본 연구는 전시 1일 유류소요량 대비 유조차의 용량(Capacity) 및 수량(Quantity)에 대한 적절성을 대상으로 하며, 연구의 과정은 다음 네 가지로 요약할 수 있다. 첫째, 유조차의 용량과 수량에 대한 적절성을 검토하고 둘째, 유조차의 용량과 수량에 미치는 요소들을 파악한다. 셋째, 유류 펌프의 성능을 개선하였을 때 가장 효율적인 개선량을 제시하고 마지막으로 유류지원체계를 시뮬레이션하여 분석된 사항을 통해 기존 연구결과와 유류펌프의 성능을 개선하였을 때 전체 유류지원체계 프로세스에 미치는 영향에 대하여 확인한다.

“대대급 기계화부대 편성 유조차 적정 용량 및 수량에 관한 연구”에서 현재 편성된 유조차가 작전계획 5027-04^* 0단계 작전간 임무수행이 가능한지에 대한 여부를 판단하였으며[12], 가장 효율적인 유조차의 용량과 수량에 대해서 제안하였다. 위의 기존 연구에서 제시한 유조차의 용량과 수량은 10,000ℓ 유조차 2대로 편성하는 것이 타당한 것으로 확인하였다. 선행연구에서는 기계화부대에서 보유해야 할 유조차의 용량과 수량에 대하여 제시하였으나 기존 장비들의 능력에 한정하여 데이터를 확보하였고 유조차가 보유해야 할 내부 장비들의 성능이 향상되었을 때 유류지원체계 전체 프로세스에 미치는 영향이 효율적일 것인지에 대한 결과를 나타내지는 못하였다. 유류를 지원하는데 필요한 요소 중에 유조차의 속도와 내부 장비들의 성능이 중요하다. 유조차의 이동 속도는 전시상황을 가정하여 실제 측정한 데이터를 기초로 하였으며 전시상황에서 차량의 속도는 큰 변화를 이끌어 내기 어렵다고 판단하였다. 따라서 유조차 및 유류탱크로부터 유류를 효율적으로 지원받기 위한 핵심 장비로는 유류호스(Oil Hose) 및 유류펌프(Oil Pump)를 꼽을 수 있다. 유조차의 내부 장비들의 종류와 수를 결정하는 것은 유조차 및 유류탱크에서 불출 할 수 있는 유류량을 결정하는데 가장 중요한 요소라고 할 수 있다. 유류호스는 유조차에서 각 부대들의 장비에 실제 유류를 불출하는 역할을 수행하며, 유류펌프는 유조차에서 장비들에 유류를 불출하는 시간에 미치는 영향이 크다. 유조차에는 한 개의 유류호스를 보유하고 있다. 또한 한 개의 유류호스는 한 개의 투입구와 배출구로 이루어져 있다. 유류호스가 갖고 있는 한정적인 제원을 변화하는 것은 유조차 구조에 대한 부분을 고려해야 함으로 이번 연구에서는 유류펌프의 성능개선을 중점사항 범위로 한정하였다. 이와 같은 선행연구를 통해 본 연구에서는 유류지원체계 전체 프로세스에서 유류지원을 보다 효율적으로 지원하기 위해 필요한 요소로 유류펌프를 확정하였다.

본 연구는 0기갑여단을 대상으로 한다. 미래 기계화부대에서 보유할 편제 장비들의 변화에 따라 유류지원체계의 변화를 확인할 수 있었고 미래 작전환경과 군구조 개편 등에서 비롯되는 기계화부대 보유 장비인 전차, 장갑차, 자주포 등의 변화를 고려하여 기존연구를 통해 주장된 유조차의 적절한 용량과 수량을 검증하였다. 시뮬레이션에 활용된 기초데이터는 본 연구에서 대상이 되는 부대인 0기갑여단의 1일 유류 소모량, 보급부대 유류지원능력, 작전환경 등을 적용한다. 대대급 기계화부대유조차의 적재용량 및 수량은 기존 연구에서 제시하였던 상용 10,000ℓ 2대로 편성하여 연구를 진행한다. 전시 1일 유류소요량은 K-2016^* 유류손실률 3단계 작전 0기갑여단 최대 소요 기준에 의해 결정되었다.

