Mobile Harbor Project 김효영

Contents  About CSD Lab  What is Mobile Harbor?  About the Project

C omplex S ystem D esign Laboratory  develop fundamental understandings of the origins of complexity of a system where human beings are its central parts.  Projects:  SNUB Hospital: improve the ophthalmology department of SNUBH by providing high quality care process and thereby increasing customer satisfaction.  Mobile Harbor: design and verification for innovative port facilities including container crane robots and mooring controls with a primary objective of dramatically improving container throughput between in-land operation and container ships.

How Mobile Harbor Works Container Ship Port Mobile Harbor

Mobile Harbor Project

Why Mobile Harbor is Needed?  컨테이너선이 대형화 되는 반면 늘어나는 짐을 수용 할 항구가 부족한 상황  2015 년 완공 예정인 파나마 운하의 증설로 1 만 3000TEU 급 초대형 컨테이너운반선이 출현하고 있다.  현재 우리나라가 수주한 선박 계약고로만 따져도 1 만 톤 이상이 170 척에 이른다.  3 년 내 200 여 척의 대형 컨테이너선들이 돌아다니기 시작할 것이라고 업계는 내다보고 있다.  기존 컨테이너 부두가 수심과 크레인 등 하역용량 제 한으로 수용 불가능하다.

Project Introduction  Project Objectives  MH size, distance from Port to the container ship 에 따른 Mobile Harbor 개수 최적화를 위해 MH size, distance, # of MH 의 관계를 3 차원 그래프로 표현.  프로그램 구현 환경  JOGL (Java OpenGL) : a wrapper library that allows OpenGL (Open Graphics Library) to be used in the Java programming language. a standard specification defining a cross-language, cross- platform API for writing applications that produce 2D and 3D computer graphics.

Assumptions  Avoid waiting of ships  Zero mooring (setup) time  Inter-arrival time = Unloading time + Loading time + ∆  Operation sequence: unloading first and loading next  Parallel and sequential (un)loading possible but not both at the same time.  Unloading Time = Loading Time  One MH (un)loads at a time

Project Introduction Tr 1 = Tr 2 U: Unloading time L: Loading time ∆: Time till the arrival of the next ship Tr: Traveling time R: Release time W: Waiting time VARIABLES Ship U Arrival TU TL ∆ U Tr 1 R Tr 2 Arrival L L U Tr 1 R Tr 2 Tr 1 R Tr 2 L Tr 1 R OVERVIEW

Project Introduction Tr 1 = Tr 2 UNLOADING CASE Ship Arrival TU MH 1 U MH 2 U MH 3 U Tr 1 R Tr 2 Tr 1 R Tr 2 Tr 1 R Tr 2 MH 4 U Tr 1 R Tr 2 U Tr 1 R Tr 2 W U Tr 1 R Tr 2 W U Tr 1 R Tr 2 W U Tr 1 R Tr 2 W U Tr 1 R Tr 2 W U Tr 1 R Tr 2 W U Tr 1 R W U W U W U: Unloading time L: Loading time ∆: Time till the arrival of the next ship Tr: Traveling time R: Release time W: Waiting time VARIABLES

Project Introduction Tr 1 = Tr 2 LOADING CASE Ship TL MH 1 L MH 2 L MH 3 L Tr 1 R Tr 2 Tr 1 R Tr 2 Tr 1 R Tr 2 MH 4 L Tr 1 R Tr 2 L Tr 1 R Tr 2 W L Tr 1 R Tr 2 W L Tr 1 R Tr 2 W L Tr 1 R Tr 2 W L Tr 1 R Tr 2 W L Tr 1 R Tr 2 W L Tr 1 R W L W L W U: Unloading time L: Loading time ∆: Time till the arrival of the next ship Tr: Traveling time R: Release time W: Waiting time VARIABLES

Case 1 Ship Arrival TU TL ∆ Arrival MH U Tr 1 R Tr 2 MH returns BEFORE the loading operation MH Unloading Time MH Traveling Time 1 MH Release Time MH Traveling Time 2 ≤ Total Unloading Time U: Unloading time, L: Loading time, Tr: Traveling time, R: Release time

Case 1 - Optimal Number of MH 1.Container Amount 와 MH 크기만 고려 했을 때, MH 가 필요한 수 : Input: MH speed (knot) Release (TEU/hr) Container Amount (TEU) Inter-arrival Time (hr) Loading, Unloading (TEU/hr) MH size (TEU) Distance (km) Ex) Container Amount = 3000TEU, MH Size = 300TEU 이면, 최대 10 대의 MH 가 필요하다. Ex2) Container Amount = 1000TEU, MH Size = 1100TEU 이면, MH 가 1 대만 있으면 된다.

