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문제 정의
- 이러한 연구들은 일부 케이스에 대한 최적화 문제로 설비 추가 등의 제약 조건의 변화 시 유연하게 대처하기 어려운 한계가 있다. 본 연구에서는 다이어그램을 활용한 시나리오 작성 방법을 통해 위와 같은 한계를 해결하고자 하였다.
- 또한 중일정 계획 단계의 업무들 중에서 가장 부하가 큰 업무의 하나로 각각의 제작처에 블록을 적절히 배정하는 것뿐만 아니라 전체적인 업무의 부하를 줄이는 것도 중요하다. 본 연구에서는 자동화를 통해 블록 배량 업무의 시간을 줄이고 다이어그램을 활용한 시나리오 작성 방법을 적용하여 블록 배량 규칙의 변화에 유연하게 대처할 수 있는 자동화 시스템을 제안하고자 한다.
- 본 연구에서는 조선 중일정 계획 과정 중 가장 많은 업무량을 차지하고 있고, 대부분의 조선소에서 전문가의 경험에 의해 이루어지고 있는 블록 배량 계획에 대한 자동화 방법을 제시하였다. 블록 배량 규칙 분석을 통해 규칙을 가시적으로 표현하기 위한 다이어그램을 정의하고, 규칙에 따라 블록과 제작처의 정보를 비교할 수 있도록 각각의 데이터 모델을 정의하였다.
제안 방법
- 7이 두 가지의 부하 평준화 조건이 추가된 새로운 시나리오 구현 모델이다. Table 6에서 처음 작성한 블록 배량 시나리오와 그 결과를 기반으로 수정된 블록 배량 시나리오의 결과를 비교하기 위하여 처음 작성한 블록 배량 시나리오의 결과는 자동화 시스템(1), 수정된 블록 배량 시나리오의 결과는 자동화 시스템(2)로 구분하였다. 먼저 자동화 시스템(1)과 자동화 시스템(2)를 비교해 보면 제작처1과 제작처3의 부하율이 크게 낮아진 것을 확인할 수 있다.
- 6과 같다. 구현된 모델을 활용하여 블록 배량 자동화 시스템의 시나리오에 따라 1개월의 블록 제작 물량을 각각의 제작처에 할당하여 보았다. 총 21690 ton의 블록을 제작처에 할당하였고 그 결과는 Table 5와 같다.
- 다이어그램의 기능은 분기, 제작처, 조건, 판단의 네 가지로 구분하여 정의하였다. 제작처 다이어그램은 블록이 배량되는 제작처를 가시적으로 보여주는 기능을 하고, 나머지 세가지 다이어그램은 규칙을 입력하고 판단하는 기능을 수행한다.
- 이는 Table 2의 블록의 특성을 반영한 규칙 외에 작업자가 블록 배량 계획을 하는 과정에서 부하를 조정하기 위해 고려하는 규칙들이 추가로 존재한다는 것을 의미한다. 따라서 부하 평준화를 위한 조건을 추가하여 새로운 블록 배량 시나리오를 작성하였다.
- 제작처별 최대 허용물량(MaxCapa)의 차이가 있기 때문에 단순히 사용된 물량(UsedCapa)의 비교로 부하 평준화 정도를 확인하기 어렵다. 따라서 제작처별 부하율(UsedCapa/MaxCapa)을 계산하여 부하율에 대한 표준편차 값으로 부하 평준화 정도를 비교하였다. 실제 작업자의 결과는 평균 98.
- 블록 배량 규칙 분석을 통해 규칙을 가시적으로 표현하기 위한 다이어그램을 정의하고, 규칙에 따라 블록과 제작처의 정보를 비교할 수 있도록 각각의 데이터 모델을 정의하였다. 또한 본 연구에서 정의한 다이어그램을 활용하여 실제 조선소의 블록 배량 시나리오 작성을 통해 다이어그램의 블록 배량 규칙 표현 기능을 검증하고 구현된 시스템을 통하여 블록 배량 결과에 대해 비교하였다. 그 결과 다이어그램을 통해 조선소의 블록 배량 규칙의 표현이 가능하고, 시나리오 수정 과정의 반복을 통해 실제 배량 결과에 가까운 결과를 얻을 수 있다는 것을 확인하였다.
