미해군의 설계조합도구인 ASSET 소개 및 사용법

Copyright @ Jinwon Park
美 해군 함정설계프로세스, 방법론과
ASSET S/W 구성과 그 원리, etc.
2011. 11. 17.

美 해군 함정설계 프로세스 및 설계방법론
SECNAVSINST
5000.2D
(2 Pass 6 Gate)
DON Requirements Acquisition
MS BMS A
* Captain Norbert Doerry, “Fleet Capabilities Based Assessment”, May 2009
; Preliminary Design(초기설계)
9 Contract Design(계약설계)
; Detail Design and Construction(상세설계 및 함 건조)
9 Analysis of Alternative
(대안분석)
官 주도 안정된 요구사항 조합
(Requirement Synthesis)
民 주도(官 감독) 요구사항
만족 위한 설계조합
(Design Synthesis)
9 System Design Specification

구 분 정확도/정밀도 신속성 비용/인력 활용 분야
나선형 설계 상 하 대 기본설계, 상세설계
집합기반 설계 중 중 중 기본설계 초기(Pre-PD)
조합기반 설계 하 상 소 초기단계(개념탐색, 개발)
Conventional Approach
(Design Spiral)
New Approach
(Synthesis-Based Model, Set-Based Model)
Few design alternatives
manually generated
Many more design alternatives
by an automated design process
Time-consuming nature Time-saving nature
A small amount of information Maximum amount of information
Local Optimization Global Optimization

설계최적화 기반 조합방식 설계결과 예 : 250 populations, ~200 generations
* 박진원, , “통합함정시스템엔지니어링(TSSE) 기반 함정 초기단계 설계용 통합설계최적화(PIDO) 프레임 소개”2010년 6월 서울대학교 조선해양공학과 초빙세미나

“More Knowledge,
More Flexible Design”

PASS 1(Prior to MS A) : Requirement Synthesis
: 설계 산출물 기준 설계단계 추정
Synthesis based Design
AOA PrePDPreAOA
: 단계별 설계 방법
: 新 설계 단계
가능성검토 개념설계
☞ 설계 대안 도출 ☞ 대안 정제 및 요구사양 도출
MS A
; Concept of Operation(작전개념)
; Capability Development Document(능력개발서)
; Capability Based Assessment(능력기반평가)
; System Design Specification(체계설계규격서)

PASS 2(Btw MS A and B) : Design Synthesis

Ship SDS Template taken from SDS Guidebook
* US Navy, “System Design Specification(SDS) Guidebook”, July 2008

Copyright @ Jinwon Park* US Navy, “System Design Specification(SDS) Guidebook”, July 2008

➢ 17 Pages
➢ Design Reqmt./Results summary
▪ Ship System Design(HM&E)
▪ Sub-system Design
▪ Naval Open Architecture, etc
➢ 기존 TLR/TLS의 대체물로 추정됨
➢ SDS Guidebook은 무기체계 전반에
대한 SDS 작성법과 Template 포함
➢ 기본설계 범위와 수준을 판단 가능함
* US Navy, “System Design Specification(SDS) Guidebook”, July 2008

Naval Ship Design and System Engineering application
ICD/CDD/CPD
ROC
CONOP
Mission Scenario
Ship Type
Ship Size, Function
HM&E
Combat sys, etc
Requirement Loop
Design Loop
“Validate”
* Captain Norbert Doerry, “Total Ship Functional Analysis In Support Of Knowledge Management in Ship Design”, May 2009
➢ 함정획득 전 순기에 걸쳐 반복적이며, 점진적으로 System Engineering 적용

Total Ship System
Level I
Level II
Level III
Level IV
ELECTRONIC WARFARE SYSTEMS
COMBAT SYSTEMS
HULL SYSTEMS
PROPULSION SYSTEMS
TS(H/W, S/W, Man, etc)
Systems
Subsystems
Piece-Parts
TOTAL SHIP
☑ 전투/무장 장비
☑ 선체, 추진 및 전기/보기 등
☑ 전투체계(Combat Sys.)
☑ 추진제어, 손상보수체계 등
☑ 분야별 운용인력
☑ 보수/지원인력 등
☑ 전략/전술적 임무
☑ 공격/방어개념 등
“Traditional Ship System”
<Total Ship Hierarchy>
Naval Ship Design is more than Naval Engineering

국내 함정획득 프로세스(수상함 예)
해군/합참 방사청 조선소 →
Requirement Synthesis Design Synthesis
“소요제기, 획득, 운용유지의
이원화”
* 박진원, “국내 함정획득프로세스 개선방안 연구”, 2011(작성 중)

➢ 요구조건 개발 과정의 패러독스 : 전력부서+승조원+군수/지원부서+기술부서

➢ 요구조건 개발 정책과 전략
<합동전장개념과 기획관리/전투발전체계 연계성>

➢ 합동전장운용개념(JSCP, JSOP) 토대로 한
합동성 기반의 하향식(Top-down) 소요창출

➢ 각 군별 전투발전체계를 토대로 운용개념
도출을 통한 상향식(Bottom-up) 소요제기
➢ 합동전장운용개념(JSCP, JSOP) 토대로 한
합동성 기반의 하향식(Top-down) 소요창출

함정획득 프로세스 개선방안
➢ 체계적·과학적인 소요제기/선행업무 수행 위한
통합개념팀(ICT) 운용
➢ M&S 기법 이용한 소요의 과학적 창출/검증 실행
➢ 획득단계별 TRL 목표 수립 하에 엄격한 사업관리
➢ 통합개념팀(ICT)와 M&S 적용 통한 과학적 소요제기/선행연구

함정획득 프로세스 개선방안
➢ 체계적·과학적인 소요제기/선행업무 수행 위한
통합개념팀(ICT) 운용
➢ M&S 기법 이용한 소요의 과학적 창출/검증 실행
➢ 획득단계별 TRL 목표 수립 하에 엄격한 사업관리
기본설계 진입 전 군 요구조건의 합리성과
안정성 확보 : 위험 최소화, 비용/기간 초과 예방
➢ 통합개념팀(ICT)와 M&S 적용 통한 과학적 소요제기/선행연구