<표 1>은 현재 기계화부대 및 미래 기계화부대의 전시 1일 유류소요량과 현재 보유하고 있는 유조차 그리고 미래 기계화부대에 편제될 것으로 기대되는 유조차의 용량 및 수량에 관한 내용이다. 본 연구의 대상이 되는 유류지원체계의 변화에 따라 미래 1일 유류소요량이 전차대대는 156.7%, 기보대대는 132.0%, 포병대대는 200.1% 만큼 증가하였다. 이는 미래 기계화부대 유류지원체계의 변화가 필요함을 나타낸다.

여단은 전투부대가 전투에만 전념할 수 있도록 능력 범위 내에서 추진보급을 한다. 작전 지속지원 우선순위는 다음과 같다. A전차대대 → B전차대대 → C기보대대 → D포병대대 순으로 지원한다. 각각의 기계화대대의 예하 중대는 4개로 편성되어 있으며 각 중대의 유류지원 소요량은 <표 2>와 같다.

유류를 지원하기 위해서는 유류저장창고인 접절식 유류탱크에서 보급수송중대 유조차를 활용해 기계화대대 전투치중대로 운반해야 하며 보급수송중대 유조차는 기계화대대 유조차에 유류를 옮겨야 한다. 이때 유조차의 펌프와 유류호스가 유류를 옮겨 싣는 역할을 수행하게 된다. 유류지원 속도를 높이기 위해서는 유조차 내부의 펌프 능력이 중요하다. 이는 전체 유류지원체계에 영향을 미치게 된다.

<표 3>은 기계화부대 접절식 유류탱크(2,000G/L^**), 보급수송중대 유조차(16,000ℓ, 10,000ℓ), 대대 유조차(10,000ℓ, 4,500ℓ)의 유류 배출속도 및 유조차의 이동 평균속도, 유조차의 이동 평균시간, 유류 불출시간에 관한 내용이다.

본 연구에서 대상이 되는 유조차는 기계화대대에서 쓰이는 상용 유조차량 4,500ℓ, 10,000ℓ 범위 내에서 설계하며, 보급수송중대에서 쓰이는 상용 유조차량은 10,000ℓ, 16,000ℓ 범위 내에서 설계한다. 본 연구에서는 시뮬레이션 모델을 이용하여 유류지원 프로세스에서 가장 효율적인 유조차의 수량 및 용량을 기반으로 현재 프로세스에서 대기시간의 최소화와 효율적으로 유류가 운반될 수 있는 유류펌프 용량을 제안하고 이를 반영한 총 유류지원시간의 효율성에 대하여 확인한다. <그림 1>은 기계화부대 유류지원체계의 전체 구조이다.

미래에는 여단 보급수송중대의 10,000ℓ, 16,000ℓ 유조차 각 1대를 활용하여 A전차대대, B전차대대, C기보대대에 추진보급 한다. 보급수송중대의 16,000ℓ 유조차는 A전차대대 및 C기보대대를 지원한다. 보급수송중대의 10,000ℓ 유조차는 B전차대대를 지원한다. 추진보급시 유류지원의 효율성을 확보하고 작전반응시간을 단축시키기 위하여 보급수송중대의 유조차량이 대대의 장비에 직접 주유하도록 모델링 하였다. D포병대대는 자체 보유하는 4,500ℓ 차량으로 보급소 분배^*를 실시한다.

보급원칙에 따른 보급 우선순위가 설정되어 유조차에서 전투차량까지의 운반은 보급수송중대 유조차량과 기계화대대 유조차량으로 한다. 보급의 기본원칙은 추진보급^**이나 필요에 따라서는 보급소분배를 실시한다[13].

시뮬레이션 입력 절차는 다음과 같다. 첫째, 보급수송중대에서 보유하고 있는 유조차 2대중에 16,000ℓ 유조차는 A전차대대와 C기보대대를 지원한다. 10,000ℓ 유조차는 B전차대대와 D포병대대를 지원하며 우선순위는 전투부대인 전차대대가 1순위이다[14].

