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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 GASS가 갖는 연결방식 (connection)과 구조에 따른 통신 방식 (communication) 측면에서 한계를 개선하고, 편의성을 향상시키기 위하여 프로그램을 재설계 하여 GASS2를 개발하였다. 연결방식과 통신 방식의 문제점을 분석하여 기능 개선방안을 기술하였고, 기존 GASS에서 부족했던 시뮬레이션 모델의 개발을 위한 규약을 정의하고 설계하였다.
- IGASSComponent 인터페이스는 시뮬레이션 모델을 개발하는 사용자가 지켜야 할 규약을 정의하고 있으며, 기본적인 기능을 구현해 놓은 DefaultModel 클래스를 제공함으로써, 사용자가 주요 로직만 코딩하면 되도록 설계하였다. 또한 계산과정을 확인할 수 있는 NetworkViewer와 GraphViewer 클래스를 구현하여 편의성을 도모하고자 하였다.
- 본 연구에서는 시스템 시뮬레이터인 기존 GASS의 연결성과 소통구조 한계를 개선하여 GASS2를 개발하였다. 연결 구조와 통신방식을 개선하고, NetworkViewer, GraphViewer와 같은 편의기능을 추가하여 보다 쉽게 다양한 문제에 적용이 가능한 시뮬레이터를 구현하였으며, 이를 서로 연결된 저수조의 수위 변화를 모의함으로써 활용가능성을 검토하였다.
- 앞서 구성한 문제를 확장하여, GASS2의 개선효과를 살펴보고자 한다. 저수조 4개가 Fig.
가설 설정
- 두 개의 저수조가 연결된 경우에는 위치에너지가 두 저수조의 수위 차에 의해 결정되므로, 앞서 유출속도와 수위 함수에서 수위를 두 저수조의 수위 차이로 서술한다. 수치 해석 결과와 비교하기 위하여, 각 저수조의 초기수위는 h1(0) = 50, h2(0) = 200으로 가정하였다.
- 여기서, C는 유출구의 크기 및 형태에 따른 형상계수인데, 본 연구에서는 이상적인 상태로 가정하여 C = 1로 정의하였다.
- 이와 같은 현상을 분석하기 위하여, 미분방정식의 풀이를 통한 해석해를 계산하고, 이를 GASS2를 이용한 시뮬레이션 결과와 비교하였다. 원통형의 저수조가 주어지고, 저수조 가장 아래 부분에 유출구가 있다고 가정하였다. 물이 유출됨에 따라 변화하는 각 저수조의 수위 함수 h(t)를 구하는 문제로서, 유출구의 단면적을 A, 원통 수조의 밑변 면적을 B로 정의하였다.
- 주어진 문제를 2개의 저수조에서 3개의 저수조로 확장하면 관계식이 1개에서 3개로 늘어나면서 관계가 복잡해진다. 초기조건 h1(0) = 50, h2(0) = 150, h3(0) = 100으로 가정하고, 각각의 단면적을 Ap, Aq, Ar로 정의하여 지배방정식을 정리하면 다음과 같다. 식 (3)는 비선형 미분 연립 방정식으로 해석해를 구하기가 어렵다.
제안 방법
- 모의한 결과는 미분방정식의 해석해와 비교함으로써 검증하였다. GASS2 환경에서는 구현한 컴포넌트를 이용하여 연결정보 및 초기 속성 정보만 입력하면, 시스템 시뮬레이션이 가능하므로, 초기 속성 정보로 각 저수조의 초기 수위를 200 cm와 50 cm로 입력하고, 방향성이 없이 완전 연결된 형태로 네트워크를 구성하였다.
- GASS2는 생명체와의 비교를 통하여 연결 구조는 기하학적 연결과 위상학적 연결로, 통신방식은 동질소통구조와 이질소통구조로 구분하여 분석하였다. 기존의 GASS가 가지는 이질소통구조와 위상학적 연결에 대하여 한계를 극복하기 위하여, 이질소통구조는 벡터형식의 데이터 교환 규약을 설계하여 정의하고, 위상학적 연결은 컴포넌트 간의 연결 구조를 네트워크 기반으로 변경하여 모의하였다.
