[논문]포병진지 구축을 위한 공병장비 최적배정 모형

장영초; 이문걸

doi:10.7737/kmsr.2017.34.2.103

포병진지 구축을 위한 공병장비 최적배정 모형
Optimum Allocation Model of Military Engineer Equipments for Artillery Position Development 원문보기

經營科學 = Korean management science review, v.34 no.2, 2017년, pp.103 - 113

Abstract ▼ AI-Helper

The artillery is a key element of the ground forces operation during wartime, and the military engineers support the artillery position development operation to support the smooth operation of the artillery. In establishing the artillery position development operation plan, the commander requires more than his intuition to find the best option reflecting a number of elements of the battlefield situation which changes every minute. Moreover, the number of available equipment is smaller than the number of required position developments, and the effective equipment operation becomes essential element of this issue. This study quantified the capability of the available engineering equipment, organized a number of teams enabling equipment to put out the maximum capacity based on the quantified figures, and formed the model which allocates the team to the developing points to minimize the developing time. The goal programming method was applied to resolve the problem. The developed model was applied to compare the total mission duration following the number of teams, the variable for commander's decision, and the result of this study can be used as the quantitative data for commander's decision making process in establishing the artillery position development support operation through effective equipment management.

주제어

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문제 정의

의사결정권자의 직관으로는 이러한 다양한 변수가 고려되는 문제에서 최적의 해를 찾기 어렵다. 따라서 본 연구의 목적은 공병 장비들로 팀을 구성하여 각 팀을 구축지점에 배정하는 문제를 면밀히 고려하고 이를 수리모델링과 결과분석을 통해 의사결정권자에게 정량적인 자료를 제공하는 데 있다.
몇 개의 팀을 구성하여 임무수행 할지는 공병 의사결정권자가 결정하는 고유변수이다. 본 문제에서는 다양한 팀 수에 따른 결과를 의사결정권자에게 제공하는 것 또한 중요한 결과 값이기 때문에 1단계에서 팀 수에 따른 장비들의 능력을 최대화 하는 문제를 해결하여 1차 결과 값을 제공하고 이 결과 값을 바탕으로 2단계 문제를 해결하여 최종 목표를 달성하는 결과 값을 산출하고자 하였다.
본 연구는 공병에서 수행하는 포병진지 구축 작전에서 제한된 장비를 효과적으로 운용하여 최단시간 내에 임무를 완료하기 위해 장비의 최대 능력으로 구축 팀을 편성하고 이를 구축지점에 배정해 주는 모델을 구성하였으며 지휘관의 의사결정 변수인 팀 수의 변화에 따른 총 수행시간을 비교하였다. 이러한 모델의 실험 결과는 현재의 가용장비 수에 따른 적정 팀 수를 판단할 수 있게 해주고 작전상황과 지휘관의 의도에 따라 구축지점을 배정해주는 조건을 다르게 적용하여 효과적인 팀별 작업일정을 제시해 준다.
군 작전의 중요한 요소는 시간을 절약하는 것이다. 이러한 특성을 고려하여 가장 짧은 시간 안에 임무를 완료하기 위해서 보유한 장비들의 최대 능력으로 임무를 수행한다는 것이 본 연구의 핵심개념이다. 문제해결을 위해 각 구축지점별 완료시간은 각 팀의 성토작업 그룹이 작업을 완료한 시간으로 가정한다.

가설 설정

이러한 특성을 고려하여 가장 짧은 시간 안에 임무를 완료하기 위해서 보유한 장비들의 최대 능력으로 임무를 수행한다는 것이 본 연구의 핵심개념이다. 문제해결을 위해 각 구축지점별 완료시간은 각 팀의 성토작업 그룹이 작업을 완료한 시간으로 가정한다.
포병으로부터 18개 구축지점을 요청받은 상황으로 가정하였고 구축지점별 우선순위와 토공량은 와 같다.

