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      A Redundancy Identification Problem Solving Framework for RFID/USN-based Construction Supply Chain Management = RFID/USN 기반의 건설물류관리를 위한 중복 인지 문제 해결 체계

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      https://www.riss.kr/link?id=T11967475

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      다국어 초록 (Multilingual Abstract) kakao i 다국어 번역

      The supply chain can significantly affect a construction project based on its ability to deliver construction products in an efficient and timely manner. Recently, supply chain management has received a lot of attention from the construction industry (Min and Bjornsson, 2004). However, due to the long information lead-time and the lack of coordination, the initiated communication often fails to have the required information in a timely manner. To make matters even worse, the communication itself may not be initiated.
      Because of the large number of project participants in a construction project: it is an overwhelming task for project managers to cover numerous project members and their suppliers. These types of disturbances in information flows generate turbulences in material flows, which are one of the highly ranked causes of delay in a construction project. Thus, the coordination of information flows is a key component in achieving tight integration in order to optimize the chain-wide performance.
      As a way of coordinating information flows, the idea of real-time information sharing has been studied extensively in the manufacturing industry. It specifically emphasizes instantaneous multilateral information sharing within a supply chain in order to reduce uncertainties associated with operations and demand forecast (Cooper et al., 1997; Lewis and
      Talalayevsky, 1997). This idea has been facilitated due to the rapid advances in information technology (Lee and Whang, 2000). Information plays a very important role in construction management in various ways. Many researchers emphasized the importance of communication and information exchange between project participants in the material flow control process (Agapiou et al., 1998; Vrijhoef and Koskela, 1999).
      In this context, numerous researchers have focused on sharing information in construction supply chain management. Although many studies have shown the various causes of problems in construction supply chain and different approaches to remedy them, it is difficult to find any efforts of describing detailed approaches for securing real-time information in construction supply chain management. A construction supply chain is a dynamic supply chain where the customers’ needs and requirements are continuously changing, as in military logistics (Simon, 2001). In this case, rapid deployment is more important than optimization, and information technology is needed to make information visible in real-time as they occur (Kumar, 2001).
      Recently, it is increasing needs for keeping track of external finishing materials from pre-fab in the plant to erecting in the yard, and due to high-risied and complexed building, more sort and the number of materials to be managed are diversified. Therefore, recent management strategy based on human resources and barcode technology is facing certain limitation to resolve this kind of problem.
      To resolve these problems, the application of Radio Frequency Identification (RFID) technology which is being able to manage as a managing unit is conducted by researchers and practitioners in construction industry.
      Sharing information collected by RFID technology for utilizing in construction supply chain management, Integration technology of Ubiquitous Sensor Network(USN) and RFID is being applied to CSCM.
      However, as RFID technology has own characteristics, when the RFID/USN-based equipment tries to loading, redundancy identification problem that recognize an unloaded Material Set was identified in the project “The development of automatic and intelligent system and equipments for Construction Supply Chain Management of the next generation” supervised by Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs.
      “Redundancy Identification” is defined as a process generating redundant information through unpredictable fault detection when RFID tags are read. In this research, “Redundancy Identification” is used as the situation that Intelligent Equipments recognize information which is not loaded.
      To clarify this problem, this research issues that redundancy identification problem which is a critical problem can be occurred in Future RFID/USN-based CSCM process.
      Therefore, the ultimate objective of this research was to develop a redundancy identification problem solving (RPIS) framework for ideal construction supply chain management.

      In this research, RIPS framework was developed through the procedures as follows.
      (1) Identify optimized solution by case modeling of redundancy identification problems
      (2) Development of RIPS algorithm including Re-initialize algorithm and naive algorithm of duplication checking algorithms
      (3) Development of Intelligent Equipments such as Intelligent Mover, Intelligent Trailer, GateSensor and Server
      (4) Development of Information Model by UML notation
      (5) Development of 3-tier-based prototype system such as IM’s UMPC System, IT’s UMPC System, PDA System, Construction supply chain Management System (CMS) System
      (6) Development of Process Model by BPMN expression

      To validate RIPS framework developed in this research, following three criteria were established for conducting of test.

      (1) Is it possible to apply process model based RIPS framework to RFID/USN-based Construction Supply Chain Management Process?
      (2) Does RIPS framework solve redundancy identification problems effectively?
      (3) Is there quantitative improvement when RIPS framework is applied?

      Since this test aims to verify the redundancy identification problem solving feasibility of RIPS framework, during the phase or setting up the test, the test was configured to be performed in case of the redundancy identification problem occurred.
      The test was performed as the process model for RIPS framework. Also, a stop watch was used to adopt Time Study Methodology for measuring quantitative assessments. The time was recorded according to conditions whether RIPS framework is used or not. And each case was tested ten times. Also, the person who carries out the process was changed each test to eliminate Learning Effect as much as possible.
      The result of the test satisfied above three criteria. Following statements are the result of analysis of time study. It was analyzed a normal distribution curve in MATLAB in order to test the reliability of RIPS framework in this research.
      Contrary to opposite case, when it is applied the proposed RIPS framework to RFID/USN-based CSCM, this research proves that the total time can be reduced over 25% at the 99.29% confidence level. When RIPS framework proposed in this study is applied, the total time required to solve the redundancy identification problem at the 92.65% confidence level decrease approximately 70% comparing to the case not to be applied. However, five data were out of range among twenty time results even though it is applied the RIPS framework, because Intelligent Equipments were on the redundancy identification problem context during the re-initializing process. Except these data, it is analyzed that the ideal RIPS framework reduced approximately 88% of the total time required to solve redundancy identification problem at the 100% confidence level.
      These results conclude that it takes less total time to solve the redundancy identification problem when it is applied RIPS framework. It takes less time that the RIPS framework detects/solves the redundancy identification, and it means this method is effective to draw accuracy information from the redundancy information.
      Also, according to the result of analysis of total time to take Shipping Manager’s contractual inspection which is essential process in CSCM process, in the case of using the RIPS framework, the total time decreased approximately 60% at the 95.15% confidence level compared with the case of not using the RIPS framework.
      This proves that the worker’s productivity can be increased when RIPS framework provide the redundancy identification problem context information to Shipping Manager through the PDA. The proposed identification problem solving process has a limitation because the troubleshooting was limited due to the limit of the current RRFID/SUN technologies.
      However, this research has significance because it issued the redundancy identification problem on the Future RFID/USN-based CSCM process, reduced the information redundancy on the RFID/USN-based CSCM process, and secured the information constituency and accuracy. This research would contributes to establish the ideal construction supply chain management system by providing consistency and accuracy of the construction information management which is required in construction supply chain management domain getting intelligent.
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      The supply chain can significantly affect a construction project based on its ability to deliver construction products in an efficient and timely manner. Recently, supply chain management has received a lot of attention from the construction industry ...