- , 2012). GASS의 컴포넌트는 방어적 프로그래밍 개념 (Goodliffe, 2007)으로 구현되어, 기본값을 이용해서 독립적으로 구동하며, 새로운 요소가 추가될 때 연결 구조를 통해 새로운 값으로 갱신하도록 설계되었다. 이러한 GASS는 비주얼 프로그래밍을 적용하여 사용자가 직접 코딩을 하지 않고, 마우스를 이용하여 모델을 인접하게 위치시키는 작업만으로 시스템을 구성할 수 있다.
- 시뮬레이션을 관장하는 GASSEnvironment 클래스에서 시뮬레이션에 관한 대부분의 기능을 구현하였으며, 이를 상속하여 계산결과를 데이터베이스에 저장하는 기능이 추가된 GASS EnvironmentDB 클래스를 구현하였다. IGASSComponent 인터페이스는 시뮬레이션 모델을 개발하는 사용자가 지켜야 할 규약을 정의하고 있으며, 기본적인 기능을 구현해 놓은 DefaultModel 클래스를 제공함으로써, 사용자가 주요 로직만 코딩하면 되도록 설계하였다. 또한 계산과정을 확인할 수 있는 NetworkViewer와 GraphViewer 클래스를 구현하여 편의성을 도모하고자 하였다.
- 저수조 1개에서 위치에너지와 운동에너지의 변환을 이용하여 지배방정식을 도출하고, 저수조가 2개 연결된 상태에서 일반화된 컴포넌트를 개발하였으며, 미분연립방정식의 해석해와 비교함으로써 모델을 검증하였다. 검증된 컴포넌트를 이용하여, 연결된 저수조 3개의 수위를 모의하였다.
- 연결된 저수조의 수위 해석을 위하여, 시스템을 구성하는 요소 컴포넌트를 검증하였다. 검증을 위하여 2개의 컴포넌트를 연결하여, 연결된 두 개의 저수조 수위변화를 모의하였다. 모의한 결과는 미분방정식의 해석해와 비교함으로써 검증하였다.
- GASS2는 생명체와의 비교를 통하여 연결 구조는 기하학적 연결과 위상학적 연결로, 통신방식은 동질소통구조와 이질소통구조로 구분하여 분석하였다. 기존의 GASS가 가지는 이질소통구조와 위상학적 연결에 대하여 한계를 극복하기 위하여, 이질소통구조는 벡터형식의 데이터 교환 규약을 설계하여 정의하고, 위상학적 연결은 컴포넌트 간의 연결 구조를 네트워크 기반으로 변경하여 모의하였다. 문제 설정 및 결과 확인을 위하여 네트워크와 그래프를 실시간으로 시각화하는 사용자 인터페이스를 구현하였다.
- 대표적으로 유한요소법에서 전체 강성행렬 (global stiffness matrix)은 대부분 희소행렬이다. 따라서 효율적으로 인접행렬을 관리하기 위하여 리스트 구조를 이용하여 컴포넌트 관계를 관리하도록 시뮬레이터를 개선하였다.
- 또한 개발한 GASS2를 검증하기 위하여 연결된 저수조의 수위 해석을 수행하였다. 저수조 1개에서 위치에너지와 운동에너지의 변환을 이용하여 지배방정식을 도출하고, 저수조가 2개 연결된 상태에서 일반화된 컴포넌트를 개발하였으며, 미분연립방정식의 해석해와 비교함으로써 모델을 검증하였다.
- 컴포넌트 개발 시 필요한 규약은 정보전달을 담당하는 get(), set() 메소드, 계산시간마다 각 컴포넌트가 고유하게 수행해야하는 기능을 기술하는 preProcess(), process(), postProcess() 메소드로 구성된다. 마지막으로 각 컴포넌트의 종료 여부를 전달할 수 있는 isComplete 변수를 추가하였다.
