[논문]자동화 컨테이너 터미널에서 이적작업을 위한 장치장 크레인 작업할당

배종욱; 박영만

doi:10.5394/kinpr.2012.36.8.665

자동화 컨테이너 터미널에서 이적작업을 위한 장치장 크레인 작업할당
Yard Crane Dispatching for Remarshalling in an Automated Container Terminal 원문보기

한국항해항만학회지 = Journal of navigation and port research, v.36 no.8, 2012년, pp.665 - 671

배종욱 (전남대학교 물류교통학전공) , 박영만 (해군사관학교 국방경영과학과)

초록
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이적작업은 자동화 컨테이너 터미널에서 하역작업의 생산성을 높이는 운영 전략으로 연구되고 있다. 이는 장치장 블록 내 컨테이너들의 재배치 작업을 의미한다. 이적작업의 크레인 작업할당 문제는 작업가능시간에 대한 제약을 고려하여 이적작업의 효과를 최대화하기 위해 가능한 이적작업 중에서 효율적인 이적작업을 선정하고 이들의 작업순서를 정하는 것이다. 본 연구는 혼합정수계획법을 활용하여 장치장 크레인의 작업할당 문제에 대한 최적화 수리모형을 개발하고 이의 예를 제시하였다. 그러나 수리모형은 계산시간이 많이 소요되어 현장에서 사용되기 어렵다. 따라서 현실 적용을 위해 대표적인 5개의 작업할당 규칙을 비교 평가하였다. 수치실험에서 maximum weight ratio(MR) 규칙이 전반적으로 뛰어난 성능을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

A remarshalling is studied as an important operational strategy in an automated container terminal to enhance the productivity of container handling. This means the rearrangements of the containers scattered at a vertical yard block. The dispatching problem for remarshalling is selecting the remarshalling operation considering the available operation time and deciding the operation sequencing to maximize the effectiveness of remarshalling. This study develops the optimal mathematical model for yard crane dispatching problem with mixed integer program and explains dispatching problem using an example. However it is difficult to apply this model to a field problem because of its computational time. Therefore, we compare the representative 5 dispatching rules for real world adaption. In a numerical experiment, maximum weight ratio(MR) rule shows an overall outstanding performance.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 YC의 작업할당문제를 해결하기 위해 혼합정수계획모형을 개발하였다. 수리모형의 의사결정 변수는 다음과 같다.
따라서 보다 효율적 해법이 제시되어야 한다. 본 연구는 기존에 알려진 여러 작업할당 규칙을 작업할당 YC 문제에 적용시켜 보았다. 그리고 수치실행을 통해 이들의 수행도를 비교하였다.
본 연구는 자동화 컨테이너 터미널에서 작업효율을 증대시키기 위하여 YC의 유휴시간에 이적작업을 할당하는 문제를 다루고 있다. 본 연구는 작업할당문제를 단순화하기 위해 블록에 1대의 YC가 작업하며, YC가 부하 또는 무부하 상태에 상관없이 이동시간과 상차하시간이 동일한 것으로 가정하였고 이동시의 가감속은 고려하지 않았다.
본 절에서는 빠른 시간 안에 좋은 성능의 해법을 찾기 위하여 작업할당 문제에 대표적으로 적용되고 있는 규칙들을 비교 평가하였다. 관련 선행 연구를 보면 컨테이너 터미널과 같은 동적 환경에서는 작업할당 규칙이 오히려 우수한 해를 제공하기도 하였다.
이 연구는 계산시간이 적고 확장이 쉽도록 생산일정계획에 많이 알려진 작업할당 규칙과 일부 응용 규칙을 YC 작업할당 문제에 적용시켜 보았다. SPT, MW, MR, LPT, MET 5가지 규칙에 대해 수치실험을 통해 성능을 비교하였다.
또한 YC의 이동시간 및 작업 시간을 고려하여 작업 효율이 최대화되도록 선택된 이적작업들에 대한 작업순서를 결정하여야 한다. 이 연구는 이러한 한계점을 해결하기 위해 실행 단계의 관점에서 시간 제약을 고려하여 YC의 작업할당 문제를 다루고자 한다.
이 연구는 이적작업을 위한 YC 작업할당 문제를 다루었다. 이 문제는 YC가 수행할 이적작업을 선정하고 이들의 작업순서를 정하는 것이다.
이 연구는 혼합정수계획법을 이용하여 최적 수리모형을 개발하고 이를 이용하여 YC 작업할당에 대한 예제를 제시하였다. 그러나 최적화 모형은 계산시간의 한계로 현실 적용이 어렵다.