➢ 사업추진전략의 탄력적 적용

➢ 사업추진전략의 탄력적 적용
➢ 국방환경 대처에 유리
➢ 경쟁 통한 품질 향상 기대
➢ 비용 절감

➢ 실효적 진화적 획득전략 적용

➢ 실효적 진화적 획득전략 적용
➢ 기술적 위험 저감
➢ 기간 초과 우려 불식
➢ 성능 최신화 유지 기대

➢ COTS와 Open Architecture Structure(OSA) 적용 통한 설계 유연성 제공
➢ 빠른 속도로 진화하는 상용 신기술의
신속하고 유연한 적용 기회 보장
➢ 비용절감, 최신기술 접목을 통한 무기
체계 성능의 최신화 유지
http://www.militaryaerospace.com/

➢ 시스템엔지니어링 기반의 설계프레임워크 개발 등
* Miguel Rivera, etc, “Total Ship Systems Engineering Employing Department Defense Architecture Framework Approach”, May 2010
<System Engineering and Design Process(SEDP) being studied by NSWC>

* David D. White, etc, “A Roadmap For Performance-Based Ship System Engineering”, March 2000
✓ 함정획득사업 위한 실용적인 도구를 제공하라.
Provide a practical tool-set for naval ship acquisition
ex) Design Synthesis Tool(ASSET), Central Repository(LEAPS), Requirements Tracing Tool(Doors), etc
✓ 유용한 함정설계의 교훈을 찾아내고 문서화하라.
Capture and document valuable ship-design lessons learned
✓ 작전/기술적 요구사항 개발, 그것에 대한 추적성 그리고 검증을 용이하게 하라.
Facilitate operational and technical requirement development, traceability and verification
i.e., Requirement traceability and correlation is especially important for complex ship design acquisition
by a requirement tracing tool set. Prefer to use of Verb rather than Noun in requirement documents
✓ 적절한 함정설계 평가와 검증이 무엇인가에 대해 명확히 하라.
Clarify appropriate ship design evaluations and verifications : e.g., TEMP
✓ 함정획득 소요기간과 비용을 절감하라.
Reduce ship acquisition cycle times and Total Ownership Costs(TOC)
i.e., Traditional ship acquisition process entailed significant lead times frequently caused by incomplete or changing
requirements, complex systems integrations, and cumbersome review/approval processes.
& Ship System Engineering Guiding Principles

Relativities …

An Example of Recent Ship Design : Ship-to-Shore Connector(ssc)
➢ 기존 공기부양상륙정(LCAC) 대체 위해 2003년 차기고속상륙정(SSC) 사업에 착수
➢ 주요임무 : 상륙병참수송, 상륙군 이송 및 특정 작전임무(재해 구난 등)
➢ 향후일정 : 11년말 상세설계/함건조 계약, 16년 인도, 19년 전력화 예정
➢ 참 여 사 : TEXTRON-ALCOA-L3 컨소시엄, Marinette Marine-Boeing-Griffon Hoverwork
컨소시엄
* 사전초기설계(Pre-PD)시 집합기반설계(SBD : Set-Based Method) 방식 최초 적용 사업임
<CONOP : Concept of Operation>
* Craig Carlson, “Ship-to-Shore Connector(SSC) Analysis of Alternatives Overview”, Ship Design Process Workshop, March 2009

➢ 초기 고려된 대체 플렛폼은 기존 LCAC 뿐만 아니라 아래 8개 포함 총 14개 개념에 대해
약 18개월간의 사전 대안분석(Pre-AOA), 대안분석(AOA) 설계 수행
<대상 플렛폼>

사업 일정(DoD5000 2008 기준)
AOA PrePD PD CDPreAOA
官주도(Navy,JROC,DoD등) 조선소 주도 / 官 감독
상세설계
※ 함 인도 : 16년 12월경
20102009200820072006 2011 2012 2013 2014
DD & C(인도 : Dec. 2016)
함 건조
➢ 1단계(‘06. 5 ~ ‘06. 11. abt. 6months) : Pre-AOA(개념탐색 통한 ICD draft 도출)
➢ 2단계(‘06.12 ~ ’07. 11. abt. 12months) : AOA(최적대안 도출 및 시험평가규격서(TES) 작성)
➢ 3단계(‘08. 4 ~ ‘08.10. abt. 7months) : Pre-PD(개념 구체화, CDD 도출)
➢ 4단계(‘08.10 ~ ‘09. 4. abt. 7months) : PD(초기설계 : 주요제원/성능/사양 도출)
➢ 5단계(‘09. 5 ~ ‘10. 4. abt. 12months) : CD(계약설계 : 건조사양/도면 작성, CPD 도출)
➢ 6단계(‘12. 1 ~ ‘16. 12. abt. 59months) : DD/C(상세설계/건조 : 건조도면 작성/함 건조)
DoD5000(v. 2008)와 비교
및 SBD를 이용한 초기단계
설계방식 이해에 도움

1단계 Pre-AOA 설계
➢ 官(NAVSEA, JROC, DoD) 내부 최초 설계 또는 기술검토 단계
➢ JCIDS 프로세스를 통해 제기된 ICD draft 기준으로 대상플렛폼(14종)에 대한 포괄적인
절충분석, 예산 범위내 합동전력 요소로서 SSC의 타당성을 검토하는 것이 핵심 업무
* 전문기술용역사인 CSC, CDI, Alion가 일부 분야 위탁수행
“요구사항이 실현 가능한지? 현재 관련 기술 수준이 충분히 성숙되었는지?
요구사항이 정확한지? 능력의 공백(Capability Gap)은 존재하지 않는지?”
➢ 초기능력서 초안 (ICD draft) 정제 → 초기능력서(ICD) 도출, AOA Guidance 도출
<Pre-AOA 수행지침>

