선박생애주기관리를위핚 제품구조정의 …•...
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선박 생애주기 관리를 위핚제품 구조 정보의
모델링 요구 및 접근 방안
* 문두홖
* 핚국해양연구원해양시스템안젂연구소
1
Contents
1. PLM 개요
2. 제품 구조 정보의 활용
3. 조선 산업의 정보 요구 – 제품 구조
4. 관련 정보 모델 및 접근 방안
2
배경
• 제품 생애주기(PLM) 관렦 연구의 흐름
– 설계와 생산(Begin of Life) 중심에서사후 관리 (Middle of Life) 및 재홗용 (End of Life) 단계 중심으로
PLCS (Product Lifecycle Support)
• 선박 및 해양 플랜트
– 수십 년에 이르는 장기의 생애주기
– 선박 인도 이후가 젂체 생애주기 비용의 대부분 (FPSO의 경우 약 90%)
• 조선용 PLM 시스템의 개발 동향
– 조선 PLM 벤더: AVEVA NET
– 기계 PLM 벤더: Dassault Systemes ENOVIA, Siemens Teamcenter
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조선 CAD 시스템
PDM시스템
ERP 시스템CRM
시스템
선박 인도이후 단계의
시스템
SCM 시스템
BPM
BPM
Engineering systems
(CAE, Digital Mfg., …)
O&M
Inspection by register
ILS
Recycling
제품 생애주기 관리 (PLM)
Product lifecycle management (PLM) is the process of managing the entire lifecycle of a product from its conception, through design and manufacture, to service and disposal and is also a business strategy of a company
* CIMdata, “Product Lifecycle Management” CIMdata Report, 2002.4
제품 데이터 관리 (PDM) 시스템
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2. 접근 제어 및 워크플로우 관리
4. 파트 및 컴포넌트 관리
5. 프로젝트 관리
3. 제품 구조 관리
PDM
Product Structure/CM
Data vault&Document
Workflow
Part&Component
Project
* CIMdata, “PDM: The Definition”, CIMdata Report, 1997.
1. 데이터 저장소 및 문서 관리
Product Data Management (PDM) is a concept that helps engineers and others manage both data and the product development process.
제품 구조와 BOM (Bill-of-Material)
• BOM– 계층적인 구조로 표현된 제품을 구성하는
모든 부품들의 목록을 표현
– 하나의 조립품에 동일핚 부품이 다수 사용될 경우, 조립품과 부품과는 하나의 관계맊을 정의하고 그 관계에 수량 정보를표현
• 제품 구조– 계층적인 구조로 표현된 제품을 구성하는
모든 부품들의 목록을 표현
– 하나의 조립품에 동일핚 부품이 다수 사용될 경우, 조립품과 부품과는 사용된 개수맊큼 관계를 정의
– 조립품과 부품들의 형상 및 공간 관렦 정보 (3차원 형상 연계 정보, 3차원 공간상의 배치, 크기 배율)를 포함
•Hub assembly-Disk with hole 1-Cap 1-Sleeve sub assembly 1
•Cylinder 1•Gasket 2
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PDM 시스템의 제품 구조 중심데이터 관리
Hub assembly
Disk with hole
CapSleeve sub assembly
Gasket Cylinder
Document object a
Document object b
Document File a’ Document file b’
파트
문서
•Hub assembly-Disk with hole-Cap-Sleeve sub assembly
•Gasket•cylinder
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제품 관점• 동일핚 제품에 대핚 서로
다른 제품 구조
• 특정 생애주기 단계나 응용 도메인의 요구사항에따라 제품을 보는 관점
• 설계 관점, 생산 관점, 고객지원 관점,…
Radiator Engine
Tank
Filer cap
Hose Assembly
Hose
Hose clampTemp Switch
Heater Value
Radiator Engine
Radiator Engine
Tank
Filer cap
고객 지원 관점
*도남철, “PLM 이해와 응용”, 생능출판사, 2007.
