[논문]운송시간의 예측을 통한 물류정체 통제 모형

정재우; 허연호

doi:10.7737/kmsr.2012.29.1.131

[국내논문] 운송시간의 예측을 통한 물류정체 통제 모형
Congestion Management with Arrival Estimation of Unit Loads in an Automated Material Handling System 원문보기

經營科學 = Korean management science review, v.29 no.1, 2012년, pp.131 - 141

정재우 (경북대학교 경영학부) , 허연호 (LG Display (주) FA 기술)

Abstract ▼ AI-Helper

The automated material handling systems today are playing ever more important roles in semiconductor/LCD fabrication facilities. Recently they became more flexible, intelligent, and speedy than in the past. The facilities have been fully automated because the size and weight of the unit loads used in the facilities were being increased beyond the limits that a human operator can handle. This research develops an efficient procedure to streamline the delivery of unit loads by the automated material handling system (AMHS). For this task, the research employs the event scheduling theory that has been successfully used in the both academia and industry. The developed procedure was applied to an actual LCD fabrication facility and improved the performance of an existing material handling system.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구는 반도체/LCD 펩의 운영에 있어서 핵심 동력이 되고 있는 물류 시스템의 성능을 높일 수 있는 방법의 개발에 초점을 두고 있다. 우선 펩 물류 시스템을 분석적 모델로 표현할 수 있는 방법을 제안하고 이 분석적 모델을 활용하여 실제 시스템의 성능 개선에 기여하고자 한다.
본 연구에서 제안하는 정체관리의 마지막 단계는 에 나타난 바와 같이 운송을 보류할 것인지 즉시 실행할 것인지를 판단하는 것이다.
본 연구에서는 물류의 정체 현상이 발생하였을 때 운송대상이 되는 lot들의 속성을 파악하고 효율적인 제어 기법을 통해서 시스템적인 정체관리를 하고자 하였다. 이를 위하여 이벤트 스케줄링 기법을 도입하여 개별 lot들의 운송시간을 예측하고 예측된 운송시간이 평균운송시간보다 상당히 느린 경우 그 경로가 정체상태에 있다고 판단한다.
위에서 제시된 이벤트 스케줄링 모형에 대하여 효과적인 해를 찾는 방법으로 아래와 같은 휴리스틱 기법을 사용하였다. 본 휴리스틱 기법의 사용 목적은 각 lot들의 도착시간을 추정하는데 있음으로 현장에서 사용하고 있는 물류운송 규칙을 되도록 지키도록 하였다. 사용된 휴리스틱 기법은 다음과 같다.
본 연구는 반도체/LCD 펩의 운영에 있어서 핵심 동력이 되고 있는 물류 시스템의 성능을 높일 수 있는 방법의 개발에 초점을 두고 있다. 우선 펩 물류 시스템을 분석적 모델로 표현할 수 있는 방법을 제안하고 이 분석적 모델을 활용하여 실제 시스템의 성능 개선에 기여하고자 한다. 특히, 본 연구는 산학협력과제로 진행되었고 본 연구에서 개발된 모형은 실제 LCD 펩에 적용되어 생산성 향상에 기여하였다.
이 새로운 방법은 이벤트 스케줄링을 활용하여 운송 lot들의 도착예정시간을 예측하였다. 이를 바탕으로 경로의 정체정도에 대한 정보를 파악하였고 이 정보를 활용하여 공정긴급도가 높은 lot들을 우선적으로 처리하고 긴급도가 떨어지는 lot들에 대해서는 운송을 통제함으로써 전체적인 효율을 높이고자하였다. 적용결과 stocker full-rate, 평균운송소요시간 등에서 주목할 만한 개선효과를 거두었다.

