지리정보시스템기반의 조선소 블록 물류 시뮬레이션에 관한 연구

조선소의 생산 프로세스는 일반 제조업에 비해 복합적인 생산방식을 가지고 있기 때문에 전통적인 시뮬레이션 방법으로는 표현하기 어려운 점이 존재한다. 이를 해결하기 위한 시뮬레이션 방법론에 대한 연구가 지속적으로 진행되고 있는데, 그 중 하나가 공정중심(Process Centric)의 DES 시뮬레이션 방법론이다. 공정중심 DES 시뮬레이션의 경우 복잡한 액티비티 네트워크로 구성되는 선박 건조 공정을 모델링하고 시뮬레이션 하는데 있어 설비중심의 시뮬레이션과 비교하여 모델링의 난의도와 시뮬레이션 수행시간에 있어 장점을 지니고 있다. 하지만 공정중심 방법론의 단점은 액티비티 네트워크 중심으로 시뮬레이션을 수행하기 때문에 설비들 간의 물류(Logistics)를 분석하는데 한계가 있다. 즉, 물류 분석을 위해서는 제품이 설비를 이용하여 운송되는 시간과 운송설비, 이동경로와 관련된 결과가 도출되어야 하는데 액티비티 네트워크로 모델이 구성되는 공정중심 방법론에서는 그 자체만으로는 물류 거동에 대한 고려가 불가능하다. 따라서 본 연구에서는 공정중심 DES 시뮬레이션 환경에서 물류 분석이 가능한 방법론을 제안하고, 물류 분석을 위해 지리정보시스템(GIS; Geographic Information System)의 표준을 바탕으로 물류 시뮬레이션을 위한 지리정보 구조를 정의하였다. 오늘날 지리정보시스템은 일상생활과 다양한 산업 분야에서 사용되고 있지만, 조선소에서는 단순히 야드 레이아웃을 관리하는 정도로만 활용되고 있다. 중소형 조선소의 경우 지리정보시스템이 구축되어 있는 조선소가 극히 드물며, 대형 조선소 또한 제대로 구축되어 있지 않거나 구축되어 있더라도 지리정보시스템을 제대로 활용하지 못하고 있는 상황이다. 지리정보시스템을 보다 생산적인 목적으로 활용하기 위해 본 연구에서는 조선소 블록 물류를 검증하고 개선할 수 있는 시뮬레이션 시스템 구축에 지리정보시스템을 적용하는 방안에 대한 연구를 진행하였다. 현재 조선소의 블록 물류는 일반적으로 실행 계획 단계에서 일일 단위의 물류 계획에 대해서만 관리가 되고 있다. 하지만 일일 단위의 계획이기 때문에 돌발 상황에 대해 즉각적으로 대응하기 힘들고, 그 이상의 부가가치를 판단할 수 있는 적용은 미흡한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 중장기적으로 작성되는 기준 계획 단계에서 중장기 야드 블록 물류를 검증하고 개선할 수 있는 블록 물류 시뮬레이션에 활용하기 위해 지리정보시스템에 내재된 형상 및 속성 정보를 바탕으로 공장과 도로의 공간 및 속성 정보 생성을 하였다. 또한 생성한 지리정보를 활용하여 물류 현황 파악과 작업장/적치장의 부하 분석, 배원/배량 계획 관점에서 전반적인 물류 개선에 기여하고자 한다. 본 연구에서 제안하는 지리정보 구조는 공정중심 DES 시뮬레이션 플랫폼에 탑재가 되어 공정과 물류 모듈 사이의 정보교환을 위한 인터페이스 역할을 하게 된다. 정보교환을 통해 As-Is 모델을 생성하여 시뮬레이션 결과를 확인하고, 지리정보시스템의 정보를 변경하여 다양한 시나리오에 따라 변화되는 모델을 라이브러리로 구축하여 기준 계획에 따라 변화되는 결과의 확인이 용이할 수 있도록 하였다.1. 서 론 1.1 연구 배경 1.1.1 조선업의 생산 환경 1.1.2 지리정보시스템(GIS; Geographic Information System) 1.2 관련 연구 동향 1.2.1 블록 물류 시뮬레이션 연구 사례 1.2.2 지리정보시스템을 활용한 연구 사례 2. 지리정보시스템(GIS) 분석 및 설계 2.1 지리정보시스템 표준 2.1.1 ISO(International Organization for Standardization) 2.1.2 OGC(Open Geospatial Consortium) 2.2 ArcGIS 솔루션 2.3 지리정보구조 설계 2.3.1 조선소 물류 분석에 필요한 기능 도출 2.3.2 물류 분석을 위한 지리 구조 설계 3. 지리정보시스템 변환 3.1 조선소의 지리정보시스템 체계 분석 3.1.1 지리정보시스템 체계 분석 3.1.2 형상정보 분석 3.1.3 속성정보 분석 3.2 지리정보시스템 변환로직 정의 및 적용 3.2.1 시뮬레이션 변수 정의 3.2.2 지리정보시스템 변환로직 정의 3.2.3 지리정보시스템 변환 Adapter 개발 4. 조선소 모델링 4.1 작업장/적치장/도로 모델링 4.1.1 계층 구조의 조선소 모델 생성 4.1.2 단위 모델 구현 4.1.3 시뮬레이션 모델 구현 5. 물류 시뮬레이션 결과 분석 5.1 시뮬레이션 부하 분석 6. 결론 6.1 연구 결론 6.2 향후 과제 참고문헌 부록 AMaste

