KR20130093253A - 컨테이너 선적 위치 결정 시스템, 그 시스템을 이용한 컨테이너 선적 위치 결정 방법 및 그 방법을 컴퓨터 프로그램으로 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 - Google Patents

컨테이너 선적 위치 결정 시스템, 그 시스템을 이용한 컨테이너 선적 위치 결정 방법 및 그 방법을 컴퓨터 프로그램으로 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 Download PDF

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Abstract

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다양한 적재조건을 고려하여 컨테이너 선박의 운항 효율성을 향상시키고, 항해 비용 및 항구 이용 비용을 감소시킨 최적의 컨테이너 선적 위치 결정 시스템 및 그 시스템을 이용한 컨테이너 선적 위치 결정 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 선박에 대한 정보 및 상기 선박의 스케줄 정보를 포함하는 선박정보 DB; 및 컨테이너에 대한 정보를 포함하는 컨테이너정보 DB; 를 포함하되, 상기 선박에 대한 정보는, 상기 선박의 베이(Bay), 로우(Row), 티어(Tier), 해치(Hatch) 정보 및 블록과 스택 단위로 계산한 컨테이너 유형별 선적 용량 및 평균 LCG와 TCG 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 선적 위치 결정 시스템을 제공하고, 또한 본 발명은 상기의 컨테이너 선적 위치 결정 시스템을 이용한 컨테이너 선적 위치 결정 방법에 있어서, (a) 상기 컨테이너 선적 위치 결정 시스템은 상기 컨테이너를 상기 선박에 대해 블록별로 할당하는 단계; (b) 상기 컨테이너 선적 위치 결정 시스템은 할당된 상기 블록에 상기 컨테이너를 스택별로 할당하는 단계; 및 (c) 상기 컨테이너 선적 위치 결정 시스템은 할당된 상기 스택에 상기 컨테이너를 슬롯에 할당하는 단계; 를 포함하는 컨테이너 선적 위치 결정 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 컨테이너 선적 위치 결정 시스템 및 그 시스템을 이용한 컨테이너 선적 위치 결정 방법은 종래 플래너에 의해 수작업으로 이루어지던 컨테이너 선적 위치 결정 방법을 자동화하여 빠른 시간 내에 선박에서의 적재 위치를 결정할 수 있는 효과가 있다.

Description

컨테이너 선적 위치 결정 시스템, 그 시스템을 이용한 컨테이너 선적 위치 결정 방법 및 그 방법을 컴퓨터 프로그램으로 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체{SYSTEM, METHOD AND COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM FOR DETERMINING THE LOADING POSITION OF CONTAINER}
본 발명은 컨테이너 선적 위치 결정 시스템 및 그 시스템을 이용한 컨테이너 선적 위치 결정 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 선박에 컨테이너를 적재할 때, 컨테이너의 선적 위치를 결정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
컨테이너는 화물을 능률적이고 경제적으로 수송하기 위해 사용하는 상자형 용기(容器)로서, 가장 보편화된 컨테이너는 넓이 및 높이가 각각 8피트이며 길이가 각각 20피트와 40피트인 20피트형과 40피트형이며, 계수(計數) 단위로는 20피트형을 기준으로 한 TEU(Twenty foot Equivalent Unit) 또는 40피트형을 기준으로 한 FEU(Forty foot Equivalent Unit)가 사용된다.
컨테이너를 선박에 적재하였을 때, 선박에서 특정 컨테이너의 적재 위치는 컨테이너의 유형 및 그 안에 실려 있는 화물의 특성, 적재 공간의 구조적 특성 등을 고려하여 결정되고, 또한 컨테이너의 양하 일정에 따라서도 컨테이너의 상대적인 선적 위치는 영향을 받을 수 있다.
종래, 선사(船社)들의 경우 컨테이너를 선박에 적재하기 위한 계획은 플래너(Planner)의 경험에 의한 수작업으로 수립되는 것이 일반적이었다. 따라서, 플래너의 숙련도나 적재 계획의 품질 수준에 따라 선박에 적재할 수 있는 컨테이너의 수량, 선박 운항의 안정성 및 양적하 시간 등은 영향을 받을 수밖에 없게 된다.
또한, 최근 초대형 선박이 나타나 컨테이너의 선적 위치를 결정하는 문제는 복잡해져, 플래너의 업무시간은 증가하고, 고급 플래너의 양성 및 확보의 어려움으로 인하여 선적 위치 결정 계획 수립시 발생하는 휴먼 에러(Human Error)가 증가하는 문제가 발생하고 있다.
또한, 대형의 컨테이너 선박은 여러 기항지를 순환하는 정기선의 형태를 갖추고 있기 때문에, 적재 컨테이너의 수, 선박의 적재 공간의 수, 기항지의 수 등을 고려한 컨테이너의 선적 위치에 대한 정확한 해를 구하기 위한 계산은 실질적으로 거의 불가능하다.
따라서, 이러한 문제를 해결하고, 컨테이너의 선적 위치를 계산하기 위한 방법의 필요성이 절실한 상황이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 다양한 적재조건을 고려하여 컨테이너 선박의 운항 효율성을 향상시키고, 항해 비용 및 항구 이용 비용을 감소시킨 최적의 컨테이너 선적 위치 결정 방법을 제공하는 데 있다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 선박에 대한 정보 및 상기 선박의 스케줄 정보를 포함하는 선박정보 DB; 및 컨테이너에 대한 정보를 포함하는 컨테이너정보 DB; 를 포함하되, 상기 선박에 대한 정보는, 상기 선박의 베이(Bay), 로우(Row), 티어(Tier), 해치(Hatch) 정보 및 블록과 스택 단위로 계산한 컨테이너 유형별 선적 용량 및 평균 LCG와 TCG 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 선적 위치 결정 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명에서 상기 블록은, 해치 커버에 의해 구분되는 덱과 홀드 상의 제1 블록 및 두 개 이상의 해치 커버에 겹쳐 있는 덱 상의 스택 영역인 제2 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 선적 위치 결정 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명에서 상기 스택은, 상기 컨테이너를 수직으로 쌓아 적재할 수 있는 수직 공간으로서, 상기 블록을 로우(Row)로 나눈 단위인 것을 특징으로 하는 컨테이너 선적 위치 결정 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기의 컨테이너 선적 위치 결정 시스템을 이용한 컨테이너 선적 위치 결정 방법에 있어서, (a) 상기 컨테이너 선적 위치 결정 시스템은 상기 컨테이너를 상기 선박에 대해 블록별로 할당하는 단계; (b) 상기 컨테이너 선적 위치 결정 시스템은 할당된 상기 블록에 상기 컨테이너를 스택별로 할당하는 단계; 및 (c) 상기 컨테이너 선적 위치 결정 시스템은 할당된 상기 스택에 상기 컨테이너를 슬롯에 할당하는 단계; 를 포함하는 컨테이너 선적 위치 결정 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에서 상기 (a) 단계의 할당되는 블록은, 누적화물 할당 조건, 선적물량 보장 조건, 선적용량 제약 조건, 혼재 제약 조건, 물량 분산 조건, 규격초과 화물 적재를 위한 공간확보 조건, 위험 화물 적재를 위한 공간 확보 조건 및 안정성 확보 조건 중 적어도 하나 이상 만족하되, 양륙항이 같은 상기 컨테이너를 상기 선박의 선수미 방향으로 분산하여 적재하지 못하는 경우 발생하는 페널티 비용과 상기 선박에 적재하고자 하는 상기 컨테이너들을 모두 블록에 할당하지 못하는 경우에 발생하는 손실비용의 합이 