가설 설정

강 등(2005)은 재작업 최소화를 고려한 이적작업에 대한 휴리스틱 알고리즘을 제안하였다. 그러나 이들은 적하 컨테이너를 이적할 목적 베이(bay)에 충분한 장치 공간이 항상 존재하고 베이 내에서의 반출 순서가 사전에 정해져 있다고 가정하였고 이적작업에 소요 되는 비용 및 적하작업에서의 ATC 이동비용 등을 고려하지 않았다. 배 등(2008)은 자동화 컨테이너 터미널에서 수출 컨테이너의 시간적 가치를 고려한 이적작업 계획을 다루었다.
본 연구는 자동화 컨테이너 터미널에서 작업효율을 증대시키기 위하여 YC의 유휴시간에 이적작업을 할당하는 문제를 다루고 있다. 본 연구는 작업할당문제를 단순화하기 위해 블록에 1대의 YC가 작업하며, YC가 부하 또는 무부하 상태에 상관없이 이동시간과 상차하시간이 동일한 것으로 가정하였고 이동시의 가감속은 고려하지 않았다.
이 연구는 이적작업계획(배 등, 2006; 배 등, 2008)에서 요청 작업이 결정되었다고 가정하고 이적작업을 위한 YC의 작업할당 문제를 다루었다. 이 문제는 요청된 작업들 중에서 YC가 수행할 대상을 선정하고 이들의 작업순서를 정하는 것이다.
대표적인 자동화 컨테이너 터미널인 네덜란드의 ECT(Europe Combined Terminal)와 독일의 CTA(Container Terminal Alternwerder) 등도 수직형 배치를 채택하고 있다. 이 연구도 자동화 컨테이너 터미널의 이적 작업을 다루기 때문에 연구 대상을 Fig. 1과 같이 수직형 배치 컨테이너 터미널로 가정한다.

제안 방법

5가지 할당규칙의 성능을 분석하기 위해 앞 절과 동일한 크기의 문제에 대하여 수치실험을 실시하였다. Fig.
이 연구는 계산시간이 적고 확장이 쉽도록 생산일정계획에 많이 알려진 작업할당 규칙과 일부 응용 규칙을 YC 작업할당 문제에 적용시켜 보았다. SPT, MW, MR, LPT, MET 5가지 규칙에 대해 수치실험을 통해 성능을 비교하였다. 작업개수가 적은 경우이지만 최적해와 작업할당 규칙들을 비교할 때 목적 함수 값들이 비슷하거나 동일함을 확인할 수 있었다.
혼합정수계획법을 이용하여 작업할당 문제에 대한 최적 모형을 개발하였다. 그리고 수리 모형을 적용하여 YC 작업할당에 따라 이적작업이 수행 되는 과정을 설명하는 예제를 제시하였다. 그러나 수리모형은 이적작업 대상수가 많아지면 최적해를 구하기 위한 계산시간이 급격하게 증가한다.
본 연구는 기존에 알려진 여러 작업할당 규칙을 작업할당 YC 문제에 적용시켜 보았다. 그리고 수치실행을 통해 이들의 수행도를 비교하였다.
수행되는 이적작업은 YC의 작업가능시간에 크게 의존한다. 따라서 작업가능시간을 10 단위시간, 20 단위시간, 30 단위시간, 40 단위시간, 50 단위 시간, 60 단위시간의 6가지 경우에 대해 최적해를 구하여 비교 하였다. 각 경우에 대해 최적해를 구하였을 때의 계산시간, 목적함수 값 그리고 작업순서는 Table 2와 같다.
이적작업 작업순서 결정문제에 대한 최적해 수행시간의 변화를 확인하기위하여 작업 대상수를 증가시키면서 계산시간을 구하였다. Fig.
가 60인 두 가지 경우에 대하여 각각 20개씩 실험 데이터를 생성하였다. 작업의 현재 장치위치와 이적위치는 베이1과 베이20 사이에서 임의로 생성하였으며, 각 작업의 가중치는 1부터 5사이의 값 중에서 임의로 생성하여 실험하였다.
이때 작업가능시간에 대한 제약을 고려하여 이적작업 효과의 최대화가 목적이다. 혼합정수계획법을 이용하여 작업할당 문제에 대한 최적 모형을 개발하였다. 그리고 수리 모형을 적용하여 YC 작업할당에 따라 이적작업이 수행 되는 과정을 설명하는 예제를 제시하였다.

대상 데이터

5가지 할당규칙들의 성능을 비교하기 위하여 요청 이송작업 수가 10개이며 C_max가 30인 경우와, 요청 이적작업 수가 50개이며 C_max가 60인 두 가지 경우에 대하여 각각 20개씩 실험 데이터를 생성하였다. 작업의 현재 장치위치와 이적위치는 베이1과 베이20 사이에서 임의로 생성하였으며, 각 작업의 가중치는 1부터 5사이의 값 중에서 임의로 생성하여 실험하였다.