      The supply chain can significantly affect a construction project based on its ability to deliver construction products in an efficient and timely manner. Recently, supply chain management has received a lot of attention from the construction industry (Min and Bjornsson, 2004). However, due to the long information lead-time and the lack of coordination, the initiated communication often fails to have the required information in a timely manner. To make matters even worse, the communication itself may not be initiated.
      Because of the large number of project participants in a construction project: it is an overwhelming task for project managers to cover numerous project members and their suppliers. These types of disturbances in information flows generate turbulences in material flows, which are one of the highly ranked causes of delay in a construction project. Thus, the coordination of information flows is a key component in achieving tight integration in order to optimize the chain-wide performance.
      As a way of coordinating information flows, the idea of real-time information sharing has been studied extensively in the manufacturing industry. It specifically emphasizes instantaneous multilateral information sharing within a supply chain in order to reduce uncertainties associated with operations and demand forecast (Cooper et al., 1997; Lewis and
      Talalayevsky, 1997). This idea has been facilitated due to the rapid advances in information technology (Lee and Whang, 2000). Information plays a very important role in construction management in various ways. Many researchers emphasized the importance of communication and information exchange between project participants in the material flow control process (Agapiou et al., 1998; Vrijhoef and Koskela, 1999).
      In this context, numerous researchers have focused on sharing information in construction supply chain management. Although many studies have shown the various causes of problems in construction supply chain and different approaches to remedy them, it is difficult to find any efforts of describing detailed approaches for securing real-time information in construction supply chain management. A construction supply chain is a dynamic supply chain where the customers’ needs and requirements are continuously changing, as in military logistics (Simon, 2001). In this case, rapid deployment is more important than optimization, and information technology is needed to make information visible in real-time as they occur (Kumar, 2001).
      Recently, it is increasing needs for keeping track of external finishing materials from pre-fab in the plant to erecting in the yard, and due to high-risied and complexed building, more sort and the number of materials to be managed are diversified. Therefore, recent management strategy based on human resources and barcode technology is facing certain limitation to resolve this kind of problem.
      To resolve these problems, the application of Radio Frequency Identification (RFID) technology which is being able to manage as a managing unit is conducted by researchers and practitioners in construction industry.
      Sharing information collected by RFID technology for utilizing in construction supply chain management, Integration technology of Ubiquitous Sensor Network(USN) and RFID is being applied to CSCM.
      However, as RFID technology has own characteristics, when the RFID/USN-based equipment tries to loading, redundancy identification problem that recognize an unloaded Material Set was identified in the project “The development of automatic and intelligent system and equipments for Construction Supply Chain Management of the next generation” supervised by Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs.
      “Redundancy Identification” is defined as a process generating redundant information through unpredictable fault detection when RFID tags are read. In this research, “Redundancy Identification” is used as the situation that Intelligent Equipments recognize information which is not loaded.
      To clarify this problem, this research issues that redundancy identification problem which is a critical problem can be occurred in Future RFID/USN-based CSCM process.
      Therefore, the ultimate objective of this research was to develop a redundancy identification problem solving (RPIS) framework for ideal construction supply chain management.

      In this research, RIPS framework was developed through the procedures as follows.
      (1) Identify optimized solution by case modeling of redundancy identification problems
      (2) Development of RIPS algorithm including Re-initialize algorithm and naive algorithm of duplication checking algorithms
      (3) Development of Intelligent Equipments such as Intelligent Mover, Intelligent Trailer, GateSensor and Server
      (4) Development of Information Model by UML notation
      (5) Development of 3-tier-based prototype system such as IM’s UMPC System, IT’s UMPC System, PDA System, Construction supply chain Management System (CMS) System
      (6) Development of Process Model by BPMN expression

      To validate RIPS framework developed in this research, following three criteria were established for conducting of test.

      (1) Is it possible to apply process model based RIPS framework to RFID/USN-based Construction Supply Chain Management Process?
      (2) Does RIPS framework solve redundancy identification problems effectively?
      (3) Is there quantitative improvement when RIPS framework is applied?