- 서로 다른 컴포넌트끼리 결합하여 모델을 구성하기 위해서는 컴포넌트 간에 통일된 규약이 필요한데, 본 연구에서는 IGASSComponent 인터페이스를 통하여 규약을 제한하였다. 모델을 개발하고자 하는 사용자는 IGASSComponent 인터페이스에서 정의한 메소드를 구현할 필요가 있으며, 중복되는 코드에 대하여 재활용할 수 있도록 DefaultModel 클래스를 제공하였다. 컴포넌트 개발 시 필요한 규약은 정보전달을 담당하는 get(), set() 메소드, 계산시간마다 각 컴포넌트가 고유하게 수행해야하는 기능을 기술하는 preProcess(), process(), postProcess() 메소드로 구성된다.
- 기존의 GASS가 가지는 이질소통구조와 위상학적 연결에 대하여 한계를 극복하기 위하여, 이질소통구조는 벡터형식의 데이터 교환 규약을 설계하여 정의하고, 위상학적 연결은 컴포넌트 간의 연결 구조를 네트워크 기반으로 변경하여 모의하였다. 문제 설정 및 결과 확인을 위하여 네트워크와 그래프를 실시간으로 시각화하는 사용자 인터페이스를 구현하였다.
- 2의 컴포넌트 A에서 height와 이질소통구조로 연결된 weight라는 변수가 있을 때, height는 일반변수로 저장하여 관리하였다. 반면 weight 변수는 3번 컴포넌트와 5번 컴포넌트와 연결되어 있다고 가정할 때, (weight, 3), (weight, 5)와 같이 벡터변수로 저장하여 속성을 관리하도록 개발하였다.
- 사용자가 GASS2를 이용하여 시뮬레이션을 수행하기 위해서는 크게 모델 작성과 모델 이용이라는 두 가지 역할로 구분되며, 각 역할별로 이용 시 필요한 규약을 정의하였다. 먼저, 시뮬레이션을 수행하기 위해서 모델 작성이 필요하며, 모델은 java 언어를 이용하여 시스템에서 제시하는 IGASSComponent 인터페이스를 구현해야 한다.
- 서로 다른 컴포넌트끼리 결합하여 모델을 구성하기 위해서는 컴포넌트 간에 통일된 규약이 필요한데, 본 연구에서는 IGASSComponent 인터페이스를 통하여 규약을 제한하였다. 모델을 개발하고자 하는 사용자는 IGASSComponent 인터페이스에서 정의한 메소드를 구현할 필요가 있으며, 중복되는 코드에 대하여 재활용할 수 있도록 DefaultModel 클래스를 제공하였다.
- 연결방식과 통신 방식의 문제점을 분석하여 기능 개선방안을 기술하였고, 기존 GASS에서 부족했던 시뮬레이션 모델의 개발을 위한 규약을 정의하고 설계하였다. 서로 연결된 저류조의 수위변화 해석을 통하여, 시뮬레이션 모델을 검증하고, 기존 GASS에서 불가능하였던 위상구조와 이질소통구조가 혼합된 문제를 모의하였다.
- 시뮬레이션 결과를 저장하기 위하여 경량 데이터베이스를 도입하여 GASSEnvironmentDB를 개발하였다. 경량 데이터베이스는 데이터베이스 관리시스템 구동을 위하여 별다른 프로그램 설치 없이 기존 프로그램에 접착프로그램 (glue program) 형태로 제공할 수 있다는 점에서 배포의 장점을 갖는다.
- 경량 데이터베이스는 데이터베이스 관리시스템 구동을 위하여 별다른 프로그램 설치 없이 기존 프로그램에 접착프로그램 (glue program) 형태로 제공할 수 있다는 점에서 배포의 장점을 갖는다. 시뮬레이션된 결과는 경량 데이터베이스인 SQLite를 통하여 데이터베이스 파일로 저장되며, 시뮬레이션이 종료된 후, csv 파일로 변환하여, 엑셀로 쉽게 원하는 데이터를 참조할 수 있도록 구현하였다.
- 3에 도시한 바와 같다. 시뮬레이션을 관장하는 GASSEnvironment 클래스에서 시뮬레이션에 관한 대부분의 기능을 구현하였으며, 이를 상속하여 계산결과를 데이터베이스에 저장하는 기능이 추가된 GASS EnvironmentDB 클래스를 구현하였다. IGASSComponent 인터페이스는 시뮬레이션 모델을 개발하는 사용자가 지켜야 할 규약을 정의하고 있으며, 기본적인 기능을 구현해 놓은 DefaultModel 클래스를 제공함으로써, 사용자가 주요 로직만 코딩하면 되도록 설계하였다.
