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[국내논문] 3D 메쉬 구조에서 무게 균형을 위한 최적 알고리즘
An Optimal Algorithm for Weight Balancing in a 3D Mesh Architecture 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.24 no.8, 2020년, pp.1095 - 1101  

소선섭 (School of Computer Eng., Kongju National University) ,  손경아 (UNIST Innovative Education Center, Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST)) ,  은성배 (Dept. of Information and Communication Eng., Hannam University)

초록
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선박이나 항공기의 안정성 유지를 위하여 컨테이너나 화물의 무게 균형을 유지하도록 적재해야 한다. 컨테이너의 적재 알고리즘은 NP 문제로 알려져 있으며 몇 가지 휴리스틱 방법이 연구되었다. 선박이나 비행기에 보관할 컨테이너는 부피와 무게가 균일하다는 특징이 있는데 이를 이용하면 좀 더 쉬운 적재 방법을 찾을 수 있다. 본 논문에서는 물체의 부피와 무게가 균일할 때 무게 균형을 위한 알고리즘을 제안한다. 적재 공간은 m * n 메쉬의 특수한 구조라고 가정한다 (이때, m과 n은 모두 홀수이다). 이 경우, 본 논문에서는 Greedy 알고리즘을 제안하였고 물체의 개수가 몇 개이든 언제나 무게 균형을 유지하는 적재 장소를 찾을 수 있다는 점에서 그 알고리즘이 최적임을 증명하였다. 제안된 알고리즘은 적재 알고리즘 및 부하 균형 문제와 같은 여러 공학 문제에서 활용될 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Vessels or aircraft should be loaded with containers or cargo to maintain weight balance in order to be stable when navigating the route. The container loading algorithm is known as the NP problem and several heuristic methods have been studied. Containers can be characterized by the uniform volume ...

Keyword

#3D 메쉬 구조   #무게 균형   #최적 알고리즘   #정리   #공학 문제  

표/그림 (8)

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문은 계란 포장재 문제를 확장한 것이다. 3D 메쉬 구조에서 모양과 크기가 균일한 물체를 배치할 때 무게 균형 문제를 정의한다.
  • 본 논문에서는 물체의 모양과 크기가 균일할 때 무게 균형을 위한 알고리즘을 제안하였다. 적재 공간은 m×n 메쉬 구성의 특수한 구조라고 가정한다(이때, m과 ne 모두 홀수이다).

가설 설정

  • 3D 메쉬 구조에서 모양과 크기가 균일한 물체를 배치할 때 무게 균형 문제를 정의한다. 메쉬 구조는 m×n 메쉬 구성의 특수한 구조를 갖는다고 가정한다(이때, m과 ne 모두 홀수이다). 이 경우, Greedy 알고리즘을 제안하고 그 알고리즘이 물체가 몇 개이든 3D 구조의 무게 균형을 유지하는 배치를 발견할 수 있다는 것을 수학적으로 증명한다.
  • 2. 3D 메쉬 구조는 바닥은 J×K의 구조이고 Le 높이이다. 이때, J와 K는 모두 홀수이다.
  • 2. 무게균형-2D(11, 2) 내부에서 i = 2, j = 1이다. i가 짝수이므로 1번 행을 비우고 나머지 행부터 채우며 나머지는 무게균형-1차원(1, 1)을 호출하여 처리한다.
  • [정리 2] 2차원 메쉬구조가 m⨉n 이고 객체의 수가 1≤i ≤(m⨉n)으로 변할 때 언제나 정균형을 찾을수 있다.
  • 3. L = j⨉(k+2) 일 때, 객체의 수는 그림 8에서 볼 수 있는 것처럼 1≤i≤(2⨉j) 까지 증가한다. 이때 i가 짝수이면 객체를 두 뭉치로 나눠서 왼쪽의 객체 군과 오른쪽의 객체 군에 정균형 위치에 배치하면 된다([정리 1]에서 1⨉n 개의 정균형을 언제나 찾을 수 있음을 증명함).
  • [정리 3] 3차원 메쉬 구조가 m⨉ n ⨉ l 이고 객체의 수가 1≤i≤(m⨉ n ⨉ l) 로 변할 때 언제나 정균형을찾을 수 있다.
  • 위한 알고리즘을 제안하였다. 적재 공간은 m×n 메쉬 구성의 특수한 구조라고 가정한다(이때, m과 ne 모두 홀수이다). 이 경우, Greedy한 방식으로 동작하는말고리즘을 제시하였고 동작 사례를 통하여 알고리즘의 동작을 설명하였다.
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참고문헌 (14)