- 김기동[2] 등은 조립 일정 계획과 함께 블록을 제작처에 배정하기 위한 블록 배량 계획을 최적화 하였다. 방법으로는 ILOG를 활용해 최적화 모델링을 수행하였다. 최적화 대상에 대한 옵션을 다양화하여 최적화의 유연성을 일부 확보하였다.
- 본 연구에서는 위에서 언급한 다이어그램 에디터를 참고하고 조선소의 블록 배량 규칙의 분석을 통해 원하는 시나리오를 작성하기에 충분한 다이어그램을 정의하고 이를 활용하여 자동화를 수행하였다.
- 본 연구에서는 조선 중일정 계획 과정 중 가장 많은 업무량을 차지하고 있고, 대부분의 조선소에서 전문가의 경험에 의해 이루어지고 있는 블록 배량 계획에 대한 자동화 방법을 제시하였다. 블록 배량 규칙 분석을 통해 규칙을 가시적으로 표현하기 위한 다이어그램을 정의하고, 규칙에 따라 블록과 제작처의 정보를 비교할 수 있도록 각각의 데이터 모델을 정의하였다. 또한 본 연구에서 정의한 다이어그램을 활용하여 실제 조선소의 블록 배량 시나리오 작성을 통해 다이어그램의 블록 배량 규칙 표현 기능을 검증하고 구현된 시스템을 통하여 블록 배량 결과에 대해 비교하였다.
- 총 21690 ton의 블록을 제작처에 할당하였고 그 결과는 Table 5와 같다. 실제 블록 배량 작업자의 배량 결과와 비교를 위해 제작처별 부하율의 평균과 표준편차를 계산하여 함께 표로 정리하였다.
- 앞서 작성한 블록 배량 시나리오 개념 모델을 블록 배량 자동화 시스템을 이용하여 구현하였다. 구현된 모델은 Fig.
- 김희문[1] 등은 고정 정반 블록조립공정의 일정 계획 문제를 제약 만족 기법을 활용 하여 최적화 하였다. 이를 통해 부하의 최대치를 최소화하고, 최소치 또한 대상 기간 동안 유사하게 유지하는 형태의 부하 평준화를 이루었다. 김기동[2] 등은 조립 일정 계획과 함께 블록을 제작처에 배정하기 위한 블록 배량 계획을 최적화 하였다.
- 조선소 블록 배량 작업자와의 인터뷰를 통해 현재 조선소에서 블록 배량 업무에 적용하고 있는 블록 배량 규칙을 정리하고 그 종류를 분류하였다. 이를 통해 블록 배량 자동화 시나리오를 작성하기 위한 다이어그램의 종류를 결정하였다.
- 조선소 블록 배량 작업자와의 인터뷰를 통해 현재 조선소에서 블록 배량 업무에 적용하고 있는 블록 배량 규칙을 정리하고 그 종류를 분류하였다. 이를 통해 블록 배량 자동화 시나리오를 작성하기 위한 다이어그램의 종류를 결정하였다.
- 5의 시나리오 개념 모델을 작성하였다. 총 다섯 가지의 조건을 반영하였고, 부하 평준화는 제작처1과 제작처2에 대하여 두 가지 조건을 적용하였다. 시나리오에 들어온 블록은 첫 번째 판단기호에 의해 GPE 제작처의 위치를 판단하여 제작처3에서 GPE를 수행하게 될 블록은 제작처3으로 할당된다.
- 방법으로는 ILOG를 활용해 최적화 모델링을 수행하였다. 최적화 대상에 대한 옵션을 다양화하여 최적화의 유연성을 일부 확보하였다. 이러한 연구들은 일부 케이스에 대한 최적화 문제로 설비 추가 등의 제약 조건의 변화 시 유연하게 대처하기 어려운 한계가 있다.
