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선박 건조 공정 시뮬레이션을 위한 모델링 방법론 및 시스템 아키텍처

Simulation Modeling Methodology and Simulation System Architecture for Shipbuilding Processes

한국CAD/CAM학회논문집 = Transactions of the Society of CAD/CAM Engineers, v.11 no.1, 2006년, pp.11 - 19  

오대균 (서울대학교 조선해양공학과) ,  이춘재 (서울대학교 공학연구소, (주)지노스) ,  최양렬 (서울대학교 공학연구소, (주)지노스) ,  신종계 (서울대학교 조선해양공학과) ,  우종훈 (서울대학교 조선해양공학과, (주)지노스)

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For several years, a research about the simulation for shipyard and shipbuilding has been performed. This research is based on the concept of PLM (Product Lifecycle Management) and DM (Digital Manufacturing). Global leading companies and research center are trying to get a good position of PLM, espe...

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문제 정의

  • 내업 사례에서는 내업의 한 달간의 생산 계획 보에 대한 시뮬레 이션을 수행하였다. 그리고, 그 기간에 대한 절단 설비와 소조립 작업장의 부하율, 구간별 강재/부재 대기장에 대한 용적률 변화를 추적하여 생산 계획 담당자가 이 결과를 참고하여 생산 계획 정보를 개선할 수 있는 효괴를 얻을 수 있도록 하였다. Fig.
  • 내업 사례에서는 내업의 한 달간의 생산 계획 보에 대한 시뮬레 이션을 수행하였다. 그리고, 그 기간에 대한 절단 설비와 소조립 작업장의 부하율, 구간별 강재/부재 대기장에 대한 용적률 변화를 추적하여 생산 계획 담당자가 이 결과를 참고하여 생산 계획 정보를 개선할 수 있는 효괴를 얻을 수 있도록 하였다. Fig.
  • 이는 본 논문에서 다루고자 하는 연구범위를 넘어서는 부분이기 때문에 시뮬레이션 입력 정보 획득 방법론에서는 다루지 않기로 한다. 다만, 본 논문에서는 시뮬레이션 결과의 신뢰성을 확보하기 위하여 검증을 원하는 기간보다 선행하는 적절한 기간에 대한 시뮬레이션을 포함함으로써 실제 생산 라인의 상황을 고려하지 않은 부분에 대한 부정확성을 보완하고자 하였다.
  • 이를 가능하게 하기 위해서는 서로 다른 환경에 있는 일정 계획 시스템, 미들웨어, 클라이언트, 시뮬레이션 엔진에 대한 비즈니스 로직을 처리하기 위한 서버 역할을 할 수 있는 시스템이 필요하다. 따라서, 본 논문에서는 자바 서블릿 및 자바 빈즈 기술을 이용하여 다양한 시뮬레이션 모델에 대한 지원 시스템으로서의 시뮬레이션 시스템 아키텍처 정의 및 프로토타입 작성을 목표로 하였다.
  • 이를 가능하게 하기 위해서는 서로 다른 환경에 있는 일정 계획 시스템, 미들웨어, 클라이언트, 시뮬레이션 엔진에 대한 비즈니스 로직을 처리하기 위한 서버 역할을 할 수 있는 시스템이 필요하다. 따라서, 본 논문에서는 자바 서블릿 및 자바 빈즈 기술을 이용하여 다양한 시뮬레이션 모델에 대한 지원 시스템으로서의 시뮬레이션 시스템 아키텍처 정의 및 프로토타입 작성을 목표로 하였다.
  • 오노사토는 [5]에서 가상 생산 시스템의 개념에 대해 소개를 하고 제조 분야의 다른 개념들과의 관계에 대하여 논하였다. 또한 가상 생산 시스템을 위해 필요한 요구조건들을 만족시키는 가상 생산 아키텍처를 정의하고 사례가 되는 시스템 개발에 대한 내용을 기술하였다. 오노사토[5]는 모든 가상 생산 시스템 은 다양한 하드웨어와 소프트웨어의 집합체이기 때문에, 모델링 및 시뮬레이션을 위한 기능적인 컴포넌트, 컴포넌트들 간의 인터페이스, 가상과 현실의 상호 작용, 시스템 인프라를 정의하는 시스템 아키텍처에 대한 개발이 요구된다고 하였다.
  • 특히 본 논문에서는 과제의 결과물 중 복잡한 선박 건조공정에 대한 시뮬레이션을 가능하게 할 수 있는 선박건조 공정 의 물류 시뮬레이션 모델 구축에 대한 시뮬레이션 모델링 방법론과 개발된 선박 건조공정에 대한 시뮬레이션 모델이 실제 조선소의 업무에서 효과적으로 사용될 수 있는 시뮬레이션 시스템 아키텍처를 소개하고자 한다. 또한, 조선소의 업무들 중 선박 일정 계획 업무에 적용하기 위한 시뮬레이션 방법론의 위치를 정립하고 소개된 방법론이 적용된 내업 및 옥외 물류 사례를 보이고자 한다.
  • 특히 본 논문에서는 과제의 결과물 중 복잡한 선박 건조공정에 대한 시뮬레이션을 가능하게 할 수 있는 선박건조 공정 의 물류 시뮬레이션 모델 구축에 대한 시뮬레이션 모델링 방법론과 개발된 선박 건조공정에 대한 시뮬레이션 모델이 실제 조선소의 업무에서 효과적으로 사용될 수 있는 시뮬레이션 시스템 아키텍처를 소개하고자 한다. 또한, 조선소의 업무들 중 선박 일정 계획 업무에 적용하기 위한 시뮬레이션 방법론의 위치를 정립하고 소개된 방법론이 적용된 내업 및 옥외 물류 사례를 보이고자 한다.
  • 본 논문에서 소개하는 내업, 옥외 시뮬레이션은 각각 주간/월간, 월간/년간 생산 물류에 대한 검증 및 예측을 목표로 한다. 선박 생산처럼 그 제조 과정 이 복잡한 시스템은 생산 정보가 하나의 시스템이 아닌 여러 시스템에서 생성되고 전달 되는 프로세스를 가지고 있다.