둘째, 계획된 유류지원체계는 각 부대가 보유중인 유조차로부터 전차 또는 장갑차까지 유류를 직접 주유한다. 이때 소요되는 시간을 유류배출 속도로 측정하였고 16,000ℓ와 10,000ℓ 각각 58.3~66.5GPM을 확인하였다. 보급수송중대에서 보유중인 접절식 유류탱크^***는 25.1~33.1 GPM으로 측정되었다[15].

셋째, 유조차가 이동하는데 소요되는 시간, 유조차의 호스를 전환하는데 소요되는 시간을 산출하였다. 유조차를 활용한 유류 불출 작업에서는 유조차 1대가 장비 1대에 유류를 불출 할 수 있다. 유류 호스는 각각의 유조차당 1개를 활용한다. 장비에 따라 유류를 불출하는 속도는 다음과 같다. 보급수송중대에서 보유중인 16,000ℓ 유조차는 최소 63.6분∼최대 72.6분, 10,000ℓ 유조차는 최소 39.8분∼최대 45.3분으로 측정되었으며, 4,500ℓ 유조차의 유류불출 시간은 최소 39.8분∼최대 56.1분으로 측정되었다[16]. 유류호스의 길이는 펌프에서 20m 호스의 불출구는 직경 5cm이다. 이번 연구에서 호스의 길이, 불출구의 넓이, 개수 등은 통제변수로 반영하여 본 연구의 실험대상에서는 제외하였다.

넷째, 보급수송중대 유조차와 대대에서 운영하는 유조차의 이동 속도는 평균 34.2km/h~34.3km/h이다.

다섯째, 보급수송중대에서 각각의 대대 전투치중대^**** 까지의 이동거리 및 대대 전투치중대에서 각 대대 및 중대까지의 거리는 실제 측정한 거리와 속도를 토대로 산출하였다[17].

여섯째, 유조차가 장비를 전환하여 유류를 불출하는데 소요되는 시간은 각 장비별로 3∼4분이 소요된다[18].

일곱째, 하루는 24시간이며 유류를 전투장비에 완충시키는 시간까지만 파악한다. 전투에 필요한 장비에 유류를 완충시키고 나서 다음날 필요한 유류는 접절식 유류탱크에서 유조차에 보충 받아 다음날 유류소요량을 준비해 놓는다. 따라서 전투에 필요한 장비에 유류를 보충하는 시간에 대해서 측정하고 결과를 생성하며 시뮬레이션은 종료된다[19].

기존 유류지원 계획은 보급수송중대 유조차와 전투치중대 유조차가 동시에 유류지원을 위해서 출발 하였을 때 보급수송중대 16,000ℓ 차량은 전투치중대 10,000ℓ 유조차 2대가 각각 1,2중대에 이동 및 유류를 불출 시 많은 시간을 대기한다. 보급수송 중대 16,000ℓ 차량은 보급수송 중에서 전투치중대로 이동하는 시간을 제외하고 전투치중대 10,000ℓ 유조차량이 유류를 지원하는데 소요되는 시간이 최소 130.7분에서 최대 209.6분으로 계산되기 때문에 보급수송중대 유조차는 동시에 진행되는 최소 17.5분 최대 28.1분의 이동시간을 뺀 최소 113.2분에서 최대 181.5분을 대기한 후 전투치중대 유조차 10,000ℓ 2대에 유류를 지원할 것으로 예상할 수 있다.

이러한 유류지원 절차의 효율적이지 못한 부분을 고려하여 유류지원 절차를 수정하였으며 개선된 유류지원 절차에 대하여 시뮬레이션을 수행하였다. 1번. A전차대대 → C기보대대 2번. B전차대대 → D포병대대 순으로 지원한다. 1번, 2번 프로세스는 동시에 일어나는 것으로 가정했다. 각 대대의 유류지원 절차는 각 대대의 지원해야 할 유류지원량이 다르고 대대별 이동시간 및 유류 불출에 소요되는 시간이 달라 시뮬레이션은 동시에 실행되지만 각 절차는 달리 진행된다.

