자기베어링 스테이지의 동적 거동 통합 시뮬레이션을 통한 제어 설계

김병섭(Byung-Sub Kim) 한국생산제조학회 2013 한국생산제조학회지 Vol.22 No.4

The dynamic simulation of machine tools and motion control systems has been widely used for optimization, design verification, control design, etc. There are three main streams in dynamic simulation: structural dynamic analysis based on the finite element method, dynamic motion analysis based on equations of motion, and control system analysis based on transfer functions. Generally, one of these dynamic simulation methods is chosen and employed for specific purposes. In this study, an integrated dynamic simulation is introduced, in which the structure, motion, and control dynamics are combined together. Commercially well-known software is used in the integrated dynamic simulation: ANSYS, ADAMS, and Matlab/Simulink. Using the integrated dynamic simulation, the dynamics of a magnetic bearing stage is analyzed and the causes of oscillation and noise are identified. A controller design for suppressing a flexible dynamic mode is carried out and verified through the integrated dynamic simulation.

공정시스템, 이동현상, 화학공정안정 : 열통합 증류 공정의 상세 동적 모델링 및 모사

박병학 ( Byung Hak Park ),이희승 ( Hee Sung Lee ),문일 ( Il Moon ) 한국화학공학회 2003 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.41 No.1

A rigorous dynamic modeling and dynamic simulation are performed to find the dynamic behaviour of a distillation column model including continuous/discrete variables, considering material balances, heat balances, nonlinear hydraulic equations and themodynamic correlations in all equipments. Target process of this study is a distillation column aimed at separating benzene and toluene. Through dynamic modeling, 1,062 differential algebraic equations are acquired. Numerical solutions of dynamic behaviour such as pressure, temperature, fraction and molar flow rate in liquid and vapor phase. The feature in this study is to compare the energy consumption of a conventional distillation column with that of a heat integrated distillation column using dynamic simulation method. This study verifies energy efficiency through dynamic simulation in series of start-up of processes. There are some verifications of a heat integrated distilation column in view of steady state simulation but no verification in view of dynamic simulation. Also, this study considers operating procedures of the process in dynamic simulation through modeling of all equipments such as reboilers, refluxdrums. pumps, valves, digital PI controllers etc.

화재시뮬레이션

김상문(Sang Moon Kim),윤상열(Sang Youl Yoon),김경천(Kyung Chun Kim) 한국가시화정보학회 2006 한국가시화정보학회지 Vol.4 No.1

Fire simulation has been developed for decades to analyze fire cases and provide a tool to study fundamental fire dynamics and combustion. There are three way of fire simulation which are a full scale simulation, an experimental simulation and a computational simulation. In case of a full scale simulation, because a higher cost, a higher risk, more efforts are needed, a demand for it has been decreased. But recently a demand for an experimental simulation and a computational simulation has been increased. A computational simulation has several advantages; lower cost, short period, many case studies, more visual results, a quantitative result and etc. FDS(Fire Dynamics Simulator) which has been developed in BFRL (Building and Fire Research Laboratory), NIST(National Institute of Standards and Technology) is a popular world wide code for fire simulation. Lack of accurate predictions by the model could lead to erroneous conclusions with regard to fire safety. All results should be evaluated by the informed judgment of the qualified user.

시스템다이내믹스 시뮬레이션에서의 동적 최적화에 관한 연구

남광식,문성암 한국시스템다이내믹스학회 2022 한국시스템다이내믹스 연구 Vol.23 No.4

For the optimization of system dynamics simulation, only one optimal policy has been calculated through simulation by applying static optimization. This method does not reflect the reality that the policy changes depending on the point of time, so it may not be the optimal value at a specific point in time. Therefore, this study proposes a method to calculate the optimal policy for each time point by using dynamic optimization in the system dynamics simulation. For the simulation, a fixed order quantity inventory management model was built using the system dynamics software (Vensim). Dynamic optimization was limited in implementation in Vensim, so the optimal reorder point (ROP) was calculated at each time point using data analysis software (Python). This study is meaningful in that it presented a method to apply dynamic optimization in system dynamics simulation by linking Vensim and Python. It is expected that it will be used as a tool to support real-time policy making in public institutions and the private sector in the future.