최소화되는 해인 것을 특징으로 하는 컨테이너 선적 위치 결정 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에서 상기 (b) 단계의 할당되는 스택은, 스택 할당 조건, 선적 부피 제약 조건, 선적 무게 제약 조건, HC 선적 조건, 40피트 컨테이너 선적 조건, 운항 스케줄 조건 중 적어도 하나 이상 만족하되, 홀드에 상기 컨테이너를 적재할 수 있는 공간이 남아있음에도 덱에 상기 컨테이너를 선적하여 상기 컨테이너를 상기 선박에 적재할 수 없는 슬롯이 발생하는 경우에 발생하는 페널티 비용과 상기 선박에 적재하고자 하는 컨테이너들을 모두 상기 스택에 할당하지 못하는 경우에 발생하는 손실비용의 합이 최소화되는 해인 것을 특징으로 하는 컨테이너 선적 위치 결정 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에서 상기 (c) 단계는, (ca) 상기 컨테이너를 무게에 따라 분류하여 특정 슬롯에 할당하는 단계; (cb) 위험코드에 따른 위험 화물의 선적 위치를 결정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 선적 위치 결정 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에서 상기 (ca) 단계는, 무거운 순서대로 분류된 상기 컨테이너를 LCG 또는 TCG의 절대값이 작은 슬롯에 우선 순위를 두어 순차적으로 할당하거나, 트림 값에 따라 선수, 중앙 및 선미로 나누어진 슬롯 중에서 어느 하나에 우선 할당하거나, 힐링 값에 따라 좌현, 중앙 및 우현으로 나누어진 슬롯 중에서 좌현 또는 우현 중 중앙에 가까운 슬롯을 우선 할당하거나, 메타센터 높이에 따라 홀드 및 덱으로 나누어진 슬롯 중에서 어느 하나에 우선 할당하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 선적 위치 결정 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계 사이에, (a1) 상기 컨테이너 선적 위치 결정 시스템은 상기 규격초과 화물을 특정 슬롯에 할당하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 선적 위치 결정 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에서 상기 (a1) 단계는, 상기 컨테이너 선적 위치 결정 시스템은 상기 규격초과 화물을 할당된 상기 블록의 최좌측 또는 최우측 스택의 최상단 슬롯에 할당하는 단계; 및 상기 최상단 슬롯에 이전 기항지에서 선적된 화물이 존재하거나 상기 최상단 슬롯의 하단에 적재되어 있는 화물의 양륙항 입항예정시간이 상기 규격초과 화물의 양륙항 입항예정시간보다 빠르면 상기 최좌측 또는 최우측 스택의 인접한 스택의 최상단 슬롯에 할당하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 선적 위치 결정 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에서 상기 컨테이너 선적 위치 결정 방법은, (d) 상기 컨테이너 선적 위치 결정 시스템은 상기 선박의 발라스트 적재량을 결정하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 선적 위치 결정 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에서 상기 (d) 단계는, 전단력에 대한 허용 조건, 굽힘 모멘트에 대한 허용 조건, 메타센터 높이에 대한 허용 조건, 트림에 대한 허용 조건 및 힐링에 대한 허용 조건 중 적어도 하나 이상 만족하되, 상기 선박의 모든 발라스트 탱크에 들어가는 발라스트 적재량의 합을 최소화하는 해인 것을 특징으로 하는 컨테이너 선적 위치 결정 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기의 컨테이너 선적 위치 결정 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공한다.
이상의 본 발명에 따른 컨테이너 선적 위치 결정 시스템은 종래 플래너에 의해 수작업으로 이루어지던 컨테이너 선적 위치 결정 방법을 자동화하여 빠른 시간 내에 선박에서의 적재 위치를 결정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 컨테이너 선적 위치 결정 시스템을 이용한 컨테이너 선적 위치 결정 방법은 적재 컨테이너의 수, 선박의 적재 공간의 수 및 기항지의 수 등의 다양한 적재조건을 고려한 최적의 선적 위치를 결정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 컨테이너 선적 위치 결정 시스템을 이용한 컨테이너 선적 위치 결정 방법은 컨테이너 선박의 운항 효율성, 항해 비용 및 항구 이용 비용을 감소시킬 수 있는 컨테이너의 최적의 선적 위치를 결정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 컨테이너 선적 위치 결정 시스템을 이용한 컨테이너 선적 위치 결정 방법은 선박의 운항 컨디션을 만족할 수 있도록 컨테이너 선적 위치를 결정하므로 발라스트 적재량의 감소를 통해 운항시 선박의 유류비를 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너 선적 위치 결정 시스템을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너 선적 위치 결정 방법을 블록 다이어그램으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 해치 커버(Hatch Cover)에 의해 구분한 블록을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 규격 초과 화물을 선적한 경우를 나타낸 도면이다.
아래에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구성될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명하기로 한다.
이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하고도 명확하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너 선적 위치 결정 시스템을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 컨테이너 선적 위치 결정 시스템은 입력부(10), 출력부(20), 제어부(30) 및 저장부(40)를 포함한다.
입력부(10)는 제어부(30)와 연결되어, 작업자로부터 컨테이너 선적 위치를 결정하기 위한 적재 조건에 대한 입력을 받기 위한 수단으로 키보드 및/또는 마우스 등의 입력장치를 통해 입력받은 정보를 제어부(30)에 전달한다.
제어부(30)는 입력부(10), 출력부(20) 및 저장부(40)와 연결되어, 입력부(10)를 통해 입력받은 다양한 적재 조건과 저장부(40)에 저장된 선박정보 및/또는 컨테이너정보를 이용하여 최적의 컨테이너 선적 위치를 결정하고, 그 결과를 출력부(20)를 통해 표시하도록 하는 연산 수단이다.
출력부(20)는 제어부(30)와 연결되어, 제어부(30)에 의해 컨테이너의 선적 위치가 결정되었을 때, 그 위치를 화면이나 종이 등에 작업자가 인식할 수 있도록 결과물을 출력하기 위한 수단으로, 모니터 및/또는 프린터 등의 출력장치가 될 수 있다.
저장부(40)는 제어부(30)와 연결되어, 제어부(30)에서 컨테이너 선적 위치를 결정하도록 하기 위한 정보를 전달하기 위해 선박정보 DB(100) 및 컨테이너정보 DB(200)를 저장한다. 이때, 선박정보 DB(100)는 선박에 대한 정보와 선박 스케줄 정보를 포함할 수 있고, 보다 구체적으로 선박에 대한 정보는 선박의 베이(Bay), 로우(Row), 티어(Tier)의 정보 및 해치 정보 이외에도, 블록 및 스택 단위로 계산한 컨테이너 유형별 선적용량 및 평균 LCG(Longitudinal Center of Gravity), TCG(Transverse Center of Gravity) 정보 등을 포함한다.
