Optimum Arrangement Design of Compartments and Equipment of a Submarine Based on Expert System

Abstract

잠수함의 배치 설계를 진행함에 있어서 실적선 자료와 전문가의 경험이 매우 중요하다. 각 나라별로 잠수함 배치 설계 철학이 다르고, 새로운 잠수함을 설계 할 때 실적선의 자료를 참고하여 전문가들이 변경해야 할 부분만 수정하는 방향으로 설계를 진행하기 때문이다. 따라서, 실적선 자료가 부족하거나, 전문가가 부재할 경우, 잠수함의 배치 설계 과정이 지연될 수 있다. 또한, 잠수함에서는 다양한 구획 및 장비를 내압 선체라는 한정된 공간 내에 배치 하여야 하고, 다양한 배치 안 중에서 최적의 배치 안을 선정하여야 하기에, 잠수함의 배치 설계 문제는 쉽지 않다. 그러므로, 실적선 자료와 전문가의 경험 그리고 다양한 설계 규정들을 정량화 하여 축적할 필요가 있고, 잠수함의 배치 설계를 최적화 할 필요가 있다. 이를 위해, 본 논문에서는 전문가 시스템 기반 잠수함의 구획 및 장비의 최적 배치 설계 방법에 대해 다루었다. 첫 번째로, 전문가의 지식을 표현하거나, 잠수함 배치 최적화 과정에서의 다양한 변수를 표현하기 위해 잠수함 배치 템플릿 모델을 설계하였다. 두 번째로, 전문가의 지식과 경험, 다양한 설계 규정을 정량화하여 컴퓨터에 저장, 활용할 수 있도록 전문가 시스템을 개발하였다. 세 번째로, 전문가 시스템을 활용하여 다양한 잠수함 배치 설계 안 중에서 최적의 대안을 찾아낼 수 있는 최적화 문제를 정식화 하였다. 본 논문에서 제시한 방법의 유효성을 검증하기 위해, 잠수함 배치 템플릿 모델, 전문가 시스템 모듈, 최적화 모듈과 사용자 인터페이스로 구성된 프로토타입 프로그램을 개발하였다. 그리고 프로토타입 프로그램을 이용해 미 해군 700톤급 잠수함 배치 설계에 본 논문에서 제시한 방법을 적용해 보았다. 그 결과, 본 논문에서 제시한 방법이 잠수함의 배치 설계를 진행하는데 있어 하나의 새로운 방법이 될 수 있다는 가능성을 발견하였다.

The arrangement design of a submarine is dependent on data of parent ships and experts experiences. The delay in design can occur when there are data missing or the absence of experts. In addition, the arrangement design of a submarine is a difficult problem to be solved because various compartments and equipment are placed on the limited area called pressure hull and there can be numerous alternatives for the arrangement design. Thus, it is needed to accumulate data of parent ships, experts experiences, and design rules as systematic structure, and a demand for optimization in the arrangement design is increasing these days. For this, an arrangement method of a submarine compartments and equipment based on expert system and optimization technique was proposed in this study. First, a template model for arrangement design of a submarine was made. Secondly, an expert system which can computerize quantitatively experts experiences and knowledge was developed. Thirdly, an optimization method which can yield optimal arrangement design was established after formulating an arrangement problem of a submarine as an optimization problem and solving it with an efficient optimization algorithm. To evaluate the applicability of the proposed method, a prototype program which consists of the template model, expert system module, and optimization module was developed. Finally, this method was applied to a problem for arrangement design of a submarine. The result shows that the proposed method can be used as a new tool for arrangement design of submarine.