The recent increase in earthquake activities has highlighted the importance of seismic performance evaluation for civil infrastructures. In particular, the container crane essential to maintaining the national logistics system with port operation requires an exact evaluation of its seismic response. Thus, this study aims to assess the seismic vulnerability of container cranes considering their seismic characteristics. The seismic response of the container crane should account for the structural members’ yielding and buckling, as well as the crane wheel’s uplifting derailment in operation. The crane’s yielding and buckling limit states were defined using the stress of crane members based on the load and displacement curve obtained from nonlinear static analysis. The derailment limit state was based on the height of the rail, and nonlinear dynamic analysis was performed to obtain the seismic fragility curves considering defined limit states and seismic characteristics. The yield and derailment probabilities of the crane in the near-fault ground motion were approximately 1.5 to 4.7 and 2.8 to 6.8 times higher, respectively, than those in the far-fault ground motion.

본 논문은 갠트리 크레인의 설계를 위해 컨테이너 하역작업 시 특정하중 조건하의 RTGC(Rubber Tired Gantry Crane)의 동적거동과 그에 따른 윤하중을 분석한 내용을 기술하고 있다. 먼저 RTGC의 동적거동을 살펴보기 위해 거대 구조물인 크레인의 유한요소 모델을 개발하고 고유진동수와 고유모드의 모달시험결과를 이용하여 유한요소모델을 검증하였다. RTGC의 기타 부속품은 3차원 CAD모델링을 통해 다물체 동역학해석 소프트웨어인 ADAMS에서 강체로 모델링하였다. 본 연구에서 하중 조건은 일반적인 컨테이너의 이송조건(OP1)과 외부부하조건 없이 단순히 트롤리를 이용하여 컨테이너를 하역하는 2가지 경우로 고려하였다. 해석 결과 RTGC의 컨테이너 작업 시 발생하는 크레인의 진동은 거대 구조물의 강성과 변형에 주로 기인함을 확인하였으며 이러한 크레인의 진동은 RTGC의 움직임을 발생시켜 컨테이너 하역작업 불능 등의 거동을 발생시킬 수 있음을 분석할 수 있었다.

This study was carried out to analyze the effect of wind load on the structural stability of a container crane loading/unloading a container on a vessel. The overturning moment of a container crane under wind load at 75m/s velocity was estimated by analyzing reaction forces at each supporting point. And variations of reaction forces at each supporting point of a container crane were analyzed according to the wind load direction and boom shape.

컨테이너 크레인에 대한 풍하중 분포를 조사하기 위하여 대기경계층풍동에서 풍압실험이 수행 되었다. 본 풍압실험의 목적은 크게 두 가지로서 (1) 구조해석을 위한 입력 풍하중 데이터, (2) 전산유동 해석을 위한 표면압력분포 데이터를 확보하기 위한 것이다. 1/70으로 축소된 모형에 464개의 압력공을 설치하여 표면 압력 분포를 구하였다. 국부적인 지점의 압력값 으로부터 표면위의 평균 풍하중을 산정하기 위하여 직육면체의 모형을 제작하여 면의 경사도에 따른 압력값과 하중값의 비를 실험적으로 구하였다. 크레인형상의 특성과 관련하여 레이놀즈수의 영향, 압력튜브시스템의 설계 등에 관하여 논의한다.

이적작업은 자동화 컨테이너 터미널에서 하역작업의 생산성을 높이는 운영 전략으로 연구되고 있다. 이는 장치장 블록 내 컨테이너들의 재배치 작업을 의미한다. 이적작업의 크레인 작업할당 문제는 작업가능시간에 대한 제약을 고려하여 이적작업의 효과를 최대화하기 위해 가능한 이적작업 중에서 효율적인 이적작업을 선정하고 이들의 작업순서를 정하는 것이다. 본 연구는 혼합정수계획법을 활용하여 장치장 크레인의 작업할당 문제에 대한 최적화 수리모형을 개발하고 이의 예를 제시하였다. 그러나 수리모형은 계산시간이 많이 소요되어 현장에서 사용되기 어렵다. 따라서 현실 적용을 위해 대표적인 5개의 작업할당 규칙을 비교 평가하였다. 수치실험에서 maximum weight ratio(MR) 규칙이 전반적으로 뛰어난 성능을 보였다.