Case 1 - Optimal Number of MH 2. 배에 MH 가 한번에 한 대씩만 붙을 수 있다고 할때, U > 2TR + R : MH 는 2 대면 된다. Ex) Traveling Time = 1hr, Release Time = 2hr, Unloading time = 5hr 이면, MH1 이 MH2 가 unloading 할 동안 짐을 내려놓고 다시 와서 작업을 할 수 있기 때문에 2 대면 충분하다. Input: MH speed (knot) Release (TEU/hr) Container Amount (TEU) Inter-arrival Time (hr) Loading, Unloading (TEU/hr) MH size (TEU) Distance (km) MH 1 U MH 2 U Tr 1 R Tr 2 Tr 1 R Tr 2 W U W U: Unloading time, L: Loading time, Tr: Traveling time, R: Release time

Case 1 - Optimal Number of MH 따라서, Optimal MH 의 수 = U: Unloading time, L: Loading time, Tr: Traveling time, R: Release time MH 1 U MH 2 U U Tr 1 R Tr 2 Tr 1 R Tr 2 Tr 1 R Tr 2 U Tr 1 R Tr 2 W U Tr 1 R Tr 2 W U Tr 1 R Tr 2 W U Tr 1 R Tr 2 W U Tr 1 R Tr 2 W U Tr 1 R W U W MH 3 U < 2TR + R : MH 는 만큼 필요하다. Ex) Traveling Time = 1hr, Release Time = 2hr, Unloading time = 2hr 이면, MH1 이 항구에 갔다 오는 시간 = 4hr, MH2 가 unloading 하는 시간 = 2hr. 그러므로 MH3 이 필요하다. 총 3 대의 MH 가 필요하다. 결과적으로, case 1 의 optimal MH 수는 앞 두 식의 minimum value 이다.

Case 2 Ship Arrival TU TL ∆ Arrival MH U Tr 1 R Tr 2 MH returns AFTER the loading operation but BEFORE next arrival MH Unloading Time MH Traveling Time 1 MH Release Time MH Traveling Time 2 ≤ Total Unloading Time Total Loading Time Delta <

Case 2 - Optimal Number of MH Ship Arrival TU TL ∆ Arrival MH U Tr 1 R Tr 2 1. 기본적으로 앞에서 Total Unloading 하는데 필요한 MH 수는 : U: Unloading time, L: Loading time, Tr: Traveling time, R: Release time TU < U + 2TR + R ≤ TU + TL + ∆ 이므로

Case 2 - Optimal Number of MH 2. 추가로, MH 가 배로 돌아올 때까지 시간동안 Loading 할 MH 가 더 필요하다. 이것은 MH 가 배로 돌아올 때까지의 시간 :, 에서 Total Unloading 하는데 걸리는 시간 :, 을 빼고 Loading Time (L) 으로 나누어주면 구할 수 있다 : Ship Arrival TU TL ∆ Arrival MH U Tr 1 R Tr 2 U: Unloading time, L: Loading time, Tr: Traveling time, R: Release time

Case 2 - Optimal Number of MH 따라서, Optimal MH 의 수는 앞의 두 식을 더하면 총 필요한 MH 수가 나온다. U: Unloading time, L: Loading time, Tr: Traveling time, R: Release time Ship Arrival TU TL ∆ Arrival MH U Tr 1 R Tr 2

Case 3 MH returns AFTER the next ship’s arrival Ship Arrival TU TL ∆ Arrival MH U Tr 1 R Tr 2 MH Unloading Time MH Traveling Time 1 MH Release Time MH Traveling Time 2 Total Unloading Time Total Loading Time Delta < TU

Case 3 - Optimal Number of MH 1. 기본적으로 Total Unloading 과 Total Loading 하는데 필요한 MH 수는 : U: Unloading time, L: Loading time, Tr: Traveling time, R: Release time TU + TL + ∆ < U + 2TR + R ≤ TU + TL 이므로 Ship Arrival TU TL ∆ Arrival MH U Tr 1 R Tr 2 TU

