시뮬레이션 소개 개요 주차별 학습계획 주차 주제 1주차 강의소개, 시뮬레이션 소개 2주차 대기행렬모형과 확률모형 3주차 수작업 시뮬레이션, PS설치하기 4주차 Flowshop 모델링, 자재흐름 5주차 작업자, 리소스, 버퍼, 설비고장 6주차 조건 분기 처리, 불량처리 7주차 SimTalk, 테이블 8주차 중간고사 9주차 입력데이터 사용, 실험계획 및 분석 10주차 물류 이송 모델 11주차 Dispatching 12주차 Pull 방식 모델링 13주차 종합 실습 14주차 전과정 리뷰, 팀과제 발표 15주차 기말고사 과제 과제1 과제2 과제3 과제4 과제5 팀과제 1/27 개요 금주 강의 목표 • 시뮬레이션의 개념이해 내용 • 시뮬레이션의 개념 • 시뮬레이션의 분류 • 이상사건 시뮬레이션 • 시뮬레이션 분석 사례 2/27 시뮬레이션의 개념 다음 중 시뮬레이션에 해당하는 것은? 3/27 시뮬레이션의 개념 다음 중 시뮬레이션에 해당하는 것은? 실물 자동차 충돌 테스트 컴퓨터 자동차 충돌 테스트 4/27 시뮬레이션의 개념 다음 중 시뮬레이션에 해당하는 것은? War Game 5/27 시뮬레이션의 개념 다음 중 시뮬레이션에 해당하는 것은? 판매수익 분석 판매수익분석 6/27 시뮬레이션의 개념 다음 중 시뮬레이션에 해당하는 것은? 기계 구조 해석 유체역학 유동해석 7/27 시뮬레이션의 개념 다음 중 시뮬레이션에 해당하는 것은? 공장 모델링 8/27 시뮬레이션의 개념 시뮬레이션 (Simulation) 정의 독일 공학자협회 지침서 3363항 정의 • 시뮬레이션은 현실 시스템을 반영해서 필요한 결과를 도출하기 위한 목적으로 임의 모형에서 동적인 공정들을 모사하는 일련의 과정 Averill M.Law & W.David Kelton • 시뮬레이션은 필요에 의해 구현된 모형을 수리적으로 평가하고, 그 모형을 통해서 실재의 특성 치를 평가하기 위한 자료들을 수집하는 것 일반적인 정의 • 현실 혹은 시스템을 모방, 모사(imitate or mimic)하여 다양한 상황(Scenarios)를 예측하여 보 는 것(forecasting) 9/27 시뮬레이션의 개념 (컴퓨터) 시뮬레이션 정의 A.Alan B.Pritsker (앨런 프티트커) • 시뮬레이션은 현실 시스템의 수학적이고 논리적인 모형으로 설계하고, 설계된 모형을 컴퓨터 상에서 실험하는 과정 경영과학 • 컴퓨터를 사용하여 현실 시스템을 있는 그대로 설정하고 시스템의 운영 상황을 실험적으로 여 러 번 실행함으로써, 적절한 운영정책을 수립할 수 있도록 지원하는 경영과학 기법 교재 • 적절한 소프트웨어를 사용하여 컴퓨터 상에서 현실 시스템의 거동을 흉내내기 위한 방법과 적 용의 광범위한 집단 Wikipedia • 실제로 실행하기 어려운 과정(operation)을 간단히 행하는 모의실험(imitation)을 뜻한다. 특 히 컴퓨터를 이용하여 모의실험을 할 때는 컴퓨터 시뮬레이션이라고 한다. 10/27 시뮬레이션의 개념 언제 시뮬레이션을 사용하는가? 실제로 적용하기에 돈이 많이 드는 경우 • 가동 중인 공장 최적화 실험, 공항 수속 절차 개선 실행 불가능한 경우 • 신규 공장, 은행 지점 폐쇄, 워게임, 자동차 충돌테스트 현상이 복잡하여 수학적 모형으로 풀기 어려운 경우 • 현실상황이 너무 복잡하거나 불확실하여 수리모형으로 최적해를 도출할 수 없는 경우 11/27 시뮬레이션의 개념 시뮬레이션의 단점 부정확한 결과 도출 • 잘못된 데이터 Garbage In, Garbage Out (GIGO) • 제 3종 오류(Type III Error) − 모델 자체의 오류를 의미 − 틀린 문제에 대한 정확한 해답 << 옳은 문제에 대한 근사해 많은 노력과 시간 소요 • 데이터 수집, 모델링 및 검증 • Validation (타당성) − 모델이 실세계의 거동을 올바르게 반영하고 있는가? • Verification (검증) − 모델링 된 대로 프로그래밍이 되었는가? 