- 시뮬레이션이 구동되는 동안 시뮬레이션 모델의 구성을 파악할 수 있도록 NetworkViewer 클래스를 개발하였다. 해당 클래스는 JUNG 라이브러리를 이용하여 (JUNG, 2013), 네트워크 및 그래프 형태로 컴포넌트의 연결 상태를 시각화하며, 컴포넌트에서 지정한 색채 및 형태로 표시하도록 구현하였다.
- 시스템 시뮬레이션은 다수의 동일한 컴포넌트가 연결되어, 서로 정보를 교환하며 유기적으로 기능을 수행하는 행태를 모의한다. 이 때 정보 통신 방법은 크게 동질소통구조와 이질소통구조로 나눌 수 있다.
- 단순한 현상임에도 불구하고, 저수조의 개수가 늘어날수록 점차 해석하기 어려운 단계에 도달함을 확인하였다. 시스템 시뮬레이션은 이와 같이 복잡한 시스템 현상에 대하여, 앞서 미분방정식의 풀이와 같이 전체에 대하여 모델링하는 방식과 달리, 시스템을 구성하는 요소 단위로 분석하여 모델링하고, 개개의 요소를 통합함으로써 시스템의 거동을 모의한다.
- 실시간으로 시뮬레이션 결과를 확인할 수 있도록 그래프를 실시간으로 그려주는 GraphViewer 클래스를 개발하였다. 그래프는 JFreeChart 라이브러리를 이용하여 구현하였으며(JFreeChart, 2013), 컴포넌트의 속성 중 키워드 "plot_item"으로 지정한 속성에 대하여 시뮬레이션이 수행되는 동안 값을 추적하여 시각화한다.
- 앞서 미분방정식의 풀이 과정을 통하여, 저수조의 수위함수를 계산하였다. 단순한 현상임에도 불구하고, 저수조의 개수가 늘어날수록 점차 해석하기 어려운 단계에 도달함을 확인하였다.
- 본 연구에서는 시스템 시뮬레이터인 기존 GASS의 연결성과 소통구조 한계를 개선하여 GASS2를 개발하였다. 연결 구조와 통신방식을 개선하고, NetworkViewer, GraphViewer와 같은 편의기능을 추가하여 보다 쉽게 다양한 문제에 적용이 가능한 시뮬레이터를 구현하였으며, 이를 서로 연결된 저수조의 수위 변화를 모의함으로써 활용가능성을 검토하였다.
- 연결된 저수조의 수위 해석을 위하여, 시스템을 구성하는 요소 컴포넌트를 검증하였다. 검증을 위하여 2개의 컴포넌트를 연결하여, 연결된 두 개의 저수조 수위변화를 모의하였다.
- 따라서 본 연구에서는 GASS가 갖는 연결방식 (connection)과 구조에 따른 통신 방식 (communication) 측면에서 한계를 개선하고, 편의성을 향상시키기 위하여 프로그램을 재설계 하여 GASS2를 개발하였다. 연결방식과 통신 방식의 문제점을 분석하여 기능 개선방안을 기술하였고, 기존 GASS에서 부족했던 시뮬레이션 모델의 개발을 위한 규약을 정의하고 설계하였다. 서로 연결된 저류조의 수위변화 해석을 통하여, 시뮬레이션 모델을 검증하고, 기존 GASS에서 불가능하였던 위상구조와 이질소통구조가 혼합된 문제를 모의하였다.
- 정보를 주고 받는 get(), set() 메소드는 범용적으로 이용이 가능한 기능이므로, 공통 기능을 미리 구현한 DefaultModel 클래스를 상속하여, 작업량을 최소화하도록 설계하였다. 연구자는 주어진 문제를 분석하여, 문제를 구성하는 요소들의 거동을 설명할 수 있는 메커니즘을 preProcess(), process(), postProcess() 메소드에 기술하도록 규정하였다. 다른 컴포넌트와 정보를 주고 받는 작업은 process() 메소드에 기술하되, 단위시간이 변하기 전에 준비작업은 preProcess()에서, 연결된 컴포넌트와 정보를 교환한 이후 해당 컴포넌트의 속성값을 갱신하는 작업은 postProcess()에 기술토록 하였다.
