Evaluation of Navigational Safety of Ships on the Korean Coast

There are winds and waves in the sea, and they are changed frequently in accordance with the weather. By analyzing them which have the closest relation to the ship's safe voyage, evaluating the seakeeping performance and then taking a proper action, navigators should carry out safe navigation on the sea. The seakeeping performance can be defined as the ability of a ship to go to sea without any loss of performance, and successfully and safely execute her missions even in inclement weather conditions. A ship in seaways suffers continuous disturbances by irregular waves, and ship motions with irregular waves cannot be easily described as a system model which is adequate to a control system. But, in general, for seakeeping analysis, ship motions in irregular seas can be estimated by the superposition of the motion responses in regular wave components of the sea spectrum. After comparing and analyzing the winds and waves in major sea areas, this paper evaluates the navigational safety of ships on the Korean coast with potential dangerous seakeeping performance using the weather information provided by land. The conclusion is as follows: (1) It is possible that the safety of ships could be secured more accurately by evaluating the seakeeping performance of ships. (2) When the weather is bad, the departure of ships could be controlled by evaluating the navigational safety of ships. (3) When a ship is placed in commission in any area, this evaluation could be used to decide the type and size of ship in use.목차 Abstract = iii Nomenclature = v 제1장 서론 = 1 1.1 연구의 배경 및 목적 = 1 1.2 연구내용과 연구방법 = 2 제2장 한국 연안의 기상정보 = 4 2.1 평수구역 제4구와 그 부근의 연해구역 = 8 2.2 평수구역 제5구와 그 부근의 연해구역 = 17 2.3 평수구역 제6구와 그 부근의 연해구역 = 21 2.4 평수구역 제7구와 그 부근의 연해구역 = 26 2.5 평수구역 제8구와 그 부근의 연해구역 = 32 2.6 평수구역 제9구와 그 부근의 연해구역 = 37 2.7 평수구역 제10구와 그 부근의 연해구역 = 43 2.8 평수구역 제11구와 그 부근의 연해구역 = 48 제3장 항해 안전성 평가 방법 = 52 3.1 해양파 스펙트럼 = 52 3.2 내항성능 평가요소 = 53 3.3 내항성능의 평가치와 위험도 = 56 3.4 임의 한 개 요소에 의한 항해 안전성 평가 = 59 제4장 연안 항해 선박의 안전성 평가 = 60 4.1 수치계산의 조건 = 60 4.2 해역별 항해 안전성 평가 = 62 4.3 선형별 항해 안전성 평가 = 82 제5장 결론 = 85 참고문헌 = 8