2단계 AOA 설계
➢ ICD 및 AOA Guidance 따라 성능면에서 우수하며 경제적으로 타당한 복수의 대상 플렛폼 결정
➢ 주요 의사결심(Support of Milestone Decision) 지원 위한 평가 방안 개발
• 가용예산내 ICD에 명시된 능력공백(Capability Gap)을 충족하는 최적 플렛폼 결정
• 요구되는 플렛폼 소요척수 결정 위한 방법론 개발
• ICD 주요능력에 대한 측정기준(Metrics) 개발
• 프로그램 비용영향요소와 비용대 능력(속도, 수송능력, 정비성, 항속거리 등) 절충분석 범위
(Exploring Space) 파아
<AOA Guidance>
<AOA Methodology>
SEA 05D/CDI/CSC
AoA Study Director
SEA 05D and AoA Study Director
SEA 05C/D
AoA Study Director

2단계 AOA 설계(계속)
➢ 14종 중 LCAC 개량형, 73톤급 ACV, 146톤급 ACV 3종을 중간선정하여 AOA Report 제출
➢ ’07. 12월 AOA Report를 토대로 해군내 자원/요구사항 검토위원회(R3B, ★3s)가
73톤급 ACV를 최종플렛폼으로 선정
• 가용 예산내 실현 가능하며 유효한 설계해결책에 대한 기능/성능 요구사항
• 핵심성능변수(KPP : Key Performance Parameter) 등 명시한 CDD draft가 최종
산출물임, 시험평가전략(TES : Test and Evaluation Strategy) 수립

3단계 Pre-PD 설계
➢ AOA 최종산출물인 CDD draft가 임시 기준(Interim Baseline)
➢ SSC함 Pre-PD 설계는 집합기반방식(SBD)으로 수행된 첫 사업임
• 주요장비/기능 선정과 설치위치에 대한 절충연구
• 설계탐색영역(Design Space) 또는 범위 선정
• 하부시스템이 아닌 플렛폼 차원의 대안 도출로 성능/비용/일정/위험도 등
다양한 측면에서 우수한 설계 기준안(Baseline design) 선정
➢ AOA 통해 도출된 CDD draft를 재정제/구체화 하는 단계로 CDD가 최종 산출물임
- 실현 가능하고 안정된(Feasible, Balanced) 소요군의 최종 요구사양 도출 → PD/CD 진입
•Craig Carlson, “Ship-to-Shore Connector(SSC) Analysis of Alternatives Overview”, Ship Design Process Workshop, March 2009
• Ben Kassel, etc., “Rebuilding the NAVSEA Early Stage Ship Design Environment”, ASNE 2010

3단계 Pre-PD 설계
➢ AOA 최종산출물인 CDD draft가 임시 기준(Interim Baseline)
➢ SSC함 Pre-PD 설계는 집합기반방식(SBD)으로 수행된 첫 사업임
• 주요장비/기능 선정과 설치위치에 대한 절충연구
• 설계탐색영역(Design Space) 또는 범위 선정
• 하부시스템이 아닌 플렛폼 차원의 대안 도출로 성능/비용/일정/위험도 등
다양한 측면에서 우수한 설계 기준안(Baseline design) 선정
➢ AOA 통해 도출된 CDD draft를 재정제/구체화 하는 단계로 CDD가 최종 산출물임
- 실현 가능하고 안정된(Feasible, Balanced) 소요군의 최종 요구사양 도출 → PD/CD 진입
•Craig Carlson, “Ship-to-Shore Connector(SSC) Analysis of Alternatives Overview”, Ship Design Process Workshop, March 2009
• Ben Kassel, etc., “Rebuilding the NAVSEA Early Stage Ship Design Environment”, ASNE 2010
“Decisions made early on in the ship design process have large impacts on ship
functionality that is not quantified until the design is mature”

3단계 Pre-PD 설계 : Set-Based Design Methodology
Trade Space Formalization & Reduction
High Value
Options
Trade Space
Definition..
Element
Partitioning..
HSI
Element- Specific
Exclusions:
Combination-
Specific Exclusions:
Dominated
Combinations/
Options
Infeasible
Combinations
Final Screen for
Balancing
Failed Configurations
Balancing
Craft Evaluation
10-20 High Value
Configurations
Recommended
Design
with Backups
11 “Key” Design Parameters/
13K+ Configurations
>125 Candidate “Key”
Design Parameters
Hull
Machinery
Auxiliaries
C4N
Performance
(Skirt)
Little craft level
impact
parameters/
options
Dominated
Options

• 냉전 해체, 위협의 다변화, 경제위기, 방산시장 축소 등 국방환경 변화
• 美 의회의 적극적 개입과 통제로 NAVSEA 인력감축과 조선소로 더 많은
권한과 책임 부여 추이(ex. 확정계약, 요구조건 조기 안정화 요구 등)
• 함정체계의 복잡도 심화로 포괄적이며 전문적인 사업/기술관리 필요성 대두
- 예산절감(Cost saving), 일정준수(No overdue) 및 사업적/기술적 위험 관리/감소(Risk Management/
Mitigation) 노력 강구토록 대내외적인 압력 증가 추이
Lesson learned taken from previous studies

