대부분의 시뮬레이션이 특정 시스템의 모델에 대한 분석을 위해 시행된다. 하지만 이러한 용도뿐만 아니라 실제 시스템이 의도대로 진행될 것인지의 검증을 위해서 시뮬레이 션을 사용할 수 있다. 예를 들어, FMS(유연생산시스템)와 같이 분산된 환경에서 작동하는 시스템을 구축하는 경우, 시스템의 작동 여부를 검증하는 용도로 시뮬레이션을 사용할 수 있는데 이 경우 첫단계에는 모든 기계를 시뮬레이션으로 대치하여 처리하다가 한단위씩 실 제 기계로 교환하여 목적에 부합하는지를 검토함으로써 전체 시스템을 용이하게 구축할 수 있다. 위와 같은 경우 그 실행 과정에서 실제 작업과 시뮬레이션 작업이 혼합되어 나타나게 된다. 이러한 혼합 분산 시뮬레이션에서는 실제 작업과 시뮬레이션 작업을 동기화하는 문제 가 발생하며 하드웨어의 실제 작업뿐만 아니라 소프트웨어의 실작업 시간 또는 시뮬레이션 진행에 반영되어야만 한다. 여기서는 실제 작업과 시뮬레이션 작업이 혼합되어 나타나는 혼 합 분산 시뮬레이션을 정의하고, 그 필요성을 살펴본다. 그리고 이러한 문제에 대한 기존의 시뮬레이션 연구들의 적용성을 고찰해 보며, 혼합 분산 시뮬레이션의 운영 방법으로서 중앙 시계를 이용한 실제 작업과 시뮬레이션 작업의 동기화 방안을 제시한다.
식품, 약학 분야 등 많은 산업 분야에서 다른 특징을 가지는 분자 알갱이들을 잘 혼합하는 것은 중요한 작업이다. 컴퓨터 시뮬레이션의 발달로 적정 수준의 혼합 상태를 얻기 위해 먼저 시뮬레이션을 통한 최적의 혼합 조건들을 찾는 작업이 보편화되고 있다. 이에 따라 시뮬레이션 과정에서 혼합 상태를 측정할 수 있는 혼합 지수에 대한 필요성이 증가하고 있다. 현재까지 많이 사용되는 혼합 지수는 두 가지 종류로 분류되는데 첫째는 샘플링을 통한 통계적 기반의 방법이고 두 번째는 전체 입자들을 모두 사용하여 혼합 지수를 계산하는 방법이다. 본 논문에서는 DEM 시뮬레이션으로 입자들을 혼합하는 과정에서 획득한 데이터에 대해 다양한 혼합 지수들을 계산하여 각 혼합 지수들의 성능과 장단점을 비교 분석하였다. 이로써 적절한 혼합지수를 선택하여 사용할 수 있는 실험적 정보를 제시하고자 한다.
본 연구에서는 컴퓨터 상에 제어기와 구동부 등으로 구성된 가상제조시스템(Virtual Manufacturing System)을 구축하고 시뮬레이션하는 방법론을 다룬다. 특히 설비들간의 이동시 발생할 수 있는 3차원 공간상의 충돌을 검출하는 이산사건 및 연속상태 혼합 시뮬레이션 방법론을 소개한다. 시뮬레이션 모델은 DEVS(discrete event system specification) 형식론(formalsim)에 기초한 형상기구학 정보를 갖는 이른바 GKDEVS(Geometrical Kinematic DEVS)을 이용하였고, 시뮬레이션 방법론은 DEVS의 추상화 시뮬레이션(abstract simulation)방법을 확장하였다.