가스 분배 네트워크 시스템 최적화

최근에 환경오염과 자원고갈에 의해서 인류활동의 생태적 영향을 최소화하는 지속가능한 산업개발(sustainable development)에 많은 관심을 받고 있다. 이에 따라 화학공장을 환경친화적으로 변화시키기 위해서 각 기업들이 물질 및 에너지를 최대한 효율적으로 이용할 수 있는 공정 설계가 활발하게 이루어 지고 있다. 화학 공정 및 반도체 공정의 경우, 규모가 커지면서 많은 설비가 복잡하게 얽혀있어서 많은 에너지를 소모하게 되어 생산비용의 증가를 가져왔다. 특히 에너지 비용이 점차 증가하면서 이와 같은 에너지의 낭비를 줄이고, 투입된 에너지를 최대한 활용하기 위한 방편으로 에너지를 회수하거나 재활용하는 등 에너지 비용 절감방안에 관심을 갖게 되었다. 본 연구는 가스 분배 네트워크 시스템에 대해서 이러한 에너지 비용을 절감하거나 부산물을 재활용하기 위한 공정설계에 대한 방법론을 제시하고자 한다. 공정설계에 대한 방법론은 기존에 많은 연구가 이루어져 왔다. Chemical Process Design, product and process design, conceptual design and chemical engineering design 등의 제목으로 방법론이 제시되었다. 본 연구에서는 이러한 일반적인 framework를 바탕으로 modeling, simulation and optimization을 위한 Engineering Design Procedure를 제안하고, 특정한 Process structure에 대해서 에너지비용 절감 및 부산물 재활용을 위한 사례를 적용하여 공정설계 수행하였다. 제안된 방법론은 douglas 등 화학공정 설계에서 사용되는 의사결정 과정에서 그 구조를 착안하였다. 가스 분배 네트워크 시스템은 크게 두 가지로 분류한다. 공장내의 분배시스템과 공장과 공장 사이의 분배시스템으로 나눌 수 있다. 공장내의 분배 시스템은 공정의 modeling 에 초점을 맞추어 Design procedure를 진행한다. 다음 공장과 공장 사이의 분배시스템은 산업단지내의 공장과 공장을 연결하는데 초점을 맞추어 Design Procedure를 진행한다. 이러한 네트워크 시스템은 byproduct recycling network, water reuse network, mass integration, heat integration 등으로 구분할 수 있다. 위의 공정설계 부분 중 공장내의 분배시스템에 대한 부분으로 Compressor와 Chiller에 대한 공정설계를 Chanpter2와 Chapter3에서 다루고, 공장과 공장 사이의 분배시스템에 대한 부분으로 Hydrogen Recycling Network를 Chapter4에서 내용을 다룬다. 제안된 공정설계 사례는 실제 공정에 성공적으로 적용되었으며, 이로 인해 에너지 절감 및 원가절감을 이루었다. 본 연구에서는 LCD공정에서 사용되는 압축기와 냉동기에 대한 공정설계를 수행하였다. 실제 공정에 적용한 결과 압축기의 경우 모델 정확도가 95%이상이었으며, 냉동기의 경우 type에 따라서 80-97%의 정확도를 보였다. 이를 이용한 에너지 절감 방안으로 압축기 운전 개선을 통해 약 5%의 개선된 에너지 소모량을 보였다. 또한 석유화학단지내 공장간 수소 재활용 네트워크를 설계하였다. 수소 핀치분석을 통하여 교환망 구성에 필요한 최소의 수소 요구 및 정제량을 파악하고, 네트워크 구성에 필요한 비용과 기타 제약조건으로 최적화 문제를 구성하여 공급처(source)와 수요처(sink) 공장간에 최적으로 수소를 재활용하기 위한 네트워크를 설계하였다. 실제 산업현장에서 수소 재활용 네트워크가 구성되어 연간 100억 이상의 경제적인 효과를 얻고 있다. 제안된 방법론은 가스 분배 시스템에 따라 다양한 공정 설계에 폭넓게 적용될 것으로 기대된다.Gas is one of the essential utilities for operating chemical plants and is usually supplied by compressors of various types. For a large-scale chemical plant, the compression systems are interconnected to each other to form a complex gas-supply network and byproduct recycling network. A complete Engineering Process design includes a critical review of the idea that there should be any process structure, the invention or selection of an appropriate process, optimization of the process, and an economic analysis of its probable profitability. The principal goal of this thesis is to propose a systematic engineering design procedure to improve the profitability. In addition, this thesis is aimed to successfully apply the proposed methodology to an industrial process. In detail, the thesis offers a systematic engineering design procedure to design the process structure (unit, network, design) for industrial process. Chapter 1 provides an introduction of Engineering Process design to this study. Chapter 2 describes unit structure process design of the modeling and optimization of the Turbo-Compression chiller systems in LCD process. Chapter 3 describes unit structure process design of the Hybrid Compressor Model for Optimal Operation of Compressed Dry Air System in LCD Production Industry. Chapter 4 describes network structure process design of the Byproduct Hydrogen Network Design using PSA and Recycling Unit for the Petrochemical Complex. Chapter 5 presents the conclusions and an outline for future works. We believe that the proposed engineering design procedure can be successfully applied into many other process structures and that significant energy and cost savings can thus be expected from the consistently ensured process optimization.Docto