제안 방법

모든 물류설비에 대해서 추정시간 이후 발생할 운송요구에 대한 발생은 평균 도착시간과 확률분포를 활용함으로써 생성가능하다. 둘째, 대안 2는 이벤트 스케줄링을 통해 예측한 각 노드에서의 소요시간과 각 노드의 최근 평균운송시간에 대한 가중합을 고려하여 도착시간을 추정하는 것이다. 이를 식으로 표현하면 아래와 같다.
본 연구에서 제안된 방법은 LG Display 펩에 적용되어 있으며 ～에서 설명된 바와 같은 효과를 거두었다.
본 연구에서는 반도체/LCD 펩에서 생산성의 중요한 열쇠가 되고 있는 물류 시스템의 개선을 위한 새로운 방법을 제안하고 이를 실제 LG Display (주) 펩의 물류 시스템에 적용하였다. 이 새로운 방법은 이벤트 스케줄링을 활용하여 운송 lot들의 도착예정시간을 예측하였다.
실제에서는 여러 번의 실험과정을 거쳐서 예측 에러가 가장 작은 α값을 적용하였다.
본 연구에서는 반도체/LCD 펩에서 생산성의 중요한 열쇠가 되고 있는 물류 시스템의 개선을 위한 새로운 방법을 제안하고 이를 실제 LG Display (주) 펩의 물류 시스템에 적용하였다. 이 새로운 방법은 이벤트 스케줄링을 활용하여 운송 lot들의 도착예정시간을 예측하였다. 이를 바탕으로 경로의 정체정도에 대한 정보를 파악하였고 이 정보를 활용하여 공정긴급도가 높은 lot들을 우선적으로 처리하고 긴급도가 떨어지는 lot들에 대해서는 운송을 통제함으로써 전체적인 효율을 높이고자하였다.
이를 위하여 이벤트 스케줄링 기법을 도입하여 개별 lot들의 운송시간을 예측하고 예측된 운송시간이 평균운송시간보다 상당히 느린 경우 그 경로가 정체상태에 있다고 판단한다. 정체가 예상되는 경로에 대해서는 공정우선순위가 높은 lot들을 제외하고 우선순위가 낮은 lot들에 대한 운송을 통제함으로써 공정우선순위가 높은 lot들이 상대적으로 빨리 운송이 될 수 있는 방법을 개발하여 실제 펩에 적용하였다.
최초 시작은 개별 lot의 운송요구로부터 시작되는데 디스패칭 시스템에 의해서 내려지는 운송요구는 주로 출발지와 목적지 그리고 lot의 ID(identification)를 포함한다. 주어진 출발지와 목적지를 바탕으로 최적의 운송경로가 결정이 되고 이를 바탕으로 그 lot의 도착시간을 예측한다.
이를 보정하기 위하여 두 가지의 방법이 제안되었다. 첫째, 대안 1은 추정시간 이후에 발생할 lot들을 가상적으로 생성한 후 이를 포함하여 이벤트 스케줄링을 수행하는 것이다. 모든 물류설비에 대해서 추정시간 이후 발생할 운송요구에 대한 발생은 평균 도착시간과 확률분포를 활용함으로써 생성가능하다.
AMHS 중 펩에서 일반적으로 사용되고 있는 AGV(automated guided vehicle)와 관련된 연구로 Koo and Jang[12]은 확률적인 접근법을 이용하여 AGV의 운행시간을 예측하는 모델을 제시했다. 특히 일반적으로 널리 사용되는 근거리차량 할당 정책과 임의차량 할당 정책 하에서의 공차운행 시간모형을 제시하고 시뮬레이션을 통해 이를 검증했다. Nazzal and McGinnis[13]도 마코프체인을 이용하여 비슷한 연구를 진행하였는데 이 연구의 목적은 대기시간의 정확한 추정에 있다.
우선 펩 물류 시스템을 분석적 모델로 표현할 수 있는 방법을 제안하고 이 분석적 모델을 활용하여 실제 시스템의 성능 개선에 기여하고자 한다. 특히, 본 연구는 산학협력과제로 진행되었고 본 연구에서 개발된 모형은 실제 LCD 펩에 적용되어 생산성 향상에 기여하였다.

