[논문]시뮬레이션 기반 조선소 레이아웃 설계 시스템 개발

송영주; 이동건; 우종훈; 신종계

doi:10.3744/snak.2008.45.4.441

시뮬레이션 기반 조선소 레이아웃 설계 시스템 개발
A Shipyard Layout Design System by Simulation 원문보기

大韓造船學會論文集 = Journal of the society of naval architects of korea, v.45 no.4, 2008년, pp.441 - 454

송영주 (서울대학교 조선해양공학과) , 이동건 (서울대학교 조선해양공학과) , 우종훈 (㈜지노스) , 신종계 (서울대학교 조선해양공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Shipyard design and equipments layout problem, which are directly linked with the productivity of ship production, is an important issue serving as reference data of production plan for later massive production of ships. So far in many cases, design of a shipyard has been relying on the experienced engineers in shipbuilding, resulting in sporadic and poorly organized processes. And thus, economic losses as well as trials and errors in that accord have been pointed out as inevitable problems. This paper extracts a checklist of major elements to fine tune the shipbuilding yard designing process and the input/output data based on the simulation based shipbuilding yard layout designing framework and methodology proposed in existing researches, and executed initial architecture to develop software that integrates all the relevant processes and designing tools. In this course, both user request and design data by the steps are arranged and organized in the proposed layout design template form. In addition, simulation is done based on the parent shipbuilding process planning and scheduling data of the ship product, shipbuilding process and work stage facilities that constitute shipbuilding yard, and design items are verified and optimized with the layout and equipment list showing optimal process planning and scheduling effects. All the contents of this paper are based on simulation based shipbuilding yard layout designing methodology, and initial architecture processes are based on object oriented development methodology and system engineering methods.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 현재의 기술 동향과 산발적으로 발생하는 조선소 레이아웃 설계에 대한 요구사항을 바탕으로, 유연 레이아웃(Flexible Layout)방법론 (Benjjafar and Sherikhazadeh 2000)과 국제 시스템 공학회(INCOSE 2002)에서 제안된 시스템 엔지니어링 표준인 ISO/IEC 15288 에 기반한 “시뮬레이션 기반 조선소 레이아웃 설계 프레임워크” 방법론을 제안한바 있으며, 본 논문에서는 해당 방법론을 바탕으로 개별 프로세스의 사용자 요구사항을 구조화하고 사용자 행위에 기반한 프로세스를 도식화하였으며, 레이아웃 설계에 있어 데이터의 입출력 관계 및 개별 프로세스 내의 주요 측정 기준(metric)을 제시하고자 한다.