현재 유류지원체계를 구현하기 위해 시뮬레이션 패키지인 ARENA 14.5를 사용하였다. A전차대대 유류지원 프로세스에서 동시에 발생되는 프로세스는 같은 번호로 되어 있으며 보급수송중대 유조차 16,000ℓ 차량은 A전차대대를 지원한 후 C기보대대를 지원한다. A전차대대와 C기보대대의 프로세스는 동시에 시작된다. 이때 A전차대대 및 C기보대대 치중대의 객체(Entity)인 대대 유조차(10,000ℓ 2대)는 동시에 발생되어 각 대대의 프로세스를 거친다. 보급수송중대에서 지원하는 유조차(16,000ℓ 1대)는 A전차대대의 유류지원이 종료된 후 C기보대대를 지원하는 개념으로 A전차대대의 지원이 종료되면 C기보대대로 이동하여 지원한다. 유조차가 보유하고 있는 편성된 유류량을 각 중대별로 보충시키고 각 중대가 보유하고 있는 장비에 완충시키는 작업이다. 대대의 유조차 편성 유류량으로는 대대 전체의 장비에 한 번에 보충하는 것이 제한된다. 따라서 보급수송중대 유조차는 접절식 유류탱크로 이동하여 부족한 유류를 보충하여 대대를 지원하게 된다. 개선된 A전차대대 유류지원체계는 <그림 2>와 같다. 그림에서 사용되는 번호는 순서대로 일어나는 프로세스이다. 이때 보급수송중대와 치중대 등에서 같은 번호가 발생하는데 이는 동시에 일어나는 프로세스이다. 그림에서 ①번. 치중대에 위치하고 있는 10,000ℓ 유조차량 2대는 각각 완충상태에 대기중에 임무수령 후 ②번. A전차대대의 각 중대로 이동하게 된다. ③번. 유조차로 추진 보급하며 직접 주요장비에 유류를 보충해주고 10,000ℓ의 유류를 전부 지원 후 ④번. 치중대로 복귀한다. 그림에서 ①~⑤번. 보급수송중대 16,000ℓ 유조차는 A전차대대 3, 4중대 장비에 약 12,500ℓ 직접 유류를 지원한다. 유류를 지원 후 전투치중대에 도착하여 ⑥번. 대대 치중대 유조차에 약 3,500차는 접절식 유류탱크로부터 완충받아 다시 A전차ℓ의 유류를 보충시킨다. ⑦번. 보급수송중대 유조대대 치중대로 이동하여 전차대대 유조차 1대에 약 4,000ℓ를 불출한다. ⑧번. 전차대대 유조차는 2중대에 완충시키지 못한 장비에 유류를 보급하며 보급수송중대 유조차는 C기보대대를 지원하기 위해 이동한다. 개선된 C기보대대 유류지원체계는 <그림 3>과 같다. 그림에서 사용되는 번호는 순서대로 일어나는 C기보대대 치중대의 유류지원 프로세스는 A전차대대의 프로세스와 동일한 시간에 시작되며 지원을 완료한 후 치중대로 복귀한다. 그림에서 ①~④번. C기보대대에서 보유중인 10,000ℓ유조차 2대는 각각 1, 2중대에 10,000ℓ 지원을 완료한 후 치중대로 복귀한다. 