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문제 정의
- 본 연구에서는 신규 무기체계 설비배치 시 기존 전력 기반 위에 신·구 전력의 전체 능력을 통합적으로 평가하여 최적의 설비배치를 결정할 수 있는 새로운 지역담당모형을 개발하였고, 이 모형을 이용하여 한국공군에서 추진중인 SAM-X 사업의 패트리어트 배치문제에 적용함으로써 그 활용방안을 제시한다.
- 따라서 본 연구에서는 새로운 지역담당모형의 개발과 더불어 다양한 형태의 조합최적화 문제들에서 이미 그 활용도를 인정받은 SA(Simulated Annealing) 알고리듬을 활용하여 대규모설비배치 문제에 대한 해 유도과정으로 구성하고 이 과정에서 야기되는 부분적인 제한사항들을 보완하였으며 여러 형태의 실험과 비교분석을 통해 메타휴리스틱 기법이 지역담당문제에 대한 일반 해법절차가 될 수 있음을 제안하고자 한다.
- 신뢰도모형은 부분담당문제를 보다 일반화시킨 형태로 식 (3)과 같이 표현할 수 있으며 주어진 자원한도를 초과할 수 없다는 제약하에 모든 설비들이 각 고객을 담당할 수 있는 전체확률을 최대화시키는 것을 목적으로 한다.
- 따라서 본 연구에서는 신뢰도모형을 적용한 대규모 배치문제에 SA를 도입하여 해 유도과정을 구성하고 그 효율성을 평가함으로써 메타휴리스틱 기법이 대규모 군사설비 배치문제를 위한 일반해법이 될 수 있는가를 판단하고자 한다
- 본 연구에서는 기존 전력(호크)의 운용환경에서 패트리어트와 같이 설치방향에 따라 서비스영역이 변경되는 설치특성을 지닌 신규전력의 추가배치 시 신․구 전력이 함께 발휘하게 될 통합방공능력을 최대화할 수 있는 지역담당문제를 구상하였다.
- 그리고 SAM-X 전력 규모 역시 사업추진 시부터 확정된 상태로 정해진 수량의 장비가 도입될 것이며, 각 후보지별로 설치비용이 다를 수는 있겠지만 이 비용차이로 인해 도입수량이 변경되지는 않을 것으로 예상된다. 따라서 이 문제는 여러 형태의 설비들을 제한된 수량만큼 배치하여 전체적인 고객담당을 최대화시키기 위한 조합최적화문제로 구성할 수 있다. 추가적으로 배치상황을 보다 세부적으로 구현하기 위해 유도탄의 설비특성을 반영한다면, 고객은 담당영역 내 인원과 시설이 되고 서비스의 대상은 적 공중위협이며 서비스 주체는 여러 유형의 유도탄 무기체계로 이중 일부 장비(패트리어트)는 설치방향에 영향을 받는 고유의 설치특성을 갖는다.
- 따라서 본 연구는 평시 신규전력에 대한 초도배치문제뿐만 아니라 전시나 긴급사태 등의 긴박한 환경에서 신속한 의사결정을 필요로 하는 극단적인 배치문제들에 오히려 그 활용도가 높을 것으로 판단된다. 그리고 이러한 의사결정과정에서 본 연구가 광범위하게 활용되기 위해서는 현실적인 모형구성뿐만 아니라 모형에 대한 신속한 계산체계가 구축되어야 할 것이며 이를 위해 본 연구에서는 복잡한 구조로 이루어진 비선형의 배치모형들에 대한 효율적인 해법절차에 대해 추가 연구하였다.
- 본 연구에서는 새로 제시한 병렬 신뢰도구조의 수리모형 식 (7)에 대한 해법으로 그 구조가 단순하면서도 전역탐색(global search)능력이 우수한 SA를 이용하여 기본적인 해법 알고리듬을 구성하고 이 과정에서 야기될 수 있는 부수적인 제한사항들을 파악하여 보완함으로써 대규모 배치문제에 대한 일반해법으로 제시하고자 한다
- 따라서 본 연구와 같은 대규모 배치문제나 상황이 긴박한 전력 재배치상황에 SA를 활용하기 위해서는 해의 질을 떨어뜨리지 않으면서 계산시간을 단축시킬 수 있도록 SA의 변형이 필요하였고 이를 위해 Yeun and Cho(1996)가 제안한 ASA(Accelerated Simulated Annealing) 알고리듬을 적용하여 대규모배치문제에 대한 해유도과정을 구성하였다. 또한 군사설비 배치문제의 특성상 세밀하게 구성된 제약조건들을 구현시킴에 따라 크고 복잡해진 해공간 내에서도 이웃해 선별과정을 효과적으로 수행할 수 있는 방안에 대해 추가 제시하였다.
- 본 연구에서는 신규전력 배치 시 기반전력과 연계하여 신·구전력이 발휘하게 될 전체 능력을 통합적으로 평가하여 설비배치를 결정할 수 있는 최적배치모형을 개발하였고 이 모형과 같은 대규모 군사설비 배치문제를 효과적으로 계산해내기 위해 SA를 응용한 새로운 해유도과정을 구성하였으며 이 연구를 이용하여 현재 한국공군에서 추진중인 SAM-X 사업의 배치문제에 적용함으로써 새로 도입할 패트리어트 전력배치를 체계적으로 판단할 수 있는 방법론을 제시하였다. 또한 추가적으로 지역담당모형의 개발과 효율적인 해법의 적용으로 양분화 되어 있는 기존 연구분야를 통합하여 연구 분석함으로써 SA와 같은 범용의 메타휴리스틱 기법이 신뢰도모형을 포함한 대규모 설비배치문제에 대한 일반적인 해법이 될 수 있음을 입증하였다.
가설 설정
- (5) 각 고객별, 위협별, 설비별, 후보지별, 방위각별 여건과 중요도는 모두 동일한 것으로 가정한다.
- (6) 이 배치문제에 있어 평가척도는 배치할 유도탄(설비)들이 적 공중위협(서비스 대상)으로부터 주어진 방어목표(고객)들을 전체적으로 얼마나 많이 보호(서비스)할 수 있느냐가 될 것이다.
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