제안 방법

위와 같은 결과를 가지고 2단계 모델을 실행하였다. 1단계 모델의 실행 결과값인 팀별 성토능력 데이터를 가지고 3가지 경우로 나누어 2단계 모델을 실험하였고 가정사항으로 각 구축지점 간 이동시간은 0.5시간을 적용하였다. Case 1의 실행 결과는 <그림 3>과 같다.
따라서 2개 팀의 경우에는 Weight 1값을 0.8로, 3개, 4개, 5개 팀의 경우에는 Weight 1값을 0.85로 하여 팀별 성토능력의 합이 최대가 되도록 1단계 모델을 실행하였고 산출 결과는 과 같다.
이러한 조건에서 팀별 능력의 최대화와 편차의 최소화를 위한 적절한 가중치 값을 찾고, 공병 지휘관의 의사결정 변수인 팀 수를 변화시켜 가며 임무수행 시간을 비교한다. 또한 구성된 팀별 진지를 배정하는 2단계 문제의 실험은 구축지점의 긴급 우선순위 제약이 있는 경우(Case 1)와 우선순위를 고려하지 않고 임무수행시간 최소화를 고려한 문제(Case 2)로 구분하여 수행한다. 또한, 이 두 모델의 타당성을 확인하기 위해 그리디 작업 스케줄링 알고리듬을 적용한 경우(Case 3)의 결과를 비교한다.
또한 구성된 팀별 진지를 배정하는 2단계 문제의 실험은 구축지점의 긴급 우선순위 제약이 있는 경우(Case 1)와 우선순위를 고려하지 않고 임무수행시간 최소화를 고려한 문제(Case 2)로 구분하여 수행한다. 또한, 이 두 모델의 타당성을 확인하기 위해 그리디 작업 스케줄링 알고리듬을 적용한 경우(Case 3)의 결과를 비교한다. 즉, Case 2는 Case 1과 비교하여 진지 구축지점의 우선순위보다 구축시간을 단축시키는 것에 목적을 두고 팀을 배정하는 분석모델이며 Case 3은 단순히 구축지점들의 우선순위에 따른 팀별 임무수행시간을 최소화하는 그리디 알고리듬을 적용하여 Case 1과 Case 2 모델의 타당성을 검증하기 위한 분석모델이다.
본 연구에서는 공병 대대급 부대에서 가용한 n종의 토공장비를 조합하여 m개의 구축 팀을 구성하고 구성된 팀을 다시 구축해야할 지점들에 배정하여 가장 짧은 시간 안에 임무를 완료하는 문제를 정수계획법으로 해결한다. 또한 문제해결 과정에서 구성된 팀들의 능력 편차와 팀별 임무수행시간의 편차를 줄이기 위해 목표계획법을 활용한다.
이러한 조건에서 팀별 능력의 최대화와 편차의 최소화를 위한 적절한 가중치 값을 찾고, 공병 지휘관의 의사결정 변수인 팀 수를 변화시켜 가며 임무수행 시간을 비교한다. 또한 구성된 팀별 진지를 배정하는 2단계 문제의 실험은 구축지점의 긴급 우선순위 제약이 있는 경우(Case 1)와 우선순위를 고려하지 않고 임무수행시간 최소화를 고려한 문제(Case 2)로 구분하여 수행한다.
장비 능력의 수치화를 위해 절토와 성토, 적재작업은 의 공식으로 산출하였고 운반작업은 덤프트럭 적재함의 용적에 따른 작업량으로 산출하였다.
포진지는 포의 종류에 따라 견인포 진지와 자주포진지로 구분되며, 구축지점별 방호도에 따라 진지의 크기가 달라지기 때문에 토공 작업량은 구축지점별로 각각 상이하다. 진지 구축은 절토, 적재, 운반, 성토의 4개 작업으로 구성되고 구축 팀 또한 장비별 가능 작업에 따라 4개 작업그룹으로 장비를 조합하여 편성한다.
팀별 임무수행 시간편차의 최소화를 위해 매개변수인 목표 종료시간 값을 도입하였다. 목표 종료시간 값은 모든 구축지점들의 작업량의 합을 구성된 모든 팀의 성토능력의 합으로 나누어준 값이다.

대상 데이터

실험은 전시 1개 공병대대 보유 장비 수준의 가용장비를 판단하였고 총 78대의 장비를 가지고 실험하였다. 장비별 가용대수는 <표 4>와 같다.

