집단 행동을 나타내는 Cellular Automata 모델을 사용한 여객선 승객 탈출 분석

차주환,하솔,이규열,Cha, Ju-Hwan,Ha, Sol,Lee, Kyu-Yeul 한국시뮬레이션학회 2011 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.20 No.4

본 논문에서는 여객선의 비상 상황에서의 승객 탈출 시 승객의 집단 행동을 고려한 cellular automata 모델을 제안하였다. 승객이 이동 가능한 영역을 규칙적인 격자 형태의 cell들로 표현하고, 한 명의 승객이 일반적으로 차지하는 공간의 크기를 cell 의 크기로 정의한다. 각 cell은 이웃 cell들의 상태를 고려하여 정해진 규칙에 따라 승객이 이동함으로써 매 단위 시간마다 cell의 상태가 업데이트 된다. 규칙은 탈출구로의 이동 규칙과 집단 행동 규칙의 두 가지로 구성되어 있다. 첫째, 탈출구로의 이동 규칙을 정의하기 위해 각 cell에는 탈출구로의 최단 거리가 저장되어 있고, 인접한 8개의 이웃 cell에 저장된 거리 값들을 비교하여 거리 값이 작아지는 방향으로 승객이 이동한다. 둘째, 집단 행동 규칙은 응집(cohesion), 분리(separation), 정렬(alignment) 행동 규칙으로 구성되어 있다. 이러한 승객의 집단 행동을 규칙화 한 cellular automata 모델을 사용하여 International Maritime Organization, Maritime Safety Committee / Circulation 1238(IMO MSC/Circ. 1238) 기반의 여객선 승객 탈출 분석을 수행하여 승객의 이동 경로 및 탈출 시간을 계산하였다. This paper presents simulations of advance evacuation analysis using a cellular automata model for passenger behavior in an emergency of passenger ship. The proposed cellular automata model divides the space in a uniform grid called "cell." Each passenger is located in a cell and moves to another cell according to a set of local rules assumed to be associated with the individual and crowd behaviors of the passengers. To verify the usefulness of the proposed cellular automata model, 11 tests, all of which are specified in International Maritime Organization Maritime Safety Committee/ Circulation 1238 (IMO MSC/Circ. 1238), were implemented, and it was confirmed that all the requirements of these tests had been met.

정년의 길목에서

차주환,Cha, Ju-Hwan 한국대학교육협의회 1986 大學敎育 Vol.20 No.-

이산 사건 및 역학 기반 이산 시간 혼합형 모델링에 의한 잠수함의 잠항 부상 시뮬레이션

차주환,노명일,이규열,Cha, Ju-Hwan,Roh, Myung-Il,Lee, Kyu-Yeul 대한조선학회 2010 大韓造船學會 論文集 Vol.47 No.2

In this study, a discrete event and dynamic-based discrete time combined simulation modeling architecture, which can be used to calculate equations of motions among discrete events, is developed. This is composed of a command model, which is in charge of discrete event simulation, a numerical integration model, which finds motions by numerically integrating equations of motions, and an external force and control force model, which calculates the force and transmits it to the equations. Using this architecture, we can develop dynamic-based simulation by simply connecting and combining models, and handle simultaneously discrete event and discrete time simulation. To verify the efficiency of the architecture, it is applied to the submarine diving and surfacing simulation.

해상크레인을 이용한 블록 탑재 시뮬레이션

차주환,Cha, Ju-Hwan 한국전산구조공학회 2013 전산구조공학 Vol.26 No.1

조선 공정 계획의 수립 완성도 향상을 위한 이산 사건 및 이산 시간 혼합형 시뮬레이션 프레임워크

차주환,노명일,방경운,이규열,Cha, Ju-Hwan,Roh, Myung-Il,Bang, Kyung-Woon,Lee, Kyu-Yeul 한국시뮬레이션학회 2008 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.17 No.4

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. In this study, a simulation framework, which can support developing various simulation systems for the improvement of process planning in shipbuilding such as the block erection, the block turn-over, and so on, is proposed. In addition, a simulation kernel, which is a key component of the simulation framework, is implemented according to the concept of the combined discrete event and discrete time simulation. To evaluate the efficiency and applicability of the proposed simulation framework, it is applied to the block erection process in shipbuilding. The result shows that the proposed simulation framework can provide the consistent, integrated development environment for a simulation system, as compared with existing studies and commercial simulation systems.