• 냉전 해체, 위협의 다변화, 경제위기, 방산시장 축소 등 국방환경 변화
• 美 의회의 적극적 개입과 통제로 NAVSEA 인력감축과 조선소로 더 많은
권한과 책임 부여 추이(ex. 확정계약, 요구조건 조기 안정화 요구 등)
• 함정체계의 복잡도 심화로 포괄적이며 전문적인 사업/기술관리 필요성 대두
- 예산절감(Cost saving), 일정준수(No overdue) 및 사업적/기술적 위험 관리/감소(Risk Management/
Mitigation) 노력 강구토록 대내외적인 압력 증가 추이
➢ 실현가능/안정적 요구조건(Feasible, Balanced Requirements) 개발 위한 초기단계 설계의
중요성(정확성, 신속성, 통합성 등)을 지속적으로 강조(e.g., 2008 NAVSEACOM P.E. Sullivan Letter)
➢ 함정획득사업 전 순기에 걸친 체계적이며 사업/기술관리 위한 포괄적 관점의 통합함정
시스템엔지니어링(TSSE : Total Ship System Engineering) 적용 필요성에 공감
Lesson learned taken from previous studies

5. For life-cycle support to delivered ships, NAVSEA needs tools that
can, within hours, provide engineering analyses regarding the effects
of damage, grounding, or other incidents. Tools are also needed to
facilitate modernization planning and design; End-of-Service Life
predictions; effectiveness analysis with respect to changing threats
and tactics; and force architecture studies.
Vice Admiral Sullivan’s vision, NAVSEACOM as of 2008
* Ben Kassel,“Long Term Retention of Product Model Data”, NSWC, unknown

6. Accomplishing these ambitious goals will be a challenge, but is
essential for crafting affordable, executable ship programs in an
increasingly complex national security environment. Previous Navy
design tool investment has resulted in the Advanced Ship and Submarine
Evaluation Tool (ASSET) for total ship synthesis, and the Leading Edge
Architecture for Prototyping Systems (LEAPS) for integrating a wide
range of analysis tools in a common data environment. Future tool
development should build upon these foundations, adding capability to
meet the goals outlined in this memorandum. With few exceptions, tools
development should require interoperability with LEAPS.
* Ben Kassel,“Long Term Retention of Product Model Data”, NSWC, unknown

Holistic
: Emphasizing the importance of the
whole and the interdependence of
its parts
& American Heritage Dictionary of the English Language
• Think holistically
encompass all aspects of the task at
hand, taking into account the
influences and consequences of
anything that might interact with
the task
• Focus on critical aspects
• Maintain holistic perspective
Part, product, organization, enterprise,
societal, regulatory, …
* NAVSEA, “Summer Naval Surface Ship Design Course”, 2007
포괄적인 사고(Think Holistically)?

Picasso의 창조적 사고방식
• Be synthetic first, analytic Second
: 먼저 생각을 종합하라. 다음 분석하라
• Think holistically - with a global Perspective
: 큰 그림을 그릴 수 있도록 고민하고 생각하라
• Learn from creative and critical thinking
: 창조적이고 핵심적인 사고로부터 학습하라
• Learn from best practices in SA
: 협동 작업 시 최고의 기술을 습득하라
• Share best practices
: 최고의 기술은 공유하라 “Good artists copy,
Great artists steal”
Pablo Picasso(1881 ~ 1973)
조르주 브라크
Man with a guitar(1911)
파블로 피카소
Accordionist(1911)

Think Differently
When asked what single event was most
helpful in developing the Theory of Relativity,
Albert Einstein replied,
"Figuring out how to think about the Problem”
- W. Edwards Deming
Einstein의 창조적 과학 사고
“It’s what to do
When you don’t know what to do”
“Don’t believe everything you believe”
Albert Einstein(1879~1955)

* 피카소는 시간을 공간으로 변화, 그의 시간은 그림 속에서 공간으로 표현
아비뇽의 아가씨들(1907)
기존(~1907)의 미술틀(감정표출 도구)
공간적 동시성(평면→입체 재구성)시간과 공
간 동시 표현
수학, 과학, 특히 기하학 의존
게르니카(1937)

“예술 없는 과학은 잔혹하고, 과학 없는 예술은 우스꽝스럽다”
美 소설가 , 레이먼드 챈들러
뉴턴 : 시간과 공간은
분리된 불변의 상수
아인슈타인 : 시간과 공간은
연속체
* 아인슈타인 : 공간이 물질에 의해 변형됨
* 피카소는 시간을 공간으로 변화, 그의 시간은 그림 속에서 공간으로 표현
아비뇽의 아가씨들(1907)
기존(~1907)의 미술틀(감정표출 도구)
공간적 동시성(평면→입체 재구성)시간과 공
간 동시 표현
수학, 과학, 특히 기하학 의존
게르니카(1937)

ART ≒ SCIENCE

ART ≒ SCIENCE
“Think holistically, Think differently”
새로운
시공간(공간_시간) =
새로운
입체주의
Albert Eienstein
Pablo Piccaso

아름다운 이론 ≠ 아름다운 그림
“그들 사이의 기본적인 일치”
복잡한 현실을 간단 명료하고
일목요연하게 기하학적
기본 요소로 환원시키고자 했음
독일 과학사가, 에른스트 페터 피셔

아름다운 이론 ≠ 아름다운 그림
“그들 사이의 기본적인 일치”
복잡한 현실을 간단 명료하고
일목요연하게 기하학적
기본 요소로 환원시키고자 했음
독일 과학사가, 에른스트 페터 피셔
“SYSTEM
ENGINEERING”
?

