페어리드 체인 스토퍼(Fairlead Chain Stopper, FCS)는 10MW급 부유식 해상풍력 발전기에 설치하기 위해 새롭게 개발된 탈착형 계류 시스템이다. 본 연구에서는 다양한 메타모델과 입자군집최적화 알고리즘을 이용하여 FCS의 구조설계에 대한 최적설계안을 탐색하 였다. FCS의 구조설계는 선급규정 설계하중조건을 산정하여 유한요소해석을 통해 수치해석적으로 평가하였고, 수치해석모델을 최적설계 에 연계하여 적용하였다. 최적설계의 수렴 효율성을 향상시키기 위해 반응표면모델, 크리깅, 체비쇼프직교다항식, 그리고 신경망과 같은 다양한 메타모델이 사용되었다. 최적설계에서 제한조건은 설계하중조건 별 응력을 고려하였고, 주요 구조부품의 두께 치수를 이산설계변 수와 연속설계변수로 각각 적용하여 목적함수인 최소중량설계를 달성할 수 있는 최적해의 특성을 비교하였다. 최적설계 알고리즘은 이산 설계변수의 최적해 탐색이 가능한 입자군집최적화가 적용되었다. FCS의 구조설계에 대해 신경망 기반의 메타모델이 적용된 경우에 4.72% 이하의 오차율로 최적해의 결정이 가능한 것으로 확인되었다.

The Fairlead Chain Stopper (FCS) is a newly developed detachable mooring system designed for installation on a 10 MW-class floating offshore wind turbine. In this study, a structural optimization of the FCS was conducted using various metamodeling techniques combined with a particle swarm optimization (PSO) algorithm. The structural design of the FCS was numerically assessed through finite element analysis (FEA), considering design load conditions derived from offshore classification rules. The FEA model was integrated with the optimization process to enable design iteration. To enhance the convergence efficiency of the optimization procedure, several metamodels—including response surface model, Kriging, Chebyshev orthogonal polynomials, and artificial neural networks—were employed. The constraints for the optimization problem were defined based on stress evaluations under design load conditions. The thickness dimensions of key structural components were treated as either discrete or continuous design variables, enabling a comparative analysis of their influence on the achievement of minimum weight, which was set as the objective function. A discrete-variable-capable PSO algorithm was adopted to efficiently search for the optimal design solution. The results demonstrated that utilizing the neural network-based metamodel enabled the determination of the optimal solution for the structural design of the FCS with an error rate of less than 4.72%, ensuring high accuracy.

요 약
Abstract
1. 서 론
2. FCS 구조성능 평가
    2.1 기본 형상 및 구조
    2.2 설계하중조건
    2.3 구조해석
3. 메타모델 구성
4. PSO 기반 최적설계
5. 결 론
후 기
References

• 정민석(국립목포대학교 조선해양공학과 대학원생) | Min Seok Cheong (Graduate student, Department of Naval Architecture & Ocean Engineering, Mokpo National University, Jeonnam 58554, Korea)
• 송창용(국립목포대학교 기계조선해양공학부 교수) | Chang Yong Song (Professor, School of Mechanical & Ocean Engineering, Mokpo National University, Jeonnam 58554, Korea) Corresponding author