자동화 컨테이너 터미널에서 자동화 장치장 크레인(ASC)은 장치장 블록 내에서의 컨테이너 운송을 담당한다. 본 논문에서는 크기와 사양이 동일한 두 대의 ASC의 작업 할당 문제를 해결하기 위한 다중 평가 기준 전략을 제안한다. 제안 방안은 컨테이너 터미널의 상황을 다각적으로 고려하기 위하여 여러 평가 요소를 통해 후보 작업을 평가하고, 결과를 가중합함으로써 가장 높은 점수를 얻은 작업을 크레인에 할당하는 방식을 취한다. 본 논문에서는 작업 할당을 위한 평가 기준을 고안하고, 평가 결과를 취합하기 위한 가중치를 유전 알고리즘을 이용하여 최적화하는 방안을 제안한다. 실험 결과를 통하여 제안 방안이 낮은 계산 비용으로 실시간 터미널에 적합함을 보이고, 다양한 평가 기준을 통한 작업 할당이 컨테이너 터미널의 효율을 개선시킴을 확인하였다.

컨테이너터미널에서 사용되는 컨테이너 크레인은 컨테이너 선박의 컨테이너를 양적하하는 주요 장비이다. 크레인이 고장이 나면, 컨테이너터미널의 생산성을 감소시킬 것이다. 본 논문은 컨테이너 크레인에 대한 예방정비 일정을 다룬다. 컨테이너 크레인은 많은 부품으로 구성되고 3개의 모델을 사용하여 컨테이너 크레인의 구조를 분석한다. 그리고 최적의 예방정비 일정을 결정하기 위하여 유전자 알고리즘을 적용하고 시뮬레이션 시스템을 통해서 제안된 방법의 성능을 평가한다. 마지막으로 작업일정에 기초하여 산업체에서 발견된 예방정비 일정을 조정하는 방법을 설명한다.

본 연구에서는 부산항 컨테이너터미널을 대상으로 컨테이너크레인(C/C)의 예방보전과 관련된 실증자료를 분석하여 장비 정비 실태를 파악하는 것을 목적으로 하였다. 이를 위해서 하역장비를 효율적으로 관리하기 위한 정비성 계획과 정비성을 나타내는 정비성 지표를 제시하였다. 이어서 실증 자료를 바탕으로 하여 장비 정비 실적을 주요 지표를 중심으로 분석하고, 예방정비율(PM)과 장비 고장 간 평균 처리물량(MMBF)의 상관관계를 분석하여 예방정비의 필요성을 밝혔다.

컨테이너 크레인은 컨테이너터미널에서 사용되는 주요 장비면서 컨테이너 크레인의 효율은 컨테이너터미널의 생산성을 결정한다. 컨테이너 크레인의 전형적인 유형은 싱글 트롤리를 가지고 있으며 진보된 유형들 중의 하나가 듀얼 트롤리형이다. 본 논문의 목적은 컨테이너 터미널에서 듀얼 트를리형 컨테이너 크레인의 버퍼 사이즈를 분석하는 것이다. 듀얼 트롤리형 컨테이너 크레인의 버퍼 공간을 분석하기 위한 시뮬레이션 모델을 소개한다. 버퍼 공간은 해측의 메인 트롤리와 야드측의 세컨 트롤리 사이에 위치한다. 요구 생산성을 추정하기 위해 다양한 시뮬레이션 실험을 수행하여 버퍼 사이즈를 분석한다.

컨테이너 크레인은 강풍으로부터 보호를 받기 위한 차폐물이 없는 곳에 존재하기 때문에 이상 기후 조건에 취약성이 있는 구조물이다. 본 연구에서는 붐 각도의 변화에 따라 풍동실험과 전산유동 해석을 사용하여 컨테이너 크레인의 구조물에 대한 풍하중의 영향을 수행하였다. 그리고 75m/s의 풍속을 컨테이너 크레인에 적용하였다고 가정하였을 때 컨테이너 크레인의 풍력 내구성 설계에 사용되는 데이터를 컨테이너 크레인 설계자에게 제공하고자 한다. 본 연구에서는 건축물 하중기준의 풍하중 설계기준에 따라 풍하중을 적용하였으며 풍향에 따른 영향을 분석하기 위해서 유동장을 10˚ 간격으로 분할하였다. 이를 바탕으로 풍동실험과 전산 유동해석을 수행하였으며 얻어진 결과들을 비교 연구함으로써 컨테이너 크레인의 구조설계에 필요한 풍하중을 분석하였다.

