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[국내논문] 다수의 도어를 갖는 크로스도킹 터미널에서 입고와 출고를 병행하는 트럭일정계획을 위한 유전알고리즘
A Genetic Algorithm for Scheduling of Trucks with Inbound and Outbound Process in Multi-Door Cross Docking Terminals 원문보기

대한산업공학회지 = Journal of the Korean Institute of Industrial Engineers, v.37 no.3, 2011년, pp.248 - 257  

주철민 (동서대학교 시스템경영공학과) ,  김병수 (부경대학교 기술경영(MOT) 일반대학원)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Cross docking is a logistics management concept in which items delivered to a terminal by inbound trucks are immediately sorted out, routed and loaded into outbound trucks for delivery to customers. Two main advantages by introducing a cross docking terminal are to consolidate multiple smaller shipm...

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문제 정의

  • 트럭일정계획 문제를 다룬 몇 가지 논문들 중 입/출고 도어가 한 개라는 가정 하에서 입고 및 출고 트럭들의 순서 결정문제에 관한 연구들이 시행되었다. 이 연구들은 입고 및 출고 트럭순서결정문제와 도어할당문제를 동시에 해결해야 하는 다수의 입고 및 출고 도어들을 가진 트럭일정계획 문제에 대한 기본적인 접근방법을 제시해 주는 연구들이라고 할수 있다. 먼저, Yu and Egbelu(2008)는 임시저장소(Temporary Storage)가 있는 크로스도킹 총 터미널 운영시간(Makespan)을 최소화하기 위한 입고트럭 및 출고트럭의 작업 순서를 결정하기 위해 수리모형을 수립하고, 휴리스틱 알고리즘을 제시하였다.
  • 본 연구에서는 Joo and Kim(2011)의 연구를 확장하여 다수의 입/출고 도어 상황 하에 크로스도킹 터미널 및 트럭흐름 환경 하에서 트럭일정계획의 중요한 두 가지 요소인 입출고 트럭의 도어할당 문제와 입고트럭의 하역순서결정 및 출고트럭의 선적 순서결정 문제를 동시에 해결하고자 한다. 문제의 해결을 위해 수리적 모형을 수립하고 효율적인 해법을 제시하기 위해 메타휴리스틱(Meta-heuristic) 기법 중 하나인 유전알고리즘(Genetic Algorithm)을 제시한다.
  • 본 연구에서 다루는 크로스도킹 터미널의 입고 및 출고트럭 일정계획문제의 목적은 총 터미널 운영시간(Makespan)을 최소화 하는 것이다. 총 터미널 운영시간은 첫 번째 입고트럭이 화물 하역을 시작하는 시점부터 마지막 출고 트럭에 마지막 화물을 선적 완료하는 시점까지를 의미한다.
  • 제 2장에서 제시한 혼합정수계획 모형을 이용하여 한정된 시간(7,200초) 내에 최적해를 구하는 것은 실험결과 트럭의 수가 7개 이상이 되면 어렵다. 이에 본 연구에서는 보다 효율적으로 해를 탐색하기 위해 유전알고리즘(Genetic Algorithm : GA)을 제시한다. 유전알고리즘은 생물의 진화과정인 적자생존의 원칙을 활용해 해를 탐색해가는 메타 휴리스틱 기법의 하나로 Holland(1975)에 의해 처음 소개된 후로 다양한 문제에 적용되어 왔고, 특히 본 연구에서 다루는 문제와 같은 조합(Combinatorial) 문제에 대해 비교적 짧은 시간 내에 근사 최적해를 도출하는 것으로 알려져 있다(Gen and Cheng(2000)).
  • 본 연구에서는 특수문자를 이용한 염색체 표현뿐만 아니라, 특수문자 없이 효율적인 도어 할당규칙(Dispatching Rule)을 이용한 염색체 표현 방법을 새로이 제시한다. 트럭의 입고 및 출고 일정계획을 위한 도어 할당규칙을 이용한 염색체 표현 방법은 단순히 도어 할당을 수행하는 순서를 나타내는 1부터 R까지의 정수를 이용한 R개의 유전자를 갖는 두 개의 단일 스트링(Single String) 배열을 사용한다.
  • 본 연구에서는 특수문자를 이용한 염색체 표현 방법에 따른 유전알고리즘을 Genetic Algorithm with Special Character(GA_SC)라고 하고, 새로 제시한 도어 할당규칙을 이용한 염색체 표현 방법에 따른 유전알고리즘을 GA with Dispatching Rule(GA_DR)이라고 하며 두 가지 유전알고리즘의 성능을 평가하고자 한다. GA_SC와 GA_DR 모두 초기 세대의 해집단으로 정해진 동일한 수만큼 모두 임의생성(Random generation)한다.
  • 본 연구에서는 m개의 하차도어와 n개의 상차도어가 서로 분리되어 있는 가장 일반적인 크로스도킹 터미널 환경 하에서 입고 및 출고작업을 병행하는 트럭들의 도어 할당 및 하역 및 선적 순서결정 문제를 다루었다. 문제의 해결을 위해 크로스 도킹 터미널의 총 터미널 운영시간을 최소화의 목적을 갖는 비선형 혼합정수계획모형을 제시하였고, 효율적인 해를 도출하기 위해 유전알고리즘을 제시하였다.