데이터처리

5가지 작업할당 규칙들간의 성능도 목적함수 값과 최종완료 시간의 측면에서 수치실험을 통해 비교되었다. 요청 이적작업 수와 최대 작업가능시간을 변화시켜 비교 규칙의 수행도를 살펴볼 때 이적작업의 개수가 적을 때는 MR, MW, MET 순으로 우수한 것으로 나타났으며 요청 이적작업 수가 많은 경우에는 MR, SPT, MW순으로 우수한 것으로 나타났다.
그리고 YC는 0번 베이(해측 TP)에 대기 중이고 마지막 이적작업을 수행한 다음에는 다시 0번 베이로 돌아와 대기하게 하였다. 주어진 값을 혼합정수모형에 대입하여 CPU 2.94GHz, 512MB RAM의 퍼스널 컴퓨터에서 LINDO R6.01를 이용하여 최적해를 구하였다. 수행되는 이적작업은 YC의 작업가능시간에 크게 의존한다.

성능/효과

11에서는 LPT 규칙이 주어진 시간을 가장 많이 활용하고 SPT 규칙이 시간을 가장 적게 이용하는 것을 알 수 있다. 또한 요청 이적작업 수가 적은 경우와 많은 경우 모두에서 LPT의 성능이 가장 저조한 것으로 나타났다.
요청 이송작업 수가 10개이며 C_max가 30인 경우의 실험 결과를 살펴보면 Fig. 8과 같이 MR 규칙이 가장 우수하며 그 다음으로 MW, MET 규칙이 우수한 것으로 나타났다. 이는 이적 작업 할당 시에는 작업의 가중치를 고려한 작업할당이 이루어 져야 좋은 작업할당이 될 수 있음을 보여주고 있다.
요청 이적작업 수가 50개이며 C_max가 60인 경우에는 Fig. 10에서 보는 바와 같이 MR 규칙이 가장 우수했으며, 그 다음으로 SPT 규칙과 MW 규칙이 비슷한 성능을 보이는 것으로 나타났다. Fig.
5가지 작업할당 규칙들간의 성능도 목적함수 값과 최종완료 시간의 측면에서 수치실험을 통해 비교되었다. 요청 이적작업 수와 최대 작업가능시간을 변화시켜 비교 규칙의 수행도를 살펴볼 때 이적작업의 개수가 적을 때는 MR, MW, MET 순으로 우수한 것으로 나타났으며 요청 이적작업 수가 많은 경우에는 MR, SPT, MW순으로 우수한 것으로 나타났다. 전체적인 관점에서 이적작업할당 규칙 중에서 MR이 가장 우수한 것으로 조사되었다.
5는 C_max를 10 단위시간으로 설정하고 요청 이적작업 수를 증가시켰을 때 최적해를 구한 계산시간을 나타내고 있다. 요청 이적작업수가 커질수록 계산시간은 기하급수적으로 증가하며 작업수가 10개인 경우에는 최적해를 구하는데 6시간 이상 소요되는 것으로 나타났다. 실 현장에서는 이적작업 대상이 비교적 많으면서 상대적으로 작업가능시간은 적은 경우가 많으므로 빠른 시간 안에 좋은 해를 구하기 위해서는 보다 효율적인 접근이 필요하다.
이들은 동적계획법을 이용하여 정적 문제에 대한 최적 모형을 개발하고 시뮬레이션을 통해 최적 모형과 4개의 일반적 작업할당 규칙의 적용 결과를 비교하였다. 이때 작업할당 규칙의 결과가 평균 대기시간, 평균 이동거리, 장비 활용도 등에서 최적 모형과 유사하거나 오히려 우수한 성능을 보였다. 이 연구는 Kim et al.
SPT, MW, MR, LPT, MET 5가지 규칙에 대해 수치실험을 통해 성능을 비교하였다. 작업개수가 적은 경우이지만 최적해와 작업할당 규칙들을 비교할 때 목적 함수 값들이 비슷하거나 동일함을 확인할 수 있었다. 그러므로 요청 이적작업 수가 적은 문제에 대해서는 검토한 작업할당 규칙이 실제 활용 측면에서 좋은 해법이 될 것이라 판단된다.
요청 이적작업 수와 최대 작업가능시간을 변화시켜 비교 규칙의 수행도를 살펴볼 때 이적작업의 개수가 적을 때는 MR, MW, MET 순으로 우수한 것으로 나타났으며 요청 이적작업 수가 많은 경우에는 MR, SPT, MW순으로 우수한 것으로 나타났다. 전체적인 관점에서 이적작업할당 규칙 중에서 MR이 가장 우수한 것으로 조사되었다.