- 저수조 4번의 수위가 50cm를 초과할 경우, 2번 저수조와 3번 저수조 사이의 연결관을 절반으로 닫고, 4번 저수조의 수위가 100cm를 초과할 경우에 2번 저수조와 3번 저수조 사이의 연결관을 완전히 폐쇄한다. 이러한 조건을 구현하기 위하여, 연결관의 개폐를 조절하는 컴포넌트를 개발하여 모델링하였다. 네트워크 뷰어에서 100번으로 표시하였다.
- 하지만 다수의 수로 컴포넌트가 연결되고, 양 끝단에 위치하는 저수지 컴포넌트와 논 컴포넌트가 정보를 교환할 때, 기하학적인 연결 구조로는 단위시간에 한 단계의 정보전달이 이루어져 정보전달이 이루어져야 하는 저수지 컴포넌트와 논 컴포넌트는 사이에 존재하는 수로 개수만큼의 정보 지연이 발생하였다 (Kim and Lee, 2007). 이와 같이 전달 속도가 다른 정보에 대하여 정보계와 물질계로 분리하여 속도가 빠른 정보계는 브로딩캐스트 기법을 이용하여 구현한 사례가 있으나, 본 연구에서는 근본적인 대안으로 컴포넌트 간 관계를 위상학적 관계 (topology)로 정의함으로써 정보계와 물질계 모두를 표현할 수 있도록 설계하였다. 위상구조 기반의 연결방식은 기하학적으로 인접한 컴포넌트를 전처리에서 계산하여 산입함으로써, 기하학적 인접성과 위상학적 관계를 모두 담을 수 있다.
- 이질소통구조를 반영한 정보전달을 구현하기 위하여, 컴포넌트 속성 정보 중 이질소통구조에 해당하는 속성은 연결속성을 결합하여 저장하도록 구현하였다. Fig.
- 또한 개발한 GASS2를 검증하기 위하여 연결된 저수조의 수위 해석을 수행하였다. 저수조 1개에서 위치에너지와 운동에너지의 변환을 이용하여 지배방정식을 도출하고, 저수조가 2개 연결된 상태에서 일반화된 컴포넌트를 개발하였으며, 미분연립방정식의 해석해와 비교함으로써 모델을 검증하였다. 검증된 컴포넌트를 이용하여, 연결된 저수조 3개의 수위를 모의하였다.
- 10과 같이 연결되어 있는 구조에서 각 저수조의 초기 수위는 각각 50 cm, 300 cm, 150 cm, 30 cm로 정의하였다. 저수조의 밑면적 및 연결관의 면적은 동일하나, 일정 조건에 따라 연결관의 흐름량을 조절하도록 문제를 설정하였다. 저수조 4번의 수위가 50cm를 초과할 경우, 2번 저수조와 3번 저수조 사이의 연결관을 절반으로 닫고, 4번 저수조의 수위가 100cm를 초과할 경우에 2번 저수조와 3번 저수조 사이의 연결관을 완전히 폐쇄한다.
- 먼저, 시뮬레이션을 수행하기 위해서 모델 작성이 필요하며, 모델은 java 언어를 이용하여 시스템에서 제시하는 IGASSComponent 인터페이스를 구현해야 한다. 정보를 주고 받는 get(), set() 메소드는 범용적으로 이용이 가능한 기능이므로, 공통 기능을 미리 구현한 DefaultModel 클래스를 상속하여, 작업량을 최소화하도록 설계하였다. 연구자는 주어진 문제를 분석하여, 문제를 구성하는 요소들의 거동을 설명할 수 있는 메커니즘을 preProcess(), process(), postProcess() 메소드에 기술하도록 규정하였다.