      Since this test aims to verify the redundancy identification problem solving feasibility of RIPS framework, during the phase or setting up the test, the test was configured to be performed in case of the redundancy identification problem occurred.
      The test was performed as the process model for RIPS framework. Also, a stop watch was used to adopt Time Study Methodology for measuring quantitative assessments. The time was recorded according to conditions whether RIPS framework is used or not. And each case was tested ten times. Also, the person who carries out the process was changed each test to eliminate Learning Effect as much as possible.
      The result of the test satisfied above three criteria. Following statements are the result of analysis of time study. It was analyzed a normal distribution curve in MATLAB in order to test the reliability of RIPS framework in this research.
      Contrary to opposite case, when it is applied the proposed RIPS framework to RFID/USN-based CSCM, this research proves that the total time can be reduced over 25% at the 99.29% confidence level. When RIPS framework proposed in this study is applied, the total time required to solve the redundancy identification problem at the 92.65% confidence level decrease approximately 70% comparing to the case not to be applied. However, five data were out of range among twenty time results even though it is applied the RIPS framework, because Intelligent Equipments were on the redundancy identification problem context during the re-initializing process. Except these data, it is analyzed that the ideal RIPS framework reduced approximately 88% of the total time required to solve redundancy identification problem at the 100% confidence level.
      These results conclude that it takes less total time to solve the redundancy identification problem when it is applied RIPS framework. It takes less time that the RIPS framework detects/solves the redundancy identification, and it means this method is effective to draw accuracy information from the redundancy information.
      Also, according to the result of analysis of total time to take Shipping Manager’s contractual inspection which is essential process in CSCM process, in the case of using the RIPS framework, the total time decreased approximately 60% at the 95.15% confidence level compared with the case of not using the RIPS framework.
      This proves that the worker’s productivity can be increased when RIPS framework provide the redundancy identification problem context information to Shipping Manager through the PDA. The proposed identification problem solving process has a limitation because the troubleshooting was limited due to the limit of the current RRFID/SUN technologies.
      However, this research has significance because it issued the redundancy identification problem on the Future RFID/USN-based CSCM process, reduced the information redundancy on the RFID/USN-based CSCM process, and secured the information constituency and accuracy. This research would contributes to establish the ideal construction supply chain management system by providing consistency and accuracy of the construction information management which is required in construction supply chain management domain getting intelligent.

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      국문 초록 (Abstract) kakao i 다국어 번역

      건설산업에 있어 효율적인 건설물류관리는 프로젝트의 성패를 좌우하는 매우 중요한 관리요소 중 하나이다. 이러한 건설물류관리는 크게 건설 자재 흐름(material flow)과 이를 추적 관리하기 위한 정보 흐름(information flow)으로 구성된다. 이 중 정보의 흐름은 분절되거나 정보를 공유하기 위한 대기 시간이 길어 지게 될 경우, 자재의 흐름에 혼란을 야기시킬 수 있으며, 이로 인해 건설 프로젝트의 공기지연을 유발시키는 가장 중요한 원인 중 하나가 될 수 있다.
      최근 건설 프로젝트가 대형화됨에 따라 복잡하게 구성되는 공급체인을 통해서 운영되는 건설물류관리의 효율화를 위해서는 이러한 정보 흐름을 효과적으로 관리하는 것이 매우 중요하다.
      이러한 정보 흐름의 효율적인 관리에 관한 연구는 공급체인관리가 발전되어 있는 제조업에서 실시간 정보 공유에 초점이 맞춰져 활발하게 진행되고 있으며, 정보기술의 발전으로 가속화되고 있다. 이와 관련하여 건설산업에서도 자재 흐름을 제어하기 위한 프로세스에서 프로젝트 참여주체간에 정보의 공유 및 커뮤니케이션에 관한 연구가 수행되고 있다.
      그러나 이러한 건설물류관리에 있어 효율적인 정보 공유 방안에 대한 다양한 연구결과가 여러 연구자들에 의해 제시되고 있으나 건설물류관리에 있어 실시간으로 수집되는 정보의 신뢰성 확보에 대한 연구는 미흡한 실정이다.
      또한, 최근 건축물이 초고층화되고 랜드마크로써의 상징성과 발주자의 자산에 대한 가치 상승에 대한 기대에 기인하여 비정형 건축물에 대한 수요가 늘어 나고 있다. 이에 따라 비정형 적인 외부 마감 자재의 경우 공장 생산 후 현장에 반입되고, 정해진 위치에 설치되는 일련의 프로세스가 요구되고 있으나 기존의 인력에 의한 관리 및 바코드 기술로는 이러한 새로운 프로세스를 지원하지 못하는 한계를 가지고 있다.
      이러한 문제를 해결하고자 유닛 단위의 관리가 가능한 Radio Frequency Identification(RFID) 기술의 적용이 많은 연구자들과 실무자들에 의해 수행되고 있으며, RFID 기술에 의해 수집된 정보를 효율적으로 공유하기 위해서 Ubiquitous Sensor Network(USN) 기술과 결합된 형태로 건설물류관리에 적용이 시도되고 있다.

      본 연구의 동기가 된 “차세대 건설물류관리 자동화 체계 개발” 연구과제는 이러한 RFID/USN기반의 미래의 건설물류관리 환경을 지원할 수 있는 자동화된 체계 구축을 목표로 하고 있다. 본 연구과제의 특징은 물건을 적재하는 단계에서 RFID기술에 의해 인지된 정보가 후속 프로세스에서 RFID tag 정보를 재인지하는 추가적인 프로세스 없이 USN기술에 의해 정보를 공유할 수 있도록 하는 체계를 구축한다는 특징을 가지고 있다.
      본 과제에서는 이러한 체계 구축을 위해 RFID/USN기반의 지능형 장비 및 시스템 개발을 주요 연구 내용으로 하고 있다. 여기서 말하고 있는 RFID/USN기반의 지능형 장비란 자신이 적재하고 있는 자재정보를 자동으로 인지하고, USN기술을 적용하여 장비 간의 커뮤니케이션을 통해 인지된 자재 정보를 공유할 수 있도록 고안된 장비를 의미한다.
      이러한 특징을 가지고 있는 연구과제를 수행하던 중에 RFID기술이 가지는 인식 특성으로 인해 RFID/USN기반의 지능형 장비가 자신이 실제로 적재하고 있는 것 뿐만 아니라 적재되지 않고 주변에 놓여진 RFID tag가 부착된 자재 정보까지도 인지하는 중복인지 문제(redundancy identification problem)가 발견되었다.
      여기서 사용된 “중복인지”라는 용어는 RFID tag 정보를 인지할 때 얘기치 못한 잘못된 인지를 통해 중복적인 정보가 발생되는 프로세스로 RF공학분야에서 일반적으로 사용되는 용어이다. 본 연구에서는 RFID/USN기반의 지능형 장비가 자신이 적재하고 있지 않은 것을 적재한 것으로 잘못 인지하는 경우를 “중복인지” 상황으로 정의하고 있다.
      본 연구에서는 이러한 문제를 명확화하기 위해 중복인지 문제가 미래의 RFID/USN기반의 건설물류관리 환경에서 발생될 수 있는 매우 중요한 문제임을 규명하고 이 문제를 해결할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
      따라서, 본 연구의 궁극적인 목표는 이러한 중복인지 문제가 해결된 이상적인 건설물류관리 환경을 구축하기 위해 중복인지 문제 해결 체계(Redundancy Identification Problem Solving framework)를 개발하는 것이다.