가설 설정

  • 화물은 종류에 관계없이 기본 단위별로 하역 및 선적되며, 입고 및 출고트럭의 일정에 따라 그 순서가 달라질 수 있다. 각 입고트럭들의 하역대상 화물종류 및 화물량과 출고트럭들의 선적대상 화물종류 및 화물량은 미리 알려져 있다고 가정한다. 화물 기본단위의 하역 및 선적 시간은 1단위시간으로 동일하게 주어지며, 하차도크에서 상차도크로의 화물 이동시간 및 입고트럭 및 출고트럭의 교체시간은 고정 값으로 미리 주어져있다고 가정한다.
  • 각 입고트럭들의 하역대상 화물종류 및 화물량과 출고트럭들의 선적대상 화물종류 및 화물량은 미리 알려져 있다고 가정한다. 화물 기본단위의 하역 및 선적 시간은 1단위시간으로 동일하게 주어지며, 하차도크에서 상차도크로의 화물 이동시간 및 입고트럭 및 출고트럭의 교체시간은 고정 값으로 미리 주어져있다고 가정한다. 하차지점에서 상차지점으로 트럭이 이동하는 시간도 미리 주어져 있다고 가정한다.
  • 화물 기본단위의 하역 및 선적 시간은 1단위시간으로 동일하게 주어지며, 하차도크에서 상차도크로의 화물 이동시간 및 입고트럭 및 출고트럭의 교체시간은 고정 값으로 미리 주어져있다고 가정한다. 하차지점에서 상차지점으로 트럭이 이동하는 시간도 미리 주어져 있다고 가정한다.
  • 2를 사용하여 구하였다. 6개 이하의 트럭수 R, 7개 이하의 화물종류수 N, 그리고 2개 이하의 하차 및 상차 도어수 I와 O를 갖는 24개 실험 데이터를 랜덤하게 생성하고, 트럭의 도어 진출입시간 DE와 DL을 35와 45로, 화물 이동 및 분류시간 V를 100으로, 하차도크에서 상차도크로의 트럭 이동시간 TR을 50으로 가정하였다. GA는 해집단의 수를 2R로, 총 세대수를 1,000으로 하였고, 교차변이율과 돌연변이율은 여러 가지 조합의 예비 실험결과에서 가장 좋은 성능을 보였던 0.
  • 더 큰 규모의 크로스도킹 터미널의 트럭 입고 및 출고 일정계획 문제에 대해 GA_SC와 GA_DR의 성능을 평가하기 위하여 트럭수를 20, 30, 40과 50으로 화물종류수를 5, 10, 15와 20으로 고정하고, 10개 이내의 하차 및 상차 도어수를 생성하여 32개의 실험 데이터를 임의로 생성하였다. 트럭의 도어 진출 입시간, 화물 이동 및 분류시간, 그리고 하차도크에서 상차도 크로의 트럭 이동시간은 첫 번째 실험과 동일한 값을 가정하였다. GA_SC와 GA_DR은 첫 번째 실험과 동일하게 해집단의 수를 2R로, 총 세대수를 1,000으로 하였고, 교차변이율과 돌연변이율은 각각 0.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
크로스도킹 터미널은 어느 곳에서 운영하는가? 이와 같이, 고객주문에 대한 리드타임(Lead time)의 감소로 인한 고객서비스 향상 및 물류수송비용의 절감을 동시에 획득할 수 있는 혁신적인 물류터미널 개념이 바로 크로스도킹 터미널이다(Apte and Viswanathan, 2000). 크로스 도킹 터미널은 택배회사나 식자재 유통회사와 같은 그 신속성이 경쟁력의 근간되는 회사에서 필수적으로 운영하고 있다.
크로스도킹(Cross docking) 터미널의 장점은 무엇인가? 전통적인 물류 터미널에서 내부의 입고 및 출고 물품들에 대한 저장(Storing) 및 불출(Retrieving)과 관련된 물류처리(Material handling)작업들은 고비용이 소요되는 노동집약적인 부분이다. 크로스도킹(Cross docking) 터미널은 새로운 개념의 물류터미널 운영방식으로 다양한 물품의 소단위 배송이 요구되는 고객의 물품주문을 신속하게 처리하여 JIT(Just In Time) 배송하는데 효과적이며, 기존 물류터미널의 고비용의 노동집약적인 저장과 불출작업을 근본적으로 제거하여 터미널 내부의 물류비용의 획기적인 절감을 이룰 수 있다. 또한, 크로스도킹 터미널은 서로 다른 공급지점으로부터 특정 배송지점으로 각각 따로 수송하는 다수의 LTL(Less-than Truckload) 트럭들의 물품들을 터미널에서 취합하여 FTL(Full truckload) 트럭을 구성한 후, 한꺼번에 특정 배송지로 수송하여 물류운송비용을 획기적으로 줄일 수 있다. 이와 같이, 고객주문에 대한 리드타임(Lead time)의 감소로 인한 고객서비스 향상 및 물류수송비용의 절감을 동시에 획득할 수 있는 혁신적인 물류터미널 개념이 바로 크로스도킹 터미널이다(Apte and Viswanathan, 2000).
크로스도킹 터미널이란 무엇인가? 또한, 크로스도킹 터미널은 서로 다른 공급지점으로부터 특정 배송지점으로 각각 따로 수송하는 다수의 LTL(Less-than Truckload) 트럭들의 물품들을 터미널에서 취합하여 FTL(Full truckload) 트럭을 구성한 후, 한꺼번에 특정 배송지로 수송하여 물류운송비용을 획기적으로 줄일 수 있다. 이와 같이, 고객주문에 대한 리드타임(Lead time)의 감소로 인한 고객서비스 향상 및 물류수송비용의 절감을 동시에 획득할 수 있는 혁신적인 물류터미널 개념이 바로 크로스도킹 터미널이다(Apte and Viswanathan, 2000). 크로스 도킹 터미널은 택배회사나 식자재 유통회사와 같은 그 신속성이 경쟁력의 근간되는 회사에서 필수적으로 운영하고 있다.
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참고문헌 (18)