- 시뮬레이션이 구동되는 동안 시뮬레이션 모델의 구성을 파악할 수 있도록 NetworkViewer 클래스를 개발하였다. 해당 클래스는 JUNG 라이브러리를 이용하여 (JUNG, 2013), 네트워크 및 그래프 형태로 컴포넌트의 연결 상태를 시각화하며, 컴포넌트에서 지정한 색채 및 형태로 표시하도록 구현하였다. 컴포넌트의 특정 속성값에 따라 색채를 변경하면, 시뮬레이션 진행 상황을 직관적으로 확인할 수 있으며, 확산 문제와 같은 유한차분 해석방법에서는 후처리 없이 바로 결과를 시각화한다는 점에서 장점이 있다.
대상 데이터
- 앞서 구성한 문제를 확장하여, GASS2의 개선효과를 살펴보고자 한다. 저수조 4개가 Fig. 10과 같이 연결되어 있는 구조에서 각 저수조의 초기 수위는 각각 50 cm, 300 cm, 150 cm, 30 cm로 정의하였다. 저수조의 밑면적 및 연결관의 면적은 동일하나, 일정 조건에 따라 연결관의 흐름량을 조절하도록 문제를 설정하였다.
데이터처리
- 검증을 위하여 2개의 컴포넌트를 연결하여, 연결된 두 개의 저수조 수위변화를 모의하였다. 모의한 결과는 미분방정식의 해석해와 비교함으로써 검증하였다. GASS2 환경에서는 구현한 컴포넌트를 이용하여 연결정보 및 초기 속성 정보만 입력하면, 시스템 시뮬레이션이 가능하므로, 초기 속성 정보로 각 저수조의 초기 수위를 200 cm와 50 cm로 입력하고, 방향성이 없이 완전 연결된 형태로 네트워크를 구성하였다.
- 물이 차 있는 원통을 파이프로 연결할 경우, 서로 연결된 물통 사이의 위치에너지 차이에 의하여 물이 흐르게 되며 종국에는 연결된 모든 물통의 수위가 같아진다. 이와 같은 현상을 분석하기 위하여, 미분방정식의 풀이를 통한 해석해를 계산하고, 이를 GASS2를 이용한 시뮬레이션 결과와 비교하였다. 원통형의 저수조가 주어지고, 저수조 가장 아래 부분에 유출구가 있다고 가정하였다.
성능/효과
- 46시간이 지난 시점에 4번 저수조가 50cm를 초과하면서, 저수조 2번과 3번 사이에 연결관의 단면적이 절반으로 줄어들고, 이에 따라 2번 저수조 수위변화의 변곡점이 나타났다. 2번 저수조에서 3번 저수조로 유입되는 물의 양이 줄어들면서, 3번 저수조에서 수위 강하 폭이 늘어나는 것을 확인할 수 있으며, 1.91시간에 3번 저수조는 최저 수위인 103.56 cm를 기록하고, 이후 2번 저수조에서 유입되는 양이 3번 저수조에서 유출되는 양보다 많게 되어 오히려 수위가 증가하는 모습을 나타냈다. 이후 2.
- Simulation() 메소드가 호출되면, 단위시간 (tick)을 증가시키면서 각 컴포넌트가 preProcess(), process(), postProcess() 메소드를 수행하도록 제어한다. 결과를 데이터베이스로 저장하는 기능은 컴포넌트의 개수와 컴포넌트의 속성개수, 계산횟수에 따라 계산시간이 증가하므로, 빠르게 결과를 모의할 수 있도록 GASSEnvironment 클래스를 구현하고, 결과 저장을 위한 기능은 상속하여 추가하도록 하였다.
- 앞서 미분방정식의 풀이 과정을 통하여, 저수조의 수위함수를 계산하였다. 단순한 현상임에도 불구하고, 저수조의 개수가 늘어날수록 점차 해석하기 어려운 단계에 도달함을 확인하였다. 시스템 시뮬레이션은 이와 같이 복잡한 시스템 현상에 대하여, 앞서 미분방정식의 풀이와 같이 전체에 대하여 모델링하는 방식과 달리, 시스템을 구성하는 요소 단위로 분석하여 모델링하고, 개개의 요소를 통합함으로써 시스템의 거동을 모의한다.
