• 한국해양공학회지
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• 제26권1호
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• pp.41-46
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• 2012

A deep-sea manganese nodule miner consists of 4 parts: the pickup device, crusher, disposal device, and tracked vehicle. The tracked vehicle is an essential component to keep the self-propelled miner moving across deep-sea soil. The performances of the tracked vehicle are influenced by noise factors: the shear strength of the seafloor, bottom current, seafloor slope, track speed, reaction forces of flexible hose, etc. It is necessary to adopt a robust design method that improves the performances and minimizes the variation caused by noise factors. Taguchi's method, the most widely known robust design method, searches for the robust optimum using an orthogonal array composed of the product of the inner array and outer array. In this paper, we propose a new screening technique to reduce the number of input factors and apply the MRSN (Multi-Response Signal to Noise) ratio to convert multiple performances into single one in order to overcome the difficulties and limitations of using Taguchi's method in a case with many input factors and multiple performances. A test miner was already designed and tested. It has about 1/10 the capacity of a commercial one and was successfully operated at an in-shore area. Taguchi's robust design was applied to the tracked vehicle of the test miner, and design improvements were implemented for the vehicle.

• Ocean and Polar Research
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• 제32권4호
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• pp.463-473
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• 2010

Inshore tests were performed in order to verify the design concept of deep sea manganese nodule miner at a site near Hupo at East Sea of Korea in June of 2009. Total mining tests of the test miner, named 'Minero$^{(R)}$', together with flexible hose, lifting pump and lifting hose were accomplished. In this study, the performances of three subsystems of testminer (vehicle, pick-up device, and launch-and-recovery device) were analyzed for feasibility assessment of self-propelled remotely controlled miner, and also to compile basic data for designing a pilotminer. Performances of the test miner were defined based on the Functional Requirements of Axiomatic Design. The inshore tests revealed that the test miner generally satisfies the functional performances. Feasibility assessment and reflection on results are discussed within.

• 한국해양공학회지
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• 제23권6호
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• pp.32-38
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• 2009

An FMEA for the waterjet-lifter of a DSNM is performed to prevent the occurrence of device failure. A waterjet-lifter raises and transports manganese nodules from the deep-sea floor up to a somewhat elevated place, from which a pin-scraper transports the lifted nodules to the inner space of the DSNM. A concept design for a device using the axiomatic design methodology is shown as the mapping between the functional domain and physical domain. The FMEA for a DSNM is introduced briefly and the rating criteria of severity, occurrence, and detection for the DSNM are defined. The FMEA of the functional requirements of a DSNM device is accomplished. Three kinds of failure modes, as well as their effects and causes, are predicted. Current design control methods for detecting potential failures, such as physical or computational experiments, design confirmation, and mathematical calculation, are described and the recommended actions for several significant causes are suggested.

• 한국해양학회지:바다
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• 제13권3호
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• pp.246-251
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• 2008

심해저 망간단괴 집광시스템(이하, 집광시스템)의 개념설계가 공리적 설계(Axiomatic Design)의 관점에서 평가되었다. 또한 이미 수행된 집광시스템의 개념설계에 대해 기능적 영역의 기능요구와 물리적 영역의 설계파라미터가 구체화되었다. 기능요구와 설계파라미터의 상호관계는 첫 번째 수준 계층에서 하위 수준 계층으로 순차적으로 분석되었다. 이러한 상호관계는 설계행렬의 형태로 표현되었고 기능요구와 설계파라미터 사이의 독립성을 판단하기 위한 지표로 사용되었다. 설계행렬의 분석결과 본 집광시스템은 설계파라미터간에 연성이 되지 않는 비연성화된 설계임이 확인되었다. 결과적으로, 본 집광시스템은 독립공리(Independence Axiom)를 만족하는 잘된 설계임이 개념적으로 입증되었다.

• 한국해양공학회:학술대회논문집
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• 한국해양공학회 2001년도 추계학술대회 논문집
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• pp.160-163
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• 2001

In order to develop a nodule conveying system through a flexible pipe out of the deep-seabed manganese nodule miner, an experimental study of the solid-water slurry flow in vertical pipe is performed as the first stage of total experiments. Hydraulic characteristics of the pipe slurry flow such as slip velocity, transport concentration and pressure gradient are investigated for the size of particle, load ratio, and flow rate of water. The higher the load ratio is, the larger the transport concentration and pressure gradient become. The bigger the size of particles is, the larger the pressure gradient becomes. The effectiveness of the flow rate to hydraulic performance is also investigated. This results are to be used for designing crusher and pump, and operating the conveying device.

• Ocean and Polar Research
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• 제25권4호
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• pp.529-543
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• 2003

Deep-sea surface sediments, acquired from 1997 to 2002 in the Clarion-Clipperton fracture zone of the northeast equatorial Pacific, were analyzed for index and geotechnical properties to provide background information for the design of manganese nodule minor. The sediments were classified into 16 types based on the measured properties and evaluated in terms of miner maneuverabillity and potential environmental impacts arising from mining activities. It was found that the middle part of the study area covered with coarse siliceous sediments is more favorable to the commercial production than the northern part of pelagic red clay. In particular, Area B2 in the middle part is considered the best mining site since it shows the highest abundance as well as it consists mostly of normally to over consolidated (types B, C, D) coarse siliceous sediments that are appropriate for effective minor movement and accompany weak environmental impacts. Taking account of all the analyzed core logs, the average shear-strength values are proposed as a practical guideline fur movements of a manganese nodule miner: 6.0 kPa at 10cm and 7.0kPa at 40cm below the seabed.