컨테이너 터미널의 핵심 기능은 컨테이너 화물을 선반에 싣고 내기는 것이다. 이러한 기능에 대한 생산성을 향상시키기 위해서는 보유한 자원을 효과적으로 사용해야 하는데, 본 연구는 RMGC (rail mounted gantry crane) 유형 야드 크레인의 배치 방안에 대해서 논한다. 먼저, 컨테이너 터미널의 장치계획을 고려한 야드 크레인 배치 문제에 대한 수리모형을 개발한다. 수리 모형은 한 기간 내에서 블록간 야드 크레인의 이동 허용여부에 따라서 2가지로 나누어진다. 제시한 모형을 검증하기 위하여 수치 예제를 풀어서 결과를 분석한다. 또한 장치계획만을 다루는 기존 모형과의 성능 차이를 분석하기 위한 비교 실험을 수행한다.

대규모 컨테이너항만의 건설과 함께 컨테이너 크레인의 생산성 향상으로 선박 체항시간을 단축시켜 항만의 서비스 수준을 높이려는 노력이 가속화되고 있다. 컨테이너 크레인 시스템에 가해지는 입력에 대하여 바람직한 성능을 보이도록 설계사양을 고려한 상태 퍼드백 제어시스템을 사용한다. 컨테이너 크레인에서 측정이 까다롭거나 측정 잡음이 클 것으로 예상되는 상태 변수를 추정하는 방법으로 상태 관측기를 설계하고자 한다. 기존의 연구에서는 상태 피드백 제어시스템의 피드백 이득행렬과 상태 관측기 이득행렬을 분리하여 구하였다. 그러나 본 연구에서는 피드백 이득행렬과 상태 관측기 이득행렬을 선정함에 있어 최근 강인한 탐색법으로 많이 사용되는 REGAs를 사용해 설계사양을 만족하도록 동시에 구하고자 한다.

지속적인 컨테이너 물동량의 증가와 컨테이너선의 대형화에 따라서 항만간의 경쟁은 점점 치열해지고 있다. 주요 항만 하역장비 제조사들은 획기적인 생산성 향상을 제공할 수 있는 새로운 개념의 하역장비 개발에 많은 관심을 기울이고 있다. 본 연구에서는 항만의 대표적 하역장비인 컨테이너 크레인에 대해서 다양한 개발 대안들이 존재할 때, 최적의 개발 대안을 선정하는 절차를 제시한다. 절차는 두 단계로 구성되는데, 첫 번째 단계에서는 요구되는 필수요소들을 만족하지 못하는 대안을 제거하고 두 번째 단계에서는 전문가의 평가와 선형 할당법을 적용하여 최종적인 개발 대안을 선정한다. 마지막으로, 제시한 절차를 적용한 사례를 제시한다.

최근 컨테이너터미널 간의 경쟁이 심화되면서 생산성 측면뿐 만 아니라 비용경제성 측면에도 관심이 부각되고 있다. 특히, 에너지 소모량 및 장비투입 규모가 큰 트랜스퍼 크레인 부문에 대한 비효율적인 작업요소가 컨테이너터미널 경쟁력 제고에 있어서 걸림돌이 되고 있으며 이에 대한 개선은 인적, 물적 운영비용의 절감과 함께 생산성의 향상에도 긍정적인 영향을 미칠 것으로 기대된다. 따라서 본 연구에서는 현재 국토해양부 주관으로 진행 중인 'RFID를 활용한 RTLS 기반 항만물류효율화 사업'을 통하여 제공 가능한 컨테이너터미널 반 출입 대상 컨테이너의 시간적 가시성을 토대의 트랜스퍼 크레인의 배정 및 이동경로에 대한 클러스터링 기반 최적화모델을 제안하고 시뮬레이션 기법을 통하여 기대효과수준을 확인하였다.