대규모 인구동태 시뮬레이션을 통한 에이전트 기반 고성능 시뮬레이터의 구현에 관한 연구

김민수,이지환,김영진 한국전자거래학회 2023 한국전자거래학회지 Vol.28 No.1

Agent-based simulation models the interaction of agents acting autonomously within a system in order to deeply understand the behavior and status of the target system. Agent-based simulation has the advantage that it is relatively easy to understand the detailed process of agent activity and the reason for its action, since the individual agent's decision-making can be reviewed in detail. However, since a large number of agents and complex interactions significantly degrade the execution performance of agent-based simulations, the number of agents and interactions are often reduced or simplified for actual simulations. Recently, as access to high-performance computing resources has become popular through continuous technological advancement, there is a growing demand for agent-based simulations to be executed on a real scale without model reduction. However, in order to effectively run large-scale agent-based simulations, significant modifications and development of related technologies are required in the implementation of agents and their interaction with the engine. In this study, by implementing and experimenting with a large-scale population dynamics simulation using the MASON open source solution, authors have examined which technical elements should be included in the development of a high-performance agent-based simulation engine in the future. In the process of speeding up the 120-year population dynamics simulation for the entire population of Korea from 2020, elements to be further developed or supplemented are summarized. It is expected that the results of this study will be of practical help in the implementation of high-performance agent-based simulation engines and the execution of large-scale models in the future. 에이전트 기반 시뮬레이션은 대상 시스템의 동작과 상태를 세부적으로 이해하기 위하여 시스템 내에서 자율적으로 행동하는 에이전트들의 상호작용을 모델링한다. 에이전트 기반의 시뮬레이션에서는 개별 에이전트의 의사 결정을 자세히 검토할 수 있으므로, 에이전트 활동의 세부 과정과 동작 이유를 이해하기가 상대적으로 쉽다는 장점이 있다. 하지만 많은 수의 에이전트와 복잡한 상호작용은 에이전트 기반 시뮬레이션의 실행 성능을 크게 떨어뜨리기 때문에, 실제 시뮬레이션의 수행을 위해서는 에이전트의 수와 상호작용을 축소하거나 단순화하는 경우가 많았다. 최근에는 지속적인 기술 발전을 통해 고성능 컴퓨팅 자원에 대한 접근이 대중화되면서 에이전트 기반 시뮬레이션을 모델의 축소 없이 실제 규모로 실행하고자 하는 요구가 커지고 있다. 그러나 막대한 규모의 에이전트 기반 시뮬레이션을 효과적으로 실행시키기 위해서는 에이전트의 구현 방식과 엔진과의 상호작용에서 상당한 수정 작업과 관련 기술의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 MASON 오픈소스 솔루션을 활용하여 대규모 인구동태 시뮬레이션을 구현하고 실험해 봄으로써, 어떠한 기술 요소가 향후 고성능 에이전트 기반 시뮬레이션 엔진의 개발에 포함되어야 할 것인지를 살펴보았다. 2020년 대한민국 전체 인구에 대한 120년간의 인구동태 시뮬레이션을 고속화하는 과정을 통해 추가 개발되거나 보완되어야 할 요소들을 정리하였다. 본 연구의 결과가 향후 고성능 에이전트 기반 시뮬레이션 엔진의 구현과 대규모 모델의 실행에 실질적인 도움이 될 것으로 기대한다.

