생산시스템의 유연성과 효율성을 동시에 만족시키기 위한 자재취급 시스템으로써 AGV 시스템을 사용한다. AGV 시스템은 전체 생산시스템의 성능을 결정하는 중요 요인으로써 최적 설계안의 도출이 필수적이다. 일반적으로 상용 시뮬레이션 소프트웨어를 이용하여 AGV 시스템 설계 검증이 이루어지고 있지만, 이러한 검증 과정을 신속히 처리하기 위한 일련의 절차에 대한 개발이 필요하다. 본 연구에서는 근사최적화된 일방향 흐름 경로와 다양한 운영 파라미터를 고려할 수 있는 일방향 AGV 시스템 시뮬레이터의 아키텍처를 제시 및 개발 하였다. 개발된 AGV 시스템 시뮬레이터는 Java를 기반으로 개발되었으며, 타부탐색을 이용한 근사최적 일방향 네트워크 설계를 지원하고, 사용자가 쉽게AGV 시스템의 설계 검증 및 대안분석에 사용할 수 있도록 개발되었다. 사용자의 시스템 설계 운영 정보는 입력창을 통해 입력되며 이 정보는 레이아웃 생성기, AGV 운영계획 생성기, 통합 AGVS 생성기로 구성된 시뮬레이션 엔진에서 자동으로 AGV 시스템을 모델링 및 시뮬레이션을 하여 빠른 시간 안에 시뮬레이터 사용자에게 피드백을 제공한다.
생산시스템의 유연성과 효율성을 동시에 만족시키기 위한 자재취급 시스템으로써 AGV 시스템을 사용한다. AGV 시스템은 전체 생산시스템의 성능을 결정하는 중요 요인으로써 최적 설계안의 도출이 필수적이다. 일반적으로 상용 시뮬레이션 소프트웨어를 이용하여 AGV 시스템 설계 검증이 이루어지고 있지만, 이러한 검증 과정을 신속히 처리하기 위한 일련의 절차에 대한 개발이 필요하다. 본 연구에서는 근사최적화된 일방향 흐름 경로와 다양한 운영 파라미터를 고려할 수 있는 일방향 AGV 시스템 시뮬레이터의 아키텍처를 제시 및 개발 하였다. 개발된 AGV 시스템 시뮬레이터는 Java를 기반으로 개발되었으며, 타부탐색을 이용한 근사최적 일방향 네트워크 설계를 지원하고, 사용자가 쉽게AGV 시스템의 설계 검증 및 대안분석에 사용할 수 있도록 개발되었다. 사용자의 시스템 설계 운영 정보는 입력창을 통해 입력되며 이 정보는 레이아웃 생성기, AGV 운영계획 생성기, 통합 AGVS 생성기로 구성된 시뮬레이션 엔진에서 자동으로 AGV 시스템을 모델링 및 시뮬레이션을 하여 빠른 시간 안에 시뮬레이터 사용자에게 피드백을 제공한다.
AGV systems are widely used to increase the flexibility and the efficiency of the material handling systems. AGV systems are one of critical factors which determine the overall performance of the manufacturing systems. To this end, the optimal design for AGV systems is essential. Commercial simulati...
AGV systems are widely used to increase the flexibility and the efficiency of the material handling systems. AGV systems are one of critical factors which determine the overall performance of the manufacturing systems. To this end, the optimal design for AGV systems is essential. Commercial simulation software is often used as an analysis tool during the design of AGV systems, however a series of procedures are desirable to simplify the analysis processes. In this paper, we present and develop the architecture for unidirectional AGV systems simulator which is able to consider approximate optimal unidirectional flow path and various operational parameters. The designed AGV systems simulator is based on JAVA, and it is developed to support designing approximate optimal unidirectional network by using Tabu search method. In addition, it enables users to design and evaluate AGV systems and to analyze alternative solutions easily. Simulation engine is consists of layout designer, AGV operation plan designer, and integrated AGVS layout designer. Users enter their system design/operation information into input window, then the entered information is automatically utilized for modeling and simulating AGV systems in simulation engine. By this series of procedures, users can get the feed back quickly.
