January 27, 2022 4 min to read

DES Chapter 1-2 What is a system?

Chapter 1-Overview of Computer Simulation

ReadMe

아래 내용은 최병규, 강동훈 저서인 Modeling and Simulation of discrete-event systems 책의 내용을 주로 다루고 있습니다.

해당 시리즈의 목차입니다. (챕터 목차는 제일 아래에 있습니다.)

Overview of Computer Simulation
Basics of Discrete-Event System Modeling and Simulation
Input Modeling for Simulation
Introduction to Event-Based Modeling and Simulation
Parameterized Event Graph Modeling and Simulation
Introduction to Activity-Based Modeling and Simulation
Simulation of ACD Models Using Arena
Output Analysis and Optimization
State-Based Modeling and Simulation
Advanced Topics in Activity-Based Modeling and Simulation
Advanced Event Graph Modeling for Integrated Fab Simulation
Concepts and Applications of Parallel Simulation (Here)

What is a system?

Definitions of Systems

시스템의 정의부터 시작해볼까요. 시스템은 우리 세계의 어디에서든 마주합니다. 그 시스템들의 특징들은 각기 다르지만 시스템의 개념적인 정의들로 끌어오는 공통적인 특징들을 공유하고 있습니다. Wu(1992) 가 얘기하는 시스템은 조직적인 방법과 일로서 연관지어진 컴포넌트들의 컬렉션이 확실한 논리와 목적을 두고 완수하는 것이라 얘기합니다. 따라서 현실세계의 일부는 세 가지의 특성에 따라 시스템으로서 정의될 수 있습니다.

단일, 다중의 목적이 존재한다.
컴포넌트들이 조직화된 방식으로 연결되어 있다.
공통의 목적 달성을 위해 컴포넌트들은 같이 움직인다.

사람들로 구성된 시스템은 주로 팀이라고 부릅니다. 필요에 따라서가 아닌, 그저 사람들이 많이 모여있다는 것만으로는 공통의 목적을 공유하지 않기에 팀이라 부르지 않죠.

시스템을 정의할 때는 상태 변수들의 컨셉들을 주요 규칙을 중심으로 따집니다. 상태 변수(state variable)이란 객체나 시스템에서 부분적으로 측정할 수 있는 속성들을 의미합니다. 예를 들면 버퍼의 잡의 갯수, 머신의 상태, 오븐의 온도 등이 있습니다. 상태 변수들이 비연속적인 시간에서 즉각적인 변화가 이루어지는 시스템을 이산 사건 시스템(discrete-event system)이라 부르고 상태 변수들이 시간에 따라 연속적으로 변화하는 것을 연속 시간 시스템(continuous system)이라고 부릅니다.

Three Types of Systems

우리가 살고있는 이 세상에서는 다 시스템으로 구성되어 있습니다. 위 그림처럼 5 레벨인 원자 세계(Subatomic World)에서 우주 시스템(Cosmological)의 스케일 별로 정의합니다. 원자 레벨에서는 시스템안의 요소들이 상호작용을 하고 이는 미세한 메커니즘으로 구성됩니다. 흔히 물리학에서 물질과 에너지의 운동들을 예로 들 수 있습니다. 이러한 미세한 메커니즘은 매우 작은 스케일의 시스템도 적용되나, 반대인 아주 큰 우주 시스템에도 적용됩니다[Mostafazadeh 2004]. 그래서 이 두 레벨(Subatomic level, Cosmological level)의 시스템을 퀀텀 시스템(Quantum system)이라고 부릅니다.

전자기계(Electromechanical) 레벨에서는 보통 미분식을 사용하는 역학분야입니다. 전압, 힘, 유체, 속도, 전류를 해석하는 레벨입니다[Karnopp et al. 2000]. 이는 미분 가능한 조건인 연속된 메커니즘으로서 동작하며 자연, 사회급(Socioeconomic, Ecological)의 레벨에서도 연속된 메커니즘입니다[Hannon and Ruth 2001]. 마찬가지로 이 두 레벨(Electromechanical, Socioeconomic/Ecological)의 시스템을 연속 시스템(Continuous system) 또는 미분 시스템(Differential equation system)이라 부릅니다.

산업(Industrial) 레벨에서는 비연속적으로 발생하는 이벤트를 중심으로 동작하는 이산사건 시스템(Discrete-event system)으로 동작합니다. 여기서 이벤트를 정의하자면 상태변수들의 변화가 생긴 시점을 의미합니다.

System Boundaries and Hierarchical Structure

우리 세계의 모든 것들은 어떤 식으로든 다 연결되어 있습니다. 이를 작은 세계 현상[Kleinberg 2000]으로 알려져 있습니다. 시스템 정의를 다시 복습하면서 살펴보면, 첫번째로 필요한 것이 남은 세계에서의 독립된 시스템 구성요소와 이 구성요소를 시스템 바운더리에 넣는 것입니다.

독립된 구성요소로 이뤄진 바운더리가 만들어지면 이를 타겟 시스템(Target system)이라고 부르며 타겟 시스템은 하위시스템을 가지고 있을 수도 있고 타겟 시스템 자체가 하위 시스템일 수 있습니다. 하위 시스템보다 높은 레벨이 있는 시스템을 와이더 시스템(wider system)이라고 부르고 와이더 시스템은 외부 환경으로 부터 나뉘어져 있습니다[Wu 1992]. 정리해서 일반적인 시스템은 타겟 시스템으로 이루어져 있고 타겟 시스템은 하위 시스템으로 구성되어 있으며 타겟 시스템을 가진 와이더 시스템입니다. 소스 시스템(Source system)도 있는데요. 이는 타겟 시스템과 그 와이더 시스템을 종종 참조하는 시스템을 의미합니다.

공학과 경영관리 측면에서 대부분의 역학 시스템들은 피드백 제어 시스템입니다. 이 피드백 제어 시스템에서 주요한 하위 시스템들은 운영, 모니터링, 의사결정을 담당하는 하위 시스템입니다. 먼저 운영시스템은 시스템의 업무를 수행하는 것이고, 모니터링 시스템은 시스템의 성능을 모니터링해서 의사결정 시스템에 보고합니다. 끝으로 의사결정 시스템은 의사 결정을 통해 이뤄지는 행동을 담당합니다. 타겟 피드백 제어 시스템으로 본 관계도를 Fig.1.2.에 표기해놨습니다[Wu 1992]. 시스템에 대해 마무리를 하며 예를 들자면 응급실을 떠올려 봅시다. 우리는 응급실에 집중하기 때문에 병원 전체의 시스템을 전부 모방할 필요가 없습니다. 그래서 응급실 자체가 타겟 시스템이 되고, 병원은 와이더 시스템이 됩니다. 와이더 시스템인 병원은 응급실인 타겟 시스템의 목적에 영향을 줄 수 있습니다. 또 운영에 관하여, 성능 측정에 관해서도 영향을 줄 수 있습니다. 또한 외부환경으로부터 타겟시스템은 영향을 받기도 하고, 외부 환경은 와이더 시스템을 제공하는 역할을 하고 있고 추상적 목표와 또 다른 외부 영향과 같이 제공됩니다.