Role of Project Manager and S.E. Engineer
콘서트마스트

Generic System Engineering Process delineated by NAVSEA
; Integrated Product Development System
9 Requirement Management S/W
Requirement
Analysis
Functional
Analysis/
Allocation
Synthesis
System Analysis and Control
* Brain H. Wells, :”DD(X) Total Ship System Engineering”

NAVSEA TSSE Flow
효과도 분석
비용 분석
소요기술 조사 및 설계대안 분석
설계 조합
* James S. Webster, US Navy ”Warship Design Course”, Summer 2007
SEA05 : Ship Design Integration and Engineering Directorate
SEA08 : Nuclear Propulsion Directorate
SEA17 : Cost Engineering and Industrial Analysis Division

Virginia Tech TSSE Flow
소요기술 조사 및 설계영역 정의
설계 조합
최적화
* 효과도, 비용 및 위험도 최적화 Synthesis
위험도 모델
비용 모델효과도 모델
* Dr. Alan Brown, “Ship Design Note”, Virginia Tech, 2005

설계 조합
최적화
위험도 모델
Requirement
Analysis

설계 조합
최적화
위험도 모델
Requirement
Analysis
Functional
Analysis
Allocation

설계 조합
최적화
위험도 모델
Requirement
Analysis
Functional
Analysis
Allocation
Synthesis

NPS TSSE Flow
* Fotis Papoulias, etc, “Track,Engage, & Neutralize Threats –Asymmetric & Conventional –in the Littoral Environment”, 2005

Roadmap to Ship Design Tool
* CAPT. Norbert Doerry, “Ship Design Tools Roadmap”, March 2008
ASSET Statistical Analysis(RSM)LEAPS COGENT
9 Advanced Surface Ship Evaluation
Tool
9 Leading Edge Architecture for
Prototyping Systems
9 Response Surface Model

Ship Design Tool Integration : Design + Product Model + Analysis
➢Design
➢Analysis
➢ Product Model D/B for
Virtual Environment
: Central repository and link to s/w programs
• NAVSEA unnamed, “LEAPS”, unknown
• Corey Kerns, “Naval Ship Design and Synthesis Model Architecture Using a Model-Based System Engineering Approach”, MS thesis at VT, April 2011
• Chris Mahonen, “Automating Early Stage Submarine Design : Development of the submarine concept design(SUBCODE) program”, ASNE Day 2007
E.B社 개발(Contracted w/ SEA05U in 2005)
SUBCODE 추가로 추정됨
* The addition of LEAPS with ASSET6 further increases computation time, robustness issues and complexity
• 3D NURBS Graphic

The Newest ASSET(v.6) links with LEAPS
• NAVSEA unnamed, “LEAPS”, unknown

Product Model data is the combination of 3D geometry and non-graphic attributes to define ship
objects such as a piece of equipment, deck, bulkhead, etc. Product Model data can be organized to
define interim products and ultimately the entire ship.
Part & System Definition : Caterpillar
3512, Starboard Main Engine,
Propulsion System
Design Definition :12 cylinder 4 stroke
diesel engine
Physical : Geometry, material
connections, etc.
Engineering Definition :1175 HP,
6464kg, 170mm bore, 190mm stroke
Process Definition : Starting
instructions, shaft alignment
Logistics Support
LEAPS Brief : Digital Product Model Data
Ben Kassel, “Long Term Retention of Product Model Data”, unknown

음악(音樂)과 뇌(腦)
➢ 클래식 음악 w/ 가사 : 좌뇌발달에 도움
➢ 클래식 경음악 : 우뇌발달에 도움
Ex) 피터 드러거(1909~2005) : 경영학/사회학/철학/저술가/외국어 등
“경영학의 아버지” , 대표작 “프로페셔널의 조건”

<공묘-중국 산둥성 취푸시>
음악의 도시 오스트리아 ‘빈’ 태생의
유명인사
• 음악가 : 바흐,하이든, 모짜르트, 슈베르트, 요한 스트라우스, 브람스,
아놀드 쉰베르크
• 철학자 : 루트비히 비트겐슈타인, 폴 파이어아벤트, 칼 포퍼, 지그문트
프로이드(심리학)
• 과학자 : 괴델(불완전성 원리)
• 기 타: 피터 드러거(경영), 프리드리히 폰 하이에크(경제)

➢ ASSET 5.0 Tutorial(17min 4sec.)

SUBHYDROFOILSWATH
MONOCVMONOLAMONOSC
ASSET에 대하여……
➢ Advanced Surfaced Ship and Submarine Evaluation Tool(ASSET)
ASSET is a family of integrated, interactive computer-based design tools used during early
stage design to calculate and balance the ship characteristics which are size and cost drivers
➢ Family Of Programs
(Stand-Alone but w/API)
• U.S. Govt. agencies and contractors only
distributed by NSWC-CD Code 223
1000~12000ton, but not
robust less than 3000~ 4000ton
• NSWCCD, “ GETTING STARTED & TUTORIALS of ASSET“, ASSET V.4.6
• Andrew J. Gillspy, “Integrated Design of Semi-Displacement Patrol Cratt”, MS thesis at MIT, 2008
• M. D. Devine, “ASSET-A computer aided engineering tool for the early stage design of advanced marine vehicle”, AIAA 8th Advanced Marine Systems Conference, Sept. 1986
• Corey Kerns, “Naval Ship Design and Synthesis Model Architecture Using a Model-Based System Engineering Approach”, MS thesis at VT, April 2011
• SPAR, “Linking with CAD systems”, April 2007
• Chris Mahonen, “Automating Early Stage Submarine Design : Development of the submarine concept design(SUBCODE) program”, ASNE Day 2007
Version 4.0~
Version 6.0
* A reasonable degree of accuracy and fidelity* Modular development for reducing cost, simple maintenance and fast evaluation
ASSET engineering concept is easily extendable to other ship concepts, and can easily be adapted to the commercial such as bulk carrier, tankers, RO/ROs
* Unusable for past craft design less than 1000 tons
* Currently not available for distribution