      본 연구에서 RIPS framework는 다음과 같은 순서로 개발되었다.
      (1)중복인지 문제 발생 유형을 모델링하여 유형별 최적의 문제해결 방안 도출
      (2)자동인지(Re-initialize) 알고리즘과 중복식별(duplication checking) 알고리즘인 Naïve알고리즘을 적용하여 RIPS 알고리즘 개발
      (3)지능형 장비(Intelligent Mover, Intelligent Trailer, GateSensor) 개발
      (4)정보 모델 개발
      (5)3계층(3-tier) 기반의 프로토타입 시스템(IM UMPC시스템, IT UMPC시스템, PDA시스템,
      건설물류관리시스템) 개발
      (6)프로세스 모델 개발

      이러한 과정을 통해서 개발된 framework의 유효성을 검증하기 위하여 다음과 같은 세 가지의 테스트 평가 기준을 수립하였다.
      (1) 프로세스 모델 기반의 RIPS framework이 RFID/USN기반의 건설물류관리 프로세스에 적용이 가능한가?
      (2) RIPS framework가 중복인지 문제를 효과적으로 해결하는가?
      (3) RIPS framework를 적용했을 때, 정량적인 개선효과가 있는가?

      이러한 유효성 판단 기준에 근거하여 RIPS framework를 검증하기 위한 테스트를 수행하였다. 테스트의 목적은 RIPS framework이 중복인지 상황을 빠른 시간 내에 발견하고, 이를 효과적으로 해결하는 지를 검증하는 것이므로 테스트 시작단계에서 중복인지 문제가 발생되도록 하였다.
      테스트는 본 연구에서 제안된 RIPS framework 기반의 프로세스 모델을 중심으로 수행되었으며, 정량적인 개선효과를 측정하기 위하여 스톱워치를 사용한 시간연구방법론(time study methodology)을 적용하였다. 또한, 테스트는 10회 수행되었으며, 수행 중에 발생될 수 있는 학습효과를 배제하기 위하여 단계별 프로세스를 수행하는 담당자의 역할을 바꿔가면서 진행하였다.
      테스트를 수행한 결과 위에서 제시된 세 가지 평가기준을 모두 만족하는 것으로 분석되었으며, 시간연구를 통해서 수집된 결과를 토대로 RIPS framework의 신뢰도 분석을 하기 위하여 본 연구에서는 MATLAB을 활용하여 정규분포 곡선을 생성한 후 신뢰수준을 도출하였다.
      신뢰도 분석 결과 RFID/USN기반의 건설물류관리에 RIPS framework를 적용하였을 경우 적용하지 않은 경우 보다 전체 프로세스를 진행하는 데 소요되는 총 시간이 99.29% 신뢰수준에서 25% 이상 감소되는 것으로 파악되었다.
      또한, RIPS framework을 통해 중복인지 문제를 발견하고, 이를 해결하는 데 소요되는 총 시간을 분석해 본 결과 RIPS framework을 적용한 경우가 적용하지 않은 경우 보다 92.65% 신뢰수준에서 약 70% 정도 총 시간을 줄일 수 있는 것으로 분석되었다. 그러나 시간데이터 20건 중 5건의 데이터는 RIPS framework를 적용하였는데도 적용하지 않은 경우와 비슷한 결과가 나오는 것으로 도출되었다.
      이러한 결과가 도출된 원인을 규명해 본 결과 이는 본 연구의 테스트 조건에서 기인된 것으로 파악되었다. 즉, 프로세스 시작 시점에 중복인지가 발생된 상태에서 시작을 한 후 동일한 속도로 근거리에서 테스트가 진행되어 중복인지 상황을 벗어나지 못한 상태가 지속되었기 때문에 본 연구에서 개발된 자동인지 프로세스가 여전히 중복된 데이터를 인지하고 그 결과를 서버로 전송하였기 때문인 것으로 파악되었다.
      실제 건설현장에서는 장비간 동선상의 간섭 및 안전상의 이유로 본 연구의 테스트 조건처럼 근거리에서 동일한 속도로 이뤄지는 경우가 발생되지 않으나, 연구관점에서는 프로세스가 진행되는 도중에 중복인지 상황을 벗어나지 못할 경우 이때 중복인지 상황을 인식하고, 이를 해결할 수 있는 방안에 대한 연구가 필요할 것으로 파악되었다.
      그리고 건설물류관리 프로세스 상에서 계약에 기반하여 담당자가 육안으로 자재를 검수해야 하는 프로세스는 필수프로세스로 진행되게 되는데, 이때 담당자가 휴대하고 있는 PDA에 중복인지 정보를 RIPS framework에 의해 서버가 제공해 주는 경우와 그렇지 않은 경우 본 프로세스에 소요되는 총 시간을 분석해 본 결과 95.15% 신뢰수준에서 약 60% 정도의 시간 감소효과가 있는 것으로 분석되었다.
      이 결과는 육안검수 프로세스가 건설물류관리 프로세스에서 빈번하게 발생되고, 작업에 소요되는 시간이 많은 프로세스인데 RIPS framework가 이러한 프로세스에 소요되는 시간을 효과적으로 단축할 수 있도록 함으로써 건설물류관리 프로세스의 효율화에 기여할 수 있음을 보여주고 있다.
      또한, 건설물류관리 프로세스에서 중복인지 상황과 같이 정보의 일관성과 정확성에 영향을 미치는 요인을 RIPS framework가 발견하고, 이를 단시간내에 해결할 수 있도록 함으로써 RFID/USN기반의 건설물류관리 프로세스에서 발생되는 실시간 정보의 공유시 안전성과 신뢰성 확보를 통해 의사결정주체들에게 정확한 정보를 제공해 줄 수 있는 환경이 구축될 수 있다.
      이러한 관점에서 본 연구는 건설산업의 건설물류관리 효율화에 기여할 수 있다고 판단된다. 그리고 기존의 RFID/USN관련 연구가 RFID tag를 100% 인지하지 못하는 문제를 지적하고, 인식률을 100%로 끌어올리는 데 연구의 초점이 맞춰져 있는 반면에 본 연구는 자신이 적재하고 있는 자재의 정보는 100% 인지하고, 추가적으로 주변에 적재되지 않은 RFID tag 가 부착된 자재 정보까지도 인지하는 경우 즉, 100% 인지를 넘어서는 경우에 발생되는 중복인지의 문제를 제기하였다는 점에서 독창성을 가지고 있다.
      그리고, 중복인지 문제가 발생될 수 있는 모든 경우의 수를 고려하여 문제유형을 모델링하고, 문제유형별로 해결방안을 제시했다는 측면에서 본 연구에서 다루고 있는 중복인지 문제를 해결하고자 하는 후속 연구자 및 실무자에게 기반 연구로써의 학술적인 기여가 있다고 판단된다.
      또한, RFID/USN기술을 통해서 수집 및 공유되는 정보의 상태를 구분하기 위한 개념으로 본 연구에서는 추천정보(candidate information)와 계약정보(contractual information)를 제안하였다.
      기존에 시스템을 통해서 제공되는 모든 정보가 계약정보로 인식되어 의사결정주체가 곧바로 의사결정에 활용하는 형태였으나, 본 연구에서 다루는 중복인지의 문제처럼 신뢰성이 떨어지는 정보가 제공되는 경우도 발생될 수 있기 때문에, 계약에 의해서 확정되지 않은 정보는 추천정보로 상태를 표현하고, 계약에 의해 수행되는 육안검사와 같은 프로세스로 확정된 정보를 계약정보로 구분하여 표현되도록 함으로써 의사결정시에 참고자료의 신뢰수준 파악을 가능하도록 하였다.
      그러나 본 연구에서 다루고 있는 연구의 대상 및 범위가 미래의 건설물류관리 환경에서 발생될 수 있는 중복인지의 문제를 다루고 있고, 현재의 RFID/USN 기술에 기반하여 해결방안이 제시되었다는 측면에서 본 연구에서 개발된 RIPS framework이 미래의 건설물류관리 생애주기 동안에 발생될 수 있는 모든 중복인지 문제를 해결할 수 있는 최적의 방안으로 보기에는 어려운 점이 있다.
      이러한 한계를 극복하기 위해 향후 연구에서는 점점 더 지능화 되어 가는 건설물류관리 프로세스와 진화하는 RFID/USN기술을 반영하여 RIPS framework를 일반화해 나가는 연구가 필요하다.
      또한, 본 연구에서 개발된 장비가 핸드카 형태이고, 테스트 대상이 되는 자재가 박스형태의 자재로 한정되어 있기 때문에 다양한 물류장비의 크기와 용도에 따른 RFID인식범위와 RFID tag가 부착된 자재의 재질에 따른 인식특성을 고려하여 RIPS framework을 지속적으로 수정보완해 나가는 후속 연구가 요구된다.
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      건설산업에 있어 효율적인 건설물류관리는 프로젝트의 성패를 좌우하는 매우 중요한 관리요소 중 하나이다. 이러한 건설물류관리는 크게 건설 자재 흐름(material flow)과 이를 추적 관리하기 ...