AGV systems are widely used to increase the flexibility and the efficiency of the material handling systems. AGV systems are one of critical factors which determine the overall performance of the manufacturing systems. To this end, the optimal design for AGV systems is essential. Commercial simulation software is often used as an analysis tool during the design of AGV systems, however a series of procedures are desirable to simplify the analysis processes. In this paper, we present and develop the architecture for unidirectional AGV systems simulator which is able to consider approximate optimal unidirectional flow path and various operational parameters. The designed AGV systems simulator is based on JAVA, and it is developed to support designing approximate optimal unidirectional network by using Tabu search method. In addition, it enables users to design and evaluate AGV systems and to analyze alternative solutions easily. Simulation engine is consists of layout designer, AGV operation plan designer, and integrated AGVS layout designer. Users enter their system design/operation information into input window, then the entered information is automatically utilized for modeling and simulating AGV systems in simulation engine. By this series of procedures, users can get the feed back quickly.
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문제 정의
본 연구에서는 일방향 AGV 시스템의 설계 및 시뮬레이션이 가능하고, 타부탐색을 이용한 근사최적의 일방향 흐름경로 설계를 지원을 통해 최적의 AGV 시스템 설계를 지원할 수 있는 JAVA 기반 일방향 AGV 시스템시뮬레이터의 아키텍처를 제안 및 개발한다. 시뮬레이터는 설계 검증 및 최적설계안 도출을 위한 사용자의 다양한 요구에 맞는 AGV 대수, AGV의 속도, AGV 발주법, 작업장배치, AGV 이동경로 등 구성요소들을 입력창에 입력하면 이러한 다양한 설계영역의 구성요소들을 하나로 통합하여 시뮬레이션을 위한 AGV 시스템을 자동으로 모델링하며 입력받은 요소들을 반영한 시뮬레이션을 통해 사용자에게 빠른 시간 안에 피드백을 제공하며, 이를 통해 위에서 언급된 수리적 방법과 상용 소프트웨어의 문제점이 해결되도록 한다.
가설 설정
1)각 AGV는 단위화물AGV로서 한번에 10개의 작업물을 싣고 운반한다.2)AGV의 적재 및 하역 시간은 전체작업시간에서 고려하지 않는다.3)각 AGV의 속력은 동일하다.
2)AGV의 적재 및 하역 시간은 전체작업시간에서 고려하지 않는다.3)각 AGV의 속력은 동일하다.
제안 방법
AGV의 발주법 생성 모듈은 사용자 요구분석 모듈에서 분석된 사용자가 선택한 AGV 발주법을 생성하며, 선택된 발주법이 적용된 AGV 시스템의 성능을 평가한다. AGV 발주법 모듈은1)이용률이 가장 낮은 AGV를 선택하는 최소 이용률 차량 할당 정책, 2)운행 차량들 중에서 임의의AGV를 선택하는 근접 AGV 할당정책, 3)작업장으로부터 가장 가까운 거리의 AGV를 선택하는 근접 AGV 할당정책, 4)작업장으로부터 가장 먼 거리의 AGV를 선택하는 원거리 AGV 할당정책을 포함하며, 사용자가 선택한 각 대안의 총 작업완료 시간의 비교를 통해 최적의 설계 대안을 도출할 수 있다(Egebelu 등, 2003)[16].
JAVA 6.0과 eclipse 개발 툴을 이용하여 3장에서 제안한 시뮬레이터를 개발 하였다. 개발한 시뮬레이터의 활용 예를 위해서 Seo 등(2007)[21]의 논문에서 사용된 3*3작업장(총 9개의 작업장)과 물류량을 선택하여 다음의 시뮬레이션을 수행하여 결과를 산출 하였다.
0과 eclipse 개발 툴을 이용하여 3장에서 제안한 시뮬레이터를 개발 하였다. 개발한 시뮬레이터의 활용 예를 위해서 Seo 등(2007)[21]의 논문에서 사용된 3*3작업장(총 9개의 작업장)과 물류량을 선택하여 다음의 시뮬레이션을 수행하여 결과를 산출 하였다.