제안 방법

3.1 절에서 언급한 시스템 요구사항을 기술한 후(Fig. 10), 각 유스케이스의 이벤트 흐름을 상세화할 액티비티 다이어그램(Activity Diagram)을 설계하였다.(Fig.
4.1 절에서 논의한 사용자 인터페이스(User Interface)의 기능 요구조건에 따라 화면을 설계하였다. 화면에서 제안하는 모든 메뉴(menu)는 조선소 레이아웃 프로세스에 근거하여 구성되며, 레이아웃 설계의 주요 분기점(milestone) 마다 이전 프로세스로 회귀(recursive flow)가 가능하도록 시스템 흐름이 준비되어야 한다.
개별 작업장의 요구면적은 설비의 면적을 통산하여 산출하며, 조선소의 입지 환경을 분석하여 공정/공장의 배치 가능성을 테스트한다. 또한, 조선소 내의 레이아웃 변경에 유연하게 대응하며, 물류 비용을 최소화하기 위해 조선소 내의 주(主) 도로(Spine-Road)기점의 모듈 기반(ModuleBased layout)의 작업장 배치를 실현한다(Fig.
기본적으로 SOA(Service Oriented Architecture, 서비스기반아키텍처)와 ooCBD(object oriented component based design) 기법을 활용하였으며, 크게 근접성기반 최적배치 시뮬레이터, 공장물류 분석 시뮬레이터를 시스템 객체로, 조선소 레이아웃 설계의 프로세스를 리딩할 수 있는 UI(userinterface), 참조 조선소 데이터와 참조 실적 호선 정보에 접근하며 데이터를 PPR-S 기반으로 관리하여 줄 시스템으로 통합 시스템을 구성하였다.
기본적으로 조선소의 물류 흐름을 분석하여 작업장을 구상하고(Activity, Flow, Space Based Work-stage Design) 개별 공정별 특성을 고려하여(Job/Batch/Flow Shop) 개별 작업장간의 상관도 분석(ARC, Activity Relationship Chart) 을 통해 공정을 설계한다. 또한 설계되는 조선소가 생산하고자 하는 선종 및 목표 생산 능력을 기준으로 선대/Dock 의 능력과 블록 생산 능력을 결정한 후, 작업장의 능력을 결정하며(Work-stage’ s LoadBalancing), 설계된 공정 능력에 부합되도록 설비의 종류와 대수를 결정한다.
또한 설계되는 조선소가 생산하고자 하는 선종 및 목표 생산 능력을 기준으로 선대/Dock 의 능력과 블록 생산 능력을 결정한 후, 작업장의 능력을 결정하며(Work-stage’ s LoadBalancing), 설계된 공정 능력에 부합되도록 설비의 종류와 대수를 결정한다.
11) 각 이벤트 흐름의 가변성과 예외 항목이 포함된 조건 로직(Conditional logic)과 반복 로직(Recursive logic)을 함께 기술하였으며, 이벤트가 실행되기 이전 갖추어야 할 필요조건을 함께 명시하였다. 또한, 사용되는 용어를 구체화 (Fig. 12)하여 차후 제품 설계시 혼돈을 막을 수 있도록 하였다.
개별 작업장의 요구면적은 설비의 면적을 통산하여 산출하며, 조선소의 입지 환경을 분석하여 공정/공장의 배치 가능성을 테스트한다. 또한, 조선소 내의 레이아웃 변경에 유연하게 대응하며, 물류 비용을 최소화하기 위해 조선소 내의 주(主) 도로(Spine-Road)기점의 모듈 기반(ModuleBased layout)의 작업장 배치를 실현한다(Fig. 3). 작업장 설계가 끝나는 시점과 조선소 설계가 완료되는 시점에서는 이산 사건 기반의 물류 시뮬레이션을 수행하여 계획 선종의 종류(Product Mix) 및 계획 생산 능력을 가상 조선소 내에서 테스트하여 조선소의 설계 능력을 검증하며 필요한 경우 반복적인 재설계 과정(Recursive flow) 을 거쳐 조선소 레이아웃의 최적해를 찾아내며 설계 종료 시점에서는 디지털 모델을 통해 분석된 계획 생산능력 결과와 조선소 설계에 요구되는 설비 목록 및 관련 원가 정보를 리포팅 한다(Shin and Sohn 2001).
본 논문에서는 2.1 절에서 언급한 “유스케이스 주도형 서비스 기반 아키텍처의 통합 소프트웨어 설계 방법론” 과 본 절에서 언급한 “시뮬레이션 기반 조선소 레이아웃 설계 방법론” 에 기반한 통합 소프트웨어 초기 설계 과정을 언급한다.
본 논문에서는 서비스, 유스케이스 기반 소프트웨어 아키텍처 방법론(SOA, Usecase driven software architecture)에 기초하여 시뮬레이션 기반 조선소 레이아웃을 수행하고자 하는 사용자의 유스케이스를 분석하여 시스템 흐름 및 기능을 구조화하였으며, 통합 소프트웨어 개발을 위한 초기 아키텍팅을 수행하였다.
제품 개발을 위한 체크리스트 및 사용자 시나리오에 기반하여 시스템 흐름을 구조화하였으며, 전체 시스템을 크게 데이터 웨어 하우스(Data Warehouse)와 통합 설계 관리 시스템, 사용자 환경으로 구성하였다.

대상 데이터

데이터 웨어 하우스는 목적 조선소의 데이터 형성에 필수적인 참조 조선소 및 실적 호선 정보, 설비 3D 데이터로 구성되어 있으며, 쓰기/삭제 기능은 금하며, 데이터의 조회/복사의 속성만을 부여하였다. 또한, 참조 조선소/실적 호선의 정보는 특정 정보 값으로 조회가 가능하며 데이터는 그룹핑되어 선택/저장된다.

성능/효과

개발되는 제품은 제안한 PLM 과 DM 의 철학내의 이산사건 기반 시뮬레이션-시나리오 테스트를 수행할 수 있어 기존의 정성적인 조선소 레이아웃 설계의 방식을 개선할 수 있으며, 조선소의 여러 선종(Product-mix) 의 정보에 따라 유연하게 대응할 개별 전략을 검증할 수 있다.
설계자는 설계 과정에서 모델링된 가상 조선소의 생산 공정을 시뮬레이션 하여 조선소 라이프 사이클을 분석할 수 있으며, 최적의 생산 이윤을 보이는 생산 전략을 결정하고, 필요한 경우 조선소 레이아웃의 설계 사양을 변경할 수 있다.