결과 해석이나 평가의 어려움 • 많은 실제 시스템은 제어가 불가능하고, 랜덤 입력에 의해 영향을 받음 12/27 시뮬레이션의 개념 모형의 종류 물리적 모형 Physical (iconic) models • 시스템의 복제품 혹은 축소판 모델을 구축하여 성능 평가 − 실물 크기의 패스트푸드 식당 − 원자력 발전소 모의 제어실 − 물리적 비행 시뮬레이터 − 자동차 충돌시험 →시간과 비용 소요 논리적(수학적) 모형 Logical (Mathematical) models • 근사모형(수리모형)을 만들어 모델의 거동 분석 − 단순 모델: 대기행렬 이론, 미분방정식, 선형계획법 등 − 복잡한 모델: 컴퓨터 프로그램으로 표현됨 →대부분의 현실 시스템들은 매우 복잡하여 유효한 수학적 모형으로 표현 불가능 13/27 시뮬레이션의 개념 컴퓨터 시뮬레이션 정의 • 시스템의 운영 및 특성을 모방하기 위해 설계된 소프트웨어를 사용하여 수치적인 평가를 함으 로써 현실 세계 시스템의 다양한 모델을 연구하는 방법 14/27 시뮬레이션의 개념 컴퓨터 시뮬레이션 컴퓨터 하드웨어와 소프트웨어 발전 • 컴퓨터 하드웨어의 성능가격 비율의 현저한 향상 • 복잡한 시스템 모델링 가능 한계 • 대부분의 시뮬레이션 모델들이 추계적인 입력 요소들을 가지며, 출력이 랜덤하게 됨 • 체계적인 실험계획과 출력에 대한 통계적 분석이 필요함 발전 15/27 시뮬레이션 분류 시뮬레이션 분류 시뮬레이션은 구현 방법과 구현 대상에 따라 다양한 유형이 존재함 Simulation Deterministic Static Stochastic Dynamic Static Dynamic Monte Carlo (엑셀) 수학계산 (엑셀) Continuous Discrete Continuous Discrete 유체역학 시뮬레이션 로봇 시뮬레이션 에너지 시뮬레이션 생산 시뮬레이션 (kinematic) (process) 16/27 시뮬레이션 분류 Deterministic vs. Stochastic 입력/결과 고정 상수 입력/결과 불확실 확률변수 17/27 시뮬레이션 분류 Static vs. dynamic models 고정값, 특정 시점 스냅샷 시간에 따른 상태 변동변화 18/27 시뮬레이션 분류 Discrete vs. continuous models 언제든 변화 (온도, 속도 등) 특정 시점에만 변화 (고객도착, 물건 구매 등) 19/27 이산사건 시뮬레이션 이산사건 시뮬레이션 DES: Discrete-event simulation • 연속적(continuous)이지 않은 이산적 사건(discrete event)의 순서에 따라 모델링하고 결과를 분석하는 방법 • 시간을 작은 시간 조각으로 나누고 시간 조각 내에서 발생하는 일련의 이벤트/활동에 따라 시 스템 상태를 업데이트함 • 사건이 일어나지 않은 시각에는 모델에 어떤 계산도 수행하지 않으므로 연속시간 혹은 이산시 간 시뮬레이션에 비하여 효율적임. ※ 연속 시뮬레이션은 미분 방정식을 기반으로 시간에 따른 지속적인 변화를 추적 20/27 이산사건 시뮬레이션 고급 시뮬레이션 툴의 등장 1920년 난수 (random number) • 난수 발생기 • 난수 테이블 1950년 컴퓨터와 프로그래밍 언어 등장 • 직접 코딩 고급 시뮬레이터 (시뮬레이션 툴) • GUI • Arena, Plant Simulation, MATLAB, Automod, Flexsim, ProModel, Anylogic, Delmia 등 − ① 사용이 쉬움 (Drag & Drop 방식, 제공 기능이 많음) − ② 분석 가시성이 용이함 (Visualization) − ③ 높은 데이터 호환성 (Multi-plugin) 21/27 이산사건 시뮬레이션 주요 이산사건 시뮬레이션 툴 비교 Arena Plant simulation Anylogic 회사 Rockwell Automation (미국) Siemens (독일) Anylogic (러시아) Tool popularity (보급 정도) 매우 높음 상대적으로 낮음 낮음 장점 전통적 강자 제조업 특화 애니메이션 효과 4차 산업혁명 연관성 (Digital Twin) 상대적으로 낮음 매우 높음 (Leading) 상대적으로 낮음 22/27 이산사건 시뮬레이션 Plant Simulation Simulation models for every level 23/27 시뮬레이션 분석 사례 시뮬레이션 분석 사례 효율적인 응급실 운영 • 환자들의 도착간격, 상태 • 의사 및 간호사의 주야간 근무 변화 • 한정된 병상 및 MR 등 의료자원 • 우선순위에 따른 환자 할당, 인력 배치 패스트푸드 식당 운영 • 고객들의 도착간격, 주문 • 캐셔, 주방 등 직원들의 근무 변화 • 고객 수요 예측 및 적정 인력 수준 파악 24/27 시뮬레이션 분석 사례 공장 Layout 최적화 25/27 시뮬레이션 분석 사례 공장 Layout 최적화 「배치/분석 툴 개발」 「시뮬레이션 분석」 Layout Analyzer Automod 26/27 시뮬레이션 분석 사례 반도체 FAB 자동화 AMHS 27/27 Any Questions? https://sites.google.com/view/soslab/