시뮬레이터는 설계 검증 및 최적설계안 도출을 위한 사용자의 다양한 요구에 맞는 AGV 대수, AGV의 속도, AGV 발주법, 작업장배치, AGV 이동경로 등 구성요소들을 입력창에 입력하면 이러한 다양한 설계영역의 구성요소들을 하나로 통합하여 시뮬레이션을 위한 AGV 시스템을 자동으로 모델링하며 입력받은 요소들을 반영한 시뮬레이션을 통해 사용자에게 빠른 시간 안에 피드백을 제공하며, 이를 통해 위에서 언급된 수리적 방법과 상용 소프트웨어의 문제점이 해결되도록 한다. 또한 AGV 시스템의 제어시스템의 부하를 줄이기 위해 요구되는 일방향 흐름경로망(Unidirectional AGV flow path network)의 근사최적의 일방향 흐름경로 설계를 고려하기 위해 Seo 등(2007)[21]이 제시한 기법을 시뮬레이터에 적용하며, 시뮬레이션 레포트 창과 애니메이션 창을 통해 사용자가 AGV 시스템의 시뮬레이션 결과와 상황을 시각적으로 확인 할 수 있도록 개발한다.
본 연구에서는 AGV 시스템의 설계검증 및 대안평가를 원하는 사용자로부터 입력받은 정보를 이용해서 AGV 시스템의 레이아웃생성, AGV 운영계획생성, 통합AGV 시스템 생성을 통한 시뮬레이션 과정을 자동화하여, 기존의 결정론적인 방법의 시뮬레이션의 한계와 상용 소프트웨어의 시뮬레이션을 위한 일련의 과정을 개선한 일방향 AGV 시스템 시뮬레이터의 아키텍처를 제시하였으며 JAVA를 기반으로 개발하였다.
사용자는 Seo 등(2007)[21]의 논문에서 사용된 작업장 정보와 작업량 정보를 시뮬레이터의 입력창에 입력하며, AGV 시스템의설계검증및평가를위해다음의각설계대안을 시뮬레이터의 입력창에 입력하였다.1)AGV대수:10대, 2)AGV 속력:3, 3)AGV 발주법: 최소 이용률 차량 할당정책, AGV 임의 차량 할당정책, 근접 AGV 할당정책, 원거리 AGV 할당정책, 4) AGV 주차장의 위치 : 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.
사용자는 작업장 정보, AGV 대수, 속력, AGV의 주차장의 위치, 발주법을 시뮬레이터에 입력하며, 시뮬레이터는 이 정보를 하나로 통합하여 시뮬레이션을 수행하며, 시뮬레이션 결과는 시뮬레이션 애니메이션 창과 보고서 창을 통해서 주어진 AGV 시스템의 총 작업완료시간, 사용된 각 AGV의 이동거리, 공차거리, 총 이동거리, 이용률, 그리고 AGV의 속력과 대수, 발주법 변화에 대한 작업시간을 사용자에게 제공했다.
입력받은 사용자 요구사항은 사용자 요구분석을 통해 데이터가 사용될 각 구성 영역으로 전달되며, 시뮬레이션에 사용하기 위한 작업장을 생성하며, 사용자 요구에 적합한 AGV를 생성한다. 생성된 각 구성요소를 통합하여 시뮬레이션 엔진에서 시뮬레이션을 수행하며 결과를 보고서 및 애니메이션으로써 사용자에게 제공한다.
시뮬레이션엔진 영역의 각 생성기는 전달된 AGV 시스템 설계정보를 이용하여, 단계별로 시뮬레이션을 위한 AGV 시스템 모델링 및 시뮬레이션 과정을 자동으로 수행하며 그 결과를 시뮬레이션 보고서 생성모듈에서 보고서로 생성하여 사용자 환경영역의 시뮬레이션 사용자에게 전달하는 구조로 설계되었다. 사용자는 시뮬레이션 보고서 창과 애니메이션 창을 통해서 결과 및 시스템의 상태를 확인 할 수 있다.