농업용 트랙터의 차축 구동 토크 예측을 위한 동역학 시뮬레이션 모델 개발

전현호,백승민,백승윤,김용주 대한기계학회 2023 大韓機械學會論文集A Vol.47 No.11

농업용 트랙터는 시장 수요에 맞게 지속적으로 개선 및 개발되고 있다. 이러한 과정에서 트랙터는 다양한 설계 변경이 이루어진다. 설계 변경에 따라 내구성 확보를 위해서는 반드시 성능평가가 수행되어야 한다. 농업기계분야에서는 대부분 시제품을 이용한 성능평가들이 이루어지고 있으며, 이는 많은 시간과 비용을 필요로 한다. 이를 해결하기 위해 최근 시뮬레이션 모델을 이용한 성능평가에 대한 연구가 다양하게 수행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 농업용 트랙터의 성능평가를 위해 동역학 시뮬레이션 모델을 개발 및 검증에 대한 연구를 수행하였다. 시뮬레이션 모델 개발은 타이어 계수 측정 시스템 및 계측용 트랙터 개발을 통해 수행되었다. 트랙터 모델 구성은 차량의 제원 및 상용프로그램인 Recurdyn(V9R4, Functionbay Co. Ltd., Korea)을 이용하여 수행하였다. 모델 검증은 시뮬레이션 결과 값 및 계측 값의 평균 차축토크 비교 분석을 통해 수행하였으며, 분석결과 6%의 오차를 보였다. 해당 모델을 이용하여 트랙터의 차축 부하 예측이 가능할 것으로 판단되며, 본 모델은 차후 연구에서 쟁기 및 로타리 등 주요 트랙터 작업 조건에서의 차축 부하 예측에 활용할 예정이다. Agricultural tractors are continuously being developed to improve performance. In this process, the tractor design has to be changed. To secure durability according to the design change, performance evaluation has to be conducted. Performance evaluation using prototypes is mostly conducted in agricultural machinery, which requires a lot of time and money. Various studies on performance evaluation using simulation models have been recently conducted to solve this problem. Therefore, this study is conducted to develop and validate a dynamic simulation model for the performance evaluation of agricultural tractors. The development of the simulation model is conducted through the development of a tire stiffness and a tractor measurement system. The tractor model is configured using the commercial program for dynamics simulation. The simulation model is validated through a comparison of the average axle torque of the simulation result and measurement data. It shows that there was an error of 6. It is deduced that it is possible to predict the axle torque of the tractor using the dynamic simulation model of an agricultural tractor. In future, studies will be conducted using this simulation model to predict the axle torque in conditions of tractor operation such as the plow and rotary tillage.

독일 아이펠의 지역적 관리에 따른 유럽너도밤나무 숲의 생장변화 추정을 위한 시뮬레이션 개발

변재균,마티나 로스 니콜,리차드 오터만스 한국시뮬레이션학회 2024 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.33 No.1

숲을 체계적으로 관리하고 경영하기 위해서는 나무생장 변화에 대한 신뢰성 있는 예측이 필요하다. 독일의 아이펠 지역에서는 주요 목재종인 유럽너도밤나무가 식재되어 관리되어 지고 있다. 본 지역의 산림관리자의 실제 산림경영의 경험과 조언을 토대로, 다양한 산림 관리에 따른 단기 및 장기 효과를 예측하고자 지역 특수성을 지니는 시뮬레이션 모델의 접근방법을 개발하고자 하였다. 시뮬레이션 모델은 (1) 묘목 생성, (2) 나무 사멸 조절 (3) 나무 생장의 세 가지 모듈로 구성된다. 산림관리자에 의해 제공된 너도밤나무 숲의 실제 부피 변화를 근사화하기 위해 다양한 변수(나무수, 나무간 거리, 씨앗의 분포, 경쟁)를 반복적으로 수정하여 세 가지 모듈을 결합한 하이브리드 시뮬레이션 모델을 개발할 수 있었다. 본 연구를 통해 유럽너도밤나무 숲의 350년을 모의하여 생장 변화를 예측하였으며, 아이펠 지역의 세 가지 다른 관리 방법 (숲을 보호한 상태에서 목재벌채, 선택적 벌목, 보호림) 시나리오를 적용하였을 때 모의된 결과를 비교하였다. 시뮬레이션 결과를 통해 나무 생장의 변화가 현실적으로 잘 반영되었다는 것을 확인할 수 있었으며, 미래에 장기간 실제 축적된 산림 데이터를 획득하여, 검증과 보정의 과정을 반복한다면 더 높은 정확도의 지역 맞춤형 모델이 개발될 수 있을 것으로 사료된다. Forest management is known to beneficially influence stand structure and wood production, yet quantitative understanding as well as an illustrative depiction of the effects of different management approaches on tree growth and stand dynamics are still scarce. Long-term management of beech forests must balance public interests with ecological aspects. Efficient forest management requires the reliable prediction of tree growth change. We aimed to develop a novel hybrid simulation approach, which realistically simulates short- as well as long-term effects of different forest management regimes commonly applied, but not limited, to German low mountain ranges, including near-natural forest management based on single-tree selection harvesting. The model basically consists of three modules for (a) natural seedling regeneration, (b) mortality adjustment, and (c) tree growth simulation. In our approach, an existing validated growth model was used to calculate single year tree growth, and expanded on by including in a newly developed simulation process using calibrated modules based on practical experience in forest management and advice from the local forest. We included the following different beech forest-management scenarios that are representative for German low mountain ranges to our simulation tool: (1) plantation, (2) continuous cover forestry, and (3) reserved forest. The simulation results show a robust consistency with expert knowledge as well as a great comparability with mid-term monitoring data, indicating a strong model performance. We successfully developed a hybrid simulation that realistically reflects different management strategies and tree growth in low mountain range. This study represents a basis for a new model calibration method, which has translational potential for further studies to develop reliable tailor-made models adjusted to local situations in beech forest management.