후속연구

또한, 1. 고객 요구사항 분석 으로부터 17.시나리오별 원가 분석 자료 리포팅 의 액티비티를 수행하면, 각 규칙에 따라 조선소 레이아웃프로세스 내의 정보가 조직되며, 차후 해당 내용에 근거하여 시뮬레이션 기반 조선소 레이아웃 설계 제품이 개발된다.
1 절에서 언급한 “유스케이스 주도형 서비스 기반 아키텍처의 통합 소프트웨어 설계 방법론” 과 본 절에서 언급한 “시뮬레이션 기반 조선소 레이아웃 설계 방법론” 에 기반한 통합 소프트웨어 초기 설계 과정을 언급한다. 이는 최근 조선업의 PLM,DM 의 발전과 맞물려, 조선소 레이아웃 설계를 한층 업그레이드 해줄 수 있는 제품과 기술이 될 것이라고 기대한다.
16 에 사례를 제시하였다. 차후, 사용자 인터페이스와 서비스 소프트웨어모두는 PPR-S Managing software 연계되며, 데이터 입출력의 호환 성을 위해 개별 어댑터가 개발되어 삽입될 것이다.
현재 설계 소프트웨어간 인터페이스 및 사용자 인터페이스 개발이 수행되고 있으며, 차후 조선소의 공정 모듈, 설비 3D 데이터 등을 데이터베이스의 선택 정보 항목으로 추가하는 등으로 통합 소프트웨어 개발을 진행할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	조선소의 생산능력은 무엇에 의해 결정되는가?	이는 일차적으로는 수주 물량 추가 확보를 위한 생산능력 증강을 위함이며, 다음으로는 조선산업의 설치 산업적인 특성에 기인한다. 즉, 조선소의 생산능력의 상당 부분은 보유 설비 목록 및 내역, 보유 토지의 면적 등에 의해 결정되기 때문이다.
	디지털 가상생산은 어떤 방법으로 이용되고 있는가?	그 중 디지털 가상생산(Digital Manufacturing)은 조선소의 제품, 공정, 설비, 생산 계획을 통합하여 디지털 가상 모델을 구축한 후, 현재의 제약 조건 하에서의 기업 전략의 사전 테스트/사전 검증 하는 방편으로 이용되고 있다.
	Data Warehouse는 어떤 시스템인가?	데이터 웨어 하우스는 목적 조선소의 데이터 형성에 필수적인 참조 조선소 및 실적 호선 정보, 설비 3D 데이터로 구성되어 있으며, 쓰기/삭제 기능은 금하며, 데이터의 조회/복사의 속성만을 부여하였다. 또한, 참조 조선소/실적 호선의 정보는 특정 정보 값으로 조회가 가능하며 데이터는 그룹핑되어 선택/저장된다.

참고문헌 (7)

A Taxonomy of Service Types for SOA, 2005, Randy Heffer, Forrester
Benjjafar, S. and Sherikhazadeh, M., 2000, Design of Flexible Plant Layout, IIE Trans, Vol. 32, No. 4, pp. 309-322

상세보기
INCOSE, 2002, ISO/IEC 15288 Systems Engineering System Life Cycle Process
Muther, R., 1973, Systematic Layout Planning, $2^{nd}$ 3d.,Cahners Books, Boston
Shin, J.G. and Sohn, S.J., 2001, “ An Evolutionary Simulation Based Design Methodology for a Multiple Jop-Shops Control System of Automated Manufacturing,” International Journal of Computer Integrated Manufacturing, Vol. 14, No. 4, pp. 385-398

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Song, Y.J., Lee, K.K., Lee, D.K., Hwang, I.H., Woo, J.H. and Shin, J.G.,, 2008, “ Development of a Design Framework for Simulation Based Shipyard Layout," Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 45, No. 2, pp. 109-122

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Woo, J.H., Oh, D.K., Kwon, Y.D. Shin, J.G. and Sur, J.N., 2005,“Simulation Modeling Methodology and Simulation Framework for a Construction of a Digital Shipyard,” Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 42, No. 4, pp. 411-420

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