      건설산업에 있어 효율적인 건설물류관리는 프로젝트의 성패를 좌우하는 매우 중요한 관리요소 중 하나이다. 이러한 건설물류관리는 크게 건설 자재 흐름(material flow)과 이를 추적 관리하기 위한 정보 흐름(information flow)으로 구성된다. 이 중 정보의 흐름은 분절되거나 정보를 공유하기 위한 대기 시간이 길어 지게 될 경우, 자재의 흐름에 혼란을 야기시킬 수 있으며, 이로 인해 건설 프로젝트의 공기지연을 유발시키는 가장 중요한 원인 중 하나가 될 수 있다.
      최근 건설 프로젝트가 대형화됨에 따라 복잡하게 구성되는 공급체인을 통해서 운영되는 건설물류관리의 효율화를 위해서는 이러한 정보 흐름을 효과적으로 관리하는 것이 매우 중요하다.
      이러한 정보 흐름의 효율적인 관리에 관한 연구는 공급체인관리가 발전되어 있는 제조업에서 실시간 정보 공유에 초점이 맞춰져 활발하게 진행되고 있으며, 정보기술의 발전으로 가속화되고 있다. 이와 관련하여 건설산업에서도 자재 흐름을 제어하기 위한 프로세스에서 프로젝트 참여주체간에 정보의 공유 및 커뮤니케이션에 관한 연구가 수행되고 있다.
      그러나 이러한 건설물류관리에 있어 효율적인 정보 공유 방안에 대한 다양한 연구결과가 여러 연구자들에 의해 제시되고 있으나 건설물류관리에 있어 실시간으로 수집되는 정보의 신뢰성 확보에 대한 연구는 미흡한 실정이다.
      또한, 최근 건축물이 초고층화되고 랜드마크로써의 상징성과 발주자의 자산에 대한 가치 상승에 대한 기대에 기인하여 비정형 건축물에 대한 수요가 늘어 나고 있다. 이에 따라 비정형 적인 외부 마감 자재의 경우 공장 생산 후 현장에 반입되고, 정해진 위치에 설치되는 일련의 프로세스가 요구되고 있으나 기존의 인력에 의한 관리 및 바코드 기술로는 이러한 새로운 프로세스를 지원하지 못하는 한계를 가지고 있다.
      이러한 문제를 해결하고자 유닛 단위의 관리가 가능한 Radio Frequency Identification(RFID) 기술의 적용이 많은 연구자들과 실무자들에 의해 수행되고 있으며, RFID 기술에 의해 수집된 정보를 효율적으로 공유하기 위해서 Ubiquitous Sensor Network(USN) 기술과 결합된 형태로 건설물류관리에 적용이 시도되고 있다.

