선박 건조에 있어 설계는 선박의 뼈대를 갖추는 일이라 할 수 있는데, 그 규모가 일반적인 제품과는 달리 거대하고 복잡하기 때문에 설계 또한 다양한 분야로 나누어져 있습니다.
조선소의 설계부서는 크게 선체설계와 의장설계 두 개로 나뉘어 운용되고 있는데, 각 부서별로 어떠한 역할을 하는지 알아봅시다.
선박설계에 필요한 기본 지식
1. 선박 구조를 이해한다.
2. 선박 건조 과정을 이해한다.
3. 선박 시스템을 이해한다.
4. 선박 장비에 대해 이해한다.
5. 각 설계부서 업무를 이해한다.
6. 3D VIEW를 이해한다.
7. 의장품의 종류에 대해 알고 있어야 한다.
8. 의장품 설치기준(조선소 표준 PRACTICE)에 대해 이해한다.
9. 조선해양 CAD PROGRAM에 대한 이해와 사용법을 알고 있어야 한다.
선박설계 관리자의 역활
선박설계도를 작성하기 위하여 분야별(기본설계, 종합설계, 구조설계, 선형설계, 선장설계, 선실설계, 기장설계, 배관설계, 전장설계 등) 선박설계 기술자들의 활동을 지휘 및 감독한다.
선박설계 관리자의 수행 직무
선주의 요구사항(선박의 종류, 크기, 적재능력, 항로, 항속, 선체구조강도 등)을 만족시키는 최적의 선박설계도를 작성하기 위하여 기본설계(선체구조, 기관실 및 각종 장비의 배치, 배관계통, 전산계통, 갑판장비, 항해장비, 거주시설 등을 설계), 상세설계(기본설계도를 바탕으로 생산에 필요한 원자재의 수량, 기자재의 발주사항 등을 설계), 생산설계(상세설계를 토대로 작업자에게 제공하는 공작도면, 각종 기계의 부착 상세도 등을 설계)에 대한 주요 정책을 수립한다. 그리고 설계부서의 인력 및 예산을 효율적으로 배분하여 업무지시를 하며, 설계기술자를 지휘 및 감독한다. 또한 선주에게 설계도와 계산서, 사양서의 승인을 의뢰하고, 안전성에 관련된 선급협회에 승인을 의뢰한다.
선박설계 기술자의 역활
선박 건조와 선주(船主, Ship Owner) 및 선급(船級, Classification)의 승인을 위하여 선박의 기본도면 및 생산도면을 작성한다.
선박설계 관리자의 수행 직무
선박설계 프로그램을 사용하여 선체구조, 기관실, 각종 장비, 배관계통도, 전기장치계통도, 갑판장비의 배치, 항해장비, 거주설비 등에 대한 선박 기본도면을 작성한다. 완성된 선박 기본도면을 토대로 생산현장에서 이해될 수 있도록 시스템별 도면으로 상세히 표현하는 생산도면을 작성한다. 선각(船殼)은 항해에 필요한 각종 장비나 기관 따위를 제외한 배의 골격과 외곽을 형성하는 구조 주체로서, 선각공장에서 만든 블록(Block)으로 선대(船臺) 위에서 조립한다. 그리고 경사시험(傾斜試驗, Inclining Experiment)을 실시하여 배의 무게중심 및 선각중량(船殼重量, Hull Weight, 선각을 구성하는 부재 전체의 중량)을 확정한다. 또한 선박을 선주사에 인도하기 전 해상 시운전에 승선하여 각종 성능을 측정하고 입증한다.
선박설계의 단계별 주요 과정
1. 견적(영업)설계 : 선박의 계약을 위해 선주의 요구조건에 따라 초기에 개념설계(Concept Design)를 수행하는 과정
2. 기본설계 : 조선소가 제시한 선가, 선박의 완성 시기, 개략적인 주요 요목들이 선주를 만족하여 양자가 좀 더 상세한 사양을 의논하게 되는 때부터 상세설계 전까지의 과정.
기본 설계 과정
|
1. |
선주 요구조건(Owner's Requirements) 검토 |
|
2. |
유사선 자료 조사 |
|
3. |
관련 Rule & Regulation 검토 |
|
4. |
주요 치수 결정 |
|
5. |
Lightweight 추정 |
|
6. |
마력(Main Engine) 선정 |
|
7. |
GA(General Arrangement) 작성 |
|
8. |
작성된 GA의 검토 |
|
9. |
개략 선형 및 선박 |
|
10. |
견적 물량 및 견적가 산정 |
|
11. |
Technical Documents (건조사양서, Building Specifications) |
3. 상세설계 : 건조 선박에 대한 실제 공사용 도면을 작성하는 설계 과정.