  1. S. Eun, J. Jung, Y-S Yun, S. Cha, and S-S So, "A mathematical Study on Weight Balancing in 2D Meshed and It's Application to Engineering Problems," Proc. of 2019 International Conference on Green and Human Information Technology, Jan. 2019. 

  2. K. Kwon, "Development of speeding up 2D digital image correlation measurement system by using center of gravity algorithm and the measurement of strain nano fiber mat," Master Dissertation, Chonbuk National University, Feb. 2018. 

  3. J. Cho, "Study of center of gravity on the 3D character animation: Focus on humanoid character," Master Dissertation, Kookmin University, Feb. 2006. 

  4. B. Korte, and J. Vygen, "Bin-Packing Combinatorial Optimization: Theory and Algorithms," Algorithms and Combinatorics 21. Springer. doi:10.1007/3-540-29297-7_18. ISBN 978-3-540-25684-7, pp. 426-441. 

    crossref

  5. M. Costa, and M. Captivo, "Weight distribution in container loading: a case study," International Transactions in Operational Research, 23, pp.239-263, 2016. 

    상세보기

  6. A. Sciomachen, and E. Tanfani, "The master bay plan problem: a solution method based on its connection to the three­dimensional bin packing problem," IMA Journal of Management Mathematics, vol. 14, no. 3, Jul. 2003. 

    상세보기

  7. F. Liu, M. Low, S. Huang, and W. Hsu, "Stowage Planning of Large Containership with Tradeoff between Crane Workload Balance and Ship Stability," Proc. of International Multi-Conference of Engineers and Computer Scientists 2010, vol. III, Mar. 2010. 

  8. M. P. Seixas, A. Mendes, M. Barretto, C. Cunha, M. A. Brinati, R. Cruz, Y. Wu, and P. A. Wilson, "A heuristic approach to stowing general cargo into platform supply vessels," The Journal of the Operational Research Society, vol. 67, no. 1, pp. 148-158, Jan. 2016. 

    상세보기 crossref

  9. J. Li, Y. Zhang, J. Ma, and S. Ji, "Multi-Port Stowage Planning for Inland Container Liner Shipping Considering Weight Uncertainties," IEEE Access, Digital Object Identifier 10.1109/ACCESS.2018.2878308, Oct. 2018. 

    상세보기 crossref

  10. L. Zheng, S. Ji, J. Li, and Y. Zhang, "Solving inland container ship stowage planning problem on full route through a two-phase approach," International Journal of Shipping and Transport Logistics 12(1/2):65 Jan. 2020. 

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  11. Airplane Flying Handbook, U.S. Department of Transportation FEDERAL AVIATION ADMINISTRATION Flight Standards Service, 2016. 

  12. V. Lurkin, and M. Schyns, "The Airline Container Loading Problem with Pickup and Delivery," 26th European Conference on Operational Research, Rome, pp. 1-4, Jul. 2013. 

  13. Application Korea Patent, KR1020150168071A events, unmanned aerial vehicle with object loading function, 2015. 

  14. A. Sharma, A. Roy, S. Ghosi, R. Chaki, and U. Bhattacharya, "Load Balancing in Cellular Network: A Review," Proc. of 2012 Third International Conference on Computing, Communicaiton and Networking Technologies, pp.1-5, 2012. 

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