A Study on the Evaluation of Ship's Performance

As a ship gets bigger and faster lately, ship's structure or cargoes might be often damaged and the ship might be cut in two in extreme conditions by a wave impact on its bow. In this paper, the ship's performance such as seakeeping, maneuvering, stability and boarding comfort was evaluated by the training ship HANBADA. The vertical acceleration, which is one of the factors for evaluating seakeeping performance, was measured under the various sea states by the hull stress monitoring system(HMS) on the bridge, and the results were compared with those of model test and theoretical studies. Then, we confirmed the seakeeping performance of T.S. HANBADA by comparing it with ITTC seakeeping criteria. This result will be a great help for the safe navigation by making it possible to estimate the possibility of work and the amount of risk under the various sea conditions with which it might confront, and the shipbuilding yard can be possible to construct the vessel with superior performance through these data measured on the actual ship. Various turning tests were carried out according to the rudder angle, turning direction, loading condition and the ship's speed, after that they were compared with the IMO maneuvering standards. And maneuvering indexes such as K and T were also obtained through the turning tests. T.S. HANBADA has the large superstructures above the water line, so she is supposed to have relatively large leeway or to be difficult to course keeping under the strong winds. These effects will be more significant on berthing, unberthing or proceeding on low-speed at harbour. Therefore, it was calculated the wind forces and moments acting on her, and then found out how much leeway and count rudder angle would be happened with the relative wind direction and velocity. Three or four typhoons are influencing on the Korean Peninsula in a year. Among them, typhoon 'Sara' in 1959, 'Rusa' in 2002 and 'Maemi' in 2003 accompanied with such a strong wind and heavy rain that they caused a catastrophic damage to the properties and/or lives. Especially typhoon 'Maemi' caused a lot of marine accidents such as sinking, stranding and collision etc. on the vessels at anchor in bay of Jinhae. If T.S. HANBADA will be begun with the influence of the typhoon, she usually escapes from the expected route or anchors at the bay of Jinhae. However, decisions of how to use the anchor and judgement of her safety at anchor depend on the experience of operators by this time. In this paper, the maximum permissible wind velocity was evaluated for keeping her on the safe conditions at anchor by comparing the holding power with the wind force on the hull. Vessels are often capsized because of the loss of stability. If the rolling is intense because of excessive stability, the ship's machinery and/or cargoes as well as the ship's hull may be damaged and crew and passengers feel uncomfortable. On the contrary, when the stability is not enough, the ship may be easily inclined due to winds and/or waves and also be easily capsized because she will not be recovered soon after the inclination. Therefore, it was calculated the stability for the several loading conditions and compared with the IMO stability criteria. Also, the maximum roll angle was analyzed with the various sea states measured for 2 years on T.S. HANBADA. And then, it was presented how to escape the excessive roll from the parametric rolling. When a vessel is underway in a heavy weather, passengers and crew have experience of seasickness which causes drowsiness, dizziness, headache, stomachache etc. In extreme conditions, they suffer from a serious trouble which is physiologically unrecoverable. Therefore it results in delay of spiritual activities or making errors from decrease of motivation, dropping off skills, poor recognition and poor judgement. In this paper, the international standards concerning about the occurrence of sickness and the possibility of works were analyzed, and the boarding comfort was evaluated by conducting several times of survey on cadets boarding on T.S. HANBADA. The result showed that one of the main factors of occurring the sickness was the vertical acceleration and the level was more than 0.2g. Also, it was presented the way how to reduce the sickness by changing the ship's speed and/or course in relation to the encounter period with the wave.제 1 장 서 론 1 1.1 연구의 배경 및 목적 1 1.2 관련 연구 동향 6 1.3 논문의 구성 8 제 2 장 대상 선박의 특성 및 계측 시스템 10 2.1 대상 선박의 제원 및 특성 10 2.2 주요 운항 실적 12 2.3 선체응력 감시 장치 15 2.3.1 선체응력 감시 장치의 구성 16 2.3.2 데이터 계측 및 디스플레이 18 제 3 장 내항성능 평가 23 3.1 실선 조사 25 3.1.1 해상상태에 따른 가속도 비교 25 3.1.2 선박과 파도의 만남각에 따른 가속도 비교 37 3.1.3 연안항해와 대양항해의 가속도 비교 41 3.2 이론계산 및 모형시험과의 비교분석 44 3.3 내항성능 평가 50 3.3.1 내항성능 평가요소와 그 시스템적 결합 51 3.3.2 내항성능 평가요소의 분산치 53 3.3.3 내항성능 평가요소의 발생확률 및 한계표준편차 54 3.3.4 내항성능 평가요소의 평가치 55 3.3.5 내항성능 평가요소의 위험도 및 상대위험도 55 3.3.6 내항성능지표 56 3.3.7 내항성능 평가 결과 58 3.4 요약 60 제 4 장 조종성능 평가 62 4.1 선박 조종성능 계측 시스템 64 4.2 IMO 조종성 기준 66 4.3 대상 선박의 조종성능 71 4.3.1 대상 선박의 선회성능 72 4.3.2 대상 선박의 조종성 지수 80 4.3.3 대상 선박의 신침로 거리 85 4.4 풍압력의 영향을 고려한 조종성능 89 4.4.1 풍압력과 유체력 운동방정식 89 4.4.2 표류각 및 대응타각 97 4.4.3 대상 선박의 예인선 사용 기준 98 4.5 대상 선박의 묘박 안전성 평가 103 4.5.1 태풍의 영향 103 4.5.2 외력에 대한 분석 106 4.5.3 파주력에 대한 분석 108 4.5.4 대상 선박의 묘박 안전성 평가 119 4.6 요약 121 제 5 장 복원성능 평가 123 5.1 선박의 복원성 123 5.2 IMO 복원성 기준과 대상 선박의 복원성 127 5.2.1 IMO 복원성 기준 128 5.2.2 대상 선박의 복원성 130 5.3 동조 횡요 운동 139 5.4 요약 146 제 6 장 승선감 평가 148 6.1 인체 진동에 대한 국제 표준안 149 6.2 가속도 변화에 따른 승선감 조사ㆍ분석 153 6.2.1 승선감 조사 153 6.2.2 승선감 분석 158 6.3 승선감 향상을 위한 운항 방안 163 6.4 요약 167 제 7 장 결 론 168 參 考 文 獻 174 부