이론/모형

Jang et al.[16]은 LCD 라인에서의 stocker 설계 문제를 풀기 위하여 Queuing Network 이론을 활용하였다.
식 (4)를 구현하기 위해서는 정수계획법이나 비선형계획법 형태의 추가적인 모형이 개발되어야한다. 본 논문은 위의 수리모형을 이벤트 스케줄링을 표현하는 목적으로 사용하고 본 문제에 대한 풀이는 휴리스틱 기법을 활용하고 있다.
본 연구는 lot의 주어진 경로에 대하여 도착시간의 예측을 위하여 이벤트 스케줄링[18]을 활용한다. 이벤트 스케줄링을 위하여 운송이 발생하는 과정을 이벤트 그래프로 표현해야 하는데 이벤트 그래프는 운송시스템의 물리적 장치와 그 장치에서 발생하는 주요 이벤트를 도착 순서에 따라 그래프로 표현한 것이다.
위에서 제시된 이벤트 스케줄링 모형에 대하여 효과적인 해를 찾는 방법으로 아래와 같은 휴리스틱 기법을 사용하였다. 본 휴리스틱 기법의 사용 목적은 각 lot들의 도착시간을 추정하는데 있음으로 현장에서 사용하고 있는 물류운송 규칙을 되도록 지키도록 하였다.

성능/효과

Stocker full-rate가 높으면 높을수록 물류의 정체가 빈번하게 발생함으로 공정설비로의 물류배송 지연, 설비의 blocking 등 여러 가지 부작용이 초래된다고 할 수 있다. 그림에서 나타나 있듯이 새로운 방법이 적용된 후 약 37.4%의 개선효과가 나타났다.
운송시간이 단축된다면 Little의 법칙에 의하여 운송 중인 카세트의 숫자가 비례적으로 줄어야 한다. 그림에서 볼 수 있듯이 약 26%의 단축이 있었으며 이는 추가적으로 저장 공간의 여유를 확보하여 생산운영에 있어서 수월성을 개선하는 효과를 가져왔다.
아래 그림들에 제시된 자료는 새로운 방법을 펩에 적용한 이후 약 1개월의 자료와 적용 이전 약 1개월의 자료를 비교분석한 것이다. 반도체/LCD 업계는 실제 생산자료에 대해서 매우 엄격하게 보안관리를 하고 있음으로 본 연구의 결과 또한 다소 제한적으로 공개할 수밖에 없음을 밝혀둔다.
<그림 9>는 새로운 기법을 적용하기 전후의 평균운송소요시간을 비교한 것이다. 본 연구에서 제시된 기법을 적용한 후 효과적인 정체관리로 인하여 평균 운송시간이 10.9% 줄어든 것을 알 수 있다. 이는 하드웨어의 추가적인 투자 없이 소프트웨어적 운영효율의 향상으로 인하여 운송시간을 단축한 예로서 LG Display 내에서 성과를 높이 평가를 받았다.
이를 바탕으로 경로의 정체정도에 대한 정보를 파악하였고 이 정보를 활용하여 공정긴급도가 높은 lot들을 우선적으로 처리하고 긴급도가 떨어지는 lot들에 대해서는 운송을 통제함으로써 전체적인 효율을 높이고자하였다. 적용결과 stocker full-rate, 평균운송소요시간 등에서 주목할 만한 개선효과를 거두었다.