그 후 ⑤~⑧번. A전차대대를 지원 후 복귀하는 16,000ℓ 유조차에서 3, 본부중대에 지원할 유류 약 8,500ℓ를 보충 받아 3, 본부중대에 각각 이동 및 유류지원을 실시한다. 이때 16,000ℓ 보급수송중대 유조차는 ⑤번. C기보대대 치중대로 이동하여 대대 10,000ℓ 유조차 2대에 8,500ℓ를 주유한 후 보유 잔량을 ⑥번. 1, 2중대로 이동하여 유류지원 후 시뮬레이션은 종료된다. 개선된 B전차대대 유류지원체계는 <그림 4>와 같다. 그림에서 사용되는 번호는 순서대로 일어나는 프로세스이다. 이때 B전차대대와 D포병대대 치중대의 객체인 대대 유조차(10,000ℓ 2대, 4,500ℓ 2대)는 동시에 발생되어 각 대대의 프로세스를 거친다. 그림에서 ①번. 치중대에 위치해 있는 10,000ℓ 유조차량 2대는 각각 완충상태에 대기중에 임무수령 후 ②번. B전차대대의 각 중대로 이동하게 된다. ③번. 유조차로 추진보급하며 직접 주요장비에 유류를 보충해주고 10,000ℓ의 유류를 전부 지원 후 ④번. 치중대로 복귀한다. 보급수송중대 유조차는 3중대와 대대본부를 지원하고 보급수송중대로 이동하여 접절식 유류탱크로부터 10,000ℓ를 수령하여 대대 치중대 유조차 2대에 약 7,600ℓ를 불출해주고 다시 대대 본부로 이동하여 잔량을 지원한 후 프로세스를 종료한다. 그림에서 ①∼⑤번. 보급수송중대 10,000ℓ 유조차는 B전차대대 3, 4중대 장비에 약 10,000ℓ 직접 유류를 지원한다. 유류를 지원 후 ⑥번. 보급수송중대 유조차는 접절식 유류탱크로부터 10,000ℓ를 완충 받아 다시 B전차대대 치중대로 이동하여 전차대대 유조차 2대에 약 7,700ℓ를 불출한다. ⑦번. 전차대대 유조차는 1,2중대에 완충시키지 못한 장비에 유류를 보급하고 종료한다. ⑧번. 보급수송중대 유조차는 본부중대에 완충시키지 못한 장비에 유류를 지원하기 위해 이동하고 약 2,500ℓ를 불출하고 종료한다. 보급수송중대에서 지원하는 유조차(10,000ℓ 1대)는 B전차대대의 유류지원이 종료된 후 종료된다. D포병대대는 대대에서 보유중인 4,500ℓ 유조차량으로 완료한다. <그림 5>의 D포병대대는 기존과 동일하게 4,500ℓ 차량으로 편성하며 보급소분배로 전환시켜 효율성을 제고 하였다. 미래 유류지원량의 변화에 따른 개선된 유류지원 프로세스와 유조차의 수량 및 용량을 적용하여 모델링 하였다. 그림에서 ①번∼④번. 포병대대에서 보유하고 있는 4,500ℓ 차량 2대로 1, 2포대를 지원한다. ⑦번. 남은 1개 포대는 1포대를 지원 후 4,500ℓ 1대를 보급소 분배를 활용하여 보급수송중대에서 직접 4,500ℓ를 수령하여 3포대에 지원 후 종료한다.

