This thesis deals with the problems of designing pipeline distribution networks which have a single-source and multiple demand centers. Pipeline network design involves the determination of pipeline route (or network configuration), pump capacity for each pumping station and pipe sizes for each line-section.
Two such types of design problems are formulated : one is the case, where junctions could be located anywhere and the other, where a discrete number of possible sites for junctions are already given.
A two-stage heuristic algorithm is developed for the former problem. Using the proposed NLP model, the optimal network configuration is obtained in the first stage, under some initial condition. In the second stage, for practical implementation pipe sizes and pump capacities are readjusted using the proposed LP model within the obtained network configuration in the second stage. Zangwill's DP algorithm for concave-cost network flow problem is shown to be applied effectively for the latter problem.
Computational results for a real life situation are presented. Most of design problems for pipeline networks could be solved using the proposed algorithm within reasonable time and also be applicable to other large scale networks.
오래전부터 파이프라인은 여러 수송 분야에 걸쳐서 사용되어 있고 또한 현재에도 경제적 측면 뿐만 아니라 수송 안전성에 있어서의 많은 장점 때문에 이러한 파이프라인 체계의 설계에 관심이 높아지고 있는 실정이다.
본질적으로 이러한 체계의 설계는 파이프라인의 경로, 파이프의 규모 즉, 직경과 두께 그리고, pumping station의 펌프 용량 등의 결정을 포함하고 있다.
그러나, 파이프라인의 특수성으로 인하여 여러 결정 변수들을 동시에 최적화하는 데에는 많은 어려움이 있다.
기존의 여러 연구에서는 문제를 너무 단순화시키거나 혹은 많은 가정들을 설정함으로써 실제적인 적용에 있어서 그 유용성이 적다고 사료된다. 따라서 이러한 파이프라인 네트웍의 설계문제에 대한 일반적인 고찰과 함께 실용적이면서 또한 효율적인 해법을 개발하고자 하는 것이 이 논문의 의의이다.
본 연구에서는 파이프라인 네트웍의 설계에 관한 문제를 크게 2가지 (A와 B) 로 설정하고 각각에 대한 수학적 모델과 함께 그 해법들을 개발하였다. A형태의 문제에 대해서는 해법이 2단계로 구성되어, 첫 단계에서는 파이프라인의 경로와 동시에 각 결정변수들의 최적화를, 둘째 단계에서는 실용성을 고려하여, 첫단계에서 결성된 파이프라인의 경로하에서 그 외의 결정 변수 (파이프의 규모와 펌프의 용량) 들을 다시 최적화시키는 2단계 최적화 알고리즘을 개발하였다. B형태의 문제에 대해서는 Zangwill 이 개발한 동적 모형 알고리즘을 그 해법으로써 응용될 수 있음을 보여 주었다.
실제적인 예로써 A형태의 문제를 본 논문에서 개발한 알고리즘을 풀어보아 유용성이 있음을 확인하였다.
본 논문에서 개발한 알고리즘들이 여러 분야에 걸쳐서 응용될 수 있는데, 특히 화학 공정의 설계나 대규모 파이프라인 체계의 설계에 있어서는 그 유용성이 크다고 보아진다.
그러나, 2단계의 해에 대한 수렴 조건들과 더 복잡한 체계에 대한 설계에 대해서는 앞으로 보다 많은 연구가 필요하며 이에 대한 연구가 계속되기를 기대한다.