FLIP 기반의 유체 시뮬레이션은 품질에 대비 높은 효율을 자랑하기 때문에 Visual Effect(VFX)산업에 널리 사용되고 있다. FLIP 기술에서는 바다와 같은 대규모의 물을 시뮬레이션 할 때 시각적으로 중요하지 않은 물의 안쪽까지도 파티클을 할당해야 하기 때문에 보이는 파티클보다 보이지 않는 파티클의 개수가 훨씬 많은 경우에는 시뮬레이션 작업의 효율성이 떨어진다. 본 논문에서는 이러한 단점을 보완하기 위하여 레벨셋 (Level Set)과 Fluid Implicit Particle(FLIP) 기반의 유체 시뮬레이션 기법을 혼합(hybrid)한 효율적인 유체 시뮬레이션 기법을 제안한다. 파티클들을 물의 안쪽 표면 근처의 얇은 층에만 배치함으로써 사용되는 파티클의 갯수를 줄여서 결과적으로 시뮬레이션의 효율성을 크게 높일 수 있었다. 또한 [1]의 표면 재구성 기법과 moving least squares(MLS) [2] 기법을 결합한 새로운 유체 표면 재구성 기법을 적용하여 FLIP을 통해 격자(Grid) 기반 시뮬레이션에서 발생하는 수치적 소실을 줄이고 동시에 유체의 부드러운 표면을 유지할 수 있다. 본 논문의 혼합 시뮬레이션 기술은 높은 품질의 유체 시뮬레이션을 효율적으로 수행하여 다양한 규모의 유체를 표현할 수 있었다.
상용 CFD 소프트웨어 FLUENT를 이용하여 혼합탱크 내에서 DME와 Propane 두 가지 액화연료의 혼합에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 직경 1 m, 높이 2.5 m의 3D 혼합탱크를 모사하고 혼합탱크 상부에 DME가 146 l, 하부에 프로판 770 l가 존재하는 초기조건을 설정하여 34시간 동안 시뮬레이션을 진행하였으며, 시간대별 혼합 및 유동특성에 대하여 알아보았다. 혼합연료는 약 24시간 경과 후 3 mol% 범위 내에서 균일하게 혼합되었으며, 34시간 경과 시 1 mol% 내에서 균일하게 혼합되었다. 4시간 이후의 시뮬레이션 결과는 한국가스공사에서 수행된 DME 연료 실증 시험연구 기술개발 실험결과와 상당히 일치함을 확인하였다.
본 연구에서는 재투입이 존재하는 혼합흐름공정의 용량계획 문제를 고려한다. 반도체, TFT-LCD와 같은 하이테크 전자 제품을 생산하는 제조시스템을 재투입이 존재하는 혼합흐름공정 형태의 제조시스템으로 볼 수 있다. 본 연구에서 고려하는 용량 계획 문제에서는 제조 시스템의 각 공정마다 장비의 대수를 결정하게 된다. 본 연구에서는 어떤 공정에서 장비를 추가적으로 필요로 하는지 또는 어떤 공정에서 장비의 감소가 요구되는지를 결정하는 기준을 제시한다. 고려하는 문제의 목적함수는 생산율의 최대화이며, 주어진 시스템에서의 생산율 값을 구하기 위해 재투입이 존재하는 혼합흐름공정을 다양하게 표현할 수 있는 시뮬레이션 모형을 개발하여 사용하였다. 제안 방법의 성능 검증을 위하여 계산실험을 수행하였고, 벤치마킹 방법과의 비교 실험을 위해서 시뮬레이션 모형을 사용하였다.
본 연구에서는 조선 공정 계획의 수립 완성도 향상을 위한 다양한 시뮬레이션 시스템의 개발을 지원하는 시뮬레이션 프레임 워크(simulation framework)를 제안하였다. 그리고 제안된 시뮬레이션 프레임워크의 핵심 부분인 시뮬레이션 커널을 구현하였다. 구현된 시뮬레이션 커널은 이산 사건(discrete event)과 이산 시간(discrete time) 시뮬레이션뿐만 아니라 이들이 혼합된 형태의 시뮬레이션도 처리 가능하도록 하였다. 제안된 시뮬레이션 프레임워크의 효율성과 효용성을 평가하기 위해, 이를 조선 분야의 블록 탑재 공정(block erection process)에 적용하였다. 그 결과, 제안된 시뮬레이션 프레임워크가 조선 공정 계획을 위한 다양한 시뮬레이션 시스템을 개발하는데 효과적으로 사용될 수 있음을 확인하였다.
