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터미널 설계와 운영: 시뮬레이션을 활용한 연속성 강화 전략 2024-02-01


터미널 설계와 운영 과정에서 시뮬레이션을 활용하는 것은 필수요소가 되어가고 있다. 터미널 인프라를 구축하는 것은 상당한 비용이 소요되며 레이아웃에 따라 처리 가능한 물량과 사용 가능한 장비가 결정된다. 또한 운영 중에 발생할 수 있는 잠재적인 문제를 사전에 파악하여 대비책을 마련하는 데에도 시뮬레이션이 적극적으로 활용된다.  따라서 시뮬레이션은 터미널 설계와 운영 단계에서 중요한 역할을 수행하며, 이를 통해 터미널 시스템의 효율성과 신뢰성을 확보하는 핵심 도구로 인식되고 있다. 


 ■ 터미널에서 활용되는 시뮬레이션의 종류 

 

설계 단계 시뮬레이션 
신규 건설되거나 확장되는 터미널에 대한 설계 단계에서의 시뮬레이션은 다양한 레이아웃과 장비 구성에 대한 최적의 설계를 도출하는 것을 목표로 한다. 이 과정에서 물리적 설계를 분석하고 최적화하여 터미널의 Total Ground Slot (TGS), 야드배치, 선석구성등을 결정한다. 시뮬레이션은 예상되는 터미널의 환적을 포함한 물량정보, 목표 터미널 용량, 월간 예상 기항선박 수와 선박 규모를 기반으로 공간활용도와 장비 활용도가 비즈니스 목적을 달성하기에 타당한지를 검증하고 물리적인 설계를 완성한다. 시뮬레이션 결과를 참고하여 최종적으로는 비즈니스 목표에 부합하도록 물리적 터미널 설계를 보완한다

운영 단계 시뮬레이션 
운영 단계의 시뮬레이션은 터미널의 운영 성능에 중점을 둔다. 다양한 조건에서의 전략 평가와 효율성 향상을 위한 운영 매개변수 최적화가 이에 포함된다. 터미널이 가동되면서 운영에서 발생 가능한 변수를 고려하여 생산성을 평가하는 시뮬레이션으로 운영 중 발생 가능한 문제점이나 병목 현상을 사전에 예측하고 개선하는 것을 목표로 한다. 생산성 검증을 포함한 운영 시뮬레이션은 터미널의 업무 흐름, 장비 이용률, 작업 시간 등을 고려하여 생산성을 최적화하는데 도움을 준다. 

장비 애뮬레이터를 활용한 테스트 목적 시뮬레이션 
자동화 터미널에서 사용되는 애뮬레이터를 이용한 시뮬레이션은 운영시에 사용할 장비, 야드 레이아웃, 그리고 시스템이 이미 확정된 상태에서 수행된다. 이러한 시뮬레이션은 실제 장비를 사용하지 않고 가상환경에서 다양한 운영 시나리오를 통한 테스트를 자동화 장비와 터미널 운영 시스템의 안정성 및 성능을 검증하는데 활용된다. 

 ■ 환경의 변화
설계 단계와 운영 단계에서 실행되어 왔던 시뮬레이션은 주로 신규로 건설되는 터미널을 중심으로 이루어져왔다. 현재는 수동-반자동 터미널의 자율주행 차량이나 AGV도입을 통한 완전 자동화 검증, 기존 수동 장비를 개조하여 자동화로 전환, 중국을 비롯한 기존 수동 터미널에서 점진적인 자동화로 전환, 그리고 터미널 통합과 확장 시 안정적인 운영 검증이 요구된다. 물량의 증가에 대응하여 자동화 장비 도입에 유연하게 대응할 수 있는 터미널이 필요한 상황에서, 기존 터미널에서는 신규 유형의 장비 도입에 대한 검증도 이루어 지고 있다. 이러한 다양한 요구사항으로 운영 시뮬레이션에 대한 수요가 갈수록 증가하고 있다. 

특히 자동화 터미널에서는 장비 뿐만 아니라, 자동화 장비 컨트롤러(ECS)에 대한 선정이 이루어져야 한다. 장비와 적합한 컨트롤러와 그에 맞는 운영시스템까지 시뮬레이션의 복잡성이 증가하고 있다. 

아래는 한국 최초 완전 자동화 터미널의 자동화 장비- 컨트롤러-운영시스템의 구성도이다. 