성능/효과

<표 6>은 Weight 1값에 따라 구성된 팀의 성토능력 총 합과, 팀 중에서 가장 큰 능력을 가진 팀과 가장 작은 능력을 가진 팀의 능력편차를 보여준다. 2개 팀일 경우를 제외한 나머지 경우모두 Weight 1값이 0.85일 때 가장 큰 성토능력이 산출되었고, 2개 팀일 경우 Weight 1값이 0.8일 때 가장 큰 성토능력이 산출되었다. 4가지 경우 모두 Weight 1값이 0.
8일 때 가장 큰 성토능력이 산출되었다. 4가지 경우 모두 Weight 1값이 0.5 미만이 되면 능력의 최대화 보다 성토능력의 편차를 줄이는 가중치가 더 커지게 되어 가용장비 중 일부를 배정하지 않는 결과가 산출되었다. 따라서 2개 팀의 경우에는 Weight 1값을 0.
결과를 종합 비교한 에서 가장 짧은 임무수행시간이 산출된 4개 팀을 구성한 경우가 본 실험값에서 가장 효과적임을 알 수 있다.
그리디 알고리듬을 적용하였을 때는 4개 팀으로 임무수행 한 경우 가장 짧은 시간이, 5개 팀으로 임무수행 한 경우 가장 긴 시간이 소요되었다. Case 1, 2와 비교해 완료시간이 늘어났음을 알 수 있다.
넷째, 작업팀별 성토능력의 편차는 최소가 되어야 한다. 가장 빨리 임무 종료된 팀과 가장 늦게 임무 종료된 팀의 수행시간 편차를 줄여 발생할 수 있는 구축 팀의 유휴시간을 최소화함으로써 장비사용의 효율성을 최대화 하는 것이다.
둘째, 각 팀의 성토장비 작업그룹은 2대 이상의 장비 조합으로 장비를 구성해야 한다. 작전의 장기화를 막기 위해 팀별 성토작업 능력의 최소규모를 제한하는 것이다.
셋째, 구성된 팀의 절토, 적재, 운반 작업 그룹의 작업능력은 성토 작업그룹의 작업능력보다 커야한다. 이는 토사의 부피변화를 고려한 것으로 성토된 토사는 장비에 의해 다져진 상태의 흙 이므로 그 부피가 가장 작다.
또한 파란색 막대 위의 이탤릭체 숫자는 구축지점의 우선순위 이며 연속된 막대의 마지막에 표시된 숫자는 각 팀의 최종 임무완료 시간이다. 실험결과 4개 팀으로 임무수행 한 경우 21.82시간으로 가장 짧은 시간이 소요되었고 3개 팀으로 임무수행 한 경우 24.21시간으로 가장 긴 시간이 소요되었다. 최종 완료시간과 팀별 종료시간의 편차를 비교했을 때 4개 팀으로 구성하여 임무수행 할 경우 가장 효과적이라는 결론이 도출되었다.
본 연구는 공병에서 수행하는 포병진지 구축 작전에서 제한된 장비를 효과적으로 운용하여 최단시간 내에 임무를 완료하기 위해 장비의 최대 능력으로 구축 팀을 편성하고 이를 구축지점에 배정해 주는 모델을 구성하였으며 지휘관의 의사결정 변수인 팀 수의 변화에 따른 총 수행시간을 비교하였다. 이러한 모델의 실험 결과는 현재의 가용장비 수에 따른 적정 팀 수를 판단할 수 있게 해주고 작전상황과 지휘관의 의도에 따라 구축지점을 배정해주는 조건을 다르게 적용하여 효과적인 팀별 작업일정을 제시해 준다.
21시간으로 가장 긴 시간이 소요되었다. 최종 완료시간과 팀별 종료시간의 편차를 비교했을 때 4개 팀으로 구성하여 임무수행 할 경우 가장 효과적이라는 결론이 도출되었다.

후속연구

본 논문의 수리모델을 활용하면 가용장비의 변화와 구축지점의 변경에 따라 다양한 결과값을 비교하여 상황에 맞는 최적의 팀 구성 및 작업일정을 산출할 수 있기 때문에 시시각각 변화하는 전장상황에서 탄력적인 계획수립에 효과적인 의사결정에 기여할 수 있을 것이다.
하지만 실험값의 영향요소 즉, 장비의 수와 능력, 구축지점의 작업량 및 우선순위에 따라 결과는 다르게 결정될 것이다. 이러한 분석결과가 최적의 답이라고 단정 할 수는 없으나 본 연구의 결과에 대한 다양한 분석을 바탕으로 의사결정권자의 의도와 상황을 종합적으로 고려한다면 최선의 해를 찾을 수 있다고 생각한다.
좀 더 현실적인 문제의 고려사항들을 반영하기 위한 추후 연구과제로는 구축 지점별 이동시간과 완료 시간을 동시에 고려한 구축팀을 배정하는 문제를 적용하는 것도 흥미로운 연구 주제가 될 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	군사작전 분야에서 공병의 임무는 무엇인가?	(General Out Post)지역 지뢰제거 작전까지 민․관․군의 다양한 분야에서 수많은 임무를 수행하고 있다. 이러한 임무중 군사작전 분야에서 공병은 전시 포병의 원활한 작전수행을 위해 포병진지 구축지원 임무를 수행하고 있다. 전시 포병진지 구축은 북한과 마주하고 있는 접적지역 대부분의 공병부대가 임무로 가지고 있을 정도로 그 중요성이 강조되고 있다.
	공병의 포병진지 구축작전 계획이 평시를 기준으로 계획되고 전시에 필요한 장비가 반영되지 않은 것의 한계는 무엇인가?	현재 공병의 포병진지 구축작전 계획은 평시 보유한 장비들로 계획되어 있으며 전시에 동원되는 장비들은 그 수의 불확실성으로 인해 반영되어 있지 않다. 이로 인해 전시 계획되어 있던 구축지점이 제외되거나 추가되는 우발상황에 탄력적으로 대응하지 못하는 한계를 가지고 있다. 의사결정권자의 직관으로는 이러한 다양한 변수가 고려되는 문제에서 최적의 해를 찾기 어렵다.
	육군의 공병의 특징은?	육군의 공병은 다른 부대와는 달리 다양한 종류의토공장비들을 보유하고 있으며 이를 활용하여 과거 정책사업의 일환으로 시행된 국가 고속도로 구축 사업에서부터 현재의 피해복구 지원 및 G.O.P.(General Out Post)지역 지뢰제거 작전까지 민․관․군의 다양한 분야에서 수많은 임무를 수행하고 있다. 이러한 임무중 군사작전 분야에서 공병은 전시 포병의 원활한 작전수행을 위해 포병진지 구축지원 임무를 수행하고 있다.

참고문헌 (8)

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상세보기
Stanley Zionts, Linear and Integer Programming, Prentice-Hall, 1997.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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