또한, 선박 스케줄 정보는 해당 선박이 운항하는 경로 즉, 기항지에 대한 정보와 해당 기항지에서의 입항예정시간 및 출항예정시간을 포함한다.
컨테이너정보 DB(200)는 컨테이너에 대한 정보로서, 선적 위치를 결정해야 하는 컨테이너의 적하항, 양륙항 및 유형에 따른 수량 등을 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너 선적 위치 결정 방법을 블록 다이어그램으로 나타낸 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 컨테이너 선적 위치 결정 방법은 크게, 컨테이너 선적 위치 결정 시스템이 컨테이너를 선박에 대해 블록별로 할당하는 단계(S100), 할당된 블록에 컨테이너를 스택별로 할당하는 단계(S200) 및 할당된 스택에 컨테이너를 특정 슬롯에 할당하여 컨테이너의 선적 위치를 결정하는 단계(S300)를 포함한다.
컨테이너를 블록별로 할당하는 단계(S100)는 우선, 선박을 블록으로 구분한 영역 중 어느 영역에 컨테이너를 선적할 것인지를 결정하는 단계로서, 블록단위의 선적계획을 수립하는 단계이다. 이때, 블록은 도 3에 도시한 바와 같이 해치 커버(Hatch Cover)(300)에 의해 상/하로 구분되는 각각의 덱(Deck)과 홀드(Hold) 영역을 말한다. 예를 들어, 도 3은 비록 선박의 단면을 도시한 것이지만, 도면에 도시한 바와 같이 해치 커버(300)가 3개가 있다면, 해치 커버(300) 각각에 의해 상/하로 구분되는 블록의 개수는 6 개가 된다. 다만, 이렇게 해치 커버(300)에 의해 상/하로 구분되는 영역인 제1 블록(301) 이외에도, 두 개의 해치 커버(300)에 걸쳐 있는 덱(Deck) 상의 스택(Stack) 영역인 제2 블록(302)으로 구분될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 스택(Stack)은 컨테이너 선박의 덱(Deck) 및/또는 홀드(Hold) 즉, 상기 블록(301, 302)을 로우(Row)로 나눈 단위로써, 컨테이너 선박에서 20피트 및/또는 40피트 컨테이너를 수직으로 쌓아 적재할 수 있는 하나의 수직 공간을 말한다.
우선, 컨테이너 선적 위치를 블록 단위로 결정하여 컨테이너를 선박의 선수미(船首尾) 방향으로 분산 적재하도록 함으로써, 하나의 블록에 양륙항(POD: Port Of Discharging)이 서로 다른 컨테이너들이 혼적되지 않고, 겐트리 크레인(Gantry Crane) 등의 활용도와 선박의 안정성을 높일 수 있는 효과가 있다.
컨테이너 선적 위치를 블록 단위로 결정하기 위한 수리 모델은 컨테이너를 특정 블록에 할당할 때 발생하는 페널티(Penalty) 비용을 최소화하는 것을 목적함수로 하고, 컨테이너를 특정 블록에 할당할 때 만족해야 하는 조건을 제약식으로 한다.
즉, 하기와 같은 수학식 2 내지 수학식 10과 같은 조건을 만족하되, 수학식 1과 같은 목적함수에 의해 최적의 해를 산출함으로써 컨테이너의 선적 위치를 블록별로 결정하게 된다.
이때, 수학식 1 내지 수학식 10에서 설명하기 위한 수식의 기호는 하기의 표 1에서 나타낸 바와 같다.
기호 의미
P 기항지 개수
M 블록 개수
N 컨테이너 유형(Type) 개수
C 위험코드 개수
o 입항예정시간(ETA: Estimated Time of Arrival) 기준으로 정렬한 기항지 인덱스(index); o=1,2,...,P
l 입항예정시간 기준으로 정렬한 적하항(POL: Port Of Loading) 인덱스; l=1,2,...,P
d 입항예정시간 기준으로 정렬한 양륙항 인덱스; d=1,2,...,P
b 블록 인덱스; b=1,2,...,M
(b1, b2) 블록 쌍; b1=1,2,...,M, b2=1,2,...,M
t 컨테이너 유형 인덱스; t=1,2,...,N
u 위험코드 인덱스; u=1,2,...,C
Figure pat00001
 위험코드 u인 위험 화물이 적재 가능한 블록의 집합
Figure pat00002
 기항지 o에서 컨테이너를 선적할 때 양륙항 d에서 양하하는 컨테이너가 함께 적재될 수 없는 블록 쌍(b1, b2)의 집합
Figure pat00003
 기항지 o 출항 시점에 블록 b에 선적되어 있는 컨테이너 중 양륙항 d에서 양하해야 하는 컨테이너 유형 t의 적재량을 나타내는 변수
Figure pat00004
 적하항 l에서 선적하여 양륙항 d로 운송해야 하는 컨테이너 중 선적하지 못한 컨테이너 유형 t의 수량을 나타내는 변수
Figure pat00005
 기항지 o 출항 시점에 블록 b에 선적되어 있고 양륙항 d에서 양하하는 컨테이너의 적재량을 나타내는 변수
Figure pat00006
 적하항 l에서 선적하여 양륙항 d에서 양하하며 블록 b에 선적되어 있는 컨테이너의 적재량을 나타내는 변수
Figure pat00007
 기항지 o의 출항 시점에 블록 b에 양륙항 d에서 양하하는 컨테이너의 적재 유무를 나타내는 변수; 적재되어 있으면 1, 적재되어 있지 않으면 0
Figure pat00008
 기항지 o에서 컨테이너를 선적할 때 양륙항 d에서 양하하는 컨테이너가 함께 적재될 수 없는 블록 쌍(b1,b2)에 동일 양륙항의 컨테이너가 선적되면 1, 선적되지 않으면 0
Figure pat00009
 기항지 o에서 컨테이너를 선적할 때 양륙항 d에서 양하하는 컨테이너가 블록 b에 적재되어 있을때, 함께 적재될 수 없는 다른 블록들에 동일 양륙항의 컨테이너가 선적되는 경우 해당 블록의 개수를 나타내는 페널티 변수
Figure pat00010
 블록 b에 선적되어 있는 컨테이너 중 적하항 l에서 선적하여 양륙항 d에서 양하하는 규격초과 화물의 수량을 나타내는 변수
Figure pat00011
 기항지 o에서 선박 출항 시점의 블록 b에 적재되어 있는 화물의 중량을 나타내는 변수
Figure pat00012
 적하항 l에서 선적하여 양륙항 d로 운송해야 할 것으로 예측되는 컨테이너 유형 t의 수량을 나타내는 상수
Figure pat00013
 기항지 o에서 블록 b에 선적 가능한 컨테이너의 적재량을 나타내는 상수
Figure pat00014
 적하항 l에서 선적하여 양륙항 d로 운송해야 할 것으로 예측되는 규격초과 화물의 수량을 나타내는 상수
Figure pat00015
 적하항 l에서 선적하여 양륙항 d로 운송해야 할 것으로 예측되는 위험코드 u인 위험 화물의 수량을 나타내는 상수
Figure pat00016
 기항지 o에서 블록 b의 평균 LCG
COS1 컨테이너를 선적하지 못하는 경우에 발생하는 손실 비용
COS2 동일 양륙항의 컨테이너를 함께 선적할 수 없는 블록에 컨테이너가 선적되는 경우 발생하는 페널티 비용
목적함수와 제약식에 대해 각각 자세하게 살펴보면, 수학식 1은 컨테이너 선적시 선박의 최적 블록 위치를 찾기 위한 목적함수로써, 양륙항이 같은 컨테이너를 선박의 선수미(船首尾) 방향으로 분산하여 적재하지 못하는 경우 발생하는 페널티 비용과 선박에 적재하고자 하는 컨테이너들을 모두 블록에 할당하지 못하는 경우에 발생하는 손실비용의 합이 최소화되는 최적의 해를 찾는다.