객체는 보급수송중대 및 대대 전투치중대에서 출발하는 유조차[20]이며 각 프로세스에 입력된 시간은 실제 측정한 데이터를 활용하였다. 다만 현실적으로 유조차 이동 및 유류 불출 등 시간을 측정할 수 있는 실험횟수의 제한이 있어 실험한 결과에서 ARENA Simulation의 프로세스에 입력 값으로는 최대 및 최소값을 활용하는 삼각분포를 활용하였다. 이와 같은 절차를 거쳐 시뮬레이션을 실시하였고 기존 연구결과와 개선된 프로세스에 성능 개선된 유류량에 대한 증가 기준을 마련할 수 있었다.

<그림 6>은 유류지원에 소요되는 시간과 비례하여 대기시간이 감소한 결과이다. <그림 7>은 유조차에서 보유중인 유류펌프 용량을 10%∼200%까지 변화시킨 시뮬레이션 결과이다. 현재 유류펌프 용량에서 100% 증가 이후에는 유류펌프의 성능 향상으로 인한 유류지원 시간 감소율이 크게 없는 것을 확인하였다. 또한 대기시간도 유류지원에 소요되는 시간과 비례하여 감소하다 100% 시점부터는 성능의 차이가 크게 나타나지 않았다. 따라서 유류펌프의 성능은 현재보다 100% 증가를 기준으로 한 결과가 가장 효율적이라고 할 수 있겠다. <표 4>에서와 같이 각 대대의 유조차에서 유류를 보충 받는 시간의 효율성은 각기 다르게 나타났으나 유조차는 최소 23.9%∼최대 24.1% 수준으로 감소하였다. 이와 같은 유류지원 시간의 효율성을 확인할 수 있었으며 유류펌프 성능개선을 위한 용량에 대한 증가 기준을 마련할 수 있었다.유류지원에 소요되는 시간이 전체 소요시간의 44%∼75%로 4개 대대 모두 가장 많은 영향을 차지한다. 이는 유류지원 시간이 전체 시간에 미치는 영향력이 크다고 할 수 있으며 유류지원에 필요한 요소들을 확인하여 유류지원 소요시간을 단축하는 것이 유류지원 프로세스에 가장 큰 효율성을 나타낼 것으로 보임으로 본 연구주제에 부합된다고 할 수 있다.

여기서 동시 진행시간은 중복되는 시간으로서 전체소요시간에서 제외되어야 한다. 유류보충 총소요시간은 수송시간 + 유류지원시간 + 대기시간 – 동시 진행시간이라고 할 수 있다. 시뮬레이션을 시작하고 멈추는가에 대한 수치적(Numerical) 사항과 측정할 시간의 기본 단위를 결정해야 하는데 이 연구에서는 분(Minute)을 기본 단위로 사용하며 결과에는 시간(H)로 나타내었다. 이번 연구에서는 유조차량의 이동거리가 동일하여 이동시간에 대한 변화는 없다. 대대의 유조차량은 각 대대의 장비에 유류를 불출하고 치중대에 복귀하게 되어 유류가 비어있는(Empty) 상태로 일정 시간 동안 대기한다. 이때 대기시간이 발생한다. 시뮬레이션 모델에는 대기 라인(Line) 또는 대기행렬(Queue)이 들어간다. 보급수송중대 및 대대 치중대에 도착한 유조차량은 선입선출(FIFO, First-In First-Out)의 규칙에 따라 대기행렬에서 기다린다. 대기행렬에 먼저 도착한 대대 유조차량이 먼저 유류를 재 공급받고 먼저 출발하게 된다. 이것이 모델의 논리적(Logical) 구조이다[21]. <표 5>는 유조차 펌프성능의 효율성이 100%가 최대치라고 판단하여 펌프 성능의 기존펌프의 용량보다 100% 증가시켜 시뮬레이션 한 결과이다. 유류 불출량에 따른 유류지원 시간의 변화와 유조차의 대기시간 및 동시진행 시간의 변화된 효율성을 통해 총소요시간에 영향을 주는가에 대하여 산출하였다. 기존연구와 비교하여 향상된 시간은 괄호로 표기하였으며, 향상된 시간과 비율은 – 표기로 하였다. 전체 총 소요시간은 기존연구에 비해 약 최소 10.4%∼최대 24.5% 감소하였다. 유류펌프의 용량을 증가시켜 시뮬레이션 한 결과 유류지원 시간 및 대기시간, 동시진행시간이 변화하여 총소요시간의 효율성에 영향을 미쳤다. 유류지원시간은 C기보대대의 24.1%의 시간단축을 나타내어 가장 효율적으로 운영될 수 있음을 확인하였다. 유류펌프의 성능을 향상하여 유류를 불출 하는 프로세스에서는 각 중대에 편성된 장비에서 장비로 유류호스를 전환하는데 소요되는 시간이 한 개 전차중대 장비에 유류를 보충해주는 시간보다 더 많이 소요되었다. 이는 장비를 전환하는데 많은 소요시간이 발생한다는 것이다. 장비의 전환이 발생하지 않도록 유류를 유조차에서 장비에 직접 공급하는 현재 프로세스에서 유류호스의 불출구를 여러 개로 변경하는 것은 유류를 공급하는 호스(Hose)의 길이와 호스를 구성하는 분출구의 개수 등에 대한 구조적인 제약으로 인하여 이러한 사안은 제한적이다. 따라서 유류를 불출하는 펌프의 용량을 증가시키는 것을 가장 현실적인 대안으로 확인하였다.