  • 본 논문에서 소개하는 내업, 옥외 시뮬레이션은 각각 주간/월간, 월간/년간 생산 물류에 대한 검증 및 예측을 목표로 한다. 선박 생산처럼 그 제조 과정 이 복잡한 시스템은 생산 정보가 하나의 시스템이 아닌 여러 시스템에서 생성되고 전달 되는 프로세스를 가지고 있다.
  • 본 논문에서는 선박 생산을 위한 시뮬레이션 모델링 방법론으로서 입력 정보 획득, 데이터베이스 연계, 모듈 라이브러리와, 시스템 측면에서 사용자 환경 구축을 위한 시뮬레이션 프레임워크에 대한 설명을 하고 패널라인, 내업, 옥외 공정에 대한 사례를 소개 하였다. 본 연구에서는 특정 프로세스를 대상으로 프로토타입을 개발했는데, 이를 전체 조선소 설비와 프로세스를 대상으로 디지털 모델링 구현을 확대하고 검증하여 진정한 디지털 조선소를 구축할 계획이 남아있다.
  • 본 논문에서는 선박 생산을 위한 시뮬레이션 모델링 방법론으로서 입력 정보 획득, 데이터베이스 연계, 모듈 라이브러리와, 시스템 측면에서 사용자 환경 구축을 위한 시뮬레이션 프레임워크에 대한 설명을 하고 패널라인, 내업, 옥외 공정에 대한 사례를 소개 하였다. 본 연구에서는 특정 프로세스를 대상으로 프로토타입을 개발했는데, 이를 전체 조선소 설비와 프로세스를 대상으로 디지털 모델링 구현을 확대하고 검증하여 진정한 디지털 조선소를 구축할 계획이 남아있다.
  • 본 논문에서는 선박 생산을 위한 시뮬레이션 모델링 방법론으로서 입력 정보 획득, 데이터베이스 연계, 모듈 라이브러리와, 시스템 측면에서 사용자 환경 구축을 위한 시뮬레이션 프레임워크에 대한 설명을 하고 패널라인, 내업, 옥외 공정에 대한 사례를 소개 하였다. 본 연구에서는 특정 프로세스를 대상으로 프로토타입을 개발했는데, 이를 전체 조선소 설비와 프로세스를 대상으로 디지털 모델링 구현을 확대하고 검증하여 진정한 디지털 조선소를 구축할 계획이 남아있다. 또한 비즈니스 프로세스 분석을 통해 적용 개소 확대를 검토 및 시점별, 공정별 정확성과 운용성을 향상시켜 활용 효과를 극대화 시켜야 할 것이다.
  • 앞서 소개한 시뮬레이션 모델링 방법론 및 시뮬레이션 시스템 아키텍처를 각각 내업과 옥외에 대하여 적용한 실제 사례에 대해 소개 하고자 한다.
  • 앞서 소개한 시뮬레이션 모델링 방법론 및 시뮬레이션 시스템 아키텍처를 각각 내업과 옥외에 대하여 적용한 실제 사례에 대해 소개 하고자 한다.
  • 손석제回는 전산 시스템, 작업자, 설비가 혼합된 대규모 생산 시스템에 대한 복수 작업장 제어 시스템(multiple Job-shop control system)에 대한 이론적, 방법론 워크플로우를 작성하기 위해 객체 지향 방법론(Object Modeling Technology, OMT)과 시뮬레이션 기반 설계 (Simulation Based Design, SBD)에 대한 연구를 수행하였다. 이 연구를 통해 객체 지향 시스템 개발의 프레임워크를 활용한 진화적 시뮬레이션 기반 설계(evolutionary simulation based design)라는 새로운 개발 방법론을 제시하고 이 방법론을 복수 작업장 제어 시스템에 적용하여 선체 외판을 가공하는 조선소의 성형 공장에 대한 사례를 소개하였다.
  • 손석제回는 전산 시스템, 작업자, 설비가 혼합된 대규모 생산 시스템에 대한 복수 작업장 제어 시스템(multiple Job-shop control system)에 대한 이론적, 방법론 워크플로우를 작성하기 위해 객체 지향 방법론(Object Modeling Technology, OMT)과 시뮬레이션 기반 설계 (Simulation Based Design, SBD)에 대한 연구를 수행하였다. 이 연구를 통해 객체 지향 시스템 개발의 프레임워크를 활용한 진화적 시뮬레이션 기반 설계(evolutionary simulation based design)라는 새로운 개발 방법론을 제시하고 이 방법론을 복수 작업장 제어 시스템에 적용하여 선체 외판을 가공하는 조선소의 성형 공장에 대한 사례를 소개하였다.
  • 이러한 디지털 생산 방법론을 '고부가가치 선박 개발용 디지털 통합건조 공법개발' 과제'에 적용하였다. 특히 본 논문에서는 과제의 결과물 중 복잡한 선박 건조공정에 대한 시뮬레이션을 가능하게 할 수 있는 선박건조 공정 의 물류 시뮬레이션 모델 구축에 대한 시뮬레이션 모델링 방법론과 개발된 선박 건조공정에 대한 시뮬레이션 모델이 실제 조선소의 업무에서 효과적으로 사용될 수 있는 시뮬레이션 시스템 아키텍처를 소개하고자 한다. 또한, 조선소의 업무들 중 선박 일정 계획 업무에 적용하기 위한 시뮬레이션 방법론의 위치를 정립하고 소개된 방법론이 적용된 내업 및 옥외 물류 사례를 보이고자 한다.
  • 이러한 디지털 생산 방법론을 '고부가가치 선박 개발용 디지털 통합건조 공법개발' 과제'에 적용하였다. 특히 본 논문에서는 과제의 결과물 중 복잡한 선박 건조공정에 대한 시뮬레이션을 가능하게 할 수 있는 선박건조 공정 의 물류 시뮬레이션 모델 구축에 대한 시뮬레이션 모델링 방법론과 개발된 선박 건조공정에 대한 시뮬레이션 모델이 실제 조선소의 업무에서 효과적으로 사용될 수 있는 시뮬레이션 시스템 아키텍처를 소개하고자 한다. 또한, 조선소의 업무들 중 선박 일정 계획 업무에 적용하기 위한 시뮬레이션 방법론의 위치를 정립하고 소개된 방법론이 적용된 내업 및 옥외 물류 사례를 보이고자 한다.
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참고문헌 (10)

