선박건조공학 ( 조립 ) 선박건조공학 - 조립공사 2017. 5. 24.
선박건조공학 ( 조립 ) ( 金在勳, Kim Jae Hoon) 학력 - 학사 : 서울대학교기계공학과 (1976~1980) - 석사 : Wright State University Systems Engineering (1984~1985) - 박사 : Purdue University Aeronautics & Astronautics (1987~1991) 경력 - 국방과학연구소 (ADD) : 연구원 (1979~1987) - US Air Force Flight Dynamics Laboratory : 교환과학기술자 (1984-1985) - 삼성중공업 : 연구소장 / 삼성 Fellow/ 전무 (1992~2015) - KAIST 기계공학과 : 초빙교수 (2016~ 현재 ) - 부산대학교조선해양공학과 : 산학협력초빙교수 (2017~ 현재 ) 연락처 : (M) 010-9713-1021, kjhcmr@naver.com
선박건조공학 ( 조립 ) 목차 1. 제품의이해 ( 설계와생산의관계 ) 2. 생산공정이해와분석 3. 생산장비 ( 자동화장비 )
1. 제품의이해 ( 설계와생산관계 ) 선박건조공학 ( 조립 ) 조선해양플랜트산업 1950 2000 Present Container Bulk Carrier USA Europe Japan Korea China LNG Carrier Europe Korea China? Cruise Ship Europe Korea? Offshore Structures Europe / USA Korea? Subsea Europe / USA Korea? 4
1. 제품의이해 ( 설계와생산관계 ) 선박건조공학 ( 조립 ) 생산할제품의이해 제품설계의이해 - 생산을잘하려면설계를잘이해해야한다 - 설계에따라생산공법이바뀐다 ex) 설계에따라자동화여부 / 수준좌우 강재종류에따른용접공법 - 생산방식에맞는설계를해야한다 : 생산성향상을위한설계 - 개념설계 기본설계 상세설계 생산설계 생산 5
1. 제품의이해 ( 설계와생산관계 ) 선박건조공학 ( 조립 ) Mega Structure of the World Burj Khalifa 828 m SHELL LNG FPSO 481 m 16,000 TEU 400 m 6
1. 제품의이해 ( 설계와생산관계 ) 선박건조공학 ( 조립 ) Shipbuilding Block Building Block (Unit Block 또는 PE Block) 을탑재 (Erection) 한후진수 (Launching) 7
1. 제품의이해 ( 설계와생산관계 ) 선박건조공학 ( 조립 ) 제품설계의이해 : 선박 (Bulk Carrier) 8
1. 제품의이해 ( 설계와생산관계 ) 선박건조공학 ( 조립 ) 제품설계의이해 : Block Division 약 20m 9
1. 제품의이해 ( 설계와생산관계 ) 선박건조공학 ( 조립 ) 제품설계의이해와생산 Process 가공 가공 가공 가공 가공 소조립 판넬조립 소조립 중조립 대조립 선행탑재또는탑재 10
1. 제품의이해 ( 설계와생산관계 ) 선박건조공학 ( 조립 ) 단위블록의크기 - 강재제작회사로부터의이동수단에의해제약 대략 20m ⅹ 4m 최대 5장을합판하여단위블록의주판으로사용 단위블록크기는대략 20m ⅹ 20m ⅹ 4m 단위블록무게는 200~300톤 1척당 100개정도의단위블록 - 단위블록대형화를위해기존공장과설비를수정하는것은무리 단위블록제작全공정의수정비용과다 11
2. 생산공정이해와분석선박건조공학 ( 조립 ) 선박 / 해양플랜트생산공정 과거현재 - 경사진해변가에선대설치 - 용골설치 (Keel Laying) - 탑재 (Erection) 진수 (Launching) - 대형화 - 리벳공법 용접 단위블록제작선행탑재 (Pre-Erection) 탑재 (Erection) 진수 (Launching) 인도 (Delivery) 인도 (Delivery) 12
2. 생산공정이해와분석선박건조공학 ( 조립 ) 선박 / 해양플랜트전체생산공정 선행의장 강재입고 강재도장강재가공소조립중조립대조립 용접도장의장 내업외업 선행도장 인도 명명식 시운전 안벽의장 진수 선행탑재 탑재 후행도장 후행의장 13
2. 생산공정이해와분석선박건조공학 ( 조립 ) 강재도장공정 Stock at Yard Load on Conveyor Pre-Heating Dry in Oven Shop Priming (Auto Spray) Shot Blasting 14
2. 생산공정이해와분석선박건조공학 ( 조립 ) 강재도장공정 - 강재도장 : 단위블록제작기간동안 ( 선행도장하기전까지 ) 방청하기위한목적 - Shot Blasting 후적정크기의 Anchor Profile 이나와야한다 표면조도, Blasting 에의해발생된요철부위로인해면적이커져부착성증가 Shop Primer 의부착력향상 Dry Film Thickness, cf) Wet Film Thickness (WFT) - Shop Primer에따라적정한 DFT가나오도록강재전체에골고루도포한다 - 도장은적정온도와습도에서시공해야한다 15
2. 생산공정이해와분석선박건조공학 ( 조립 ) 강재가공공정 강재 판재 (Plate) 형강재 (Profile) 평판 (Flat) 곡판 (Curved) 론지 (Longitudinal) 트랜스 (Transverse) 16