역학 기반 이산 사건 시뮬레이션을 위한 다물체계 동역학 커널 개발

구남국,조아라,Martin Friebe,이규열,노명일 대한조선학회 2011 대한조선학회 학술대회자료집 Vol.2011 No.11

There are several kinds of mechanical systems that are under event-triggered conditions. For the dynamic analysis of such mechanical systems, a simulation program that can generate equations of motion for mutibody systems in the discrete-event simulation framework was developed. For complex multibody systems, a dynamics kernel was developed to generate the equations of motion for multibody systems based on multibody dynamics. To generate the equations of motion, the recursive formulation method was used. Using the developed dynamics kernel, the dynamic responses of multibody systems can be carried out under continuous conditions. The general multibody dynamics kernel, however, cannot deal with discontinuous-state variables and event-triggered conditions. The multibody dynamics kernel, therefore, was integrated into the discrete-event simulation program to deal with multibody systems in discontinuous environments. The discrete-event simulation program was developed based on the discrete-event system specification (DEVS) formalism, which is a modular and hierarchical formalism for analyzing systems under event-triggered conditions.

플러그-인 방식의 동역학 모델 모의 관리자 설계

김인한,김찬수,이상태,위성혁 한국정보과학회 2022 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.28 No.11

This paper proposes a dynamic model simulation manager software design structure for creating, managing, and controlling dynamic modes (land, ship, air, etc.) mounted on weapon system software for modeling & simulation. Dynamic model simulation manager can perform the function of processing external messages, generating plug-in dynamic model template projects in the form of dynamic linked library (DLL), managing, and controlling dynamic model objects through plug-in. The proposed software has a flexible design structure for changing requirements by applying objectoriented design development methodology and GoF design patterns. In addition, modularizing and reusing common models can reduce the development cost and time required for reliability testing. It also allows newly developed plug-in dynamic model software with template project generation features to have similar quality attributes. 본 논문은 모델링 & 시뮬레이션을 위한 무기체계 소프트웨어에 탑재되는 동역학 모델(지상, 함, 공중 등)의 생성, 관리 및 제어를 위한 동역학 모델 모의 관리자 소프트웨어 설계 구조를 제안한다. 동역학 모델 모의 관리자는 외부 메시지를 처리하는 기능, 플러그-인이 가능한 동역학 모델 템플릿 프로젝트를 동적 링크 라이브러리 형태로 생성하는 기능, 플러그-인을 통해 동역학 모델 객체를 관리 및 제어하는 기능을 수행한다. 제안한 소프트웨어는 객체 지향 설계 개발 방법론 및 GoF의 디자인 패턴을 적용하여 요구사항 변화에 유연한 설계 구조를 가질 수 있다. 또한 특정 기능 및 동역학 모델을 모듈화 하여 재사용함으로써 신뢰성 시험 등에 소요되는 개발 비용 및 시간을 절감할 수 있을 뿐 아니라, 템플릿 프로젝트 생성 기능을 통해 신규 개발되는 플러그-인 동역학 모델 소프트웨어가 유사한 품질 속성을 가질 수 있다.