A Study on a Vehicle Stability Control based on Wheel Lateral Force

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 기계항공공학부, 2014. 8. 김윤영.차량의 자세 안정성 제어 시스템인 ESC(Electronic Stability Control)는 지능형자동차(Intelligent Vehicle)에서도 가장 핵심적인 주행 안전 시스템으로 미국, 유럽 등 선진국 뿐 아니라 국내에서도 안전규제에 따라 신차부터 단계적으로 적용되고 있다. 차량 내 센서 정보로부터 차량의 자세 안정성을 판단하고 브레이크와 엔진 토크 제어를 통해 미끄러짐을 억제하며 선회 주행 시 안정성을 확보하는 ESC 시스템은 주행 중 극한 위험 상황 하에서 사고 회피와 차량의 안정적인 주행을 보조한다. 이를 위해서 관련 센서 부품의 기민한 반응과 제어기 및 엑츄에이터의 정확한 동작이 필수적이다. 현재 상용화된 ESC 시스템은 운전자의 조향입력과 차량의 속도, 바디 거동 정보로부터 차량의 자세를 예측하는데 이에 따른 계산 시간, 서스펜션 반응에 따른 지연시간 등이 수반되는 한계가 있으며, 차세대 ESC 기술로서 차량의 자세와 직결되는 휠하중(wheel force)을 직접 측정하여 차량 자세제어에 반영하는 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 상용 ESC 시스템에서 사용하는 차량 바디 거동 정보인 요율(yaw rate) 기반 제어와 향후 개발이 예상되는 휠하중 정보 기반 제어의 반응시간 차이와 그에 따른 성능을 비교하고 분석하였다. 이를 위하여 대상차량에 대한 고정도의 차량 동역학모델을 개발하고, 요율 제어 ESC와 휠하중 제어 ESC 간소 알고리즘을 제안하여 해석적 분석(S/W simulation)을 수행하였다. 또한 RCP(Rapid Control Prototyping) 플랫폼 기반의 시험 차량을 개발해 실차시험을 수행함으로써 상기 알고리즘의 효과를 검증하였다. 그리고 요율 제어 ESC와 휠하중 제어 ESC의 성능 차이를 좀 더 보기위해 기존의 ESC 표준 시험 모드에 기반한 최악 상황 시험 시나리오를 제안하여 ESC 알고리즘의 효과를 평가했다. 본 연구의 주요 결과는 다음과 같다. 첫째로 현재 상용 ESC 시스템에 일반화된 요율 제어 ESC는 구조적으로 센서 정보를 취득하는 반응시간 지연이 반드시 수반됨에 따라 성능을 향상시키는데 한계가 있으며, 반면 휠하중 기반 제어 ESC는 요율 제어 ESC와 비교하여 상대적으로 응답시간이 매우 빠르면서 차량 자세 안정성 제어 측면에서도 우수함을 해석적 분석 방법과 실차 시험 방법을 통해 정량적으로 확인하였다. 둘째로 휠하중 기반 제어 ESC는 보다 빠른 제어 개입으로 자세 안정성을 복원시키는 과정에서 제동력 개입이 크게 줄어들며 이러한 결과로 주행중 NVH(Noise, Vibration and Harshness) 특성도 향상되며 ESC 작동 중에 운전자가 느낄 수 있는 불쾌감을 줄여줄 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한 최근 고급차량을 중심으로 ADAS(Advanced Driver Assistance System) 장착이 확대됨에 따라 ESC 시스템에 보다 높은 내구수명을 요구하는 상황에서, 제동력 개입을 줄여줄 가능성이 높은 휠하중 제어 ESC 개발의 필요성이 증대하는 것과도 부합한다. 