Wire Rope Dynamics 기반의 조선용 탑재 크레인 동역학 시뮬레이션

차주환,구남국,노명일,이규열,Cha, Ju-Hwan,Ku, Nam-Kug,Roh, Myung-Il,Lee, Kyu-Yeul 한국전산구조공학회 2012 한국전산구조공학회논문집 Vol.25 No.2

A wire rope is comprised of several metal wires which are wound together like a helix and it can resist relatively large axial loads, as compared with bending and torsional loads. A shipbuilding crane for erection such as a floating crane, a gantry crane, and a crawler crane hoists up and down heavy blocks by using these wire ropes. Thus, it is necessary to find dynamic properties of a wire rope in order to safely lift the blocks using the crane. In this study, a formula for calculating the tension and torsional moment acting on wire ropes of the crane was derived based on the existing study, and then dynamic simulation of the crane was performed based on the formula. The result shows that the dynamic simulation can be applied to find the safe method for block erection of shipyards. 와이어 로프(wire rope)는 여러 가닥의 얇고 긴 철사를 감아서 밧줄과 같이 만든 것으로 굽힘과 비틀림 하중에 비해 축 하중에 더 크게 저항할 수 있는 특징을 가지고 있다. 해상 크레인, 갠트리 크레인, 크롤러 크레인 등과 같이 선박 또는 해양 구조물의 탑재를 위해 사용되는 조선용 탑재 크레인은 이러한 와이어 로프를 이용해 큰 중량의 블록들을 들거나 내리고 있다. 따라서 블록의 안전한 탑재를 위해서는 와이어 로프에 대한 동역학적 특성을 잘 파악해야 한다. 본 연구에서는 블록 탑재 시 크레인의 와이어 로프에 작용하는 장력과 비틀림 모멘트에 대한 계산식을 유도하고, 이를 기반으로 한 조선용 탑재 크레인의 동역학 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과, 개발된 시뮬레이션 방법이 실제 조선소의 안전한 블록 탑재 과정에 충분히 적용할 수 있음을 확인하였다.

