많은 모바일 기기를 통한 work order 확인 공정 진척도 입력, 문제 발생시 대응과 상황인지등 모바일을 통한 작업 현장 관리 및 지원 시스템이 필요 한데 헥사곤사의 Xalt는 기존의 DB를 충분히 할용하면서 각종 모바일 어플을 손쉽고 빠르게 구축 할 수 있는 플랫폼으로 현장 활용성성이 매우 높다.

4. Enterprise Project Performance : 사업관리 분야(EcoSys)

조선산업과 같이 프로젝트성 산업은 대규모 자본과 인력가 비교적 장기간의 일정이 소요 되는 특징을 가지고 있다. 과거 7,8년전 해양 플랜트에서 경험한 것과 같이 우리의 경험이 축적되지 않는 공사를 진행해야 하는 경우는 RISK가 매우 커진다. 근래 선진 해외 EPC사를 중심으로 프로젝트 관리를 위해 적극 도입 되고 있는 시스템이 EPP(Enterprise Project Performance) 솔루션으로 전사적 자원관리 솔루션인 ERP와 대비대고 보완하는 개념으로 그 특징은 아래와 같다. 

전사적 프로젝트 성과(EPP)는 개별 프로젝트의 성과를 개선하는 것에서부터 조직 내 모든 프로젝트의 사업목표 달성을 고려하는 것으로 확장되는 사고방식이다. EPP 소프트웨어 플랫폼은 포트폴리오, 프로젝트 및 계약관리, 하위프로세스 등 프로젝트의 전체 수명주기에 걸친 프로세스를 통합함을 통해 이러한 접근방식을 구현해 준다. EPP는 조직 내 모든 이해관계자를 위해 모든 프로젝트, 프로그램, 포트폴리오의 효율성, 예측가능성 및 통제 능력을 향상시키는데 도움을 준다.
 


<그림 10 EPP 도입 효과: Technip 사례>


국내 실정에서는 견적관리등에서 부터 보다 체계적으로 시스템화하고 적용해 나간다면 리스크 조기 파악 및 가시화와 최적의 조치로 사업비 통제와 관리 부분에 많은 혁신을 가져 오리라 생각한다.
 

맺음말

10여년전 국내 대형 조선사들이 PLM을 도입하면서 차세대 CAD를 같이 도입하는 등 많은 투자를 하였음에도 현장의 목소리는 모두 긍정적인 것 만은 아니다. 이제 수년 후 새로운 차세대 조선 CAD시스템 도입을 준비하고 있는 곳도 있는 시점에 보다 근본적이면서도 고질적인 문제등을 해결할수 있는 부분에 많은 관심이 주어졌으면 하고 고 특히 공법계획등 3D CAD의 활용면까지 충분히 고려한  통합 솔루션에 대해서도 많은 관심을 기울여 주기를 바란다.