4. 생산설계 : 건조 선박의 공작에 필요한 모든 부재의 가공을 위한 일품도(각 부재 상세도)와 취부도(의장품의 취부 상세도) 등을 작성하는 설계 과정.
선박설계의 특성
"똑같은 선박은 단 한척도 없습니다. 선박설계는 단순히 밑그림과 도면을 그리는 일이 아니라, 새로운 것을 연구하고 개발하는 ‘창조’의 작업입니다."
‘세계 1위’ 신조선의 탄생은 바로 배의 밑그림을 그리는 설계업무에서부터 본격적으로 출발된다. 선주, 선급과의 조율을 거쳐 수백장, 수천장의 도면이 완성되기까지 걸리는 시간은 보통 10~12개월 가량.
선박설계는 “매번 새롭게 나오는 각종 법규, 시스템, 발전하는 최신식 장비 등을 고려해 설계하고, 개선사항에 대해서도 늘 고민해야 하는 것이 설계의 주된 일" 입니다.
"생산의 기본은 ‘정확한’ 도면"이라며 "도면이 완성돼야 본격적으로 후공정인 생산에 돌입할 수 있는 만큼, 적기에 도면을 제공하기 위해 많은 설계요원들이 협력해서 노력하고 있다.
한 척의 배를 만들기 위한 설계작업은 선체구조를 구체적으로 나누는 기본설계, 서브시스템 별 도면을 만드는 상세설계, 생산정보를 정확하게 도출하는 생산설계 순으로 진행된다.
기본설계(Basic Design)는 선주의 요구 및 선급 룰(Rule)에 맞춰 각종 법규(Regulation), 사양, 자재 등을 결정하고, 선박 내에서 각종 설비의 배치를 결정하는 과정.
보통 1~2달에 걸친 기본설계 기간을 거치고 나면, 생산을 위해 각 서브시스템(Sub-System) 별로 상세한 도면을 만드는 상세설계에 돌입하게 된다.
"상세설계(Detail Design)는 어떤 구역에 어떤 장비를 놓는다는 수준을 넘어서, 이 장비(Equipment)가 제대로 역할을 하기 위해서는 무엇이 필요한지, 정확한 수량과 발주사항, 구조설계 등을 도출하는 단계"라며 "기관, 선장, 선체, 선실, 항해기기, 전장, 도장에 이르기까지 작업이 진행된다.
기본설계와 상세설계의 절차를 거쳐 만들어지는 도면의 종류는 370여종. 상세설계의 결과를 공정에 적용시켜 각종 생산정보를 도출하는 생산설계 단계까지 마치면, 도면의 종류는 셀 수 없을 만큼 늘어나게 된다.
선체설계와 의장설계
"보통 선체설계와 의장설계를 구분할 때 선박을 사람의 몸과 비유하게 되는데, 선체설계는 골격을, 의장설계는 각종 장기와 혈관 등을 설계한다고 볼 수 있습니다."
선체설계
1. 기본설계 : 선박의 선형(Hull Form or Lines), 중량(Light Weight, 선박 자체 무게), 스피드(속력) 등을 고려한 선박의 기본적인 제원 및 형태를 나타낸 도면을 만드는 업무를 담당.
2. 구조설계 : 선박의 구조, 강도, 진동 및 소음 등을 고려한 도면을 만드는 업무를 담당.
3. 선체생산설계 : 구조도면을 바탕으로 생산 현장에서 직접 작업이 가능하도록 상세하게 나타낸 도면을 만드는 업무를 담당.
선체설계는 쉽게 말해 튼튼하고 빠른 속력을 낼 수 있는 선체를 만들어 선박이 바다 위에 떠있게 만드는 곳입니다. 이를 위해 구조강도 해석 및 진동소음 예측 등을 통해 최적의 구조 배치도를 설계하는 것입니다. 그리고, 그에 따른 배치도를 기준으로 소요되는 강재량 산출 및 발주를 하고, 생산부서들의 작업을 위한 가공도 및 조립도 작성을 하게 됩니다.
의장설계
1. 선장설계 : 선장은 선체의장의 줄임말로써 화물창 구역을 설계하는 부서. 크게 선장배관과 선장철의로 나눠집니다.
1) 선장배관설계 : 화물창 구역의 각종 배관(PIPING), VALVE, PUMP 등을 설계하는 부서.
2) 선장철의설계 : 화물창 구역의 HATCH COVER, CRANE, VENTILATION, DOOR, PLATFORM, LADDER, GRATING, HAND RAIL 등 철구조물들을 설계하는 부서.