      본 연구의 동기가 된 “차세대 건설물류관리 자동화 체계 개발” 연구과제는 이러한 RFID/USN기반의 미래의 건설물류관리 환경을 지원할 수 있는 자동화된 체계 구축을 목표로 하고 있다. 본 연구과제의 특징은 물건을 적재하는 단계에서 RFID기술에 의해 인지된 정보가 후속 프로세스에서 RFID tag 정보를 재인지하는 추가적인 프로세스 없이 USN기술에 의해 정보를 공유할 수 있도록 하는 체계를 구축한다는 특징을 가지고 있다.
      본 과제에서는 이러한 체계 구축을 위해 RFID/USN기반의 지능형 장비 및 시스템 개발을 주요 연구 내용으로 하고 있다. 여기서 말하고 있는 RFID/USN기반의 지능형 장비란 자신이 적재하고 있는 자재정보를 자동으로 인지하고, USN기술을 적용하여 장비 간의 커뮤니케이션을 통해 인지된 자재 정보를 공유할 수 있도록 고안된 장비를 의미한다.
      이러한 특징을 가지고 있는 연구과제를 수행하던 중에 RFID기술이 가지는 인식 특성으로 인해 RFID/USN기반의 지능형 장비가 자신이 실제로 적재하고 있는 것 뿐만 아니라 적재되지 않고 주변에 놓여진 RFID tag가 부착된 자재 정보까지도 인지하는 중복인지 문제(redundancy identification problem)가 발견되었다.
      여기서 사용된 “중복인지”라는 용어는 RFID tag 정보를 인지할 때 얘기치 못한 잘못된 인지를 통해 중복적인 정보가 발생되는 프로세스로 RF공학분야에서 일반적으로 사용되는 용어이다. 본 연구에서는 RFID/USN기반의 지능형 장비가 자신이 적재하고 있지 않은 것을 적재한 것으로 잘못 인지하는 경우를 “중복인지” 상황으로 정의하고 있다.
      본 연구에서는 이러한 문제를 명확화하기 위해 중복인지 문제가 미래의 RFID/USN기반의 건설물류관리 환경에서 발생될 수 있는 매우 중요한 문제임을 규명하고 이 문제를 해결할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
      따라서, 본 연구의 궁극적인 목표는 이러한 중복인지 문제가 해결된 이상적인 건설물류관리 환경을 구축하기 위해 중복인지 문제 해결 체계(Redundancy Identification Problem Solving framework)를 개발하는 것이다.

      본 연구에서 RIPS framework는 다음과 같은 순서로 개발되었다.
      (1)중복인지 문제 발생 유형을 모델링하여 유형별 최적의 문제해결 방안 도출
      (2)자동인지(Re-initialize) 알고리즘과 중복식별(duplication checking) 알고리즘인 Naïve알고리즘을 적용하여 RIPS 알고리즘 개발
      (3)지능형 장비(Intelligent Mover, Intelligent Trailer, GateSensor) 개발
      (4)정보 모델 개발
      (5)3계층(3-tier) 기반의 프로토타입 시스템(IM UMPC시스템, IT UMPC시스템, PDA시스템,
      건설물류관리시스템) 개발
      (6)프로세스 모델 개발

      이러한 과정을 통해서 개발된 framework의 유효성을 검증하기 위하여 다음과 같은 세 가지의 테스트 평가 기준을 수립하였다.
      (1) 프로세스 모델 기반의 RIPS framework이 RFID/USN기반의 건설물류관리 프로세스에 적용이 가능한가?
      (2) RIPS framework가 중복인지 문제를 효과적으로 해결하는가?
      (3) RIPS framework를 적용했을 때, 정량적인 개선효과가 있는가?