Case 3 - Optimal Number of MH U: Unloading time, L: Loading time, Tr: Traveling time, R: Release time Ship Arrival TU TL ∆ Arrival MH U Tr 1 R Tr 2 TU 2. 추가로, MH 가 배로 돌아올 때까지 시간동안 Unloading 할 MH 가 더 필요하다. 이것은 MH 가 배로 돌아올 때까지의 시간 :, 에서 Total Unloading 과 Total Loading 하는데 걸리는 시간과 delta: 를 빼고 Unloading Time (U) 로 나누어주면 구할 수 있다 :

Case 3 - Optimal Number of MH Ship Arrival TU TL ∆ Arrival MH U Tr 1 R Tr 2 따라서, Optimal MH 의 수는 앞의 두 식을 더하면 총 필요한 MH 수가 나온다. U: Unloading time, L: Loading time, Tr: Traveling time, R: Release time

Summary  Case 1 : MH 가 모든 unloading 이 끝나기 전에 도착한다.  Optimal MH 수 :  Case 2 : MH 가 다음 배가 오기 전에 도착한다.  Optimal MH 수 :  Case 3 : MH 가 다음 배가 온 뒤 도착한다.  Optimal MH 수 :

Example Input: MH speed (km/hr) : 5km/hr Release (hr) : 2hr Container Amount (TEU) : 2400 TEU Inter-arrival Time (hr) : 24hr Loading, Unloading (hr) : 2hr MH size (TEU) : 120 TEU Distance (km) : 30km/hr

Checking – Parallel Operation  Case 에 따라 Optimal Number of MH 를 계산한 후, parallel operation 이 필요한지 확인해야 한다.  만약 Final #of MH * Unloading Time > Inter-arrival Time, 또는 Final #of MH * Loading Time > Inter-arrival Time 일 경우, Parallel Operation 이 필요하다. 이때, 최적화 된 parallel operation 하는 MH 개수는 : n = 또는 이다.

CODING 1knot = 1852m/hr ∴ 5knot = 9260 m/hr = km/hr INPUT VALUES (ASSUMPTIONS) Distance from Port to Ship Or from Ship to Port Total container amount of the container ship. → 2400 TEU ∴ 2400 TEU to unload and another 2400 TEU to load. Time until next ship arrives. → 24hours ∴ All loading and unloading has to be done before 24hrs. Loading and amount per hour at the ship. → 120 TEU / hr Releasing amount per hour at the port. → 120 TEU / hr

CODING Classes Five Classes ColorData GLRenderer SimpleGLCanvas WVMapper dP

CODING Classes Five Classes ColorData GLRenderer SimpleGLCanvas WVMapper dP 선택된 면적의 색깔을 읽어오는 class

CODING Classes Five Classes ColorData GLRenderer SimpleGLCanvas WVMapper dP x, y, z 축 등 그래프 그 리는 class

CODING Classes Five Classes ColorData GLRenderer SimpleGLCanvas WVMapper dP Main class – 프로그램 을 실행 시켰을 때 돌 아가는 class 로써 input 값들을 받아오고 계산 하여 다른 method 를 호출 하는 class.

CODING Classes Five Classes ColorData GLRenderer SimpleGLCanvas WVMapper dP Viewport 를 바꾸는 class. World view 를 Screen view 로 전환하 여 screen 에 맞게 graph 를 그릴 수 있도록 계 산해주는 class.

CODING Classes Five Classes ColorData GLRenderer SimpleGLCanvas WVMapper dP 선택된 영역의 값을 출력하는 class.

Result

Analysis - Comparison  Case 1 : MH 가 모든 unloading 이 끝나기 전에 도착한다.  Optimal MH 수 :  Case 2 : MH 가 다음 배가 오기 전에 도착한다.  Optimal MH 수 :  Case 3 : MH 가 다음 배가 온 뒤 도착한다.  Optimal MH 수 :

Analysis MH Size ↑, # of MH ↓ Traveling Distance ↑, # of MH ↑ ∴ Correct MH SIZE # of MH TRAVELING DISTANCE

Example MH Size 260TEU, Traveling Distance 15km, # of MH = 3 MH SIZE # of MH TRAVELING DISTANCE

THE END 연구실 인턴 제도를 만들어주신 산업공학과 교수님들께 감사 드립니다. 인턴 기간 동안 많은 것을 가르쳐 주시고 지도해주신 이태식 교수님 께 감사 드립니다. 그리고 옆에서 많이 도와주신 성인경, 신규현, 남호창 선배님께도 감사 드립니다.