Engineered Escherichia coli for Enhanced Galactose and Cellobiose Utilization

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Development of Engineered E. coli Utilizing Non-Fermentable Polysaccharide in Brown Seaweed

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Stable and Tunable Maintenance of Multi-Copy Plasmid by Antibiotics-Free Auxotrophic Control

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Synthetic Design and Optimization of Metabolic Pathway for Efficient Conversion of Low-cost Carbon Sources to Value-added Bio-chemicals

DoctorBiorefinery is a sustainable process capable of converting biomass into various types of energy and chemicals. Enormous accomplishments in the production of fuels, platform chemicals, pharmaceuticals, and polymers were achieved with the recent progress in metabolic engineering to design efficient microbial cell factory. Currently, the biorefinery is regarded as a unique process able to replace petroleum-based process in future. To realize this optimistic future of biorefinery, it should convert various carbon sources from abundant biomass into value-added bio-chemicals. The current biorefinery process is relying on glucose from starch crops as the main carbon source. Although most industrial microorganisms favor utilizing glucose, its supply in massive quantity is not desirable as it can be utilized as a food. Thus, other abundant carbon sources should be considered for utilization as a feedstock for biorefinery process. For future feedstock, sugars from lignocellulosic or marine biomass have been suggested. In addition, crude glycerol from biodiesel industry and synthetic gases are also considered. However, most industrial microorganisms are not able to rapidly convert those carbon sources due to deficient or inefficient utilization pathway. Moreover, carbon catabolite repression hinders simultaneous utilization of multiple sugars, resulting in low productivity and yield. Thus, the microorganisms should be engineered for enhanced and simultaneous utilization of various carbon sources to achieve efficient conversion for biochemical production. Recent progress in synthetic biology enabled us to design microorganisms in a predictable manner. The expression of multiple genes encoding metabolic enzymes can be precisely controlled with predictable genetic devices. With those tools, metabolic pathway can be amplified and optimized for maximum catalytic activity. In this manner, the slow utilization pathway for low-cost carbon sources can be efficiently reconstructed for increased metabolism. In addition, optimization of the entire pathway including sugar utilization and biochemical production is achievable by precise tuning of the expression level of key enzymes. Here, the strategy for synthetic design and optimization of metabolic pathway is suggested for efficient low-cost carbon utilization to produce value-added bio-chemicals. The first issue is redesigning of microorganisms to efficiently utilize a non-preferred sugar in abundant biomass. Specifically, native galactose utilization pathway in Escherichia coli was synthetically reconstructed for rapid assimilation. This pathway also showed the simultaneous utilization of glucose to maintain high productivity. Secondly, the developed pathway was further associated with n-butanol production pathway and the overall metabolic pathway was optimized with precise control of key enzymes to balance intracellular redox state. Lastly, this design and optimization strategy was also demonstrated in 3-hydroxypropionic acid(3-HP) production from glycerol. The strategies used in this study could be broadly applicable to convert various carbons to value-added chemicals. Followings are summarized contents by chapters. In chapter 1, the available carbon sources from abundant biomass, industrial wastes were introduced. In addition, the recent efforts in engineering microorganisms (mainly E. coli and yeast) to efficiently utilize those carbon sources were described. In chapter 2, the native galactose utilization pathway was redesigned in Escherichia coli to construct platform strain for rapid conversion of seaweed-derived sugars. The removal of native regulation and expression of metabolic enzymes under synthetic expression cassettes enabled 53% increased sugar uptake rate and 44.8% faster growth rate in galactose medium. Moreover, the developed strain showed simultaneous galactose utilization even with the presence of glucose. In chapter 3, the redesigned galactose utilization pathway was associated with an amplified n-butanol production pathway. The amplification of production pathway alone showed much reduced n-butanol production (1.80 g/L) compared to the result with glucose, however, implementation of synthetic pathway significantly improved capability to produce n-butanol from galactose (248%, 4.47 g/L). Furthermore, the optimization of intracellular redox state by precise control of fdh1 expression additionally increased n-butanol production to 6.25 g/L in 48 hours. This was the best n-butanol production from galactose by engineered E. coli so far. In chapter 4, the pathway for conversion of glycerol to 3-HP was amplified and optimized for maximized conversion efficiency. In glycerol-dependent 3-HP production, accumulation of 3-hydroxypropionic aldehyde(3-HPA) is known to a crucial hurdle to achieve high productivity and yield. Although the initial strain with maximized expression of biosynthetic enzymes showed poor 3-HP production (1.69 g/L), precise expression control not to accumulate 3-HPA, allowed a dramatic increase (4.50 g/L) from glycerol. After fed-batch fermentation, the engineered strain produced 41.8 g/L 3-HP in 30 hours with the highest yield until date (0.97 g/g glycerol, 0.53 g/g total sugar)

Refactoring the Galactose metabolism for Co-Fermentation of Galactose and Glucose in Escherichia coli

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Bicontinuous interfacially jammed emulsion gels for efficient enzyme-catalyzed conversion of poorly water-soluble substrate

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Metabolic Engineering for Engineered E. coli Utilizing Alginate Polysaccharide in Brown Seaweed

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Export Phenotypes Screening Using Synthetic Cellular Communication

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Enhancement of Galactose Metabolism by Redesign of Galactose Utilization Pathway in E.coli

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