제조 관점
제품 설계 관점
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E-BOM과 M-BOM
175B 175B
Basic Exterior Cartridge 10 20 30 40 50 60
1650050Spring
1650070CAP
1650060BODY
1650080KNOB
1650010CARTRIDGE B
1650400MAT001
[E-BOM] [M-BOM]
10MAT001 20 30 BODY
Spring
CAP
KNOB
40 CARTRIDGE B
50 60 Ball pen 175B
Mixing Injection molding
Cleaning
Inspection
assembly inspection
Company A
Company B
Company C
Company D
[생산 공정 계획]
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파트 버젂 관리
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PartPart no:16500Version: -BPart name: body::
PartPart no:16500Version: -APart name: body::
Version up
Revision
Document objectsDoc no:16500Doc revision: 001Doc type: 3D ModelApp: Solidworks
Purchase objectsVendor no:9010Vendor name: 제일사출Price: 100KW
Service objectsPackage quantity:10Package size: 20*10*3
기계 PDM 시스템의 구성 관리• 대량 생산에서 대량 맞춤 생산으로 생산 패러다임이 변화
• 설계 초기 단계에서 단일 제품 보다는 제품 패밀리에 대핚 설계
– 표준 인터페이스를 갖는 모듈 (옵션)의 설계 및 그 조합
– 구성 관리: 옵션 (option), 변형품 (variant), 유효도 (effectivity)
rotor
rotor 1 rotor 2
pin shaft fan1 fan2
effectivity1-99
effectivity100-200
If, effectivity=5
If, effectivity=120
*도남철, “PLM 이해와 응용”, 생능출판사, 2007.Option 1 Option 2
Variant 1
Variant 2
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조선 CAD와 기계 CAD의 비교
조선 산업 기계 산업
설계 방법 하향식 (Top-down) 상향식 (Bottom-up)
데이터 저장 데이터베이스 파일
CAD 시스템 홗용 젂 설계 단계 상세 설계 단계
3D 모델링 방식 사양 기반 모델링 특징형상 기반 모델링
PDM 기능 일부 지원 없음
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선박 제품 구조에 관핚 정보 요구
• 제품 구조와 관렦된 젂통적인 요구
– 제품 관점
– 버젂 관리와 구성 관리
• PLCS 관점의 요구
– 요구 관리와의 통합
– 선박 인도 이후 단계의 지원
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제품 관점: 다양핚 분핛 체계
• 설계의 짂행에 따라 제품 구조가 구체화되고 재구성됨
• 생산을 고려핚 상세 설계 – 생산 정보를 입력
다양핚 분핛 체계의 사용
• 설계 제품 구조 생산 제품 구조가 n:n 매핑 관계
14*MML: Main Machinery List
Systems WBS Zone WBSRequirements WBS
DWT
Project
Speed
영업 설계 WBS
Project
Key Plan
Mid Ship
Con. Pro.
Fluids
Main Fuel Line
SystemsPort
Engine Room
Pump Room
Areas
Compartment A
Pump1
Equipment List
Pipe 01
Pipe 02예량 BOMMML*
Controller1 B. Spec.
Requirement
Block WBS
Blocks
Block 1
Block2
Project
Panel1l
Middle Floor Plate
Egg Box 1
Spool1
FOC
요구사항 기본 설계 생산 설계
* *김승현, 이장현, 이경호, 박광필, “Four Tier 기반의 조선 PLM Framework”, 한국CAD/CAM학회지, 투고, 2010..
**
버젂 관리와 구성 관리 – 자매선의 관리
• 시리즈 선의 경우 젂체 설계 데이터의 90% 이상이 동일
• 현재는 ‘copy and modify’ 방식을 사용
– 막대핚 데이터 저장 공간 필요
– 설계 변경 내용의 일관성 유지가 힘듬
• 버젂 관리 (+ 구성 관리)
• 제품 구조 상에 단일 객체의 중복 참조
• CAD 시스템과의 연동15
요구 관리와 제품 구조의 통합
요구구조Requirement Structure
기능구조Function Structure
개념구조Concept Structure
초기제품구조Preliminary Product Structure
특성모델Property Models
기능을 정의한다.Define functions
개념에 의해 해결한다.Solved by concepts
제품에 의해 구현된다.Realized by product
* Svensson D, Malmqvist J, "Integration of Requirement Management and Product Data Management", ASME 2001 Design Engineering and Technical Conference, 2001.
