[논문]우편집중국 관할권역 조정 시뮬레이터 개발사례

차병철; 김완석

우편집중국 관할권역 조정 시뮬레이터 개발사례
Simulator for restrict adjustment of mail sorting centers: A case study 원문보기

산업공학 = IE Interfaces, v.20 no.4, 2007년, pp.515 - 524

차병철 (한국전자통신연구원 우정기술연구센터) , 김완석 (한국전자통신연구원 우정기술연구센터)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper introduces the methodology for restrict adjustment of 25 mail sorting centers including 3 new mail sorting centers to balance their work loads and minimize their operating costs. We calculated the capacity of mail sorting centers considering mail types and analyzed the collection/delivery mail volume of 214 post offices to measure the work loads of mail sorting centers. We also developed the mathematical model and genetic algorithm to find the optimal solution for this problem.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 3개 신설 우편집중국을 포함하는 25개 우편 집중국 업무부하를 평준화하여 운영비용을 최소화하기 위한 우편집중국 권역조정 시뮬레이터 개발사례를 소개하고자 한다. 제 2장에서는 연구절차를 위한 우편집중국 관할권역 조정 방법론에 관해 설명한다.
본 연구에서는 우편집중국의 구분처리능력을 분석하여 우편 집중국의 특성치를 반영한 우편종별 발송, 도착 기계구분 처리능력을 산정하고 이를 바탕으로 우편집중국의 부하를 정의 하였다. 또한, 최적화 알고리즘이 탑재된 시뮬레이터를 개발함으로써 상시적으로 최적의 우편집중국 관할권역 조정안을 수립하고 그 효과를 분석할 수가 있게 되었다.

가설 설정

• 우편집중국 관할권역 조정에 따라 발생하는 우편집중국 구분기계별 sorting plan의 변경이나 수집, 배분에 대한 운송경로의 변경 등 추가적으로 발생하는 비용에 대해서는 무시할 수 있는 것으로 가정한다.

제안 방법

개발된 유전자알고리즘은 울산, 포항, 목포 등 신설 우편 집중국 관할청인 부산청(4개 우편집중국, 38개 수용국), 경북청(3개 우편집중국, 31개 수용국), 전남청(3개 우편집중국, 26 개 수용국) 각각을 대상으로 실험한 결과 최적해를 구하는 것을 확인할 수 있었다. 3개 실험의 최적해는 혼합정수계획모형으로부터 구해졌으며, 유전자알고리즘의 종료조건은 1분내로 설정하였다.
우편물량은 시간에 따라 계속적으로 변화하고, 우편집중국 구분처리능력은 여러가지 우편집중국별 특성치에 따라 달라질수 있는 여지가 많아서 그때마다 우편집중국 관할권역 조정에 따른 효과를 수작업으로 분석하는 것은 매우 어려운 일이다. 그렇기 때문에 우편집중국 관할권역 조정에 따른 효과를 상시 적으로 시뮬레이션하고 최적의 권역조정 대안을 수립하기 위한 우편집중국 관할권역 조정 시뮬레이터를 EXCEL VBA와 EVOLVER 4.0을 이용하여 개발하게 되었다.
우편집중국의 발송, 도착 구분처리능력을 산정하기 위해서 본 연구에서는 먼저 전체 우편집중국의 운송방법지정서로부터 각 우편집중국의 운송현황을 분석하고 이를 통해 <그림 5>와 같이 각 우편집중국별 발송, 도착 구분가용시간을 도출하였다. 그리고 각 우편집중국별로 구해진 발송, 도착 구분가용 시간과 우편종별 시간당 표준 기계처리능력을 기준으로 각 우편집중국의 우편종별 기계구분처리능력을 산정하였다.
비록 현재 신설 우편집중국 관할청에 대해서는 거리허용기 준을 통해 해영역을 줄이므로 문제사이즈가 그렇게 크지 않다고 하더라도 서울청이나 전국을 대상으로 광범위하게 권역조정을 할 경우나 거리허용기준을 완화할 경우에는 앞에서 개발한 혼합정수계획모형으로는 최적해를 구하기가 어렵게 된다. 또한 가능하다고 하더라도 다양한 목적함수에 대해서 우편집중국의 여러가지 특성치를 반영하여 반복적으로 시뮬레이션을 해야할 경우에는 빠른 시간에 근사최적해를 구할 수 있어야하기 때문에 본 연구에서는 유전자알고리즘을 개발하여 시뮬레이터에 탑재하게 되었다.
우편집중국 관할권역조정을 위한 수리모형을 설계할 때 우편집중국간 부하 평준화도를 최대로 하기 위하여 여러가지 목적함수를 사용할 수 있다. 본 수리모형에서는 개별 우편집중국의 우편종별 가중부하합에 대한 우편집중국간 평균절대편차(MAD: Mean Absolute Deviation)를 최소화하도록 목적함수를 설정하였다. MAD를 사용한 이유는 식 (7), 식 (8)과 같은 몇가지 제약식을 추가함으로써 혼합정수계획모형으로 표현할 수 있기 때문인데, 해법으로 사용할 유전자 알고리즘을 개발할 때는 MAD뿐만 아니라 평균자승오차를 최소화하는 MSE(Mean Squared Error) 기준 및 권역조정에 따른 비용관련 목적함수도 사용하였다.
본 연구에서 개발된 유전자 알고리즘에서 평가를 제외한 교차(Crossover)와 돌연변이(Mutation), 선택(Selection)과정에 대해서는 EVOLVER 4.0에서 제공하는 기능을 활용하여 해를 구하였다. 개발된 유전자알고리즘은 울산, 포항, 목포 등 신설 우편 집중국 관할청인 부산청(4개 우편집중국, 38개 수용국), 경북청(3개 우편집중국, 31개 수용국), 전남청(3개 우편집중국, 26 개 수용국) 각각을 대상으로 실험한 결과 최적해를 구하는 것을 확인할 수 있었다.
와 같이 본 시뮬레이터를 통해서 수용국, 우편집 중국간 거리분석뿐만 아니라 과 같이 유전자 알고리즘을 통해 도출한 최적안에 대하여 우편집중국 관할권역 조정전후에 대한 물량, 부가인력, 부하변동 등을 분석할 수 있다.
우편집중국의 발송, 도착 구분처리능력을 산정하기 위해서 본 연구에서는 먼저 전체 우편집중국의 운송방법지정서로부터 각 우편집중국의 운송현황을 분석하고 이를 통해 와 같이 각 우편집중국별 발송, 도착 구분가용시간을 도출하였다.