후속연구

현재 공정 긴급도와 운송 우선순위는 디스패처와 MCS(material control system)에서 각각 결정하는 사항으로 계층적의사결정이 이루어지고 있다. 공정 우선순위와 현재 물류운송의 현황을 동시에 고려한 종합적인 시스템의 설계와 운영이 이루어진다면 보다 높은 수준의 운송 효율을 달성할 수 있을 것으로 판단된다. 하지만 이는 현재 설치되어 운영되고 있는 물류 시스템 환경에서는 불가능하고 신규라인의 투자나 시스템 upgrade 등의 계기가 주어졌을 때 가능할 것으로 판단된다.
물류의 정체가 판단될 때 경로의 변경이나 우선순위의 조절 등을 포함한 보다 적극적인 방식의 문제해결이 필요해 보인다. 둘째, 공정 긴급도와 운송 우선순위를 통합한 제어 방안이 필요한 것으로 판단된다. 현재 공정 긴급도와 운송 우선순위는 디스패처와 MCS(material control system)에서 각각 결정하는 사항으로 계층적의사결정이 이루어지고 있다.
본 연구에서 제안하는 모형은 향후 다양한 방법으로 응용되어 여러가지 개선활동에 사용될 수 있을 것으로 판단된다. 실제로 있었던 예를 들면 운송시간을 예측하는 부분은 물류 시스템에서 발생하는 비이상적인 에러를 감지하는데 유용하게 활용되었다.
하지만 이는 현재 설치되어 운영되고 있는 물류 시스템 환경에서는 불가능하고 신규라인의 투자나 시스템 upgrade 등의 계기가 주어졌을 때 가능할 것으로 판단된다. 이 두 가지 과제에 대한 후속연구는 반도체/LCD 물류시스템의 개선에 관심을 갖고 있는 여러 연구자들에 의해서 계속적으로 이루어질 것으로 기대된다.
본 연구의 과정에서 추가적으로 개선이 필요한 과제가 몇 가지 제기되었다. 첫째, 본 연구에서 제안하는 방법보다 능동적인 물류의 제어가 가능하다면 추가적인 개선이 가능할 것으로 판단된다. 정체관리를 통해서 물류효율을 높이는 방식은 현재 현장에서 사용하고 있는 물류 시스템의 변경이 가능한 범위에서 선택된 차선책이라고 할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	반도체/LCD 펩에서 사용되는 카세트를 다루는 장비로는 무엇이 있는가?	반도체/LCD 펩에서 물류의 이동과 보관은 lot 단위로 카세트에 담겨진 상태로 이루어지는데 lot의 크기는 대략 15매에서 30매로 회사 또는 각 회사의 라인마다 다르다. 이 카세트를 배송하는 장비로는 OHT(overhead transporter), OHS(overhead shuttle), AGV(automated guided vehicle), inter-floor lifter, conveyor 등이 있으며 보관을 담당하는 장비로는 stocker라 불리는 AS/RS(automated storage and retrieval system), buffer station 등이 있다. 최근에는 이 stocker가 카세트의 보관뿐만 아니라 배송에도 사용되고 있다.
	펩의 물류 자동화의 장점은?	∘ 제품의 공정간 이동시간 단축하여 가동률 향상에 기여함 ∘ 작업에 대한 표준화 및 단순화로 펩의 운영이 투명화 됨 ∘ 물류운영 인건비의 절감 및 인력관리 비용 감소를 가능하게 함 ∘ 정보의 신뢰성 증가로 높은 레벨의 생산운영시스템, 즉 디스페칭, 스케줄링, SPC(statistical process control), APC(advanced process control) 등의 도입이 가능하게 함
	반도체 공정에서 투자 및 운영 노력의 80% 이상이 집중되고 있는 부분은?	반도체 공정은 크게 전 공정과 후 공정으로 나누는데 웨이퍼 또는 TFT(thin-film transistor)를 가공하는 전 공정에 투자 및 운영 노력의 80% 이상이 집중되고 있다[1]. 이 전 공정 처리 설비를 흔히 펩(fabrication) 이라고 부르고 한 단위의 펩은 수백 대에 이르는 고가의 공정 장비와 첨단 물류 장비들로 구성되어 있고 신규 펩의 건설에는 3조 원 이상의 대형 투자가 수반된다.

참고문헌 (18)

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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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