• 한국해양학회지:바다
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• 제13권3호
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• pp.229-236
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• 2008

심해저 망간단괴를 채집하기 위한 집광기는 궤도차량 형태로 해저면을 주행하면서 망간단괴를 채집한다. 집광기의 운영은 수상선에서 실시간 원격으로 제어되며, 이를 위해서는 운영 소프트웨어가 중요한 역할을 차지하게 된다. 현재는 실제 심해저 망간단괴 집광기의 개발에 앞서 시험집광기를 개발하여 근해역 성능 실증시험을 준비중에 있다. 이러한 시험집광기는 기계부와 전기 전자부로 구성되는데, 이를 원격으로 제어, 계측하기 위해서 운영 소프트웨어가 필수적이다. 본 논문에서는 시험집광기의 제어와 계측을 위한 실시간 운영 소프트웨어의 설계와 개발에 대하여 소개하였다. 임베디드시스템으로 PXI 컨트롤러가 사용되고, 소프트웨어 개발툴로는 LabVIEW를 사용하였다. 시험집광기의 효과적인 성능 실증시험을 위하여 본 실시간 운영 소프트웨어가 개발되었다. 아울러 시험집광기의 모니터링 데이터를 관리하기 위한 데이터베이스 관리시스템(DBMS)이 MS SQL과 LabVIEW를 사용하여 개발되었다.

• 한국해양학회지:바다
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• 제13권3호
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• pp.168-177
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• 2008

망간단괴를 상업적으로 개발하기 위해 고려할 사항은 망간단괴의 부존량과 금속함량 외에 채광기의 주행성과 채광시 발생하는 환경충격의 최소화를 들 수 있다. 특히 환경충격의 최소화를 위해 우선 채광지역의 해저면 특성을 이해하는 것은 필수적이다. 해저면의 특성 중 해저퇴적물의 물리적 특성과 전단강도는 주행성과 환경변화를 예측하는 중요한 기준이 된다. 이들 특성을 파악하기 위하여 2004년부터 2006년 사이에 북동태평양 클라리온-클리퍼톤 균열대의 대한민국 광구에서 채취한 주상시료 퇴적물의 함수율, 입도, 밀도, 공극률 및 전단강도를 분석하였다. 분석결과, 퇴적물의 물리적인 특성은 경도 변화에 따른 동서간의 차이(KR1과 KR2 차이)보다 위도 변화에 따른 남북간의 차이(KR1 또는 KR2와 KR5 차이)가 뚜렷한 것으로 나타났다. 남쪽 지역의 함수율, 공극비, 공극률은 북쪽 지역보다 높게 나타난 반면에 입자밀도는 남쪽 지역이 북쪽 지역에 비해서 상대적으로 낮게 나타났다. 퇴적물 주상시료의 전단강도는 $0{\sim}10$ cm에서 북쪽 지역이 조금 높지만 10 cm 하부의 깊이에서는 남쪽지역이 뚜렷이 높게 나타났다. 또한 채광기의 정상주행에 필요한 전단강도를 5 kPa라고 가정하면 KR1, KR2, KR5 지역에서 평균적으로 5 kPa에 도달하는 깊이는 각각 18, 13, 10 cm로 나타났다. 채광기가 정상 주행하는 동안 같은 부피의 퇴적물이 교란된다면 함수율이 높은 퇴적물에서 교란되는 퇴적물의 양이 적을 것이다. 또한 채광기의 정상주행에 필요한 전단강도에 도달하는 퇴적층의 깊이가 얕을수록 교란되는 퇴적물의 부피가 작을 것으로 예상된다. 따라서 채광작업은 연구지역 중에서 함수율이 높고 10 cm 하부의 전단강도가 큰 남쪽 지역이 북쪽지역에 비해 유리할 것으로 판단된다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권11호
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• pp.1305-1310
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• 2012

제품의 성능은 시스템에 작용하는 환경인자, 재료 물성치와 같은 잡음인자의 변동에 큰 영향을 받는다. 제품의 성능을 위해서, 이러한 잡음인자의 변동에 따른 영향을 줄이는 것이 필요한데 이를 강건설계라 한다. 하지만 기존의 강건설계는 잡음인자의 변동이 아닌 설계변수의 변동을 중요하게 생각했다. 또한 변수와 인자의 분포를 정규분포로 가정해야 하는데 이는 실제 잡음인자의 분포와 맞지 않는 경우가 많다. 본 논문에서는 비 정규분포의 잡음인자의 분포를 고려하는 강건최적설계 기법을 제안한다. 제안된 기법은 실험을 통해 추정된 잡음인자의 비 정규분포 변동을 고려할 수 있다. 제안된 기법의 유용성을 확인하기 위해 공학예제로 심해저 망간 채집장치의 강건설계를 수행하였다.