 
자동화 터미널에서 선택되는 장비 유형과 운영 전략은 터미널 야드 배치구조에 영향을 미친다. AGV (Auto Guided Vehicle)도 제공되는 벤더의 ECS에 따라서 야드 구성의 주행 전략과 트랜스폰더(Transponder) 위치 등의 결정 내용이 달라진다. 설계와 운영 단계의 통합 시뮬레이션이 필요하다. 통합된 시뮬레이션은 변화된 조건에 대한 동적 대응이 가능하며, 운영 중인 터미널 환경에 대해서도 결과를 제공할 수 있다. 

변화하는 운영 요구 사항에 맞게 시스템을 변경하고 조정하는 것도 필요하다. 

 ■ 설계와 운영의 연속적인 시뮬레이션 
기존 시뮬레이션의 한계 중 하나는 단발성 사용에 그치는 것이다. 이로 인해 실제 운영에서 발생할 수 있는 지속적인 변화를 반영하기 어렵다. 
터미널 운영에서 선택할 수 있는 선택지는 갈수록 다양해 지고 있다. 
컨테이너의 이송을 담당하는 자동화된 이송장비인AGV의 경우, AGV/플랫폼을 활용한 Lift AGV / 트랜스폰더(Transfonder) 매립 방식 변경에 따른 IGV / 자율주행 기능이 포함된 AMR 등 다양한 옵션이 있다. 
야드 블록에서 컨테이너 작업을 담당하는 야드 크레인도 Cantilever가 양쪽에 있는 장비를 사용할지, 한쪽에 있는 장비 사용할 지에 따라 전체 생산성과 TGS가 달라진다. 

선택지가 증가하면 상호작용과 의존성이 증가한다. 각 선택지의 영향을 예측하고, 효과적인 전략을 수립하는데 도움을 주는 시뮬레이션을 통해 최적의 선택을 찾을 수 있다. 증가된 상호작용과 의존성에 대해서 프로세스의 안정성과 효율성을 평가하고 개선하기 위해 시뮬레이션이 필요하다. 

설계 단계부터 터미널 오픈 후에도 사용 가능한 시뮬레이션이 요구된다. 
- 터미널 레이아웃, 장비 유형, 장비 수량을 설정 가능한 시뮬레이션 
- 운영 중 실제 물량과 운영 패턴을 반영 가능해야 함
- 현재 운영 상황에 대한 미래 예측필요 
- 장비 애뮬레이터를 포함한 시뮬레이션
- Gate 반출입 물량 패턴을 반영 가능
- 최소 200배 이상 고배속 가능 (1달 운영 기준, 720시간 무중단 운영 시뮬레이션 시 최대 4시간 이내 결과 도출) 
- 병목 확인 가능한 결과 도출 
- 장비 애뮬레이터를 위한 표준 API를 포함 – TIC (Terminal Industry Committee) 4.0 equipment layer (level 1) 데이터 표준화 준수 

아래 결과는 건설 단계의 터미널에 대하여 야드 레이아웃을 수직 배치 (Vertical Layout / End Loading)와 수평 배치 (Horizontal Layout / Side Loading)을 적용하고, 환적 비율을 조절, 사용하는 장비 유형과 장비 대수를 변경한 시나리오를 작성한 것이다. 

시뮬레이션을 위한 시나리오 정의 
              

Comparison

Scenario

Quay

Mover

Yard

T/S

STS Qty

BackReach

Lane Qty

Mover Type

Mover Qty

Block

Qty

YC

Qty

End Loading

Block

T/S Rate

AGV

Operation

1a

8

4

AGV

36

16

32

50%

50%

1b

8

 

 

 

 

 

50%

50%

1c

8

 

 

 

 

 

50%

50%

1d

8

 

 

 

 

 

50%

50%

Lift-AGV

Operation

2a

8

 

 

 

 

 

50%

50%

2b

8

The data has been treated as confidential. 

Please contact CyberLogitec for more information.  

50%

50%

2c

8

50%

50%

2d

8

50%

50%

End Load Ratio

3a

8

 

 

 

 

 

100%

50%

T/S

Ratio

4a

8

 

 

 

 

 

50%

70%

4b

8

 

 

 

 

 

50%

60%

4c

8

 

 

 

 

 

50%

40%

4d

8

 

 

 

 

 

50%

30%

Block Qty

5a

8

 

 

 

 

 

50%

50%

B/R Qty

6a

8

 

 

 

 

 

50%

50%


Peak time시 생산성 감소 비율 

터미널 운영에서는 야드 공간과 장비에 작업이 여유로울 때 보다 peak time시 터미널의 생산성 저하가 미치는 영향이 중요하다. 