      이러한 유효성 판단 기준에 근거하여 RIPS framework를 검증하기 위한 테스트를 수행하였다. 테스트의 목적은 RIPS framework이 중복인지 상황을 빠른 시간 내에 발견하고, 이를 효과적으로 해결하는 지를 검증하는 것이므로 테스트 시작단계에서 중복인지 문제가 발생되도록 하였다.
      테스트는 본 연구에서 제안된 RIPS framework 기반의 프로세스 모델을 중심으로 수행되었으며, 정량적인 개선효과를 측정하기 위하여 스톱워치를 사용한 시간연구방법론(time study methodology)을 적용하였다. 또한, 테스트는 10회 수행되었으며, 수행 중에 발생될 수 있는 학습효과를 배제하기 위하여 단계별 프로세스를 수행하는 담당자의 역할을 바꿔가면서 진행하였다.
      테스트를 수행한 결과 위에서 제시된 세 가지 평가기준을 모두 만족하는 것으로 분석되었으며, 시간연구를 통해서 수집된 결과를 토대로 RIPS framework의 신뢰도 분석을 하기 위하여 본 연구에서는 MATLAB을 활용하여 정규분포 곡선을 생성한 후 신뢰수준을 도출하였다.
      신뢰도 분석 결과 RFID/USN기반의 건설물류관리에 RIPS framework를 적용하였을 경우 적용하지 않은 경우 보다 전체 프로세스를 진행하는 데 소요되는 총 시간이 99.29% 신뢰수준에서 25% 이상 감소되는 것으로 파악되었다.
      또한, RIPS framework을 통해 중복인지 문제를 발견하고, 이를 해결하는 데 소요되는 총 시간을 분석해 본 결과 RIPS framework을 적용한 경우가 적용하지 않은 경우 보다 92.65% 신뢰수준에서 약 70% 정도 총 시간을 줄일 수 있는 것으로 분석되었다. 그러나 시간데이터 20건 중 5건의 데이터는 RIPS framework를 적용하였는데도 적용하지 않은 경우와 비슷한 결과가 나오는 것으로 도출되었다.
      이러한 결과가 도출된 원인을 규명해 본 결과 이는 본 연구의 테스트 조건에서 기인된 것으로 파악되었다. 즉, 프로세스 시작 시점에 중복인지가 발생된 상태에서 시작을 한 후 동일한 속도로 근거리에서 테스트가 진행되어 중복인지 상황을 벗어나지 못한 상태가 지속되었기 때문에 본 연구에서 개발된 자동인지 프로세스가 여전히 중복된 데이터를 인지하고 그 결과를 서버로 전송하였기 때문인 것으로 파악되었다.
      실제 건설현장에서는 장비간 동선상의 간섭 및 안전상의 이유로 본 연구의 테스트 조건처럼 근거리에서 동일한 속도로 이뤄지는 경우가 발생되지 않으나, 연구관점에서는 프로세스가 진행되는 도중에 중복인지 상황을 벗어나지 못할 경우 이때 중복인지 상황을 인식하고, 이를 해결할 수 있는 방안에 대한 연구가 필요할 것으로 파악되었다.
      그리고 건설물류관리 프로세스 상에서 계약에 기반하여 담당자가 육안으로 자재를 검수해야 하는 프로세스는 필수프로세스로 진행되게 되는데, 이때 담당자가 휴대하고 있는 PDA에 중복인지 정보를 RIPS framework에 의해 서버가 제공해 주는 경우와 그렇지 않은 경우 본 프로세스에 소요되는 총 시간을 분석해 본 결과 95.15% 신뢰수준에서 약 60% 정도의 시간 감소효과가 있는 것으로 분석되었다.
      이 결과는 육안검수 프로세스가 건설물류관리 프로세스에서 빈번하게 발생되고, 작업에 소요되는 시간이 많은 프로세스인데 RIPS framework가 이러한 프로세스에 소요되는 시간을 효과적으로 단축할 수 있도록 함으로써 건설물류관리 프로세스의 효율화에 기여할 수 있음을 보여주고 있다.
      또한, 건설물류관리 프로세스에서 중복인지 상황과 같이 정보의 일관성과 정확성에 영향을 미치는 요인을 RIPS framework가 발견하고, 이를 단시간내에 해결할 수 있도록 함으로써 RFID/USN기반의 건설물류관리 프로세스에서 발생되는 실시간 정보의 공유시 안전성과 신뢰성 확보를 통해 의사결정주체들에게 정확한 정보를 제공해 줄 수 있는 환경이 구축될 수 있다.
      이러한 관점에서 본 연구는 건설산업의 건설물류관리 효율화에 기여할 수 있다고 판단된다. 그리고 기존의 RFID/USN관련 연구가 RFID tag를 100% 인지하지 못하는 문제를 지적하고, 인식률을 100%로 끌어올리는 데 연구의 초점이 맞춰져 있는 반면에 본 연구는 자신이 적재하고 있는 자재의 정보는 100% 인지하고, 추가적으로 주변에 적재되지 않은 RFID tag 가 부착된 자재 정보까지도 인지하는 경우 즉, 100% 인지를 넘어서는 경우에 발생되는 중복인지의 문제를 제기하였다는 점에서 독창성을 가지고 있다.
      그리고, 중복인지 문제가 발생될 수 있는 모든 경우의 수를 고려하여 문제유형을 모델링하고, 문제유형별로 해결방안을 제시했다는 측면에서 본 연구에서 다루고 있는 중복인지 문제를 해결하고자 하는 후속 연구자 및 실무자에게 기반 연구로써의 학술적인 기여가 있다고 판단된다.
      또한, RFID/USN기술을 통해서 수집 및 공유되는 정보의 상태를 구분하기 위한 개념으로 본 연구에서는 추천정보(candidate information)와 계약정보(contractual information)를 제안하였다.
      기존에 시스템을 통해서 제공되는 모든 정보가 계약정보로 인식되어 의사결정주체가 곧바로 의사결정에 활용하는 형태였으나, 본 연구에서 다루는 중복인지의 문제처럼 신뢰성이 떨어지는 정보가 제공되는 경우도 발생될 수 있기 때문에, 계약에 의해서 확정되지 않은 정보는 추천정보로 상태를 표현하고, 계약에 의해 수행되는 육안검사와 같은 프로세스로 확정된 정보를 계약정보로 구분하여 표현되도록 함으로써 의사결정시에 참고자료의 신뢰수준 파악을 가능하도록 하였다.
      그러나 본 연구에서 다루고 있는 연구의 대상 및 범위가 미래의 건설물류관리 환경에서 발생될 수 있는 중복인지의 문제를 다루고 있고, 현재의 RFID/USN 기술에 기반하여 해결방안이 제시되었다는 측면에서 본 연구에서 개발된 RIPS framework이 미래의 건설물류관리 생애주기 동안에 발생될 수 있는 모든 중복인지 문제를 해결할 수 있는 최적의 방안으로 보기에는 어려운 점이 있다.
      이러한 한계를 극복하기 위해 향후 연구에서는 점점 더 지능화 되어 가는 건설물류관리 프로세스와 진화하는 RFID/USN기술을 반영하여 RIPS framework를 일반화해 나가는 연구가 필요하다.
      또한, 본 연구에서 개발된 장비가 핸드카 형태이고, 테스트 대상이 되는 자재가 박스형태의 자재로 한정되어 있기 때문에 다양한 물류장비의 크기와 용도에 따른 RFID인식범위와 RFID tag가 부착된 자재의 재질에 따른 인식특성을 고려하여 RIPS framework을 지속적으로 수정보완해 나가는 후속 연구가 요구된다.