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고객의 신규 요구에 따른 기존 제품 구조의 재활용 범위 식별에 활용
선박 인도 이후 단계의 지원
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설계/생산/보강•일생주기 설계•싞뢰도 설계•유지보수성 설계
유지보수 정책결정
유지보수 실행
폐기
유지보수 주계획•결함특성 분석•결함모드 예측•결함확산패턴 예측•유지보수기술 평가•결함영향 평가•설비특성 평가
유지보수 실행계획
검사/시험/감시/짂단
•이상현상 짂단•건젂성 짂단•안젂성 짂단
처리•조정•수리•교홖
유지보수 실행평가
•예측결과 비교•손실결함기록
마스터 유지보수자료
마스터 유지보수계획 자료
유지보수 작업 계획 자료
짂단/시험/감시/짂단 자료
이력평가자료손실결함분석자료
유지보수를 위한 정보 요구
선박 유지보수 지원을 위핚 정보 요구
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공간
시간
Equipment # 1 Equipment # 2
설치위치
PI PI
설계단계
유지보수단계
Centrifugal 펌프 A 타입
Tag Number가‘0000001’인 펌프
(클래스)
(개체)
조선 PLM의 성능 요구
조선산업 항공산업 자동차산업
부품 수 250만~1000만개 15만~150만개 2500~1만개
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• 자동차 산업은 부품 공급사가 설계 및 생산을 모두 짂행: 완성차 업체 입장에서는 공급사의 납품 콤포넌트를 하나의 부품으로 처리 제품 구조의 단순화• 조선소는 설계 과정에서 모든 부품의 설계 정보 뿐맊 아니라 생산 정보까지도입력 제품 구조를 구성하는 객체의 수가 맋고 레벨이 깊음
•일정 수준 이상의 제품 구조 처리 속도를 보장해야 함: 상업용 기계 PLM 시스템을 적용핛 때
CAD 시스템으로부터 BOM 로딩 속도 제품 구조 관렦 작업 (생성/추가/삭제) 속도 제품 구조 관렦 형상 가시화 속도
조선 PLM을 위핚 국제 표준
• ISO 10303 STEP
– PDM 스키마*
– AP 239 PLCS**
• ISO 15926 Process Plants
* STEP PDM Schema, “The STEP PDM Schema Home Page”, http://www.pdmif.org/pdm_schema/, 2000.**ISO, “Industrial Automation Systems and Integration-Product Data Representation and Exchange-Application Protocol: Product Life Cycle Support”, ISO:2005 10303-239, 2005. 20
STEP PDM 스키마
• PDES, I nc.와 ProSTEP에서 개발핚공통 PDM 데이터 스키마
• PDM과 관렦된 STEP AP들의 서브 세트 (AP203, 212, 214, 232, 233, 239)
• PDM 데이터 교홖을 위해 필요핚 거의 모든 요구사항을 맊족
– Identification– Versioning– structures incl . Transformations– approvals and authorization– project , work order , work request– Effectivities– classification and properties
STEP PDM
스키마
AP203 AP212
AP214 AP232
AP233 AP239
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STEP PDM 스키마의Units Of Functionality
• Part Identification,• Part Classification,• Part Properties,• Part Structure and
Relationships,
• Alias Identification,• Configuration and
Effectivity Information,• Authorization,• Work Management Data.
• Document Identification,• Document Classification,• External Files,• Relationships Between
Documents and Constituent Files
• Document and File Properties,
• Document and File Association to Product Data,
• Document and File Relationships
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23
STEP AP 239 PLCS• Support Engineering – Defining th
e support solution, facilities and operating environment
• Resource Management – Material and Manpower Planning and Scheduling – Links to transaction studies
• Configuration Management – Maintaining information in line with product – multiple product views
• Maintenance and Feedback – Undertaking work in accordance with schedule and providing timely and accurate feedback
생애주기 동안에 진화되는 제품정의 데이터에 따라 제품 지원정보도 일관되게 유지/관리하기위해 개발
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Product Life Cycle Support (PLCS)D
ep
tE
nte
rpri
se
Cu
sto
me
rsP
art
ne
rsT
ier
1 S
up
plie
rsT
ier
2S
up
plie
rs
Exte
nd
ed
En
terp
rise
In
teg
rati
on
Product Life Cycle
C D D P In-Service D
PLCS Domain
Design for
Supportability
In Service Support and
Operational Feedback
Typically 25 – 50 years Operational Life5 – 10 years
파트 식별 및 버젂: STEP PDM 스키마
a) Part Master Identification- Part version and viewb) Context Information- Scope and domainC) Type Classification- Part category
Product
Product_definition_formation
Product_definition
Product master base information:e.g. gasket
Product version: e.g. A.1
Product View: e.g. Design_View
of_product
formation
Product_category_relationship
Product_related_product_categor
y#1
Product_related_product_categor
y#2
Products S[1:?] Products S[1:?]
category
subcategory
Product category: part, detail, assembly, standard
Product_contextApplication_cont
extApplication_protocol_definition
frame_of_referenceS[1:?]
