컨테이너 크레인 시뮬레이터{container crane simulator}

본 발명은 컨테이너 크레인 시뮬레이터에 관한 것으로, 운전자의 선별적 동작 설정을 통하여, 기본 운전 준비 상황의 교육과 손쉬운 반복 운전으로 운전 기술의 숙달 및 조작과, 실제 크레인 운전시 발생하는 이상 상황에 대하여 대처 할 수 있는 능력을 키우는데 본 발명의 목적이 있으며, 본 발명의 적용은 컨테이너 크레인 뿐 아니라, 터미널의 야드(yard) 내에서 사용되는 트란스퍼 크레인(transfer crane)에도 적용될 수 있는 발명이다.

오늘날 경제산업에 있어서 원활한 경제활동을 위해, 생산된 물품에 대하여 빠른 운송과 보급을 위하여 많은 운송수단이 사용되고 있으며, 이러한 운송산업은 대형화, 신속화 추세에 따라 한번에 많은 물건을 운송하거나, 신속하게 운송하는데 큰 비중을 가지고 있으며, 이러한 상황은 물류비 절감이라는 아주 큰 경제적 이윤을 창출하는데 많은 영향을 끼치므로, 하역장비를 운영하는 인력에 많은 투자를 하고 있는 상황이다.

특히 물류의 운송량과 운송조건에 반해 물류비가 타 운송수단(항공, 육상운송)에 비해 저렴한 항만운송이 가장 많은 물류의 운송을 하고 있음을 감안할 때, 해운 산업과의 발전과 운송장비의 현대화, 대형화에 따라 터미널 하역작업 장비도 자동화와 신속화 되어가고 추세에 따라, 실제 운송되어 온 화물의 하역 및 선적에 대한 컨테이너 터미널 운영 인력의 숙련정도에 따라 하역 효율의 차이가 많으므로, 전문 숙련 인력의 확충을 위한 교육방안이 필요하나, 실제 운행중인 장비를 대상으로 한 교육은 안전상의 문제와 장비 사용에 따른 경제적 문제(장비가 실제 운송에투입되지 못하여 발생하는 운송량 절감에 따른 경제적 손실)로 인해, 작업자가 실제 운송작업을 하는 과정에서 운송장비에 대한 숙련도를 배양해야 하므로, 교육 훈련에 실장비 사용시 운전미숙으로 인한 고가(高價) 장비의 고장과, 운반중인 화물이 낙하되면서 발생하는 안전사고 및 경제적 손실 등을 감안해야 하는 문제점이 있으며, 이러한 이유로 발생하는 문제점에서 운전자의 심리적 부담감을 해소하지 못하여, 적절한 교육이 되지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 감안하여, 스위치, 푸쉬 버턴, 조이 스틱 등의 조작에 의해 콘솔부의 데이터를 입력하는 외부장비와, 입력된 장치의 콘솔을 연산하여 사용자에게 3D 영상 및 사운드를 모니터와 스피커로 통해, 컨테이너 크레인의 시뮬레이터를 제공하는 내부장치로 구성된, 컨테이너 크레인 시뮬레이터를 구성한 것으로, 첨부된 도면에 의해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 내부장치 구성도

도2는 본 발명의 시뮬레이터 외부장치 사시도

도3은 본 발명의 시뮬레이터 외부장치의 평면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1;모션 시스템(motion system) 2;사운드 시스템(sound system)

3;컨트롤 시스템(control system)

4;프로그램 로직 컨트롤러(programmable logic controller),

5;시뮬레이션 엔진 컴퓨터(simulation engine computer)

6;교수 시스템(instructor's system) 7;비쥬얼시스템(visual system)

8;내부 장치(inside system)

9;모니터(monitor) 10;오퍼레트 판넬(operator panel)

11;베이스 판넬(base panel) 12;데스크 판넬(desk panel)

13;시트 베이스 판넬(seat base panel)

14;시뮬레이터 외부 장치(side system)

상기의 기술적 과제을 해결하기 위한 본 발명의 구성은, 모션 시스템(1), 사운드 시스템(2), 콘트롤 시스템(3), 프로그램 로직 컨트롤러(4), 시뮬레이션 엔진 컴퓨터(5), 교수 시스템(6), 비쥬얼 시스템(7)으로 된 내부 장치(8)와;

모니터(9), 오프레트 판넬(10), 베이스 판넬(11), 데스크 판넬(12), 시트 베이스 판넬(13)로 구성된 시뮬레이터 외부 장치(14)가 결합하여서 된 것이다.

이와 같이 된 본 발명의 구성을 세부적으로 설명하면 다음과 같다

모션 시스템(1)은 컨테이너 크레인의 조작에 따른 Cabin(의자) 운동감을 재현한 것으로, 그 세부적으로는 트롤리 운동감 재현, 호이스트 운동감 재현, 가속과 감속 운동감 재현, 화물에 의한 처짐 재현, 진동 및 충돌 운동감 재현, 스프레드 흔들림에 의한 운동감 재현 등으로 구성된다.