• Alan J. Brown, “Ship Design Course Material“, Virginia Tech

➢ ASSET Development History
➢ ASSET Source Code Tools
FORTRAN, Visual C++/C w/MFC, Visual Basic
* 500,000 lines of source code(V4.2)
• Late 1972 : HANDE Development Phase 0 by Boeing contracting w/ the Hydrofoil Office of the David W. Taylor
Naval Ship Research and Development Center (DTNSRDC)
• 1975 : HANDE Phase 1 assembled the bulk of the software development
• 1977 : HANDE program, Version 0.0 first version delivered to the Navy with nearly 30,000 man-hours
• 1982 : ASSET Version 0 with the installation of the program on the DTNSRDC computer and the publication
of a complete set of supporting documentation. * began actual evolution named ASSET in 1980 after delivery
• 1983 : ASSET Version 1 made fully operational on the DTNSRDC system. ASSET Version 1.1 program
operational installed MONOSC, SWATH, HYDROFOIL
• 1986 : ASSET Version 2 merging with NAVSEA programs(e.g., Destroyer Synthesis Model(DD08), CV03, SWATY)
into the ASSET/MONOSC program
• Early 1990s : ASSET version 3 improving synthesis algorithm and including major ship machinery like propulsion plants
• 1995 : ASSET version 4 under Microsoft Windows NT or Windows 95 introducing MONOCV and MONOLA
Version 4.1 in July 1997, 4.2 in October 1997, 4.3 in September 1998, 4.4 in February 1999, 4.5 in April 2000, and 4.6 in October 2000
• 2003 : ASSET Version 5 with new data model, Submarine module and LEAPS
• Late 2000s : ASSET Version 6 with enhanced capabilities
* Robert W. Schuler., “Delta between NAVSEA's ASSET software development life cycle and canonical life cycle models”, April 20010
; Hydrofoil ANalysis and Design program

➢ Data Structure : Model Parameter List(MPL)
• Multi-tier(4) and tree-type(3) hierarchy
- The highest tier : the entire ship level
- The next tier : primary groups subdividing into secondary groups
- the lowest tier : lowest-level group subdividing into
Parameters only containing actual data
• M. D. Devine, “ASSET-A computer aided engineering tool for the early stage design of advanced marine vehicle”, AIAA 8th Advanced Marine Systems Conference, Sept. 1986
SHIP
Hull Propulsion Electric
Main Engine Secondary Engine Transmission Propeller
GT
ENG. TYPE IND
2
MAIN NO. ENG
20,500
Conti. Fuel Avail
0.435
MAIN SFC
• MPL intends to loosely follow the SWBS
• Data type : scalar, array, indicator, matrix, string
Ship Level…..
Group Level…..
Sub-Group
Level…..
Parameter
Level…..

➢ Data Formats in install package

➢ Reverse Engineering needed to figure out how ASSET does work
“완성품을 분석하여 제품의 기본적인 설계개념과
적용기술을 파악하고 재현하는 분야”
i.e., 설계개념→개발작업→제품화의 역순
단, 지적재산권 침해 우려가 있음

➢ 그래픽 사용자인터페이스(GUI)
Command Box

•Open Editor : edit the data structure
called by MPL such as  
requirements and P+A, etc.
•Payload and Adjustments : P+A editor
•Manning and Accommodations : input
Manning
•Run: Execute modules
•Synthesis : Synthesis designs
•Select Reports: Selects a
module to print reports
•Machinery Module Wizard :
Easy UI to define machinery sets
•Use : select existing MPL
•Modify : save current ship
•Export : export ASSET
design result to others
•3D View: view design
results in 3D
•Surface to Offsets :
send offsets to LEAPS

Select a synthesis module and an analysis modules
Whenever all required inputs are not available, the box
prompts. For successful execution, user must check any
MPL or setting related. If click ‘yes’, below prompts.
MPL editor after ‘ERROR’ prompt above.
Select desired printed reports and/or graphic reports. Highlight any
preference, then click ‘RUN’. ‘Right click’ to get the information on all the parameter

➢ Execution Sequence of ASSET V6.0 : A Design Spiral Manner
• NSWCCD, “ GETTING STARTED & TUTORIALS of ASSET“, ASSET V.4.6 
Justine W. Strock, “Methods for naval ship concept exploration interfacing model center and ASSET with machinery system tools”, MS thesis at VT, 2008

➢ Execution Sequence of ASSET V6.0 : A Design Spiral Manner
• NSWCCD, “ GETTING STARTED & TUTORIALS of ASSET“, ASSET V.4.6 
• Input : target GM/Beam
• Output : Hull offsets
• Input : Deck/BHD layout
• Output : Volume, Area, etc.
• Input : extent of Deckhouse(aft, fore, athwartships)
• Output : arrangeable area
• Input : select Navy and ABS criteria
• Output : Scantlings and 100group weight
• Input : define anything outside the molded hull form
• Output : weight, buoyancy, surface area, drag, etc. of appendages
• Output : EHP after defining hull form and appendages
• Input : EHP
• Output : propeller coefficient, RPMs and SHP
• Input : Engine library by a wizard
• Output : Machinery arrangement, endurance, speed and electrical load,
200/300 group weight, fuel weight required
• Input : define equipment used
• Output : 500/600 group weight
• Sum up all the information
provided by other modules.
use weight ration equation
to parent ship(not for all)
• Print design reports
• Synthesis and convergence
study less than 0.01
• Hydrostatic, Seakeeping
Analysis not save in ASSET D/B
* After 80~150 design runs, ASSET would crash,
every 100 designs would need to reopen ASSET
* It runs by a manner of design spiral, not automatic.
4~5min. for each design. 6~7days for optimization
* ASSET does not provide an optimizer, only produce
one balanced ship design for a given input parameter.
Initialization(starting point)

➢ ASSET and Model Center(PIDO) through API
Application Programming Interface
 

➢ Design Structure Matrix(DSM) of ASSET
• Corey Kerns, “Naval Ship Design and Synthesis Model Architecture Using a Model-Based Systems Engineering Approach “, MS thesis of VT, April 2011
Feedback Loop

➢ 기본기능(5)
1. Retrieve data from current model
2. Check that all required inputs are available, If not,
prompt user for missing inputs
3. Perform required computations
4. Generate printed and graphic output as requested
5. Update current model data (not all modules)