본 논문은 군과 경찰 등에서 수행하는 시뮬레이션 사격 훈련 중 스크린 사격과 VR 사격이 혼합된 복합 훈련 환경에서 사용할 수 있는 일체형 시뮬레이션 사격 서비스에 대해 연구하였다. 이 서비스는 스크린과 HMD에 투사되는 목표물에 대해 사격 훈련이 가능하도록 설계한 서비스로 하나의 가상공간에서 사용할 경우 스크린을 이용한 개인 사격 훈련과 VR을 이용한 팀 사격 훈련이 동시에 가능하다. 일체형 시뮬레이션 총기의 총구에 비가시 적외선 레이저 모듈을 장착하여 스크린 사격이 가능하도록 하고, 총열 상단에 HTC Vive Tracker를 장착하여 VR 사격에서 훈련자의 자세 및 위치를 인식하게 한다. 총열 하단에는 사용자의 행동을 제어하는 손잡이 형태의 인터페이스 모듈을 장착한다. 비가시 적외선 레이저 모듈과 인터페이스 모듈에서 발생한 신호는 일체형 시뮬레이션 총기의 총열에 장착한 무선 통신 모듈에 의해 블루투스 방식으로 통합 제어 장치로 전달되어 처리함으로써 혼합 환경에서 사용이 가능하다. 스크린 사격과 VR 사격이 동시에 가능한 혼합 환경에서 시험한 결과 운용이 가능한 것을 확인하였다. 일체형 시뮬레이션 사격 서비스는 기존 사람 중심의 훈련 서비스에서 자동차 또는 함정 등과 같은 조종 훈련 플랫폼과 연동하여 운용할 수 있는 기술 발전이 필요하다.
본 연구에서는 반도체, 디스플레이 등과 같은 첨단 전자제품 제조 시스템에서의 공정별 기계 대수를 결정하는 용량계획 문제를 고려한다. 제조 시스템은 공정별로 동일한 병렬기계가 존재하는 혼합흐름공정의 형태를 갖고 있으며, 각 기계 마다 서로 다른 제품 종류를 연속적으로 가공할 때는 셋업 작업이 발생한다. 설비를 구매할 수 있는 예산에 제약이 있는 상황에서 제조시스템의 생산율을 최대화 할 수 있는 공정별 기계 대수 조합을 결정해 주고자 한다. 혼합흐름공정 형태의 복잡한 제조시스템을 대상으로 주문이 동적으로 도착하고 여러 가지 일정계획방법을 적용하는 것을 모델링 하기 위하여 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 본 연구에서는 시뮬레이션 실행을 포함한 다양한 조합의 기계 대수 증감 휴리스틱 방법을 제안하여 해를 도출하였다. 제안된 방법들은 일련의 계산실험을 통하여 그 성능을 비교 평가하였다.
유무선 혼합 망에서 GFR서비스의 최소대역, 효율 및 트래픽 제어를 위한 버퍼관리 기법 등을 유무선 혼합망의 셀기반 네트워크에서 가중치를 높이는 시뮬레이션을 통해 공평성을 입증하는 연구를 한다. GFR서비스는 TCP/IP 패킷의 품질보장과 베스트 에포트 트래픽에 대한 최소의 대역폭 보장을 하며, 가용 대역폭에 대한 공평성 있는 대역할당을 지원해야 하기 때문에 버퍼관리를 통한 셀 폐기와 셀 스케줄링 둥이 중요한 요소이다. 본 논문에서는 유무선 혼합 네트워크에서 MCR을 보장하기 위하여 버퍼의 사용 가능한 영역의 활성 VC에 각 VC가중치를 비례해 할당하는 per-VC 어카운트에 기초한 트래픽 제어의 버퍼관리에 대한 유동적 WBA알고리즘을 제안하고 GFR 서비스의 효율 및 공평성을 유무선 혼합 망 셀 기반의 스위치를 이용하여 시뮬레이션으로 결과를 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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