  1. 신종계, 이장현, 우종훈, '디지털 선박생산 (Digital Shipbuilding) 개념', 대한조선학회논문집, 제38권, 제1호, pp. 54-62, 2001 

  2. 우종훈, 이광국, 정호림, 이장현, 신종계, 권영대, '디지털 조선소 구축을 위한 물류 모델 프레임워크', 대한조선학회 춘계 학술대회 논문집 pp. 436-448, 2004 

  3. 신종계 , 'Introduction to Digital Shipbuilding', 한국 CAD/CAM 학회 Workshop 자료집, 한국 CAD/CAM 학회, pp. 299-340, 2001 

  4. Shin, J. G and Sohn, S. J., 'Simulation-Based Evaluation of Productivity for the Design of an Automated Fabrication Workshop in Shipbuilding', Journal of Ship Production, Vol. 16, No.1, pp. 46-59, Feb. 2000 

  5. Iwata, K., Onosato, M., Terarnoto, K. and Osaki, S., 'A Modeling and Simulation Architecture for Virtual Manufacturing Systems', Annals of the CIRP, Vol. 44, pp. 399-402, 1995 

  6. IMTl, lnc., 'Integrated Manufacturing Technology Roadmapping Project - Modeling & Simulation', http://www.lMT121.org, 2000 

  7. Dahmann, J., 'High Level Architecture - Overview and Rules', http://www.dmso.mil/, Sept. 1997 

  8. 홍윤기, 권순종, '생산 시스템 시뮬레이션을 위한 High Level Architecture/Run-time Infrastructures의 적용', IE Interfaces, Vol. 13, No.3, pp. 528-538, September 2000 

  9. 이상헌, 이찬우, '상위체계구조를 이용한 컨테이너 터미널 운영방안 연구', IE Interfaces, Vol. 17, No. 1, pp. 128-141, March 2004 

  10. Pace, D. K., 'Verification, Validation, and Accreditation (V V&A)', in Applied Modeling and Simulation: An Integrated Approach to Development and Operation, D. J. Cloud and L. B. Rainey, eds., pp. 369-410, McGraw-Hili, New York, 1998 

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