해당 15개 시나리오로 운영 시뮬레이션을 수행하여 평균 Gang Productivity, 전체 운영 시간대비 Peak time시 생산성 감소 비율과 운영 시간 증가 비율을 분석한 결과이다. 


Gang Productivity = Total Container Moves (VAN)  / Gross Gang Operation time (투입된 STS의 작업 시간의 합)

GI (Gang Intensity) = Gross Gang Operation time / Gross working time (가장 투입 시간이 긴 STS의 작업 시간)

시나리오 “1c” 기준 평균 GI 는 2.43으로 GI 값을 기준으로 병목이 발생하는 선박의 Peak time Productivity를 도출

High GI Productivity (Peak time Productivity) = GI 값이 3.0 이상인 선박의 Gang Productivity



Peak time시 생산성 감소가 10%이상인 경우 

100% end loading 운영하는 경우 (시나리오 3a) Peak time시 생산성 감소가 가장 큼 (15.65%) 

투입 Mover 수가 적은 경우 (시나리오 1a – AGV x 36, 시나리오 2a – LAGV x 32)

환적비율이 50% 미만인 경우 (시나리오 4c – T/S 40%, 시나리오 4d – T/S 30%)

 


시나리오별 AGV 생산성과 대기시간


 

Comparison

Scenario

Agv total

waiting time (m:s)

Agv

Productivity

Agv

waiting rate

Agv total

traveling distance (m)

Agv

un-laden Rate

AGV Q'ty

1a

8:55

4.9

67.5%

916

49.5%

1b

 

 

 

 

 

1c

 

 

 

 

 

1d

 

 

 

 

 

LAGV Q'ty

2a

 

 

 

 

 

2b

The data has been treated as confidential. 

Please contact CyberLogitec for more information. 

2c

2d

End Loading

3a

 

 

 

 

 

T/S Ratio

4a

 

 

 

 

 

4b

 

 

 

 

 

4c

 

 

 

 

 

4d

 

 

 

 

 

Block Q'ty

5a

 

 

 

 

 

B/R Q'ty

6a

 

 

 

 

 



AGV 수량에 따른 생산성 결과 비교


Category

KPI

AGV

36 (1a)

40 (1b)

44 (1c)

48 (1d)

Productivity

Gross Gang Productivity

31.84

 

 

 

(High GI) Gross Gang Productivity

28.28

 

 

 

(High GI) 생산성 감소 비율

11.19%

 

 

 

STS

Average Gang Intensity

2.45

The data has been treated as confidential. 

Please contact CyberLogitec for more information. 

Average Gang Operation time (h:m)

10:42

(High GI) Average Gang Operation Time

19:29

STS 가동율

42.7%

 

 

 

YC

YC Productivity

 

 

22.15

 

Average Moving Bay (bay)

 

 

7.15

 

YC 가동율

 

 

38.6%

 

Mover

Mover Productivity

 

 

4.60

 

Mover 가동율

 

 

42.3%

 

(Discharge) STS 대기 시간

 

 

5:24

 

(Discharge) YC 대기 시간

 

 

2:52

 

(Loading) STS 대기 시간

 

 

 

6:14

(Loading) YC 대기 시간

 

 

 

5:23

평균 주행 거리

 

 

 

944

평균 공차 비율

 

 

 

48.4%

Yard

평균 Yard 사용율

 

 

 

52.9%

Gate

Average OTR Turn Time

 

 

 

10:41

 

통합 운영 시뮬레이션은 프로젝트의 초기 설계 단계부터 터미널이 오픈하고 운영 단계까지의 전 과정에서 사용 가능한 시뮬레이션을 의미한다. 이 시뮬레이션은 사용자가 터미널의 레이아웃, 장비의 유형 및 수량 등을 자유롭게 설정하여 다양한 시나리오를 실험할 수 있는 기능을 제공해야 한다. 결과로 제공된 운영 전략을 다시 반영하여 시뮬레이션을 수행하여 지속적인 운영 개선에 기여할 수 있다. 
 
싸이버로지텍의 시뮬레이션 솔루션은 터미널 야드 설계와 장비 선정, 운영 최적화의 모든 단계에서 활용할 수 있다. 솔루션은 터미널 개장 전 시뮬레이션 뿐 아니라 변화하는 운영 환경에 맞는 지속적인 시뮬레이션을 통해 생산성 향상과 시스템 통합에 기여할 수 있다.

글쓴이: 이경숙 (Lucy Lee, 터미널 비즈니스 컨설턴트, 싸이버로지텍) 


이 글의 저작권은 글쓴이 및 싸이버로지텍에 있음으로 무단 복제 및 사용을 금지합니다. 

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