동적 시뮬레이션 접근을 통한 만성질환 관리의 스마트 헬스케어 효과성 연구: 강원도를 중심으로

정윤,이견직 한국보건사회연구원 2019 保健社會硏究 Vol.39 No.4

With the paradigm shift to the hyper-connected society, smart healthcare has emerged as a key factor for building cost-effective and sustainable healthcare systems. Smart healthcare can take a considerable amount of time to show its effectiveness, and resistance to technology and society may arise from mutual heterogeneity. However, it is still difficult to understand the dynamic characteristics of the majority of studies because they analyzed the phenomenon of policy and technology intervention based on a linear perspective. Therefore, this study aims to analyze the nonlinear dynamics of smart healthcare applied to chronic disease management by using dynamic simulation and to suggest strategic implications. The research method used system dynamics to utilize dynamic simulation. First, the structure between variables was created by Causal Loop Diagram (CLD) and converted into a Stock Flow Diagram (SFD) for quantitative analysis. Macro data and estimates were used as variables in the study, and the experiments were simulated using a hypothetical scenario. The results showed that the faster the intervention of smart healthcare service, the higher the initial participation rate of the service, the more preventive service than the treatment, the more intervention in the complex disease than the single disease, In conclusion, in order to effectively manage chronic diseases by applying smart healthcare, it is important to persevere the time required for innovation and to understand the non-linear dynamics of technological and social co-evolution. 스마트 헬스케어는 초연결사회로의 패러다임 전환에 따라 건강관리 및 예방중심의 비용 효율적이고 지속 가능한 의료 시스템을 구현하기 위한 수단으로 주목받고 있다. 스마트 헬스케어는 도입에 따른 효과가 나타나기까지 상당한 시간이 소요될 뿐만 아니라 기술이 사회에 적용되는 과정에서 영역 간 특성에 따른 저항 또한 발생할 수 있다. 그러나 여전히 대다수의 연구는 정책 및 기술 도입에 따른 현상을 선형적인 관점에 입각하여 하고 있어 시간의 흐름에 따라 나타나는 정책 효과의 비선형적 변화양상을 파악하지 못하는 한계가 있다. 따라서 본 연구는 시스템 구조에 따른 행태변화를 관찰하는 시스템 다이내믹스 방법론을 활용하여 스마트 헬스케어를 통한 만성질환 관리효과의 비선형적 동태성을 하고 시사점을 도출하였다. 주요 연구내용으로는 변수 간 구조를 정성적인 인과지도(Causal Loop Diagram; CLD)로 작성하고 이를 저량유량도(Stock Flow Diagram; SFD)로 변환하여 정량적인 을 수행하였으며 주요 변수는 매크로 데이터 및 환경설정을 위해 추정한 값을 부여하여 가상의 시나리오에 따라 시뮬레이션 하였다. 시나리오 결과, 만성질환관리를 위한 스마트 헬스케어 서비스 개입 시점이 빠를수록, 서비스에 대한 초기 참여율이 높을수록, 치료중심보다 예방중심 서비스를 제공할수록, 개별질환보다 복합질환을 대상으로 서비스를 제공할수록 의료비 절감효과가 큰 것으로 나타났다. 결론적으로 스마트 헬스케어를 활용한 만성질환관리 사업 수행 시 기술과 사회의 공진화로 인해 발생하는 비선형적 동태성을 감안하여 혁신에 필요한 시간을 확보한다면 만성질환 관리효과와 더불어 사업의 지속가능성 또한 제고할 수 있음을 밝혔다.