Figure pat00017
이때, 하기의 수학식 2 내지 수학식 10의 조건을 만족하는 범위 내에서 상기의 목적 함수의 비용이 최소가 되는 해를 찾음으로써, 컨테이너의 최적의 할당 블록을 결정하게 된다.
각각의 제약 조건을 살펴보면, 하기의 수학식 2는 누적화물 할당 조건으로서, 이전 기항지들에서 블록에 할당된 컨테이너의 선적 상태를 유지하고, 선박에 적재하여 양하항에 운송하고자 하는 모든 컨테이너들을 블록에 할당하기 위한 조건을 나타내는 식이다.
Figure pat00018
또 다른 조건으로, 하기의 수학식 3은 선적물량 보장 조건으로서, 바로 이전 기항지에서 블록에 할당된 컨테이너의 선적 상태를 유지하기 위한 조건을 나타내는 식이다.
Figure pat00019
또 다른 조건으로, 하기의 수학식 4는 선적용량 제약 조건으로서, 블록에 할당되는 컨테이너의 적재량은 블록에 선적 가능한 컨테이너의 적재량을 넘지 않아야 한다는 조건을 나타내는 식이다.
Figure pat00020
또 다른 조건으로, 하기의 수학식 5는 혼재 제약 조건으로서, 하나의 블록에 양륙항이 서로 다른 컨테이너들이 혼적(混積)되지 않도록 하기 위한 조건을 나타내는 식이다.
Figure pat00021
또 다른 조건으로, 하기의 수학식 6 내지 수학식 7은 물량 분산 조건으로서, 양륙항이 같은 컨테이너는 선박의 선수미(船首尾) 방향으로 분산하기 위한 것으로 겐트리 크레인의 활용도와 선박의 안정성을 높이기 위한 식이다.
즉, 동일한 양륙항을 갖는 컨테이너가 인접한 블록에 할당되지 않도록 하기 위한 것이다. 이때, 인접한 블록을 나타내는 블록 쌍은 작업 물량 비율(=선적 컨테이너 수/선박 용량)에 따라 결정된다.
Figure pat00022
Figure pat00023
또 다른 조건으로, 하기의 수학식 8은 규격초과 화물(Over Dimension Cargo) 적재를 위한 공간 확보 조건으로서, 규격초과 화물을 블록에 할당할 때에는 도 4에 도시한 바와 같이, 규격초과된 화물 때문에 활용할 수 없는 공간이 발생하는 것을 최소화하기 위하여 규격초과된 영역(400)의 방향과 크기가 유사한 화물들을 스택(Stack) 단위로 그룹화하고, 해당 스택 그룹을 블록에 할당한다.
도 4(a)에 도시한 바와 같이, 규격초과 영역(400)의 방향과 크기가 유사한 화물을 스택 단위로 그룹화하기 위하여 우선, 규격초과 화물이 적재되는 홀드(Hold)의 스택에 대해서 평균 스택 용량을 계산한다.
이후, 도 4(b)에 도시한 바와 같이, 상단에 다른 화물을 적재할 수 없는 규격초과 화물을 최상단에 적재하고, 상단에 다른 화물을 적재할 수 있는 화물을 그 하단에 적재하기 위하여, 상단에 다른 화물을 적재할 수 없는 규격초과 화물을 스택 단위 그룹의 대표 화물로 정하고, 상기 스택 단위 그룹의 대표 화물과 적하항, 양륙항, 컨테이너 크기가 같은 규격초과 화물들을 상기 평균 스택 용량을 초과하지 않을 때까지 당해 스택 단위 그룹에 할당한다.
이와 같은 그룹화 단계를 규격초과 화물들에 대하여 반복 수행하고, 그룹에 할당되지 않은 규격초과 화물 중 적하항, 양륙항, 컨테이너 크기가 같은 화물들에 대해서도 상기 평균 스택 용량을 초과하지 않게 그룹화한다.
이와 같이 규격초과 화물을 방향과 크기가 유사한 화물을 스택 단위로 그룹화하고, 그룹화된 규격초과 화물들을 스택 단위로 하여 하나의 블록에 할당함으로써 규격초과 영역(400) 때문에 활용할 수 없는 공간을 최소화할 수 있게 된다.
Figure pat00024
또 다른 조건으로, 하기의 수학식 9는 위험 화물(Dangerous Cargo) 적재를 위한 공간 확보 조건을 나타낸 식이다.
위험 화물 적재 규칙은 특정 위험코드의 위험 화물에 대하여 적재 가능한 블록을 결정하는 규칙이다. 즉, 제1 위험 화물 적재 규칙은 위험화물의 적재 범주(Stowage Category)는 A/B/C/D/E로 구분되며, C/D로 분류된 위험화물은 덱(Deck)에만 적재 가능하다는 규칙이고, 제2 위험 화물 적재 규칙은 특정 위험 화물들에 대해서 인화점(Flash Point)과 화물 유형에 따라 선박 내에 적재할 수 없는 위치에 대한 규칙이다.
특정 위험코드의 위험 화물 적재를 위한 블록을 확보하기 위해서는 일단 위험 화물과 적하항, 양륙항 및 컨테이너 유형이 같은 일반 컨테이너들이 상기의 위험 화물 적재가 가능한 블록에 할당되어 있어야 한다. 예를 들어, 위험코드가 3158이고, 적하항이 함부르크이며, 양륙항이 상해인 20피트 드라이(Dry) 컨테이너의 위험화물이 1개 존재한다면, 위험코드 3158은 위험화물의 적재 범주 'C'에 해당하므로 덱(Deck) 상에서, 동일한 적하항인 함부르크, 동일한 양륙항인 상해, 동일한 컨테이너 유형인 20피트 드라이 컨테이너의 일반 화물 적재 공간을 최소한 1개 이상 확보해야 한다.
또 다른 예로, 위험코드가 3082이고, 적하항이 로테르담이며, 양륙항이 상해인 40피트 드라이 컨테이너의 위험화물이 8개 존재한다면, 위험코드 3082는 화물 유형이 액체이고, 위험코드 클래스(IMDG Class) '9'에 해당하므로 적재 금지되어 있는 홀드의 26, 30, 34, 38, 42, 46, 50, 54, 58, 62, 66, 70, 74, 78, 82 베이(Bay)를 제외한 다른 베이에 동일한 적하항인 로테르담, 동일한 양륙항인 상해, 동일한 컨테이너 유형인 40피트 드라이 컨테이너의 일반화물 적재 공간을 최소한 8개 이상 확보해야 한다.