2. 선실(ACCOMMODATION)설계 : 거주(LIVING QUARTER) 구역을 설계하는 부서. 크게 선실배관, 선실목의로 구분.
1) 선실배관설계 : 거주 구역의 각종 배관, VALVE, PUMP 등을 설계하는부서.
2) 선실목의설계 : 목의는 목재의장의 줄임말로써, 거주 구역의 가구(FURNITURE), 계단(STAIRS), WINDOW, DOOR, CEILING, WALL PANEL 등을 설계하는 부서.
3. 기장설계 : 기장은 기관의장의 줄임말로써, 기관실 구역을 설계하는 부서. 크게 기장배관설계와 기장철의설계로 구분.
1) 기장배관설계 : 기관실 구역의 각종 배관, VALVE, PUMP 등을 설계하는부서.
2) 기장철의설계 : 기관실 구역의 각종 철의장, VENTILATION, DOOR, PLATFORM, LADDER, GRATING, HAND RAIL 등을 설계하는 부서.
4. 전장설계 : 전장은 전기의장의 줄임말로써, 선박의 전구역에 들어가는 전기시스템(POWER DISTRIBUTION AND CONTROL SYSTEM)과 전장장비(ELECTRIC MOTOR 등) 및 CABLE WAY 등을 설계하는 부서.
의장설계에서는 각종 장비와 의장 자재들의 최적 배치 설계를 하게 되는데, 업무의 특성에 따라 선장설계, 선실설계, 기장설계, 전장설계 이렇게 크게 4개의 기능으로 구분 됩니다.
먼저, 선장설계에서는 선박의 주요 기능인 화물의 선적 및 하역을 위한 관련 장비와 배관·철의장 배치 설계를 합니다. 선실설계에서는 승객과 선원의 거주공간 설비 및 인테리어 설계, 그리고, 선박의 주조정실인 조타실도 담당하고 있습니다. 기장설계에서는 선박 운항에 필수적인 추진력과 이에 필요한 각종 기기들을 안전하고 효율적으로 운용 할 수 있도록 기관실 구획의 장비 및 배관·철의장 배치 설계를 합니다. 마지막으로 전장설계에서는 선박 전체 구획의 전기·전자 장비, 제어 및 전로 배치설계를 담당하고 있습니다.
설계에만 약 12개월의 시간 소요
보통 선박 하나를 설계하는데 걸리는 기간은 계약시점부터 생산착수 이전까지 약 12개월 정도가 소요됩니다. 원가 및 물량이 대부분 결정되는 단계인 기본설계가 3개월 걸리며 이때 선박제원, 구획배치, 기본 물량이 결정됩니다. 그리고, 도면을 구체화하는 단계인 상세설계가 5개월로 이때 구조와 의장배치도 작업이 진행됩니다. 마지막으로 공법 및 작업장소를 연계한 생산도 작성 단계인 생산설계는 4개월 정도 걸립니다. 이 단계에서는 부품도 및 BOM(Bill Of Material, 자재목록)을 결정하게 됩니다.
이후 건조선박 인도전에 계약성능과 품질확인을 하는 단계로, 각종 성능시험과 안벽 및 해상시운전을 1.5개월 정도 진행합니다.
선박 건조 과정
01. 설계 (Design) : 기본설계 ---> 상세설계 ---> 생산설계
02. 강재적치 (Steel Storage)
03. 겅재전처리 (Steel Pre-Treatment)
04. 강재절단 (Steel Cutting)
05. 조립 (Assembly) : 소조립 ---> 중조립 ---> 대조립
06. 선행의장 (Pre-Outfitting)
07. 선행도장 (Painting or Coating)
08. 탑재 (Erection)
09. 진수 (Launching)
10. 안벽의장 (Outfitting)
11. 후행도장 (Painting or Coating)
12. 시운전 (Sea Trial)
13. 명명식 (Naming Ceremony)
14. 인도 (Delivery)
"선박 설계는 우리가 생활에서 쓰고 있는 일반적인 제품과는 달리 그 규모와 구조가 매우 크고 복잡해서 다양한 전공을 가진 설계인력이 많이 필요하게 됩니다. 설계 기간도 일반 설계와는 달리 장기간에 걸쳐서 진행되고요."
특히 선박은 선주의 요구사항, 선급·선적국가의 규정 등에 적합하게 설계되어야 하므로, 관련 규정에 대한 전문적인 지식이 필요하다고 합니다. 또한 모든 자료가 영어로 되어 있기 때문에 선박 설계에 있어서 어학능력은 매우 중요하다고 하네요.