대상 데이터
- 블록 배량 규칙을 다이어그램으로 표현하기 위해서는 블록과 제작처에 대한 정보를 기반으로 한 조건의 비교가 필수적이다. 따라서 블록 배량 규칙에 따라 필요한 조건을 확인할 수 있는 데이터를 포함하는 블록과 제작처의 데이터 모델을 구성하였다. 블록과 제작처 데이터 모델의 세부 내용은 Table 4와 같다.
성능/효과
- 또한 본 연구에서 정의한 다이어그램을 활용하여 실제 조선소의 블록 배량 시나리오 작성을 통해 다이어그램의 블록 배량 규칙 표현 기능을 검증하고 구현된 시스템을 통하여 블록 배량 결과에 대해 비교하였다. 그 결과 다이어그램을 통해 조선소의 블록 배량 규칙의 표현이 가능하고, 시나리오 수정 과정의 반복을 통해 실제 배량 결과에 가까운 결과를 얻을 수 있다는 것을 확인하였다. 본 연구에서 제시한 다이어그램을 활용한 블록 배량 계획 자동화 방법은 블록, 제작처 정보와 함께 다이어그램을 통해 블록 배량 규칙을 가시적으로 확인할 수 있어 블록 배량 자동화뿐만 아니라 블록 배량 규칙의 검증에 활용할 수 있다.
- 먼저 자동화 시스템(1)과 자동화 시스템(2)를 비교해 보면 제작처1과 제작처3의 부하율이 크게 낮아진 것을 확인할 수 있다. 그 결과 자동화 시스템(2)의 표준편차가 13.6으로 자동화 시스템(1)에 비해 크게 감소하였다. 이 결과는 수작업 결과와 비교하여도 많이 근접한 것을 알 수 있다.
- 두 가지의 자동화 시나리오에 따른 결과와 작업자의 배량 결과를 비교하였을 때 작업자의 배량 결과가 자동화 시스템을 활용한 결과에 비해 더 좋은 부하 평준화 정도를 보여주고 있는 것을 확인할 수 있었다. 이는 작업자가 블록 배량 계획을 하는 과정에서 앞서 분석한 Table 2의 블록 배량 규칙만을 적용하기 보다 블록이 배정된 상황에 따라 직관적인 판단도 함께 수행하고 있음을 보여준다.
- Table 6에서 처음 작성한 블록 배량 시나리오와 그 결과를 기반으로 수정된 블록 배량 시나리오의 결과를 비교하기 위하여 처음 작성한 블록 배량 시나리오의 결과는 자동화 시스템(1), 수정된 블록 배량 시나리오의 결과는 자동화 시스템(2)로 구분하였다. 먼저 자동화 시스템(1)과 자동화 시스템(2)를 비교해 보면 제작처1과 제작처3의 부하율이 크게 낮아진 것을 확인할 수 있다. 그 결과 자동화 시스템(2)의 표준편차가 13.
- 6으로 4개의 제작처의 허용량(MaxCapa)를 충분히 활용하고 물량 분배 또한 평준화되어 있다는 것을 확인할 수 있었다. 반면에 자동화 시스템의 결과는 평균 93.7, 표준편차 77.3으로 물량 분배가 고르지 않다는 것을 확인할 수 있다. 이는 각각의 제작처의 부하율로도 확인할 수 있다.
- 그 결과 다이어그램을 통해 조선소의 블록 배량 규칙의 표현이 가능하고, 시나리오 수정 과정의 반복을 통해 실제 배량 결과에 가까운 결과를 얻을 수 있다는 것을 확인하였다. 본 연구에서 제시한 다이어그램을 활용한 블록 배량 계획 자동화 방법은 블록, 제작처 정보와 함께 다이어그램을 통해 블록 배량 규칙을 가시적으로 확인할 수 있어 블록 배량 자동화뿐만 아니라 블록 배량 규칙의 검증에 활용할 수 있다. 또한 조선소 상황의 변화에 따른 블록 배량 규칙의 변화에 유연하게 대처할 수 있는 자동화 시스템이다.