Figure pat00025
또 다른 조건으로, 하기의 수학식 10은 안정성(Stability) 조건으로서, 컨테이너를 블록에 할당하였을 때 해당 블록의 높이 방향의 무게 중심(LCG: Longitudinal Center of Gravity)을 이용하여 선박의 안정성을 확보하기 위한 조건을 나타낸 식이다.
Figure pat00026
상기의 수학식 2 내지 수학식 10에 따른 조건을 만족하는 범위 내에서 수학식 1에 따른 목적함수 비용이 최소가 되는 최적 할당 블록을 결정함으로써, 컨테이너의 적재 블록이 결정되나, 이때 규격초과 화물의 경우에 대해서도 적재 블록이 결정된다.
다음으로, 컨테이너를 선박에 대한 블록별로 할당한 이후에, 규격초과 화물에 대한 적재 슬롯(Slot)을 결정할 수 있다(S150).
규격초과 화물의 정확한 적재 슬롯을 결정하기 위해서 우선, 스택 단위로 그룹화된 규격초과 화물 그룹을 결정된 블록 내의 스택(Stack)에 할당한다. 이때, 할당되는 스택은 블록 내의 최좌측이나 최우측의 스택이 할당되도록 하고, 그 다음부터는 이전에 할당된 스택과 인접한 스택이 할당되도록 한다
스택이 할당되면 해당 스택의 최상단 슬롯부터 화물을 할당하는데, 이때 해당 슬롯에 이전 기항지에서 선적하여 적재되어 있는 화물의 존재 여부와 하단에 적재되어 있는 화물의 양륙항을 확인하여, 해당 슬롯에 이전 기항지에서 선적하여 적재되어 있는 화물이 존재하다거나 슬롯의 하단에 적재되어 있는 화물의 양륙항 입항예정시간이 해당 슬롯에 적재하려는 화물의 양륙항 입항예정시간보다 빠르다면 해당 스택에 화물을 할당하지 않고, 인접한 스택을 할당하도록 한다. 할당된 스택에 화물을 적재하는데 문제가 없다면 해당 스택의 최상단 슬롯부터 화물을 할당하여, 그룹 내의 모든 규격초과 화물에 대한 적재 슬롯을 할당한다.
이와 같은 과정을 모든 규격초과 화물 그룹에 대하여 반복 수행하도록 할 수 있다.
컨테이너의 적재 블록(Block)과 규격초과 화물의 적재 슬롯(Slot)을 결정한 이후에, 컨테이너에 대한 선적 스택(Stack)을 결정한다(S200).
컨테이너 선적 위치를 스택 단위로 결정하기 위한 수리 모델은 컨테이너를 특정 스택에 할당할 때 발생하는 페널티(Penalty) 비용을 최소화하는 것을 목적함수로 하고, 컨테이너를 특정 스택에 할당할 때 만족해야 하는 조건이 제약식이 된다.
즉, 하기와 같은 수학식 12 내지 수학식 18과 같은 조건을 만족하되, 수학식 11과 같은 목적함수에 의해 최적의 해를 산출함으로써 컨테이너의 선적 위치를 스택별로 결정하게 된다.
이때, 수학식 11 내지 수학식 18에서 설명하기 위한 수식의 기호는 하기의 표 2에서 나타낸 바와 같다.
기호 의미
K 스택 개수
s 스택 인덱스; s=1,2,...,K
H HC(High Cubic) 컨테이너 유형의 집합
Figure pat00027
 스택 s에 컨테이너를 선적하기 위하여 컨테이너가 적재되어 있지 않아야 하는 스택의 집합
Figure pat00028
 적하항 l에서 스택 s에 선적하여 양륙항 d에서 양하하는 컨테이너 유형 t의 적재량을 나타내는 변수
Figure pat00029
 적하항 l에서 스택 s에 양륙항 d에서 양하하는 컨테이너의 적재 가능 여부를 나타내는 변수; 적재가 가능하면 0, 적재가 불가능하면 1
Figure pat00030
 적하항 l에서 스택 s에 선적하여 양륙항 d에서 양하하는 컨테이너의 적재량을 나타내는 변수
Figure pat00031
 기항지 o에서 양하 작업을 완료한 후 컨테이너를 선적하기 전 스택 s에 적재되어 있는 컨테이너의 적재량을 나타내는 변수
Figure pat00032
 기항지 o에서 선박 출항 시점에 스택 s에 적재되어 있는 컨테이너의 적재량을 나타내는 변수
Figure pat00033
 적하항 l에서 선적하여 양륙항 d로 운송해야 하는 컨테이너 중 선적하지 못한 컨테이너 유형 t의 수량을 나타내는 변수
Figure pat00034
 기항지 o에서 블록 b의 슬롯 중 컨테이너를 적재할 수 없게 된 슬롯의 개수를 나타내는 변수
Figure pat00035
 기항지 o에서 스택 s에 선적하지 못한 HC 컨테이너의 수량을 나타내는 변수
Figure pat00036
 기항지 o에서 스택 s의 앞쪽 베이(Fore Bay)에 적재되어 있는 컨테이너 수량과 뒤쪽 베이(After Bay)에 적재되어 있는 컨테이너 수량의 차를 나타내는 변수
Figure pat00037
 기항지 o에서 스택 s의 뒤쪽 베이에 적재되어 있는 컨테이너 수량과 앞쪽 베이에 적재되어 있는 컨테이너 수량의 차를 나타내는 변수
Figure pat00038
 기항지 o에서 스택 s에 40 피트 컨테이너의 적재 가능 여부를 나타내는 변수; 적재가 가능하면 0, 적재가 불가능하면 1
Figure pat00039
 적하항 l에서 선적하여 양륙항 d로 운송해야 할 것으로 예측되는 컨테이너 유형 t의 수량을 나타내는 상수
Figure pat00040
 적하항 l에서 선적하여 양륙항 d에서 양하하는 컨테이너 유형 t의 평균 무게를 나타내는 상수
Figure pat00041
 기항지 o에서 스택 s에 선적 가능한 HC 컨테이너의 적재량을 나타내는 상수
Figure pat00042
 기항지 o에서 스택 s에 선적 가능한 컨테이너의 적재량을 나타내는 상수
Figure pat00043
 기항지 o에서 스택 s에 선적 가능한 컨테이너 총 무게를 나타내는 상수
BIGNUM 임의의 큰 수 (예 1,000,000,000)
COS3 컨테이너를 선적하지 못하는 경우에 발생하는 손실 비용
COS4 동일 양륙항의 컨테이너를 함께 선적할 수 없는 블록에 컨테이너가 선적되는 경우 발생하는 페널티 비용
목적함수와 제약식에 대해 각각 자세하게 살펴보면, 수학식 11은 컨테이너 선적시 선박의 최적의 스택 위치를 찾기 위한 목적함수로써, 홀드(Hold)에 컨테이너를 적재할 수 있는 공간이 남아있음에도 덱(Deck)에 컨테이너를 선적하여 선박에 컨테이너를 적재할 수 없는 슬롯(Slot)이 발생하는 경우에 발생하는 페널티 비용과 선박에 적재하고자 하는 컨테이너들을 모두 스택에 할당하지 못하는 경우에 발생하는 손실비용의 합이 최소화되는 최적의 해를 찾는다.