다양한 분야의 전공자를 필요로 함
선박 설계 일을 하기 위해 특별한 전공이 필요한지를 묻자, 건축학/인공공학, 전자/전기공학, 화학/화공학, 재료공학, 기계공학, 산업공학, 조선해양공학 등 다양한 학과의 전공자들이 여러 분야에서 필요하다고 합니다.
한편 인테리어 전공은 의장설계 업무가 가능하며, 특히 선실설계 업무가 해당 전공에 적합하다고 합니다. 선실 인테리어 설계는 선주 및 선원들의 국적, 문화, 취향에 따라 다양하며, 감성에 의존한 디자인이 필요하므로, 이에 대한 전문 지식을 갖춘 인력이 필요하기 때문이라고 하네요.
"선박 설계시 CAD를 사용하고 있는데, 복잡한 선박의 모든 부분을 상세히 설계해야하는 조선설계야 말로 컴퓨터를 이용한 설계(CAD)가 정말 필요한 분야에요. 그만큼 정교해야 하니까요."
이를 위해 선박전용 CAD시스템을 사용하고 있으며, 각 분야별로 설계 담당자는 자신의 선박설계 노하우와 CAD시스템의 최신기술을 이용하여 보다 경제적이고 품질이 좋은 선박이 될 수 있도록 설계하고 있습니다. 설계시 특히 주의할 점은 여러 부분(선체, 선장, 기장, 전장, 선실)이 동시에 설계를 진행하므로 각 부분이 상호 유기적으로 제 기능을 할 수 있도록 각 부서간, 현장의 직·반장들과의 정보교류가 매우 중요합니다.
설계 담당자들은 "설계도면에 따라서 완성된 선박이 전 세계 대양을 가르며 운항하고 있다고 생각하면 가슴이 벅차오르고 뿌듯하다"고 말했습니다.
마지막으로 선박설계시 요구되는 사항들을 정리해 보면 아래와 같습니다.
1. 영어 사용 능력 : 선박 관련 용어, MAKER DRAWING, 각종 선박 RULE & REGULATION 등이 영어로 되어 있어 영어능력은 필수입니다. 따라서 기본적인 영어사용 능력은 갖추어야 합니다.
2. 도면 보는 방법 : 3D(3차원)화 되어 있는 물체를 정면도(앞에서 보고 그린 도면), 측면도(옆에서 보고 그린 도면), 평면도(위에서 보고 그린 도면)로 나타낼 수 있어야 합니다. 이것을 3각법이라 하며 AUTO CAD를 배우면 그릴 수 있습니다.
3. 조선 관련 일반지식 습득 : 조선 관련 용어, 조선소 공정, 선박 종류, 선박 특징, 선박 구역, 선박 해당 시스템, 선박 설계업무 등 조선 관련 일반지식을 알고 있어야 합니다.
4. 선박설계 전용 CAD 사용법 : 선박설계 전용 CAD 프로그램인 AUTO CAD, AM(AVEVA MARINE), TRIBON, PDMS 등을 익히셔야 합니다.
5. 협업 능력 : 선박설계는 많은 사람들이 모여 프로젝트를 완성해야 하므로, 관련된 여러 타 부서와 협업이 잘 되어야 가능합니다.
도면빌려 배 만든지 50년 만에..현대重, 조선 설계기술 첫 수출
현대중공업이 설계도면을 빌려서 조선업을 시작한 지 반세기 만에 조선 설계기술을 수출하는 쾌거를 일궜다.
현대중공업은 2019년 9월에 사우디 합작조선소인 ‘IMI(International Maritime Industries Co.)’와 초대형유조선(VLCC) 도면 설계기술 판매계약을 체결했다고 밝혔다.
이번 계약으로 현대중공업은 IMI에 VLCC 기본·상세 설계도면, 설계지원, 기술컨설팅 등 설계 전반에 대한 노하우를 제공할 계획이다. 앞으로 IMI가 건조하는 VLCC 1척당 일정금액의 로열티를 받는 조건이다. 선박을 수주하며 설계기술을 지원한 적은 있어도 로열티를 받고 설계기술을 수출하는 건 회사 설립 이후 이번이 처음이다. 지난 1971년 말 영국의 스콧리스고(Scott Lithgow)사에서 26만톤급 VLCC 2척의 설계도면을 빌려 첫 선박을 건조했던 현대중공업이 거의 50년 만에 설계기술을 수출하는 회사로 성장한 것이다. 현대중공업 관계자는 “설계기술 지원을 조건으로 선박 수주에 나선 적은 있었지만 이번처럼 로열티를 받으며 설계기술을 수출하는 것은 처음”이라며 “세계 1위 조선사의 기술력을 인정받은 결과”라고 말했다.