본 논문은 파라미터 변화나 외란이 존재하는 환경에서 컨테이너 크레인의 트롤리 위치와 컨테이너의 흔들림을 효과적으로 제어할 수 있는 모델기반 퍼지제어기를 제안한다. 이를 위해 우선 파라미터 변화에 대응할 수 있는 모델링 기법인 T-S 퍼지모델을 구현하고, 소속함수의 파라미터를 실수코딩 유전알고리즘(RCGA)으로 조정하는 문제를 다룬다. 다음으로 퍼지모델의 각 서브시스템에 대해 LQ 제어기 법을 사용하여 서브제어기를 설계하고, 이렇게 설계된 서브제어기를 ROGA로 조정된 퍼지모델의 소속함수로 퍼지결합하여 제안하는 모델기반 퍼지제어기를 구성한다. 시뮬레이션을 통해 RCGA로 조정된 소속함수를 사용하는 퍼지모델은 컨테이너 크레인의 비선형 모델의 출력에 잘 추종하였고, 모델기반 퍼지제어기도 파라미터 변화와 외란이 존재하는 환경에서 강인한 제어를 수행하고 있음을 확인하였다.

컨테이너 크레인의 수학적 모델 정확도는 모델 내부 파라미터 값의 정확도에 의해 결정되나, 기술적 혹은 환경적인 문제로 내부 파라미터의 정확한 값을 알지 못하는 경우가 발생하기도 한다. 이 경우에는 시스템의 입 출력 데이터에 근거하여 모델의 파라미터를 추정해야 하는데, 본 논문에서는 입 출력 데이터와 RCGA가 결합된 모델조정기법을 이용하여 모형 컨테이너 크레인 선형모델의 파라미터를 추정하는 방법을 보인다. 또한, 이렇게 추정한 모델에 또 다른 RCGA를 적용하여 제어에 필요한 이득행렬을 탐색한다. 제안하는 파라미터 추정법과 제어기법은 컨테이너 크레인의 모형실험장치에 적용하고, 실험을 실시하여 그 유효성을 검증한다.

컨테이너 크레인은 강풍으로부터 보호를 받기 위한 차폐물이 없는 곳에 존재하기 때문에 이상 기후 조건에 취약성이 있는 구조물이다. 본 연구에서는 풍향변화에 따라 컨테이너 크레인에 작용되는 풍하중을 분석하기 위하여 수행되었다. 사용된 모델은 61톤 급 컨테이너 크레인으로 현재 항만시설에 많이 사용되는 모델이다. 유동장은 원통으로 모델링하였으며, 직경 500m, 높이 200m로 설정하였다. 본 연구에서는 건축물 하중기준의 풍하중 설계기준에 따라 풍하중을 적용하였으며 풍향에 따른 영향을 분석하기 위해서 유동장을 10˚ 간격으로 분할하였다. 이를 바탕으로 CFX-10을 사용하여 전산유동해석을 수행하고 이를 통하여 얻어진 결과와 풍력실험 결과를 비교 연구함으로써, 컨테이너 크레인의 구조설계에 필요한 풍하중을 분석하였다.

컨테이너 크레인의 설계 시 적용되는 하중 조건 중에서 풍하중이 가장 중요하게 고려되어지는바, 본 연구는 75m/s의 풍하중이 컨테이너 크레인에 작용 할 때 컨테이너 크레인의 구조적 안정성에 미치는 영향을 보다 정확하게 예측하기 위하여 유동-구조 연성해석을 실시하였다. 컨테이너 크레인에 작용하는 실제 유동현상을 고려하기 위하여 먼저 전산유동해석을 실시하였으며, 이를 통해서 얻어진 풍하중을 구조해석의 하중조건으로 적용하는 유동-구조 연성해석을 통하여 컨테이너 크레인 각 지지점에서의 반력을 도출하고 그 결과를 분석하였다. 사용된 모델은 주변 환경으로 인하여 컨테이너 크레인의 최대 고도가 제한 될 경우 사용되는 관절형 컨테이너 크레인이며 전산유동해석 및 유동-구조 연성해석 프로그램으로는 ANSYS ICEM CFD 10.0과 ANSYS CFX 10.0을 사용하였다.