한중 목조건축 도리 결합방식 변천(變遷)에 관한 비교연구

차주환,Cha, Ju-hwan 국립문화재연구원 2014 헤리티지:역사와 과학 Vol.47 No.4

본 연구는 한중 고건축 내부 가구(架構) 중 소슬재의 위치와 도리와 보의 결합 형태를 분석하여 동아시아 목조구조 체계 원리를 이해하기 위한 기초적인 연구이다. 동아시아 국가인 한국과 중국의 고대 목조건축은 서까래와 도리, 그리고 보를 결합하여 건물의 윗부분을 구성하고 기둥과 결합하여 건물의 기본 골격을 형성하는 구조를 가지고 있어 목조 구조 체계의 원리가 크게 다르지 않다. 다만, 세부적인 기법상의 차이가 지역성과 시대성, 국가성을 띠고 있다. 중국건축 내부 가구 중 도리와 보의 결합 형태와 차수(叉手), 탁각(托脚)의 지지점 위치가 시대에 따라 차이점을 보이고, 역사적으로 다양한 왕조에 따라 세부 수법이 다른 것으로 보인다. 15세기 이후 건축에서는 차수와 탁각이 없어지는 현상을 보이며 특히, 탁각은 명대 관식건축에서는 완전히 없어졌으며 주된 이유는 도리와 보의 결합 방식의 차이가 크게 작용한 것으로 볼 수 있다. 15세기 이전에는 도리와 보가 서로 떨어져 결합되고 있었으나, 15세기 이후는 도리와 보가 서로 결합하고 보의 단면적이 비약적으로 커져 도리 좌굴을 방지하는 수법이 발달한 것으로 보인다. 탁각의 경우 당 오대 시기에는 탁각의 상부 위치를 봤을 때 도리와 직접적인 결합은 없으며, 도리의 좌굴을 방지하는 부재보다 내부 가구의 안전성을 유지하는 부재라고 볼 수 있다. 송대 이후 원대까지도 송 "영조법식"의 기록과 다른 건축물이 많은 것으로 보아 탁각의 적용 여부는 지역, 혹은 장인의 수법에 따라 다양하게 나타난 것으로 보인다. 원대 이전 우진각 지붕의 측면 도리 부근과 팔작 지붕 합각 아래 구조에서도 탁각이 있는 것 보아 종단면과 횡단면에서 모두 볼 수 있는 부재이며, 지지점의 위치를 보아 도리를 직접 지지하는 부재라기 보다 우진각 지붕의 측면 구조나 팔작 지붕의 측면 합각 구조의 안전성에 기여하는 부재로 보인다. 한국건축 중 고려시대에 반 'ㅅ'자형 소슬재(중국명: 탁각[托脚])가 유행하지 않은 이유는 도리의 좌굴을 방지하는 기법(도리 받침재)이 널리 유행하여 반 'ㅅ'자형 소슬재를 사용하지 않아도 도리가 안정적으로 유지하는 방법을 선호한 것으로 볼 수 있다. 이 시기의 도리는 도리+장혀+도리 받침재+보의 구성을 보여 도리가 직접 보와 결구되지 않는 특징이 있으며, 조선시대 이후 도리가 보의 단면적의 범위에 속해 도리가 좌굴 되는 현상을 방지한 것으로 보인다. 이는 15세기 이후 중국건축에서도 같은 모습을 보이며, 15세기 이후 도리 좌굴에 대한 세부 기법이 한중 양국의 지역성과 국가성을 뛰어 넘어 보편성을 가진 예라 생각된다. 조선중 후기 건축에서 지붕부의 하중을 줄여 주는 방법인 덧걸이 수법이나 덧서까래 사용은 도리에서 보로 전달되는 하중을 줄여주어 도리 좌굴을 감소시켜 주는 효과가 있으며, 이는 조선시대에 건물을 영조하는 장인들의 도리 좌굴을 방지하는 또 다른 기술이라 할 수 있다. 한중 고건축 도리와 보의 결합 구조와 소슬재의 연구는 고려시대 이전 건축을 복원, 설계하는 연구에 기초적인 연구를 제공할 수 있을 것으로 보인다. This study was to understand the basic principles of the East Asian wooden structure system research and analysis. The Korea and China ancient architecture internal structure research that the combination of girders and crossbeams position. The ancient wooden structures of eastern Asian countries, Korea and China are not much different from each other in the principles of the wooden architecture structure, combining pillars, purlins and crossbeams. However, it seems that age-division, local-division, national-division differs in detail techniques. China ancient wooden structures combination of purlin and crossbeam, and So-seul Timber(Chinese name: Chashou叉手, Tuojiao 托脚) seems to show differences according to the age of the fulcrum position, detailed approach is also different according to various historical dynasty. Before in the 15th century, Purlin and Crossbeam are coupled to each other, but since the 15th century, seems to have developed a technique combined with each other Girder and Crossbeam and to prevent buckling of the Crossbeam cross-sectional area increased dramatically. For Tuojiao in China Tang-Wudai dynasty(A.D. 618~979), can see that saw the top position Girder and Tuojiao no direct coupling, can be seen as maintaining the safety of the material than the material of the inner wooden structures prevent buckling of the purlin. Korea ancient wooden structures of Goryeo dynasty(A.D. 918~1391), So-seul Timber(Chinese name Tuojiao) why do not to use the fashion? To use Purlin Lower backing material techniques to prevent buckling is a popular trend to stable can be thought of as a preferred way to maintain. I think that with universality beyond the local-division, national-division and the two countries since the 15th century of Korea and China ancient wooden structures detailed mechanism for the purlin buckling. In middle-late Chosen dynasty, The effect of Deotgeolyi- techniques and fleeting beams reduce the purlin buckling that reduces the load transmitted from purlin and crossbeam of how to reduce the load on the roof portion of the architecture fleeting beams used, which of craftsmanship of the Chosen Dynasty building can be referred to as another technique for preventing buckling purlin. This Korea and China ancient architecture purlin beam structure and material So-seul Timber study. Seems to be able to provide a basic research study to restore and designed the old wooden architectures.