이러한 모션 시스템(1)의 알고리즘의 구현과 컨테이너 크레인의 운동에 따른 흔들림을 제어하는 모션 베이스 제어기의 설계로 구성된다.

사운드 시스템(2)은 컨테이너 크레인을 사용한 하역작업에서 동작상에 발생되는 각종 소음 등을 말한다. 실제 작업환경과 동작상황에 따라 현장과 유사한 소리와 소음을 발생시키도록 구현한다.

여기서 사용되는 구현소리의 종류는, 컨테이너 터미널의 주위 환경소리(야드 트랙터, Alarm 등), 컨테이너 전용선의 주위 환경소리, 컨테이너 크레인의 트롤리 레일상의 휠과 충격 소리, 컨테이너 크레인의 주행 알람 소리, 컨테이너 크레인의 주행, 횡행, 권상기의 구동부 소리, 컨테이너 크레인의 전기부품소리, 스프레드 또는 컨테이너와 외부 물체와의 충돌소리, 날씨 바람 등의 환경소리를 입력하므로, 사용자가 현장에서 느낄 수 있는 사운드를 제공한다.

이러한 사운드 시스템의 구현은, 음향 시스템의 설계, 음향처리시스템 설계, 음향 데이터 베이스 설계 등으로 구현된다.

콘트롤 시스템(3)은 컨테이너 크레인의 가상 시뮬레이션을 하기 위한 조작기능을 말하는 것으로, 그 구성으로는 마스터 컨트로러 스위치(Master controller switch), 조이 스틱(Joy stick), 푸시 버턴 스위치(Push button switch), 푸시 버턴/램프 스위치(Push button/Lamp switch), 안내 램프(Pilot lamp), 부저 Buzzer등으로 구성된다.

프로그램 로직 컨트롤러(4)는 운전자의 Control system 조작으로 Bit 신호를 받아 내부 프로그램에 의해 영상 등으로 출력시키며, 실제 현장 크레인에서와 거의 유사한 운전조건과 interlock으로 프로그래밍하여 현장적응감을 높인다.

비쥬얼 엔진 컴퓨터(5)는 호환성과 내구성이 요구되므로 시뮬레이터 사양에 적합한 범용 PC(Pentium Ⅲ 600MHz CPU, 3D Graphic accelerator, 128MB Memory)와 그 외 주변장치를 이용할 수 있다

교수 시스템(6)은 교육훈련의 종류와 방법을 제시하는 것으로, 기본훈련, 중간훈련, 숙달훈련으로 구별되며, 안전운전 절차 및 예방조치 방법 제시, 수준별 훈련 시나리오 설정과 변경, 운전상에 필요한 Fault 상황 부여 및 교육생 대처 능력 향상과, 날씨, 바람 등 환경조건 부여, 운전 시간대 시간설정, 트레일러 스케줄 설정, 크레인 속도, 규격 등 설정, 컨테이너 종류, 크기 수량 등 설정, 컨테이너 전용선의 용량 선정과 같은 환경조건 상황을 부여한다.

이러한 교수 시스템(6)은 교육 훈련 설정값 입력, 컨테이너 크레인 이송경로 모니터링 및 출력 기능를 가지며, 이송구간 및 Cycle time, 시간 별 생산량, 충돌의 목록, 응급대처 능력 기능, 훈련 성취도에 관한 다양한 보고서 출력과, 숙련 정도의 평가서 출력 기능을 가진다.

비쥬얼 시스템(7)은 컨테이너 크레인 시스템, 컨테이너 선박 시스템, 육상 시스템, 비쥬얼 시스템의 훈련기능으로 구성되는데, 각 구성을 세부적으로 설명하면 다음과 같다.

컨테이너 크레인 시스템;

a)주 동작

- Gantry : 컨테이너 터미널의 부두 안벽을 따라 컨테이너 전용선의 홀드 단위로 작업 할 수 있도록 하는 동작 훈련

- Trolley : 컨테이너를 컨테이너 전용선에서 터미널 쪽으로 운송시키는 기능 또는 반대의 경우(양하, 적하)의 동작 훈련

- Hoist : 컨테이너를 올리고 내리는 기능(권상, 권하) 동작 훈련

b) Spreader 동작 : 컨테이너를 집어 운송할 수 있는 구조물

- Flipper : 컨테이너를 잘 잡을 수 있도록 안내판의 동작 훈련

- Twist lock : 컨테이너와 스프레드를 결합시키는 동작 훈련

- Telescopic : 컨테이너의 크기에 따라 조정하는(20, 40, 45피트) 동작 훈련

- Trim : 컨테이너 전용선이 파도 및 화물의 편하중으로 인하여 각도가 생기는 경우 스프레드를 좌우로 5도 정도를 움직일 수 있는 동작 훈련

- List : Trim의 경우와 같이 전후로 5도 정도를 움직일 수 있는 동작 훈련

- Skew : Trim의 경우와 같이 시계 또는 반시계방향으로 5-10도 정도를 움직일 수 있는 동작 훈련

c) 스프레더 흔들림 및 반자동, 자동 이동

d) 구조물 영상 : 트롤리 거더, 붐, 실빔 등 구조 표현

컨테이너 선박 시스템;