- 시장의 수요를 고려하여 제품을 생산하는 방식이 아닌 선주의 주문을 통해 제품의 생산을 시작한다. 셋째로 주문 설계형 생산의 특징을 가진다. 일반 제조업과 같이 양산형 제품을 생산하는 것이 아닌 고객의 주문을 통해 설계를 시작하고 생산하는 주문 설계형 생산이 수행된다.
- 따라서 제작처별 부하율(UsedCapa/MaxCapa)을 계산하여 부하율에 대한 표준편차 값으로 부하 평준화 정도를 비교하였다. 실제 작업자의 결과는 평균 98.8, 표준편차 9.6으로 4개의 제작처의 허용량(MaxCapa)를 충분히 활용하고 물량 분배 또한 평준화되어 있다는 것을 확인할 수 있었다. 반면에 자동화 시스템의 결과는 평균 93.
- 이는 각각의 제작처의 부하율로도 확인할 수 있다. 자동화 시스템의 결과에서 제작처2의 부하율은 65.2로 매우 낮은 반면 제작처1과 제작처3의 부하율은 100보다 상당히 높은 것을 확인할 수 있다. 이는 Table 2의 블록의 특성을 반영한 규칙 외에 작업자가 블록 배량 계획을 하는 과정에서 부하를 조정하기 위해 고려하는 규칙들이 추가로 존재한다는 것을 의미한다.
- 는 조선 생산 계획의 특징을 다음과 같은 세가지로 정의하였다. 첫째로 집약형 생산의 특징을 가진다. 조선 생산은 부재의 조립을 통해 단위 블록을 얻고, 단위 블록의 조합을 수행하여 최종적으로 도크에서 선박을 진수하는 작업을 수행하기에 전형적인 집약형 생산으로 볼 수 있다.
후속연구
- 이러한 판단이 일부 적용된 결과가 두 번째의 자동화 결과라고 생각할 수 있다. 따라서 과거의 블록 배량 결과, 블록 배량 작업자의 know-how, 현재의 조선소 블록 제작 상황을 기반으로 시나리오 수정 과정을 반복적으로 수행한다면 좀 더 최적에 가까운 배량 결과를 얻을 수 있을 것으로 생각한다. 또한 자동화 시스템은 블록 배량을 수행하는 작업 시간의 관점에서 작업자의 수작업에 비해 높은 효율성을 가지고 있다.
- 추가적으로 더 다양한 블록 배량 결과에 대한 시나리오 검증을 통해 다이어그램을 활용한 블록 배량 규칙 표현 방법의 유효성을 향상시킬 필요성이 있다. 또한 더 좋은 부하 평준화 결과를 위해 최적화와 연계한 연구를 수행할 계획이다.
- 추가적으로 더 다양한 블록 배량 결과에 대한 시나리오 검증을 통해 다이어그램을 활용한 블록 배량 규칙 표현 방법의 유효성을 향상시킬 필요성이 있다. 또한 더 좋은 부하 평준화 결과를 위해 최적화와 연계한 연구를 수행할 계획이다.
- 블록 제작 공정은 조선소 내의 부하가 심하게 발생하였을 경우 외부 블록 공장에 외주를 통해 문제를 해결할 수 있고, 실제 조선소의 경우도 많은 물량을 외주로 처리하고 있다. 하지만 더 큰 수익을 내기 위해서는 조선소 내의 내부 자원을 효율적으로 활용하는 방안이 필요하기에 블록 제작 공정의 일정 계획과 관련한 연구가 수행되어야 한다. 일정 계획 업무와 관련하여 국내의 대형 조선소들은 독자적인 일정 계획 시스템을 구축하고 있다.
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