Figure pat00044
이때, 하기의 수학식 12 내지 수학식 18의 조건을 만족하는 범위 내에서 상기 수학식 11의 목적 함수 비용이 최소가 되는 해를 찾음으로써, 컨테이너의 최적 할당 스택을 결정하게 된다.
각각의 제약 조건을 살펴보면, 하기의 수학식 12는 스택 할당 조건으로서, 선박에 적재하고자 하는 컨테이너들을 모두 스택에 할당하기 위한 조건을 나타내는 식이다.
Figure pat00045
하기의 수학식 13 내지 수학식 14는 시계(視界, Visibility)를 고려한 선적 부피(Volume) 제약 조건으로서, 스택에 할당되는 컨테이너의 적재량은 스택에 선적 가능한 컨테이너의 적재량을 넘지 않아야 한다는 조건과, 바로 이전 기항지에서 스택에 할당된 컨테이너의 선적 상태를 유지하기 위한 조건을 나타내는 식이다.
Figure pat00046
Figure pat00047
하기의 수학식 15는 선적 무게(Weight) 제약 조건으로서, 스택에 할당되는 컨테이너의 총 무게는 해당 스택에 선적 가능한 컨테이너 총 무게를 넘지 않아야 한다는 조건을 나타내는 식이다.
Figure pat00048
하기의 수학식 16은 HC(High Cube) 선적 조건으로서, 스택에 할당되는 HC 컨테이너의 수가 스택에 선적 가능한 HC 컨테이너 수량을 넘지 않도록 하기 위한 조건을 나타내는 식이다.
Figure pat00049
하기의 수학식 17은 40피트 컨테이너 선적 조건으로서, 상단에 40피트가 적재되어 있는 스택의 하단에 20피트 컨테이너가 동일한 높이로 적재되어 있게 하기 위한 조건을 나타내는 식이다.
Figure pat00050
하기의 수학식 18은 운항 스케줄 조건으로서, 이전 포트(Port)들에서 선적한 컨테이너가 적재되어 있지 않은 스택에 컨테이너를 선적하게 하기 위한 조건을 나타내는 식이다. 또한, 특정 스택에 컨테이너를 선적하기 위해서는 해당 스택을 막고 있는 스택에 컨테이너가 적재되어 있는지를 확인하여 컨테이너가 적재되어 있지 않을 때에만 해당 스택에 컨테이너를 선적할 수 있도록 하는 조건을 포함한다.
Figure pat00051
상기의 수학식 12 내지 수학식 18에 따른 조건을 만족하는 범위 내에서 수학식 11에 따른 목적함수 비용이 최소가 되는 최적 할당 스택을 결정함으로써, 컨테이너의 적재 스택이 결정된다.
다음으로, 컨테이너를 선박에 대한 스택(Stack)별로 할당한 이후에, 각 스택에 할당된 컨테이너를 특정 슬롯(Slot)에 할당하여 컨테이너의 선적 위치를 결정하게 된다(S300).
스택에 할당된 컨테이너를 특정 슬롯에 할당하여 컨테이너의 선적 위치를 결정하는 단계(S300)는 컨테이너의 무게를 고려하여 특정 슬롯에 할당하는 단계(S310) 및 위험코드에 따른 위험 화물의 선적 위치를 결정하는 단계(S320)를 포함할 수 있다.
각 스택에 할당된 컨테이너는 개별 슬롯의 무게중심인 LCG(Longitudunal Center of Gravity) 및 TCG(Transverse Center of Gravity) 등을 평가함으로써, 컨테이너의 무게에 따라 특정 슬롯에 할당될 수 있다(S310).
구체적으로 살펴보면, 컨테이너의 정확한 선적 위치를 결정하기 위하여 우선, 적하항, 양륙항 및 컨테이너 유형이 같은 컨테이너들이 할당된 스택에 대하여 해당 스택들에 존재하는 슬롯들의 LCG 및 TCG를 평가하고, 상기 스택에 할당된 컨테이너들을 무게가 무거운 것부터 무게가 가벼운 것 순으로 리스트를 정렬하여 작성한다.
이후, 정렬된 리스트에 존재하는 컨테이너들에 대해 할당할 슬롯을 결정할 때에는 홀드(Hold)와 덱(Deck)에 있는 슬롯 중에서 홀드에 있는 슬롯을 먼저 선택하고, 그 중에서도 하단에 위치한 슬롯을 먼저 선택한다.
이후, LCG의 절대값(
Figure pat00052
)이 작고, TCG의 절대값(
Figure pat00053
)이 작은 슬롯에 우선 순위를 두어, 해당 슬롯에 정렬된 리스트에 따른 컨테이너들을 차례로 할당한다.
그러나, 이전 기항지의 선적 계획에 따른 선박 안정성이 좋지 않을 경우에는 선박의 안정성을 향상시키기 위하여 트림(Trim)이나 힐링(Heeling), 메타센터 높이(GM: Metacentric Height)에 따라 다른 우선 순위의 슬롯 선택 기준을 사용할 수도 있다.
즉, 트림(Trim)에 따른 할당 우선 순위를 적용하기 위해서는 먼저 선박의 선수미 방향으로 슬롯 용량이 균등해지도록 슬롯을 선수, 중앙, 선미의 세 그룹으로 나누고, 트림이 -1 보다 작아 선박이 선수 방향으로 기울어져 있으면, 우선 순위는 선미 그룹에서 LCG의 절대값(
Figure pat00054
)이 작은 슬롯, 중앙 그룹에서 LCG의 절대값(
Figure pat00055
)이 작은 슬롯, 선수 그룹에서 LCG의 작은 슬롯 순서로 슬롯 선택의 우선 순위를 두고, 반대로 트림이 1 보다 커 선박이 선미 방향으로 기울어져 있으면, 우선 순위는 선수 그룹에서 LCG의 절대값(
Figure pat00056
)이 작은 슬롯, 중앙 그룹에서 LCG의 절대값(
Figure pat00057
)이 작은 슬롯, 선미 그룹에서 LCG가 작은 슬롯 순서로 슬롯 선택의 우선 순위를 둔다.
힐링(Heeling)에 따른 할당 우선 순위를 적용하기 위해서는 먼저 선박의 중앙 스택을 기준으로 하여, 좌우 방향으로 슬롯을 우현, 중앙, 좌현의 세 그룹으로 나누고, 힐링이 -10 보다 작아 선박이 우현으로 기울어 있으면, 중앙 그룹의 슬롯, 좌현 그룹에서 중앙 스택에 가까운 순서로 3개의 스택에 해당하는 슬롯 및 우현 그룹에서 중앙 스택에 가까운 순서로 3개의 스택에 해당하는 슬롯에 대하여 순서대로 슬롯 선택의 우선 순위를 둔다.