대상 데이터

수용국별 우편종별 발송, 도착구분 대상 물량에 대해서는 우정사업본부의 우편물류통합 정보시스템인 PostNet을 통해 수집하여 분석하였다. <표 1>에서와 같이 전국의 우체국 수는 3,600여 개에 달하지만 물량분석은 발송, 도착구분 대상물량에 대한 데이터 수집이 가능하고 현재 우편집중국 관할권역 조정대상이 되는 총괄국 수준의 214개소를 대상으로 취합된 물량데이터를 이용하였다.
수용국별 우편종별 발송, 도착구분 대상 물량에 대해서는 우정사업본부의 우편물류통합 정보시스템인 PostNet을 통해 수집하여 분석하였다. <표 1>에서와 같이 전국의 우체국 수는 3,600여 개에 달하지만 물량분석은 발송, 도착구분 대상물량에 대한 데이터 수집이 가능하고 현재 우편집중국 관할권역 조정대상이 되는 총괄국 수준의 214개소를 대상으로 취합된 물량데이터를 이용하였다.

데이터처리

우편집중국 관할권역 조정에 가장 큰 영향을 미치는 수용국과 우편집중국간 운송거리 및 이동시간에 관한 데이터는 알맵 v2.7을 이용하여 수집, 분석하였다.

이론/모형

본 수리모형에서는 개별 우편집중국의 우편종별 가중부하합에 대한 우편집중국간 평균절대편차(MAD: Mean Absolute Deviation)를 최소화하도록 목적함수를 설정하였다. MAD를 사용한 이유는 식 (7), 식 (8)과 같은 몇가지 제약식을 추가함으로써 혼합정수계획모형으로 표현할 수 있기 때문인데, 해법으로 사용할 유전자 알고리즘을 개발할 때는 MAD뿐만 아니라 평균자승오차를 최소화하는 MSE(Mean Squared Error) 기준 및 권역조정에 따른 비용관련 목적함수도 사용하였다.