ASSET TUTORIAL : A case of FRIGATE concept design
➢ Design Requirements
• Ship Type : Frigate
• Ship Performance : Sustain Speed 24kts, Endurance 4,000nm @18kts
• Combat System : 1x32 cell VLS, 1x76mm gun, 2xCIWS(1 fwd, 1 aft), 1xSQ5-56 Sonar, 2xLAMPS III
Helos with hanger, landing area, stores and ammo, 1xSPS-49 2-D Air search radar, 1xMK X11 AIMS FF,
1xMK 92 FCS, 1xSPS-67 Surface search radar, 1xSQQ-89 Underwater Fire Control, 1xSQR-19 TACTAS,
1xSLQ-25 NIXIE2, 2xMK 32 SVTT Triple torpedo tubes
• Propulsion Plant : 2xShafts, 2xMain Machinery Rooms(MMRs) w/ at least 1 compartment separation,
4xMain D/E, 2xAuxiliary Machinery Rooms(AMRs), 4xD/G sets
• Manning
• Inboard Profile : preliminary estimate of ship’s length abt. 131m, Draft abt. 4.8m
• All other systems as appropriate for a U.S. Navy Frigates
Ship’s Crew Aviation Detachment
Officers 12 6
CPO 15 1
Other Enlisted Man 140 13

➢ Step 1 : Start ASSET
Choose a ship-type-specific program from ASSET’s
family of programs
Attach the data bank pertaining design information
• Save current design
Confirm whether a proper ship type selects. i.e., MONOSC
Save current design with a specific filename. After every execution of
modules, save the current code to avoid confusion
msc***.bnk means the *** version of ASSET which user may run

➢ Step 2 : Define Requirement, Payload(weapon and combat sys.) and Adjustments
Weight, arrangeable area and electric load
User can select the others. This automatically loads payloads from data
bank or components

Input mission requirements
SHIP TYPE IND : SC
DESIGN MODE IND : ENDURANCE
ENDURANCE DEF IND : USN
ENDURANCE : 4000nm
SUSTN SPEED IND : GIVEN
SUSTN SPEED : 24kts
ENDUR SPEED IND : GIVEN
ENDUR SPEED : 18kts
AVIATION FACILITIES IND : MINOR AVN
EMBARKED COMMANDER IND : NONE
* In MPL, 1E+036 represents default values
Edit P+A or load P+A from existing ships as in previous page
Input manning
Crew(12/15/140)
Air detachment(6/1/13)
➢ Step 2 : Define Requirement, Payload(weapon and combat sys.) and Adjustments
Weight, arrangeable area and electric load

➢ Step 3 : Run HULL GEOMETRY Module
HULL OFFSETS IND : GENERATE (GENERATE/GIVEN)
DRAFT : 4.8m (estimated)
HULL DIM IND : B+D+T
LBP : 131m (estimated)
PRISMATIC COEFF : 0.5782
MAX SECTION COEFF : 0.8022
HULL BC IND : DDG51
HULL CONT NO DECKS : 1
HULL CONT DECK HT : 3.0
Error
Error
Error
If any modification on HULL GEOMERY is needed, user need to edit MPL using ‘Open Editor’ below ‘EDIT’ menu bar
Edit
IN MPL, modify
HULL FLARE ANGLE : 0→10
Run &
Report

➢ Step 4 : Run HULL SUBDIVISION Module
MR TYPE TBL : AMR-MMR-MMR-AMR
MR BHD SEP ARRAY : 1-2-1
error
error
HULL SUBDIV IND : CALC (option: CALC or GIVEN)
Run &
Report

➢ Step 5 : Run DECKHOUSE Module
DKHS GEOM IND : GENERATE
DKHS MTRL TYPE IND : ALUMINUM
BLAST RESIST IND : 3 PSI
DKHS SIZE IND : MAX
error
error
In MPL, modify
DKHS AVG SIDE ANG : 0 -> 10
Run &
Report
Edit

➢ Step 6 : Run HULL STRUCTURE Module
HULL LOADS IND : BM CONSTANT
BOT PLATE LIMIT IND : CALC
FRAME SPACE : 2.44m
DECK SUPPORT LOC ARRAY : 0.35(Row1)
DECK SUPPORT TYPE TABLE :
GIRDER(Row1)
BOTTOM FLOOR SPACING : 5m
STIFFNER SHAPE IND : CALC
No error,
Edit
error
In MPL, modify
GDR SPAN FACTOR : 0.7 -> 0.35
Run &
Report

➢ Step 7 : Run APPENDAGE module
BILGE KEEL IND : PRESENT
SKEG IND : PRESENT
NO PROP SHAFTS : 2
SHAFT SUPPORT TYPE IND : OPEN STRUT
SONAR DOME IND : PRESENT
RUDDER TYPE IND : SPADE
SONAR DISP : import from ‘FRIGATE’
SONAR CB ARRAY : : import from ‘FRIGATE’
error
error
No error,
report

➢ Step 8 : Run RESISTANCE module
PRPLN SYS RESIST IND : CALC
SONAR DRAG IND : APPENDAGE
FRICTION LINE IND : ITTC
RESID RESIST IND : TAYLOR
PROP TYPE IND : CP
THRUST DED COEF : import from FLIGHT I SHIP DATA
TAYLOR WAKE FRAC: import from FLIGHT I SHIP DATA
SONAR SECT AREA : import from FRIGATE SHIP DATA
SONAR DRAG FAC ARRAY: import from FRIGATE SHIP DATA
WORM CURVE IND : DD CALC
error
error
No error,
report

➢ Step 9 : Run PROPELLER module
PROP SERIES IND : TROOST
PROP DIA IND : CALC
PROP AREA IND : CALC
PROP LOC IND : CALC
error
No error,
report

➢ Step 10 : Run Machinery module using the Wizard

MACHY TRUNK SIZE IND : CALC
SONAR KW : import from FRIGATE SHIP DATA
AUX BOILER TYPE IND : ELECTRIC
SHIP FUEL TYPE IND : DFM
Run &
report
In MPL, modify
DUCT SILENCING IND : NONE
SEP SS GEN IND : 3
DIESEL ENG MOUNT IND : COMPOUND
HULL CLR ARRAY : 1m for each direction
MACHY KG IND : GIVEN
MAIN ENG KG ARRAY : 0.4, 0.45 for fwd and aft M/E
SS ENG KG ARRAY : 0.35, 0.45 for fwd and aft M/E
Edit