메타센터 높이(GM)에 따른 할당 우선 순위를 적용하기 위해서는 슬롯을 홀드(Hold)와 덱(Deck)의 두 개의 그룹으로 나누고, 메타센터 높이가 목표치+2 보다 작으면, 덱에서 VCG(Vertical Center of Gravity)가 작은 슬롯 및 홀드에서 VCG가 큰 슬롯 선택의 우선 순위를 둔다.
전단력(Shear Force) 또는 굽힘 모멘트(Bending Moment)가 목표치를 초과하면, 선미의 가장 뒤쪽 두 해치에 해당하는 슬롯 선택의 우선 순위를 가장 나중으로 한다.
비틀림 모멘트(Torsional Moment)가 목표치를 초과하면, 각 해치 별로 좌현과 우현에 실린 컨테이너들의 무게를 비교하여 어느 한 쪽의 무게가 다른 한 쪽 무게의 반보다 작은 해치에 대하여 더 무거운 방향에 존재하는 슬롯 선택의 우선 순위를 가장 나중으로 한다.
컨테이너의 LCG, TCG 등을 고려하여 모든 컨테이너들이 특정 슬롯에 할당되면, 위험 코드에 따른 위험 화물의 선적 위치를 결정할 수 있다(S320). 위험 화물은 운송 중 위험 화물과 위험 화물 간의 상호작용으로 위험성을 증가시키거나 또는 운송 중의 위험물 사고로 다른 위험 화물에 영향을 미쳐 대형사고로 발전할 가능성이 있으므로 위험 화물과 위험 화물 또는 위험 화물과 위험 화물 이외의 화물이 상호 작용하여 위험성이 증가하는 경우에는 서로 격리하여 적재하는 것이 바람직하다.
특정 위험 코드를 갖는 위험 화물에 대한 적재 블록은 컨테이너를 블록별로 할당하는 단계(S100)에서 이미 결정하였으며, 위험 화물의 정확한 선적 위치를 결정하기 위하여 우선, 상기 위험 화물과 적하항, 양륙항 및 컨테이너 유형이 같은 일반 컨테이너들이 적재되어 있는 슬롯들을 스택과 블록으로 그룹화한다.
다음으로, 그룹화한 블록에서 블록 단위로 위험 화물 격리 규칙을 확인하여 격리 규칙을 만족하는 블록들만 선별을 하고, 그 후, 선별된 블록들 중에서 임의로 선택된 하나의 블록 중 스택 단위로 위험 화물 격리 규칙을 만족하는 스택들만 선별을 한다. 이후, 선별된 스택들의 하단 슬롯부터 위험 화물을 할당함으로써 위험 화물의 선적 위치를 결정한다.
만약, 스택 단위로 위험 화물 격리 규칙을 만족하는 스택이 존재하지 않으면 임의로 선택된 블록 이외의 다른 블록을 선택하고 동일 과정을 반복함으로써 위험 화물의 선적 위치를 결정한다.
이렇게 모든 컨테이너의 선적 위치가 결정되면 운항 컨디션 조건을 만족하는 최소 발라스트(Ballast) 양을 결정할 수 있다(S400).
컨테이너의 선적 위치 결과를 이용하여 초기 안정성 평가지표를 계산하고, 계산한 초기 안정성 평가지표의 값을 허용치에 수렴하기 위해 운항 컨디션 조건을 만족하는 최소 발라스트 적재량을 결정한다.
즉, 선박의 발라스트 탱크에 들어가는 발라스트 적재량을 최소화하는 것을 목적함수로 하고, 운항 컨디션 조건이 제약식이 된다.
다시 말해, 하기와 같은 수학식 20 내지 수학식 24와 같은 조건을 만족하되, 수학식 19와 같은 목적함수에 의해 최적의 해를 산출함으로써 선박의 발라스트 탱크에 들어가는 발라스트 적재량을 결정하게 된다.
이때, 수학식 19 내지 수학식 24에서 설명하기 위한 수식의 기호는 하기의 표 3에서 나타낸 바와 같다.
기호 의미
R 발라스트 탱크 개수
A 프레임 개수
Y 베이(Bay) 개수
V 로우(row) 개수
W 티어(Tier) 개수
r 발라스트 인덱스; r=1,2,...,R
a 프레임 인덱스; a=1,2,...,A
y 베이 인덱스; y=1,2,...,Y
v 로우 인덱스; v=1,2,...,V
w 티어 인덱스; w=1,2,...,W
Figure pat00058
 발라스트 탱크 r의 적재량을 나타내는 변수
Figure pat00059
 프레임 a에서의 부력을 나타내는 변수
Figure pat00060
 프레임 a에서의 하중을 나타내는 변수
Figure pat00061
 프레임 a에서의 전단력을 나타내는 변수
Figure pat00062
 발라스트 탱크 r 또는 티어 w에서의 VCG를 나타내는 변수
Figure pat00063
 발라스트 탱크 r 또는 베이 y에서의 LCG를 나타내는 변수
Figure pat00064
 발라스트 탱크 r 또는 로우 v에서의 TCG를 나타내는 변수
Figure pat00065
 티어 w, 베이 y, 로우 v에 적재되어 있는 화물의 중량을 나타내는 변수
Figure pat00066
 발라스트 탱크 r에서의 FSM을 나타내는 변수
DISP 선박의 배수량(Displacement)을 나타내는 변수
KMT(DISP) 선박의 배수량에 따른 KMT(Transverse Metacenter height above base line) 값
LCB(DISP) 선박의 배수량에 따른 LCB(Longitudinal Center of Buoyancy from midship) 값
MTC(DISP) 선박의 배수량에 따른 MTC(Moment to change Trim one Centimeter) 값
Figure pat00067
 프레임 a에서 전단력에 대한 하한값을 나타내는 상수
Figure pat00068
 프레임 a에서 전단력에 대한 상한값을 나타내는 상수
Figure pat00069
 프레임 a에서 굽힘 모멘트에 대한 하한값을 나타내는 상수
Figure pat00070
 프레임 a에서 굽힘 모멘트에 대한 상한값을 나타내는 상수
IDISP 선박의 발라스트 탱크와 적재되어 있는 컨테이너 무게를 제외한 초기 배수량을 나타내는 상수
IVCG 선박의 발라스트 탱크와 적재되어 있는 컨테이너 무게를 제외한 초기 평균 VCG를 나타내는 상수
ILCG 선박의 발라스트 탱크와 적재되어 있는 컨테이너 무게를 제외한 초기 평균 LCG를 나타내는 상수
ITCG 선박의 발라스트 탱크와 적재되어 있는 컨테이너 무게를 제외한 초기 평균 TCG를 나타내는 상수
GMLB 메타센터 높이에 대한 하한값을 나타내는 상수
GMUB 메타센터 높이에 대한 상한값을 나타내는 상수
TRUB 트림에 대한 상한값을 나타내는 상수
목적함수와 제약식에 대해 각각 자세하게 살펴보면, 하기의 수학식 19는 선박의 모든 발라스트 탱크에 들어가는 발라스트 적재량을 최소화하기 위한 목적함수로서, 발라스트 적재량을 최소화하도록 계산하는 식을 나타낸 것이다.