본 연구에서는 일방향 AGV 시스템의 설계 및 시뮬레이션이 가능하고, 타부탐색을 이용한 근사최적의 일방향 흐름경로 설계를 지원을 통해 최적의 AGV 시스템 설계를 지원할 수 있는 JAVA 기반 일방향 AGV 시스템시뮬레이터의 아키텍처를 제안 및 개발한다. 시뮬레이터는 설계 검증 및 최적설계안 도출을 위한 사용자의 다양한 요구에 맞는 AGV 대수, AGV의 속도, AGV 발주법, 작업장배치, AGV 이동경로 등 구성요소들을 입력창에 입력하면 이러한 다양한 설계영역의 구성요소들을 하나로 통합하여 시뮬레이션을 위한 AGV 시스템을 자동으로 모델링하며 입력받은 요소들을 반영한 시뮬레이션을 통해 사용자에게 빠른 시간 안에 피드백을 제공하며, 이를 통해 위에서 언급된 수리적 방법과 상용 소프트웨어의 문제점이 해결되도록 한다. 또한 AGV 시스템의 제어시스템의 부하를 줄이기 위해 요구되는 일방향 흐름경로망(Unidirectional AGV flow path network)의 근사최적의 일방향 흐름경로 설계를 고려하기 위해 Seo 등(2007)[21]이 제시한 기법을 시뮬레이터에 적용하며, 시뮬레이션 레포트 창과 애니메이션 창을 통해 사용자가 AGV 시스템의 시뮬레이션 결과와 상황을 시각적으로 확인 할 수 있도록 개발한다.
AGV 시스템컨트롤러모듈은시뮬레이션상황에서작업을 수행하는 각 AGV의 위치 정보를 계속 업데이트 한다. 일방향 흐름경로 작업장에서는 작업장의 특성상 모든 AGV의 속력이 같다고 가정하였을 때, 노드에서만 충돌이 발생할 수 있으므로, 이를 위하여 일방향 흐름경로작업장의 노드에서 AGV의 위치정보를 이용하여 시간창(Time-window)을 생성하고, 이를 이용하여 노드에서의 AGV 충돌을 예측한다. 충돌이 예측될 경우, 충돌예상 AGV 중에서 노드에 늦게 도착하는 AGV를 노드부근에서 대기시켜 충돌을 피하는 방법을 사용한다.
데이터처리
사용자는 시뮬레이션 보고서 창과 애니메이션 창을 통해서 결과 및 시스템의 상태를 확인 할 수 있다. 사용자는 시뮬레이션을 통해 도출된 결과를 바탕으로 최적의 AGV 시스템을 설계 및 검증할 수 있으며, 각 대안에 대한 성능을 비교 할 수 있다.
이론/모형
AGV 시스템의 일방향 흐름경로 설계란 양방향 AGV 네트워크와 각 작업장간의 이동 물류량이 주어질 때, 총 물류비를 최소화하는 흐름경로로 방향을 결정하는 것을 말한다. 본 논문의 일방향 흐름경로 생성모듈에서는 Seo 등(2007)[21] 이제시한 타부탐색을 이용하여 근사최적의 AGV의 흐름 경로를 결정한다.
성능/효과
개발된 시뮬레이터를 통해 발주법 및 주차장의 위치, AGV의 속성에 따른 총 작업완료시간을 도출할 수 있었고, 각AGV의 작업할당량에 따른 가용도를 사용자가 확인함으로써, 전체 AGV 시스템의 운영상황을 파악할 수 있었다. 앞에서 기술한 봐와 같이, AGV 시스템 내에서 주어진 작업, AGV의 대수 및 작업장 형태에 따라 최적의 발주법 및 주차장의 위치가 변할 수 있으므로, 개발된 시뮬레이터를 통해 사용자는 원하는 AGV 시스템의 모델링 및 시뮬레이션을 통해 최적의 설계 대안을 도출할 수 있으며, 이를 통해 최적의 실제 일방향 AGV 시스템을 구축할 수 있다.
