전문가 지식을 고려한 선박 유닛 모듈의 배관 배치 방법

A Pipe Routing Method Considering Expert Knowledge for Ship Unit Modules

하지상 (서울대학교 해양시스템공학연구소)

2024 동계학술대회 우수논문상 수여에 감사드리며, 이 글을 통해 학술대회에서 발표한 ‘전문가 지식을 고려한 선박 유닛 모듈의 배관 배치 방법’ 논문의 내용을 간략히 소개하고자 한다. 선박에 설치되는 장비들은 개별 유닛 모듈로 제작하여 연결하는 방식으로 배치된다. 선박의 유닛 모듈이란 특정 시스템 내에서 일반적으로 함께 묶는 장비, 배관들의 집합을 일컫는 단위다. 각 유닛 모듈은 장비들과 이들을 연결하는 배관을 포함하여 구성되며, 설계 시에는 장비의 위치와 배관의 경로를 함께 고려해야 한다. 이 단계에서 배관 경로의 설계는 설계 규칙과 전문가의 지식, 그리고 경험을 바탕으로 진행되나, 현실적으로는 설계자의 경험에 의존하는 경우가 많고 정량적인 평가를 생략하기 쉽다. 이로 인해 비전문가는 유닛 모듈의 특성을 파악하고 배관을 배치하는 데 어려움을 겪을 수 있으며, 복잡한 배관 패턴과 정량적 평가의 부재로 인해 설계 검토에 많은 시간과 노력이 들어간다. 이 문제를 해결하기 위해, 본 연구에서는 전문가의 지식과 설계 규칙을 반영하여 배관 배치 안을 평가하고, 입력 정보로부터 배관 경로를 자동으로 생성하는 배관 배치 방법을 제안한다. 

그림 1. 선박 배관 설계 과정의 특징

배관 배치 설계에 대한 전문가의 지식과 노하우를 적용하기 위해 아래 그림 2와 같은 형태로 모든 전문가 지식들을 표현 하고 이에 대한 정량적인 평가를 통해 전문가 지식의 적합성을 계산할 수 있는 전문가 시스템을 구축하였다.

그림 2. 전문가 지식 예시

그림 2는 ABS (The American Bureau of Shipping)의 가이드라인 중 하나로, 제어가 필요한 배관의 권장 높이를 제안하는 내용의 전문가 지식이다. 이를 그림 2의 표와 같은 형태로 표현하고, 배치 설계 결과를 정량적으로 평가하기 위해 사용한다. 각 배관을 브랜치 단위로 구분해 배관 배치 평가를 수행하였다. 평가 결과는 배관 길이, 굽힘 수, 공간 가용성과 함께 배관 배치를 위한 목적 함수로 사용되며, 이 목적 함수들은 JPS (Jump Point Search) 알고리즘과 결합되어 배관 배치에 필요한 경로를 생성하였다. 배관 배치 단계에서 설계 변수로는 각 배관을 구성하는 노드의 좌표를 설정하였으며, 목적 함수로는 총 배관의 길이, 굽힘의 개수, 공간 가용성, 전문가 지식에 대한 적합성 점수를 설정했다. 제안된 배관 배치 방법은 실제 유닛 모듈의 배관 배치 결과와 비교하여 검증되었으며, 전문가의 지식을 충족시키는 동시에 목적 함수의 총합이 최소 10%에서 최대 71%까지 큰 폭으로 개선되었음을 확인하였다.

향후 추가 연구를 통해 각 배관의 특징 (유량, 분기 배관 등)을 고려한 다양한 전문가 지식의 확보하고 배치 결과에 대한 검증 작업을 수행할 계획이다. 이를 통해 최적 배치 설계 방법과 설계 자동화의 완성도를 높여 설계 과정에서 설계자에게 많은 도움이 될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

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¹Jisang Ha, Myung-Il Roh, Ki-Su Kim, Jin-Hyeok Kim, Method for pipe routing using the expert system and the heuristic pathfinding algorithm in shipbuilding, International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, Volume 15, 2023,

²https://doi.org/10.1016/j.ijnaoe.2023.100533.

 The American Bureau of Shipping (ABS), Guidance Notes on the Application of Ergonomics to Marine Systems, 2013, (Updated 2018).