성능/효과

• 우편집중국 관할권역 조정을 위한 수용국 재할당시 가장 중요한 고려요소는 수용국과 우편집중국간 운송거리이지만, 우편집중국 부하를 고려하여 수용국에서 가장 가까운 우편 집중국뿐만 아니라 다소 거리가 먼 우편집중국에도 허용기준내에서 할당하는 것이 가능하다.
0에서 제공하는 기능을 활용하여 해를 구하였다. 개발된 유전자알고리즘은 울산, 포항, 목포 등 신설 우편 집중국 관할청인 부산청(4개 우편집중국, 38개 수용국), 경북청(3개 우편집중국, 31개 수용국), 전남청(3개 우편집중국, 26 개 수용국) 각각을 대상으로 실험한 결과 최적해를 구하는 것을 확인할 수 있었다. 3개 실험의 최적해는 혼합정수계획모형으로부터 구해졌으며, 유전자알고리즘의 종료조건은 1분내로 설정하였다.
본 연구에서는 우편집중국의 구분처리능력을 분석하여 우편 집중국의 특성치를 반영한 우편종별 발송, 도착 기계구분 처리능력을 산정하고 이를 바탕으로 우편집중국의 부하를 정의 하였다. 또한, 최적화 알고리즘이 탑재된 시뮬레이터를 개발함으로써 상시적으로 최적의 우편집중국 관할권역 조정안을 수립하고 그 효과를 분석할 수가 있게 되었다. 우편집중국별 특성치를 더욱 정확히 반영하는 것과 신뢰성 있는 우편종별 물량데이터를 수집하는 것이 남은 과제이기는 하지만 3개 신설 우편집중국 관할청에 대해서 좀 더 다양한 시뮬레이션 분석을 통해 최적의 권역안을 수립하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 본다.
우편집중국의 관할권역 조정 문제는 NI개의 수용국을 NJ개 우편집중국에 할당하는 조합최적화 문제로서 가능대안인 NJ^NI를 모두 비교함으로써 최적해를 구할 수 있다. 부산청의 경우, 38개 수용국을 신설 우편집중국을 포함한 4개 우편집중국을 대상으로 관할권역을 조정하게 되면 4³⁸=7.

후속연구

마지막으로 과 같이 부하평준화, 비용최소화 등 원하는 기준에 따라 목적 함수를 설정하고 거리분석을 통해 결정된 권역조정 가능대상 수용국들에 대해 유전자알고리즘을 실행하게 되면 최적의 우편집중국 관할권역조정 대안을 수립할 수 있다.
또한, 최적화 알고리즘이 탑재된 시뮬레이터를 개발함으로써 상시적으로 최적의 우편집중국 관할권역 조정안을 수립하고 그 효과를 분석할 수가 있게 되었다. 우편집중국별 특성치를 더욱 정확히 반영하는 것과 신뢰성 있는 우편종별 물량데이터를 수집하는 것이 남은 과제이기는 하지만 3개 신설 우편집중국 관할청에 대해서 좀 더 다양한 시뮬레이션 분석을 통해 최적의 권역안을 수립하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 본다.
추후 본 연구를 바탕으로 와 같이 우편집중국의 업무부하를 상시적으로 모니터링하고 우편집중국간 부하평 준화도에 이상이 감지될 때 즉시 대응하기 위한 시스템 개발이 필요할 것으로 보인다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	수용국별 우편종별 발송, 도착구분 대상 물량은 무엇으로 수집 분석하였는가?	수용국별 우편종별 발송, 도착구분 대상 물량에 대해서는 우정사업본부의 우편물류통합 정보시스템인 PostNet을 통해 수집하여 분석하였다. <표 1>에서와 같이 전국의 우체국 수는 3,600여 개에 달하지만 물량분석은 발송, 도착구분 대상물량에 대한 데이터 수집이 가능하고 현재 우편집중국 관할권역 조정대상이 되는 총괄국 수준의 214개소를 대상으로 취합된 물량데이터를 이용하였다.
	우편집중국 관할권역 조정을 위한 수리모형 개발에 있어 가정한 것은?	• 우편집중국 관할권역 조정을 위한 수용국 재할당시 가장 중요한 고려요소는 수용국과 우편집중국간 운송거리이지만, 우편집중국 부하를 고려하여 수용국에서 가장 가까운 우편 집중국뿐만 아니라 다소 거리가 먼 우편집중국에도 허용기준내에서 할당하는 것이 가능하다. • 우편집중국 관할권역 조정에 따라 발생하는 우편집중국 구분기계별 sorting plan의 변경이나 수집, 배분에 대한 운송경 로의 변경 등 추가적으로 발생하는 비용에 대해서는 무시할수 있는 것으로 가정한다. • 운송거리, 부하외에 권역조정에 따라 구분기계에 요구되는 구분칸수 등을 제약식으로 추가할 수 있지만 본 모형에서는 제외하도록 한다.
	수원우편집중국 관할지역에 대단지 아파트가 증가한 까닭은?	최근 수도권 신도시 개발(용인, 죽전, 신갈, 동백지구 등)로 인해 수원우편집중국 관할지역에 대단지 아파트가 급속도록 증가하였다. 급증하는 우편물로 인하여 수원우편집중국의 과부 하로 우편물 정시소통에 어려움이 예상되자 서울체신청에서는 <그림 1>과 같이 수원우편집중국 관할 수용국인 경기용인 및 용인수지 우체국을 성남우편집중국 수용국으로 편입하는 방안을 검토한 후 우정사업본부에 수용국 조정을 요청하였다.

참고문헌 (10)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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