각 대안에 대한 총 작업완료시간을 비교해 보면 현재 주어진 작업장에서는 발주법1과 발주법4는 전체작업완료시간이 주차장의 위치에 민감하게 반응하지 않음을 알 수 있다. 또한 발주 법2와 발주법3은 주차장의 위치에 따라서 작업완료 시간이 민감하게 반응하였음을 알 수 있으며 결론적으로 발주 법1(최소 이용률차량 할당정책)이 가장 빠른 시간에 작업을 완료했음을 보여준다.
또한 본 논문에서 개발된 시뮬레이터는 그림 12와 같이 비정형화된 작업장의 설계 및 검증을 할 수 있는 유연성을 가지고 있다.
사용자 환경영역의 입력창을 통해 입력받은 사용자의 AGV 시스템 설계정보는 사용자 요구분석 모듈에 의해서 시뮬레이션 엔진을 구성하는 각 생성기에 전달될 수 있도록 구분되며 데이터베이스에 저장된다. 분석된 사용자 요구 정보는 시뮬레이션엔진 영역에서 AGV 시스템 시뮬레이션을 위한 가상의 작업장을 자동으로 생성하는 레이아웃 생성기, 사용자의 요구에 따른 AGV의 운영계획을 수립하고 시뮬레이션에 사용할 AGV를 생성하는 AGV 운영계획 생성기, 이 두 생성기에서 생성된 정보를 하나로 통합하여 AGV 시스템의 성능을 시뮬레이션 및 검증하기 위해 AGV 시스템을 모델링하며, 입력정보를 통합하여 시뮬레이션을 수행하는 통합 AGVS(AGV System) 생성기로 전달된다.
개발된 시뮬레이터를 통해 발주법 및 주차장의 위치, AGV의 속성에 따른 총 작업완료시간을 도출할 수 있었고, 각AGV의 작업할당량에 따른 가용도를 사용자가 확인함으로써, 전체 AGV 시스템의 운영상황을 파악할 수 있었다. 앞에서 기술한 봐와 같이, AGV 시스템 내에서 주어진 작업, AGV의 대수 및 작업장 형태에 따라 최적의 발주법 및 주차장의 위치가 변할 수 있으므로, 개발된 시뮬레이터를 통해 사용자는 원하는 AGV 시스템의 모델링 및 시뮬레이션을 통해 최적의 설계 대안을 도출할 수 있으며, 이를 통해 최적의 실제 일방향 AGV 시스템을 구축할 수 있다.
그림 9와 그림 10에서 알 수 있듯이, 발주법3(근접 AGV 할당정책), 발주법4 (원거리 AGV 할당정책)의 경우 특정AGV에게 작업이 많이 할당되면서 발주법1보다 전체작업 완료시간이 늘어났음을 알 수 있다. 주차장 3번의 대안에 대한 시뮬레이션 결과를 통해 발주법 1과 2는 각 AGV에 고르게 작업을 할당하고, 발주법 3과 4는 특정 AGV에 작업이 많이 할당된 것이 분석되었다.
속력은 숫자가 작아질수록 빠른 것을 의미한다. 즉, 현재주어진작업장에서는 AGV의 대수와 속력을 증가시키면 총 작업완료시간이 줄어들 수 있음을 확인할 수 있다.
후속연구
개발한 시뮬레이터는 시뮬레이션을 위한 AGV 시스템을 자동으로 모델링하며, 사용자가 선택한 각 대안에 대한 시뮬레이션을 통해 사용자에게 빠른 피드백을 제공함으로서, 실제 AGV 시스템이 사용되는 현장에서 설계 및 검증, 대안분석을 위해 사용될 것이다. 즉, 현장담당자는 공장의 작업장 정보와 물류량 정보를 시뮬레이터에 입력하며, 각 대안에 대한 시뮬레이션을 수행함으로서 AGV 시스템의 설계 검증 및 효과적인 대안을 설정할 수 있을 것이다.