a) 컨테이너 선박의 전체 모양 구성

- 선수, 선미 및 컨테이너 적재를 할 수 있는 홀드 부분의 구성

- 선박의 종류에 따라 Cellular, Non-cellular 선박 표현, General cargo, Semi-container ship, Full container ship의 표현

b) 컨테이너 홀드의 구성

- 선박의 크기에 따른 Feeder type, Panamax type, Post panamax type 표현

- 20피트, 40피트 및 45피트 전용 홀드 및 혼용 홀드의 구성

c) 햇치 커버의 구성

- Hatch, Non-hatch cover의 구성

- 선박의 종류별 햇치커버의 구성

d) 컨테이너 적재 구성

- 컨테이너 크기별, 작업별(적하, 양하) 구성

- 컨테이너 종류별(일반, 오픈 탑, 플렛트 랙, 오버 하이 등) 구성

- 컨테이너 색깔별 구성

육상 시스템;

- 주행 레일 구성

- 트레일러 구성(빈차, 적재) 및 도착 스케줄 구성

- 트레일러 라인 구성

- 통과 트레일러 구성

Visual system의 훈련기능;

- 안전운전 개시 및 종료 훈련

- 높은 위치에서 공포감 제거 및 안전강화 훈련

- Spreader의 수직거리 측정 숙달 훈련

- Control lever의 작동과 속도 측정 훈련

- 좌우 Control console의 Button 기능 파악 및 작동 훈련

- Gantry, Hoist, Trolley 작동 훈련

- Spreader의 정확한 위치 추적훈련

- Spreader의 흔들림 제거 훈련

- 컨테이너의 Lock 및 Unlock 훈련

- 컨테이너의 양하 및 적하 훈련

- 동시에 두 가지 작업 훈련(Hoist, Trolley)

- 컨테이너 선택 훈련

트란스퍼 크레인 시스템;

트란스터 크레인 시스템은 컨테이너 크레이의 시스템과 유사하며, 다만 컨테이너 크레인은 육상과 해상의 컨테이너 전용선을 중심으로 작업을 하는 크레인이며, 트란스퍼 크레인은 터미널 내에서 츄레라 섀시의 상·하차를 담당하고, 주동작은 컨테이너 크레인과 거의 유사하다. 시뮬레이터에서 3D 화면이 터미널을 배경으로 하고 있는 것이 다른 점이다. 이외의 사항은 컨테이너 크레인과 동일하다.

내부장치(8) System 통합은, Control system, visual system, sound system, motion base system 등과 PLC 및 Simulation engine computer를 네트워크로 연결하여 control system의 입력에 따라 영상, 음향, 의자 흔들림을 구현한다.

본 발명의 외부 장치(14)의 구성을 세부적으로 설명하면, 상기에서 상세하게 설명한 내부 장치(8)에서 제공하여 주는 비쥬얼 시스템(7)을, 실제 컨테이너 크레인의 작업과 동일한 여건에서 정보를 제공 받으며 운전할 수 있도록, 컨테이너 크레인의 운전석과 동일한 시뮬레이터로 된 외부 장치(14)를 제공하는 것이다.

이러한 외부 장치(14)의 사용은, 스피커 및 제어장치가 장착된 데스크 판넬(12) 상부로 형성된 베이스 판넬(11)의 시트 베이스 판넬(13)에 운전자가 착석하고, 전방에 형성된 모니터(9)를 통해 내부 장치(8)에 제공되는 비쥬얼 시스템(7)을 보면서, 실제 크레인에 장착된 오프레트 판넬과 동일하게 시트 베이스 판넬(13)양측으로 형성된 오프레트 판넬(10)을 통해, 내부 장치(8)의 입력 도구로 사용하는 것이다.

이와 같은 본 발명은, 내부 장치(8)와 외부 장치(14)로 구성된 모의 실험장치를 통해, 실제 적용하기 어려운 컨테이너 크레인의 오프레트 판넬를 가상으로 운전하므로, 운전자가 실 상황에서 크레인을 운전하는 것과 동일한 교육성과를 얻을 수 있어, 운전자가 실제 크레인을 통해 교육을 받음으로 발생하는 문제점 해결함과 동시에, 동일한 교육성과를 얻을 수 있는 효과가 있는 것이다.