운항 중인 선박의 구조 건전성 관리 기술은 센서 신호에 의존하는 만큼 설치할 수 있는 센서의 수와 위치에 제약을 많이 받는다. 이러한 어려움을 극복하기 위해, 디지털 트윈 개념을 제안하였으며, 이를 통해 계측 정보와 설계 정보를 통합하여 새로운 정보를 도출해내었다.
본 연구의 목표는 디지털 트윈 개념을 활용하여 한정적인 계측 정보를 기반으로 전체 선박의 구조 건전성을 관리할 수 있는 방법론을 개발하는 것이다. 이를 위해, 운항 중 선박의 운동 및 구조 응답 계측 정보를 활용하여 선박에 작용하는 방향파 스펙트럼을 추정하였다. 그리고 계측 정보를 보완하기 위해 추정한 방향파 스펙트럼과 선박 모델의 Response Amplitude Operator(RAO)를 이용하여 미계측 위치에서의 구조 응답을 추정하는 방법론을 개발하였다. 선박에 작용하는 방향파 스펙트럼을 추정하기 위해, 베이지언 추론 기반의 확률론 최적화 기법인 Markov-Chain Monte Carlo(MCMC) 시뮬레이션을 도입하였다.
미계측 위치의 구조 건전성을 평가하기 위해, 추정한 방향파 스펙트럼과 설계 정보를 결합하여 미계측 위치의 구조 응답을 추정하였다. 추정한 구조 응답을 이용하여 미계측 위치에서의 누적 피로 손상도를 추정하였다. 마지막으로, 추정한 누적 피로 손상도 정보와 설계 피로 손상도 정보를 통합하여, 선박의 남은 운항 기간 동안 발생할 수 있는 피로 손상도를 예측하였다.
제안한 방법론을 검증하기 위해 13,000TEU 컨테이너선의 수치 해석 정보와 실선 계측 정보를 사용하였다. 제안한 방법론을 수치 해석 예제에 적용한 결과, 센서가 설치되지 않은 위치의 응답을 정확하게 추정하는 것을 확인하였다. 또한, 불확실성 요소를 포함한 실선 계측 정보에 적용한 결과의 정확도는 허용 가능한 수준임을 확인하였다.