향후에는 시뮬레이터에서 양방향 작업장 환경의 시뮬레이션이 가능하여, 주어진 작업장 환경에 대한 일방향과 양방향 흐름경로에 대한 시뮬레이션의 결과를 비교하여 설계검증 및 대안선택에 있어 사용자에게 보다 많은 정보를 줄 수 있는 연구가 수행될 것이다. 또한 일반사용자가 쉽게 시뮬레이터를 사용할 수 있도록 JAVA를 이용한 서버/클라이언트 구조의 웹기반 시뮬레이터 연구가 수행될 것이며, 이를 구동하기 위한 효율적인 절차와 시뮬레이션 결과를 분석할 수 있는 모듈에 관한 연구가 추가로 필요 하다.
개발한 시뮬레이터는 시뮬레이션을 위한 AGV 시스템을 자동으로 모델링하며, 사용자가 선택한 각 대안에 대한 시뮬레이션을 통해 사용자에게 빠른 피드백을 제공함으로서, 실제 AGV 시스템이 사용되는 현장에서 설계 및 검증, 대안분석을 위해 사용될 것이다. 즉, 현장담당자는 공장의 작업장 정보와 물류량 정보를 시뮬레이터에 입력하며, 각 대안에 대한 시뮬레이션을 수행함으로서 AGV 시스템의 설계 검증 및 효과적인 대안을 설정할 수 있을 것이다.
향후에는 시뮬레이터에서 양방향 작업장 환경의 시뮬레이션이 가능하여, 주어진 작업장 환경에 대한 일방향과 양방향 흐름경로에 대한 시뮬레이션의 결과를 비교하여 설계검증 및 대안선택에 있어 사용자에게 보다 많은 정보를 줄 수 있는 연구가 수행될 것이다. 또한 일반사용자가 쉽게 시뮬레이터를 사용할 수 있도록 JAVA를 이용한 서버/클라이언트 구조의 웹기반 시뮬레이터 연구가 수행될 것이며, 이를 구동하기 위한 효율적인 절차와 시뮬레이션 결과를 분석할 수 있는 모듈에 관한 연구가 추가로 필요 하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
AGV 시스템은 어디에 적합한가?
AGV (Automated Guided Vehicle) 시스템은 유연성과 효율성을 동시에 만족시킬 수 있는 자재취급시스템이다(Correa 등, 2004)[8]. 다양한 물자의 다양한 적재 및 하역지점으로 운반이 가능하며, 다양한 물자의 운반에 적합한 AGV 시스템은 이들 시스템의 전체 성능을 결정하는 중요한 역할을 담당하게 되었으며, 그 사용 범위도 확대되고 있다. AGV 시스템은 물류창고, 컨테이너 터미널 등과 같은 물자의 이동 요구가 많은 곳에서 사용되고 있다(Fantie 등, 2002)[10].
AGV 시스템의 사용처는?
다양한 물자의 다양한 적재 및 하역지점으로 운반이 가능하며, 다양한 물자의 운반에 적합한 AGV 시스템은 이들 시스템의 전체 성능을 결정하는 중요한 역할을 담당하게 되었으며, 그 사용 범위도 확대되고 있다. AGV 시스템은 물류창고, 컨테이너 터미널 등과 같은 물자의 이동 요구가 많은 곳에서 사용되고 있다(Fantie 등, 2002)[10].
시뮬레이션 방법을 위해선 소프트웨어가 필요한데 이것의 문제점은?
이러한 문제를 해결하기 위하여 시뮬레이션 방법이 사용되는데 이를 위하여 상용 시뮬레이션 소프트웨어가 주로 사용되고 있다(Ko 등, 2003)[16] . 그러나 이러한 상용 소프트웨어는 설치의 복잡성과 구입에 따른 비용이 많이 들어간다. 또한 주어진 작업장 환경에 따른 시뮬레이션을 위해 직접 AGV 시스템을 모델링해야 하는 전문성이 필요하며 모델링에 따른 시간이 소요된다. 따라서 AGV 시스템의 설계 및 검증을 원하는 사용자라면 누구나 쉽고 빠르게 AGV 시스템을 모델링 및 시뮬레이션 할 수 있는 전용 시뮬레이터 개발이 필요하다.
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