Figure pat00071
하기의 수학식 20은 전단력(SF: Shear Force)에 대한 허용 조건을 나타낸 식이다.
Figure pat00072
하기의 수학식 21은 굽힘 모멘트(BM: Bending Moment)에 대한 허용 조건을 나타낸 식이다.
Figure pat00073
하기의 수학식 22는 메타센터 높이(Metacenter height)에 대한 허용 조건을 나타낸 식이다.
Figure pat00074
하기의 수학식 23은 트림(Trim)에 대한 허용조건을 나타낸 식이다.
Figure pat00075
하기의 수학식 24는 힐링(Heeling)에 대한 허용조건을 나타낸 식이다.
Figure pat00076
이상 설명된 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크, 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(당업자)라면 본 발명의 사상 및 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10: 입력부 20: 출력부
30: 제어부 40: 저장부
100: 선박정보 DB 200: 컨테이너정보 DB
300: 해치 커버 301: 제1 블록
302: 제2 블록 400: 규격초과 영역

Claims (13)

  1. 선박에 대한 정보 및 상기 선박의 스케줄 정보를 포함하는 선박정보 DB; 및
    컨테이너에 대한 정보를 포함하는 컨테이너정보 DB;
    를 포함하되,
    상기 선박에 대한 정보는, 상기 선박의 베이(Bay), 로우(Row), 티어(Tier), 해치(Hatch) 정보 및 블록과 스택 단위로 계산한 컨테이너 유형별 선적 용량 및 평균 LCG와 TCG 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 선적 위치 결정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블록은,
    해치 커버에 의해 구분되는 덱과 홀드 상의 제1 블록 및 두 개 이상의 해치 커버에 겹쳐 있는 덱 상의 스택 영역인 제2 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 선적 위치 결정 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스택은,
    상기 컨테이너를 수직으로 쌓아 적재할 수 있는 수직 공간으로서, 상기 블록을 로우(Row)로 나눈 단위인 것을 특징으로 하는 컨테이너 선적 위치 결정 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 컨테이너 선적 위치 결정 시스템을 이용한 컨테이너 선적 위치 결정 방법에 있어서,
    (a) 상기 컨테이너 선적 위치 결정 시스템은 상기 컨테이너를 상기 선박에 대해 블록별로 할당하는 단계;
    (b) 상기 컨테이너 선적 위치 결정 시스템은 할당된 상기 블록에 상기 컨테이너를 스택별로 할당하는 단계; 및
    (c) 상기 컨테이너 선적 위치 결정 시스템은 할당된 상기 스택에 상기 컨테이너를 슬롯에 할당하는 단계;
    를 포함하는 컨테이너 선적 위치 결정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 (a) 단계의 할당되는 블록은,
    누적화물 할당 조건, 선적물량 보장 조건, 선적용량 제약 조건, 혼재 제약 조건, 물량 분산 조건, 규격초과 화물 적재를 위한 공간확보 조건, 위험 화물 적재를 위한 공간 확보 조건 및 안정성 확보 조건 중 적어도 하나 이상 만족하되, 양륙항이 같은 상기 컨테이너를 상기 선박의 선수미 방향으로 분산하여 적재하지 못하는 경우 발생하는 페널티 비용과 상기 선박에 적재하고자 하는 상기 컨테이너들을 모두 블록에 할당하지 못하는 경우에 발생하는 손실비용의 합이 최소화되는 해인 것을 특징으로 하는 컨테이너 선적 위치 결정 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 (b) 단계의 할당되는 스택은,
    스택 할당 조건, 선적 부피 제약 조건, 선적 무게 제약 조건, HC 선적 조건, 40피트 컨테이너 선적 조건, 운항 스케줄 조건 중 적어도 하나 이상 만족하되, 홀드에 상기 컨테이너를 적재할 수 있는 공간이 남아있음에도 덱에 상기 컨테이너를 선적하여 상기 컨테이너를 상기 선박에 적재할 수 없는 슬롯이 발생하는 경우에 발생하는 페널티 비용과 상기 선박에 적재하고자 하는 컨테이너들을 모두 상기 스택에 할당하지 못하는 경우에 발생하는 손실비용의 합이 최소화되는 해인 것을 특징으로 하는 컨테이너 선적 위치 결정 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    (ca) 상기 컨테이너를 무게에 따라 분류하여 특정 슬롯에 할당하는 단계;
    (cb) 위험코드에 따른 위험 화물의 선적 위치를 결정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 선적 위치 결정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 (ca) 단계는,
    무거운 순서대로 분류된 상기 컨테이너를 LCG 또는 TCG의 절대값이 작은 슬롯에 우선 순위를 두어 순차적으로 할당하거나, 트림 값에 따라 선수, 중앙 및 선미로 나누어진 슬롯 중에서 어느 하나에 우선 할당하거나, 힐링 값에 따라 좌현, 중앙 및 우현으로 나누어진 슬롯 중에서 좌현 또는 우현 중 중앙에 가까운 슬롯을 우선 할당하거나, 메타센터 높이에 따라 홀드 및 덱으로 나누어진 슬롯 중에서 어느 하나에 우선 할당하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 선적 위치 결정 방법.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계 사이에,
    (a1) 상기 컨테이너 선적 위치 결정 시스템은 상기 규격초과 화물을 특정 슬롯에 할당하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 선적 위치 결정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 (a1) 단계는,
    상기 컨테이너 선적 위치 결정 시스템은 상기 규격초과 화물을 할당된 상기 블록의 최좌측 또는 최우측 스택의 최상단 슬롯에 할당하는 단계; 및
    상기 최상단 슬롯에 이전 기항지에서 선적된 화물이 존재하거나 상기 최상단 슬롯의 하단에 적재되어 있는 화물의 양륙항 입항예정시간이 상기 규격초과 화물의 양륙항 입항예정시간보다 빠르면 상기 최좌측 또는 최우측 스택의 인접한 스택의 최상단 슬롯에 할당하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 선적 위치 결정 방법.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨테이너 선적 위치 결정 방법은,
    (d) 상기 컨테이너 선적 위치 결정 시스템은 상기 선박의 발라스트 적재량을 결정하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 선적 위치 결정 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    전단력에 대한 허용 조건, 굽힘 모멘트에 대한 허용 조건, 메타센터 높이에 대한 허용 조건, 트림에 대한 허용 조건 및 힐링에 대한 허용 조건 중 적어도 하나 이상 만족하되, 상기 선박의 모든 발라스트 탱크에 들어가는 발라스트 적재량의 합을 최소화하는 해인 것을 특징으로 하는 컨테이너 선적 위치 결정 방법.
  13. 제 4 항에 따른 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
KR1020120014680A 2012-02-14 2012-02-14 컨테이너 선적 위치 결정 시스템, 그 시스템을 이용한 컨테이너 선적 위치 결정 방법 및 그 방법을 컴퓨터 프로그램으로 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 KR20130093253A (ko)

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