  1. Apte, U. M. and Viswanathan, S. (2000), Effective cross docking for improving distribution efficiencies, International Journal of Logistics, 3, 291-302. 

  2. Bartholdi III., J. J., and Gue, K. R. (2004), The best shape for a crossdock, Transportation Sciences, 38(2), 235-244. 

  3. Boysen, N., Fliedner, M., and Scholl, A. (2010), Scheduling inbound and outbound trucks at cross docking terminals, OR Spectrum, 32, 135-161. 

  4. Forger G. (1995), UPS starts world's premiere cross-docking operation, Modern Material Handling, 36-38. 

  5. Gen, M. and Cheng, R. (2000), Genetic Algorithms and Engineering Optimzation, New York : Wiley. 

  6. Holland, J. H. (1975), Adaptation in natural and artificial systems, Ann Arbor, IL : University of Michigan Press. 

  7. Joo, C. M. and Kim, B. S. (2011), Scheduling for Trucks with Inbound Storage Process and Outbound Shipping Process in Cross Docking Terminals, Journal of the Korean Society of Supply Chain Management, 11(1), 15-24. 

  8. Ko, C. S., Choi, E. J., and Lee, H. K. (2006), A Dock Door Assignment problem in Automated Cross-docking Terminal, Korea Logistics Society, 14(2), 21-34. 

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  11. Lim, Y., Lim, A., and Rodrigues, B. (2004), JIT scheduling with time windows, Journal of the Operational Research Society, 55, 1342-1351. 

  12. Miao, Z., Lim, A., and Ma, H. (2009), Truck dock assignment with operational time constant within crossdocks. European Journal of Operational Research, 192, 105-115. 

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  16. Yu, W. and Egbelu, P. J. (2008), Scheduling of inbound and outbound trucks in cross docking system with temporary storage, European Journal of Operational Research, 184, 377-396. 

  17. Vahdani, B. and Zandieh, M. (2010), Scheduling trucks in cross docking systems : Robust meta-heuristics, Computers and Industrial Engineering, 58, 12-24. 

  18. Witt, C. E. (1998), Cross docking : Concepts demand choice, Modern Material Handling, 53(7), 44-49. 

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