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      목차 (Table of Contents)

      • 1. INTRODUCTION 1
      • 1.1 Background 1
      • 1.2 Motivation of Research 7
      • 1.3 Problem Statement 13
      • 1.4 Vision : Ideal Construction Supply Chain Management 14
      • 1. INTRODUCTION 1
      • 1.1 Background 1
      • 1.2 Motivation of Research 7
      • 1.3 Problem Statement 13
      • 1.4 Vision : Ideal Construction Supply Chain Management 14
      • 1.5 Objective of Research 14
      • 1.6 Scope of Research 15
      • 1.7 Organization of Dissertation 15
      • 2. LITERATURE REVIEW 16
      • 2.1 Supply Chain Management 16
      • 2.1.1 Origin of Supply Chain Management 16
      • 2.1.2 Concept of Supply Chain Management 16
      • 2.1.3 Objectives of Supply Chain Management 18
      • 2.1.4 Methodology of Supply Chain Management 19
      • 2.2 Construction Supply Chain Management 19
      • 2.2.1 Supply Chain in Construction 19
      • 2.2.2 Characteristics of Construction Supply Chain 19
      • 2.2.3 Area of Focus and Roles of Supply Chain Management in Construction 20
      • 2.2.4 Problems of the Construction Supply Chain 20
      • 2.2.5 Definitions of Construction Supply Chain Management 22
      • 2.3 RFID Technologies 23
      • 2.3.1 Auto-ID Technologies 23
      • 2.3.2 RFID General 25
      • 2.3.3 Characteristics of RFID Technology 27
      • 2.3.4 RFID in Different Industries 29
      • 2.3.5 RFID in Construction 39
      • 2.3.6 RFID-based Cases and Pilot Projects in Construction 42
      • 2.3.7 RFID-based Research Projects in Construction 56
      • 2.4 USN Technologies 82
      • 2.5 RFID/USN-based Construction Supply Chain Management 85
      • 2.6 Need for Redundancy Identification Problem Solving Framework 90
      • 2.6.1 Need for Redundancy Identification Context Detection Method 90
      • 2.6.2 Need for Redundancy Identification Context Analysis Method 90
      • 2.6.3 Need for Redundancy Identification Problem Solving Process Model with Notification Mechanism 90
      • 2.6.4 Summary of Need for Redundancy Identification Problem Solving Framework 91
      • 2.7 Summary 92
      • 3. RESEARCH METHODOLOGY 93
      • 3.1 Research Procedures 93
      • 3.2 Duplication Checking Algorithm 95
      • 3.2.1 Naive Algorithm 95
      • 3.2.2. Matching Algorithm 95
      • 3.3 Time Study Methodology 96
      • 3.4 Summary 97
      • 4. Development of Redundancy Identification Problem Solving Framework 98
      • 4.1 Procedures of RIPS framework Development 98
      • 4.2 Case modeling of redundancy identification problems 98
      • 4.2.1 Redundancy Identification problem between one IM and Material Sets 99
      • 4.2.2 Redundancy Identification problem among multiple IMs 100
      • 4.2.3 Redundancy Identification problem between one IM and multiple ITs 101
      • 4.2.4 Redundancy Identification problem between multiple IMs and one IT 102
      • 4.2.5 Redundancy Identification problem between multiple IMs and multiple ITs 103
      • 4.2.6 Summary of Problem Case Analysis 103
      • 4.3 Optimized Solution 104
      • 4.3.1 Re-initialize Process 104
      • 4.3.2 Visual Inspection 105
      • 4.3.3 Building RFID Identification Framework for Monitoring Stock Yard 106
      • 4.3.4 Redundancy Identification using CMS 107
      • 4.3.5 Redundancy Identification Information Deletion by User’s selection 108
      • 4.3.6 Summary of Optimized Solution 108
      • 4.4 Development of RIPS Algorithm 111
      • 4.5 Development of Intelligent Equipments and Server 114
      • 4.5.1 Intelligent Mover 115
      • 4.5.2 Material Set Information Identification and Transmission Methods of IM 117
      • 4.5.3 Intelligent Trailer 118
      • 4.5.4 Material Set Identification and IT Transmission Method 119
      • 4.5.5 GateSensor 120
      • 4.5.6 Material Set Identification and GS Transmission Method 121
      • 4.5.7 Ccommunication Protocols among Intelligent Equipments 122
      • 4.6 Development of Information Model 123
      • 4.7 Development of Prototype System 124
      • 4.7.1 System Architecture 124
      • 4.7.2 System Main User Interface 125
      • 4.8 Development of Process Model 128
      • 4.9 Summary 131
      • 5. Test and Validation 132
      • 5.1 Criteria and Approach for Validation 132
      • 5.1.1 Criteria 132
      • 5.1.2 Approach 133
      • 5.2 Test 133
      • 5.2.1 Test Setup 133
      • 5.2.2 Test Process 136
      • 5.2.3 Test Results 138
      • 5.3 Discussion of Test Results 152
      • 5.4 Summary 153
      • 6. Conclusions 154
      • 6.1 Summary of Research 154
      • 6.2 Contributions 156
      • 6.3 Limitations 158
      • 6.4 Recommendations for Future Research & Development 159
      • 6.5 Significance of Research 162
      • APPENDIX A. STANDARD NORMAL DISTRIBUTION TABLE 164
      • APPENDIX B. TEST RESULTS OF NONE RIPS FRAMEWORK CASE (AS-IS) 165
      • APPENDIX C. TEST RESULTS OF RIPS FRAMEWOK CASE (TO-BE) 171
      • APPENDIX D. RIPS ALGORITHM 174
      • APPENDIX E. IM CONTROLLER SYSTEM C# CODE 175
      • APPENDIX F. IT CONTROLLER SYSTEM C# CODE 191
      • APPENDIX G. PDA SYSTEM C# CODE 201
      • APPENDIX H. WEBSERVICE C# CODE 212
      • APPENDIX I. MATLAB CODE 239
      • REFERENCES 240
      • ABSTRCT(Korean) 246
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