마지막으로 기존의 ESC 시스템뿐만 아니라 향후 개발될 차세대 ESC나 통합섀시제어(UCC, Unified Chassis Control)처럼 점점 고도화되는 능동 섀시 제어시스템의 효과를 평가하기 적합한 새로운 성능 지표로서 경로 이탈 거리(path departure distance)와 요각(yaw angle)을 제안하였다. 그리고 이들 성능 지표로 비교해봤을 때 횡방향 휠하중 제어 ESC는 보다 더 최악의 주행상황에서 차량의 자세제어 성능 향상 정도가 보다 크다는 사실을 확인하였다.국문초록 i List of Tables vii List of Figures ix Nomenclature xvii 제1장 서 론 1 1.1 연구 배경 1 1.2 선행 연구 및 동향 10 1.2.1 차량 자세 안정성 제어 기술 10 1.2.2 차량 자세 안정성 센싱 기술 26 1.3 연구 목적 35 1.4 연구 요약 37 제2장 차량 동역학 해석 39 2.1 차량 동역학 모델 39 2.1.1 차량 동역학모델 개발 39 2.1.2 차량 동역학모델 검증 44 2.2 차량 동적 안정성 평가 46 2.2.1 차량 동적 안정성 평가 방법 46 2.2.2 차량 동적 안정성 해석 평가 50 2.3 고찰 56 제3장 해석 기반 차량 자세제어 알고리즘 효과 분석 58 3.1 차량 바디 자세정보 기반 제어 알고리즘 58 3.2 차량 바디 자세정보 기반 제어 응답 해석 62 3.2.1 요율 제어에 따른 차량 자세제어 효과 62 3.2.2 시간 지연에 따른 차량 자세제어 효과 67 3.3 횡방향 휠하중 정보 기반 제어 알고리즘 75 3.4 횡방향 휠하중 정보 기반 제어 응답 해석 83 3.5 자세제어를 위한 주요 변수 분석 90 3.6 고찰 97 제4장 실차기반 자세제어 알고리즘 효과 분석 101 4.1 알고리즘 구현용 시험 차량 개발 101 4.2 차량 거동 평가 실차시험 111 4.3 알고리즘에 따른 차량 거동 특성 분석 117 4.4 고찰 127 제5장 최악상황 시나리오 생성 및 알고리즘 평가 129 5.1 해석기반 최악상황 시나리오 생성 129 5.1.1 최악상황 도출을 위한 프로시져 130 5.1.2 최악상황 주행 시나리오 도출 136 5.2 최악상황 시나리오에 따른 알고리즘 평가 138 5.3 차량 자세 안정성 평가 지표 143 5.4 고찰 154 제6장 결론 및 향후 연구 과제 156 Bibliography 159 Abstract 165 Appendix 168Docto

Development of Hydrogen Recycling Network Design for Petrochemical Complex and Eco-Industrial Park

학위논문(석사) --서울대학교 대학원 :화학생물공학부,2007.Maste