- 모의 결과는 계산과 동시에 그래프에 반영되어 사용자에게 직관적인 피드백을 제공하였다. 또한 제어기능이 추가된 4개 저수조의 수위변화를 모의함으로써, GASS2의 개선된 기능을 확인하였다.
- 서로 연결된 저수조의 수위 변화를 모의한 결과를 통하여, 미분연립방정식을 풀이하는 방법에 비하여 연구자가 쉽게 현상을 분석할 수 있음을 확인하였다. 저수조 3개를 연결한 결과를 도시하였지만, 시뮬레이션 모델 구성을 고려하면 n개의 저수조로 확장 가능하다고 판단된다.
- 또한 제어 컴포넌트를 위치시키기 위해서는 서로 떨어진 컴포넌트를 연결해야 하는데, 연결 구조가 복잡한 경우 이를 기하학적으로 정의하기 어려웠다. 이러한 문제를 본 연구에서 개선한 GASS2로 손쉽게 모의할 수 있음을 확인하였다.
- 이상의 결과에서 시스템 시뮬레이터인 GASS2의 기본적 개념 및 구동과정을 제시하였으며, 저수조의 수위 모의라는 1계 미분 방정식을 풀이함으로써, 다양한 공학 문제에 적용하여 문제를 단순화하여 풀이할 수 있음을 보여주었다. GASS2는 복잡한 프로그래밍에 익숙하지 않은 연구자들이 쉽게 모델을 개발하고, 모의실험을 할 수 있는 플랫폼을 제공할 것으로 기대된다.
- 67 시간이 걸리는 것으로 모의되었다. 저수조별 수위를 살펴보면, 1.45 시간이 경과한 시점에 첫 번째 저수조와 세 번째 저수조의 수위가 115.91 cm로 같아진 후, 전체 저수조의 수위가 116.67 cm로 동일할 때까지 수위 변화가 동기화된 행태를 확인하였다.
- 5와 같이 도시하였다. 코드에서 process() 메소드에서 차분식을 이용하여, 단위 시간동안 수위변화량을 구하며, postProcess() 메소드에서 이전 수위와 수위변화량을 더하여 값을 갱신하는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 단계를 분리한 이유는 process() 메소드는 각 컴포넌트가 동시에 수행되므로, 이 과정에서 서로 참조할 수 있는 값을 변경하게 되면 서로 다른 시점의 값을 참조하게 되므로 구분하였다.
- 그리고 그래프 상에 점선은 해석해이며, 점으로 표시된 자료는 시뮬레이션을 통해 모의된 시간을 의미한다. 해석해의 결과는 2.766 시간에 동일한 수위를 갖게 되는데, 1시간과 0.5시간으로 모의했을 경우는 동일 수위가 되는 시점이 3시간인데 반해, 0.1시간 단위로 모의했을 경우, 2.7시간, 0.01시간 단위로 모의할 경우 2.75시간으로 산정되었다. 이는 단위 시간이 작아질수록 정해에 수렴해가는 과정으로 판단할 수 있다.
후속연구
- 이상의 결과에서 시스템 시뮬레이터인 GASS2의 기본적 개념 및 구동과정을 제시하였으며, 저수조의 수위 모의라는 1계 미분 방정식을 풀이함으로써, 다양한 공학 문제에 적용하여 문제를 단순화하여 풀이할 수 있음을 보여주었다. GASS2는 복잡한 프로그래밍에 익숙하지 않은 연구자들이 쉽게 모델을 개발하고, 모의실험을 할 수 있는 플랫폼을 제공할 것으로 기대된다. 또한 향후에 2계 편미분 방정식으로 표현되는 보다 복잡한 공학문제로 확장할 수 있을 것으로 사료된다.
- GASS2는 복잡한 프로그래밍에 익숙하지 않은 연구자들이 쉽게 모델을 개발하고, 모의실험을 할 수 있는 플랫폼을 제공할 것으로 기대된다. 또한 향후에 2계 편미분 방정식으로 표현되는 보다 복잡한 공학문제로 확장할 수 있을 것으로 사료된다.
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