➢ Step 11 : Run AUXILIARY SYS module
Run &
report

➢ Step 12 : Run WEIGHT module
SHOCK FNDTN IND : SHOCK (Shock or No Shock)
MAST TYPE IND : MAST (MAST or MACK)
SONAR WT ARRAY : import from FRIGATE SHIP DA
SONAR KG ARRAY : import from FRIGATE SHIP DATA
SHIP LCG INPUT IND : CALC
error
Run &
report

➢ Step 13 : Run SPACE module ← End of synthesis modules
SONAR AREA ARRAY : import from FRIGATE SHIP DADA
HAB STD IND : NAVY
error
Run &
report

➢ Step 14 : Run Synthesis

➢ Step 15 : Run Design Summary
* Then, user must design refinement and
modification by editing MPL data

➢ ASSET Examples(13) contained within ASSET v5.0
MONOSC(4)
MONOCV(3)

MONOLA(6)
Modifying or changing existing designs may support new ship designs possibly.

➢ Step 16 : Run Analysis Modules

ANSWER
무엇에 쓰는 물건인고? (1)
• 강신장, “오리진이 되라”, 쌤앤파커스 2010

ANSWER

WARSHIP21에 대하여……
Human System Integration↘
<Complete the design of a new ship>
➢ A new ship design all by dialogue boxes

➢ Vulnerability study
①
②
③
⑤
ALT+’Left click’ : move the aim point of a weapon
‘Right click’ : designate the vital area
④

➢ Military Effectiveness study
• INPUT : Scenario, Ship characteristics(Ship inputs), Costs,
Threats, Jamming
• OUTPUT : MOE vs. Scenario
* Further study would be needed.

* References from Alion : MOTISS may seem an enhanced WARSHIP 21
* http://www.alionscience.com/Technologies/Simulation-and-Visualization/
MOTISS

“What if?” Study
➢ 해야만 하는 일, 하고 싶은 일, 할 수 있는 일, 그리고 부족한 (배워야 할) 능력이 무엇인지? ← 관찰
: Selection and Focus
- 美 해군의 경우에도 1972년 ASSET의 전신인 HANDE 개발 이후 약 40년간 현재까지 전산기반 설계도구와
통합프레임웍 개발에 적극 투자 중 (NSWCCD 주관) (많은 시행착오, 막대한 투자, 복수기관 참여 등)
Then,
“Need” “Ability” “Gap”“Want”
- 공동의 관찰을 토대로 목표를 수립하고 현재의 부족한 능력을 키워(메워) 나가기 위한 방안, 그리고
목표 달성을 위한 진화적 Roadmap(목표달성 Timeline) 제안
* 목표에 대해 대략적인 이미지만 갖고 있다면 그것은 실현 불가능한 추상적인 일로 남을 뿐이므로,목표를 실현하기 위해
해야 할 모든 일을 상세히 적고 구체화 시켜야 함. 할 수 있는 일·하고 싶은 일·배워야 할 일을 구분하고, 부족한 능력을
키워나갈 방법을 찾아가야 함
• 로랑 구넬, “가고 싶은 길을 가라”, 조화로운 삶 2009

➢ 외형적 결과(Visual)보다는 내실 있는(Logical and Effective) 공학적 분석에 우선해야…
- “GUI를 얼마나 화려하게 만들까? 얼마나 많은 기능을 가져야 할까?”라는 고민보다는
얼마나 논리적이며 정교한 공학적 모델 구축과 최적화가 가능할지에 대한 고민 우선 : Practical and Accurate
La Paz Golf Course(해발 3342m) - Bolivia

➢ 강건하나 심플한 데이터구조와 개방형 구조(OSA), 모듈식, COTS 사용을 기본 개발방향으로…
: Simple but Robust
- 전용프로그램 개발보다는 COTS(상용프로그램) 기반의 시스템 개발이 여러 측면에서 유리
* Inexpensive initial acquisition cost, quick implementation time, immediate use after purchase and more flexibility with current technology solution
•http://www.galciv2.com/twilight/
•: Galactic Civilizations II: Twilight of the Arnor

➢ 아무리 잘 만들고 멋진 프로세스/프로그램이라 해도 市場이 찾지 않으면...
- 목표고객(Target Customer)과 그들의 요구사항이 뭔지에 대한 면밀한 시장조사
필요 : Market friendly

- 설계 단계별 목표(결과물의 양과 질)에 대한 기본 원칙 우선 수립과
공감대 형성 필요 : Rigid and Open-minded
Naval Vessel
Total Ship
Computing
Environment
Air & Water Craft
Capability
Core Systems
Crews
Mission Modules
가능성 검토
개념설계
초기설계
계약설계
상세설계 및 함 건조

➢ 개발 초기부터 System Engineering Approach를 통해 개발 프로세스모델 구축 필요
- EIA/IS 632 또는 IEEE12201 등 기반 요구조건 개발/추적, 일정관리, 위험관리, 성능추적 활동 등 병행

➢ Selection and Focus
➢ Practical and Accurate
➢ Simple but Robust
➢ Rigid and Open-minded
➢ Market Friendly
➢ System Engineering Approach
Conclusion
영화 ‘Dead Poets Society’ 키딩 선생님 왈 “Carpe diem”
• Distributions to ADD : ASSET Program, WARSHIP21 Program, Ship Constructor Program, Maestro Program, AHP/QFD/WBS Program,
NAPA Program, VT/NPS/MIT TSSE Course material 등 but 외부유출 불가

미해군의 설계조합도구인 ASSET 소개 및 사용법

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