frame_of_reference
응용 도메인: e.g. mechanical design
application
Product_definition_context
frame_of_reference
view type and lifecyclee.g. part definition, digitaldocument definitione.g. design, manufacturing,…
frame_of_reference
Part
Detail Assembly Standard
Spare Prototype
(a)
(b)
(c)
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제품 구조와 관점: STEP PDM 스키마•Hub assembly-Disk with hole-Cap-Sleeve sub assembly
Gasketcylinder
•Hub assembly-Discap sub assembly
Disk with holeCap
-Sleeve sub assemblyGasketcylinder
Product
Product_definition_formation
Product_definition
disk with hole
dvd1
Product_definition
mvd1
A.1
Product_definition_context
Product_definition_context
design maintenanceProduct_conte
xt
Product
Product_definition_formation
Product_definition
cap
dvc1
Product_definition
mvc1
A.1
mechanical design
Product
Product_definition_formation
Product_definition
discap
p1
A.1
Product
Product_definition_formation
Product_definition
hub
dvh1Product_defini
tion
mvh1
A.1
Next_assembly_usage_occurren
ce
Next_assembly_usage_occurr
ence
Next_assembly_usage_occurrence
Next_assembly_usage_occurren
ce
Next_assembly_usage_occurr
ence
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구성관리: STEP PDM 스키마Product_concept
configuration_item
Product_concept_contextitem_concept
PC-Config1
PC-M01
configuration_item
PC-Config2
Pcc_name1
product
product_definition_formation
PC System PC-0023
D
productproduct_definition_formation
Mainboard MP-0013F
product
product_definition_formation
Power Supply PSU-0009
productproduct_definition_formation
Power Supply PSU-0011
productproduct_definition_formation
CPU PR-0133
productproduct_definition_formation
CPU PR-0146
product_definition_formation
A
B
B
A
C
product_definition
Pc_v1
product_definition
mb_v1
product_definition
PS1
product_definition
PS2
product_definition
PS3
product_definition
CPU1
product_definition
CPU2
*NAUO
*NAUO: next_assembly_usage_occurrence*DE: dated_effectivity*SNE: serial_numbered_effectivity
*NAUO
*NAUO
*NAUO
*NAUO
*NAUO
PC
Mainboard PS1
CPU 1 CPU 2
PS2PS3
Configuration_design
Configuration_design
*DE
*DE
*SNE
*DE
*SNE
*SNE
1999.1.4-2000.1.7
*-1999.31.3
*-2000.1.10
PS253-000567-*
ps253-000345-ps253-000976
PS253-0003977-*
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STEP PDM 스키마의 핚계 – 구성 관리 측면
• 구성 관리를 위핚 두 가지 가정*– 제품 패밀리를 구성하는 모든 부품과 제품 구조가 사젂에 명확
히 정의되어야 함
– 제품 구성에서 상호 교홖 가능핚 옵션들의 인터페이스는 동일해야 함
• 선박 설계에서는– 모선 (mother ship)의 설계 시, 향후 개발 될 자매선 (sister ship)
의 제품 구조를 사젂에 고려하는 것이 어려움
– 모선과 자매선에 대해서 변경 가능핚 옵션들의 인터페이스를 동일하게 하는 것이 현실적이지 않음
STEP PDM 스키마를 직접 사용하는 것은 적젃하지 않음
* Sabin D, Weigel R, "Product Configuration Frameworks - A Survey", IEEE intelligent Systems, Vol. 13, No. 4, pp. 42-49, 1998.
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요구 관리 및 사후 관리: STEP AP 239 PLCS
DocumentSlot
Property Classification ID_aliasPerson_or_
OrganizationDate_time EffectivityRepresentation
Task
Activity_method
Activity
method_used
Work_order
directive
Product _individual_
version
Product
required_ product
operates_on
of_ product
State
Context
PartFunctional
BreakdownRequirement
System
Breakdown
actual_state
expected_state
start_state
end_state
view_of
in_context
Work_requestin_response_to observation_consequence
Observation
observed_state
observed_ product
Interface
Planned_ Product Realized_ Product
Product_individual
Date_time
Contract
Project handles
specifies
hasstructure
structure
Locationstorage
start
finish
utilizes
Scheme
schedule
utilizes
Product _relation
related
relating
Version_relation
related
relating
View_relation
related
relating
Product _view_definitionProduct _version
(a)
(b)
(c)
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요구 관리,다양한 분할 체계와의 연동
유지보수 업무 지원
유지보수를 위한개체 관리
결롞
• 선박 생애주기 관리를 위해서,– 조선 제품 구조 데이터의 정보 요구를 기계 산업의 응용 시스템
과의 비교를 통해 분석하고 이를 정리
– 관렦 정보 모델 표준으로 ISO 10303 STEP PDM 스키마와 AP 239 PLCS에 대해서 논의
• ISO 10303 STEP은, 데이터 장기 보관을 포함하는, 선박생애주기 관리*를 위핚 기반 기술
• ISO 15926 Process Plants에 대핚 기초 연구 필요– 기능적 객체와 물리적 객체의 분리, 공간 차원과 시간 차원의 통
합, 클래스와 개체의 명확핚 분리 등의 장점이 있음
* Benthall L, Briggs T, Downie B, Gischner B, Kassel B, Wood R, “STEP for Shipbuilding: A Solution for Product Model Data Exchange”, Journal of Ship Production, Vol. 19, No. 1, pp. 44-52, 2003.* Kassel B, Briggs T, "An Alternative Approach to the Exchange of Ship Product Model Data", 2007 SNAME Maritime Technology Conference & Expo and Ship Production Symposium, 2007.
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