붐(Boom)의 탄성을 고려한 해상크레인의 비선형 정적/동적 거동을 위한 수치 해석

차주환(Ju-Hwan Cha),박광필(Kwang-Phil Park),이규열(Kyu-Yeul Lee) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集A Vol.34 No.4

해상크레인은 크레인을 탑재한 선박으로서, 조선소에서 대형 블록이나 구조물의 탑재 및 해상 운송 작업에 사용된다. 본 논문에서는 해상크레인과 중량물의 전후 동요(Surge), 상하 동요(Heave), 종 동요(Pitch)에 대한 정적/동적 거동을 분석하였다. 이 때, 유연 다물체계 동역학을 적용하여 해상크레인의 붐(boom)을 탄성으로 고려하였으며, 플로팅 프레임(floating frame)과 노드 좌표(nodal coordinates)를 사용하였다. 질량 행렬, 탄성 강성 행렬, 2 차 속도 벡터, 일반화 좌표 방향으로 작용하는 외력 등을 고려하여 모든 운동이 연성된 비선형 운동 방정식을 구성하였다. 외력으로는 비선형 유체정역학 힘, 선형화된 유체동역학 힘, wire rope 힘, 계류력이 고려되었다. 수치 해석을 위해 Hilber-Hughes-Taylor 방법을 비선형 운동방정식에 적용하였다. 정적 거동 분석을 통한 정적 평형 자세를 고려한 경우와 고려하지 않은 경우에 대해 결과를 비교하였으며, 수치 해석 방법에 대한 정적/동적 거동 분석 결과를 비교하였다. A floating crane is a crane-mounted ship and is used to assemble or to transport heavy blocks in shipyards. In this paper, the static and dynamic response of a floating crane and a heavy block that are connected using elastic booms and wire ropes are described. The static and dynamic equations of surge, pitch, and heave for the system are derived on the basis of flexible multibody system dynamics. The equations of motion are fully coupled and highly nonlinear since they involve nonlinear mass matrices, elastic stiffness matrices, quadratic velocity vectors, and generalized external forces. A floating frame of reference and nodal coordinates are employed to model the boom as a flexible body. The nonlinear hydrostatic force, linear hydrodynamic force, wire-rope force, and mooring force are considered as the external forces. For numerical analysis, the Hilber-Hughes-Taylor method for implicit integration is used. The dynamic responses of the cargo are analyzed with respect to the results obtained by static and numerical analyses.

이산 사건/이산 시간 혼합형 시뮬레이션 모델 구조 기반 DEVS-HLA 인터페이스를 이용한 잠수함의 잠항 시뮬레이션

차주환(Ju-Hwan Cha),하솔(Sol Ha),노명일(Myung-Il Roh),이규열(Kyu-Yeul Lee) (사)한국CDE학회 2010 한국CDE학회 논문집 Vol.15 No.4

In this paper, a DEVS(Discrete EVent Systems Specification)-HLA(High Level Architecture) interface was developed in order to perform the simulation using the combined discrete event and discrete time simulation model architecture in a distributed environment. The developed interface connects the combined simulation model with the HLA/RTI(Run-Time Infrastructure) which is an international standard middleware for distributed simulation. The interface consists of an interface model, a model interpreter, and a distributed environment interpreter. The interface model was defined by using the combined simulation architecture in order to easily connect the existing combined simulation model without modification with the HLA/RTI. The model interpreter takes charge of data transmission between the interface model and the combined simulation model. The distributed environment interpreter takes charge of data transmission between the interface model and the HLA/RTI. To evaluate the applicability of the developed interface, it was applied to the diving simulation of a submarine in a distributed environment. The result shows that a simulation result in a distributed environment using the interface is the same to the result in a single computing environment.

붐(Boom)의 탄성을 고려한 해상크레인의 비선형 정적/동적 거동을 위한 수치 해석

차주환(Ju-Hwan Cha),박광필(Kwang-Phil Park),이규열(Kyu-Yeul Lee) 대한기계학회 2009 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2009 No.11

A floating crane is a crane-mounted ship and is used to assemble or to transport heavy blocks in the shipyards. In this paper, the static and dynamic response of a floating crane and a heavy block which are connected through the elastic booms and wire ropes are performed. The static and dynamic equations of surge, pitch, and heave motions for the system are derived based on flexible multibody system dynamics. The equations of motion are fully coupled and highly nonlinear by considering the nonlinear mass matrix, elastic stiffness matrix, quadratic velocity vector and generalized external forces. A method of floating frame reference and nodal coordinates is employed to model the boom as a flexible body. For numerical analysis, the Hiber-Hughes-Taylor implicit integration method is used. The dynamic response of the cargo is analyzed and the effects of the elastic boom are discussed by comparing the simulation result of the elastic and rigid booms.