2. 생산공정이해와분석선박건조공학 ( 조립 ) 강재가공공정 - 형강재의종류 - 형강재가공 : Labeling, Marking, Cutting 17
2. 생산공정이해와분석선박건조공학 ( 조립 ) 소조립공정 Web 조립 소조립 판넬조립 18
2. 생산공정이해와분석선박건조공학 ( 조립 ) Web Frame 조립 - 대략 20mⅹ4m 이하의평판에형강재등의보강재를용접 - Conveyor 흐름공정 Conveyor 이동 정지 4개단위공정에서동시작업 이동 - 용접단위공정이 Bottle Neck 고속 / 고효율용접필요 - 소형단순작업물은 Portable Carriage로 Batch 작업 19
2. 생산공정이해와분석선박건조공학 ( 조립 ) Web Frame 조립 - 용접은수축변형을유발 - 역변형설계에의해원하는형상확보 20
2. 생산공정이해와분석선박건조공학 ( 조립 ) 판넬조립 - 20mⅹ20m 정도의평판 ( 주판 ) 에론지보강재를용접 SAW=Submerged Arc Welding 21
2. 생산공정이해와분석선박건조공학 ( 조립 ) 중 / 대조립공정 평블록조립 - 바닥면으로판넬, 벽면으로 Web을중조립하여개방형블록 - 개방형블록을 Turnover하고바닥면으로판넬과대조립하여밀폐형블록 - Slit/Slot 공법 곡블록조립 - 곡단판성형 절단선마킹및절단 Pin Jig 작업 곡주판판계 양면 SAW 용접또는 FAB 용접 내부재 Marking 마진절단 내부재배재 내부재가접 내부재용접 ( 반자동 ) 검사및수정 22
2. 생산공정이해와분석선박건조공학 ( 조립 ) Slit/Slot 공법 Collar Plate 필요 Slit 공법 Slot 공법 23
2. 생산공정이해와분석선박건조공학 ( 조립 ) 론지간및 Slit 간간격측정장치 - Panel 과 Web 을 Slit 공법으로조립할때 Web 의 Slit 일부를재절단해야할때사용 - 재절단효율화목적 24
2. 생산공정이해와분석선박건조공학 ( 조립 ) 중 / 대조립공정 - 중 / 대조립작업환경 : 수직용접이많고작업공간이어둡고협소 최소한의이동으로다양한용접 - 보강재가이동의장애물 - 대조립경우 Man Hole 통과해서이동 25
3. 생산장비 ( 자동화장비 ) 선박건조공학 ( 조립 ) 조선해양플랜트산업과로봇 / 자동화특징 중후장대대상물열악한환경다품종소량생산다양한작업조건 Mobility 소형 / 경량화 Safety 조선해양로봇 / 자동화 Reliability Intelligence Robustness 26
3. 생산장비 ( 자동화장비 ) 선박건조공학 ( 조립 ) 선박 / 해양플랜트전체생산공정 선행의장 강재입고 강재도장강재가공소조립중조립대조립내업외업 선행도장 인도 명명식 시운전 안벽의장 진수 선행탑재 탑재 27
3. 생산장비 ( 자동화장비 ) 선박건조공학 ( 조립 ) Web 조립 : 소조립용접시스템 ( 자동 ) - 용접공정이 Bottleneck 복수로봇에의한자동화필요 - System Configuration - 복수의 Gantry 각각에 6 축로봇 2 대를장착하여형강재양면용접 - 고속용접을위해 Rotating Torch 사용 - 주요 S/W : 복수로봇에최적작업분할, 충돌회피, Cycle Time 최소화 - 주요 Sensor : Touch, Shock, Collison, Seam Tracker (Arc, Laser Vision) 부재위치인식 ( 가접공정과용접공정에 2 단계카메라 ) - 현장적용 28
3. 생산장비 ( 자동화장비 ) 선박건조공학 ( 조립 ) Web 조립 : 소조립용접시스템 ( 반자동 ) - 매우단순한부재용접은 Portable Carriage 활용 - 용접선끝단의보류부를최소화하기위한장치필요 - 개선부작업장치필요 29
3. 생산장비 ( 자동화장비 ) 선박건조공학 ( 조립 ) 판넬조립 : 판넬라인 자동화 자동화 양면자동화 30
3. 생산장비 ( 자동화장비 ) 선박건조공학 ( 조립 ) 중조립용접시스템 - 요구작업 : 주판, Floor, Girder, 론지, Collar Plate 가만나는용접선 - System Configuration 승월형자율이동로봇 - Floor 간이동 / 자세제어방법, 충돌회피 - Floor 간이동후작업구간인식은? Touch Sensor? 초음파? Laser Distance? - 작업구간이동시론지는장애물이며극복수단은? 수동? Walking? Climbing? 상부크레인에의한수동이동 : 론지와의충돌문제 - 현장적용 1, 현장적용 2 31
3. 생산장비 ( 자동화장비 ) 선박건조공학 ( 조립 ) 생산자동화우선순위 물량측면 - 용접 > 도장 > 의장 - 선박 해양플랜트의부가가치가높을수록의장비율 난이도측면 Others, 12% Scaffolding/Transport, 4% Machinery Outfit, 8% Pipe/Electric Outfit, 10% Fitting, 17% VLCC 생산시수 (HITACHI ZOSEN) Welding (800km), 25% Painting (450000 liter), 24% - 용접 (1 차원 ) < 도장 (2 차원 ) < 의장 (3 차원 ) - 내업 < 외업 - 반자동화 < 혼합형 < 완전자동화 32
3. 생산장비 ( 자동화장비 ) 선박건조공학 ( 조립 ) 생산자동화우선순위 종합 -내업용접 외업용접 도장 의장 -전체공정상세분석 - System Configuration 도출 : 반자동 혼합 완전자동 - 분야별로는예상효과분석후경제성평가하여우선순위선정 - 안전 환경분야우선추진 33