후속연구

따라서 검토한 할당 규칙이 얼마나 우수한 해법인지에 대해서는 민감도 분석을 포함하여 추가 분석이 필요하다. 그리고 문제의 특성을 보다 효과적으로 반영하는 효율적 규칙의 개발과 분석이 앞으로 수행되어야 할 것이다. 추후 연구에서는 동적 상황이 반영되는 시뮬레이션 실험을 통해 이적작업 할당 규칙에 대한 성능 평가가 필요하다고 생각한다.
YC 작업할당에 대한 최적 모형은 계산시간이 많이 소요되기 때문에 최적 모형과 작업할당 규칙의 성능을 충분히 비교 하지 못한 한계가 있다. 따라서 검토한 할당 규칙이 얼마나 우수한 해법인지에 대해서는 민감도 분석을 포함하여 추가 분석이 필요하다. 그리고 문제의 특성을 보다 효과적으로 반영하는 효율적 규칙의 개발과 분석이 앞으로 수행되어야 할 것이다.
그리고 문제의 특성을 보다 효과적으로 반영하는 효율적 규칙의 개발과 분석이 앞으로 수행되어야 할 것이다. 추후 연구에서는 동적 상황이 반영되는 시뮬레이션 실험을 통해 이적작업 할당 규칙에 대한 성능 평가가 필요하다고 생각한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	대부분의 자동화 컨테이너 터미널이 채택하는 방식은 무엇인가?	따라서 대부분의 자동화 컨테이너 터미널은 수직형 배치 방식을 채택하고 있다. 무인으로 운행되는 내부 이송장비와 외부 반출입 트럭의 이동 흐름을 분리하여 차량 혼잡과 사고를 예방하는 것이 용이하기 때문이다.
	자동화 컨테이너 터미널에서 이적작업이 의미하는 것은 무엇인가?	이적작업은 자동화 컨테이너 터미널에서 하역작업의 생산성을 높이는 운영 전략으로 연구되고 있다. 이는 장치장 블록 내 컨테이너들의 재배치 작업을 의미한다. 이적작업의 크레인 작업할당 문제는 작업가능시간에 대한 제약을 고려하여 이적작업의 효과를 최대화하기 위해 가능한 이적작업 중에서 효율적인 이적작업을 선정하고 이들의 작업순서를 정하는 것이다.
	컨테이너 터미널은 배치형태에 따라 어떻게 구분되는가?	컨테이너 터미널은 장치장 블록의 배치 형태를 기준으로 크게 수평형 배치와 수직형 배치로 구분된다. 국내 대부분의 컨테이너 터미널은 수평형 배치로 분류되고 있다.

참고문헌 (10)

강재호, 오명섭, 류광렬, 김갑환(2005), "컨테이너 터미널 장치장에서 블록 내 이적을 위한 컨테이너 이동순서 계획", 한국항해항만학회지, 29권, 제1호, pp. 83-90.

원문보기 상세보기
박강태(1997), "모델변경의 용이성을 고려한 컨테이너 터미널의 공간할당계획", 부산대학교, 석사학위논문.
배종욱, 박영만, 김갑환(2008), "자동화 컨테이너 터미널에 서 수직형 블록의 이적작업을 위한 할당 및 작업순서", 한국항해항만학회지, 제30권, 6호, pp. 457-464.
배종욱, 박영만, 김갑환(2008), "시간가치를 고려한 자동화 컨테이너 터미널의 수출 컨테이너 이적계획", 한국경영과학회지, 제33권, 2호, pp. 75-86.

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배종욱, 박영만(2011), "수직 배치형 컨테이너 터미널 반입작업에서 수출 컨테이너의 작업순서와 장치위치 통합 의사결정", 한국항해항만학회지, 제35권, 8호, pp. 657-665.

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윤원영, 이주호, 최용석(2003), "시뮬레이션을 이용한 자동화 컨테이너 터미널의 이적규칙에 관한 연구", 한국시뮬레이션학회논문집, 제12권, 3호, pp. 21-29.
Kim, K. H. and Bae, J. W.(1998), "Re-marshalling export containers in port container terminals", Computer & Industrial Engineering, Vol. 35, pp. 655-658.

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Kim, K. H. and Kim, H. B.(1999), "Segregating space allocation models for container inventories in port container terminals", International Journal of Production Economics, Vol. 59, pp. 415-423.

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Kim, K. H. Lee, K. M. and Hwang, H.(2003), "Sequencing delivery and receiving operations for yard cranes in port container terminals", International Journal of Production Economics, Vol. 84, pp. 283-292.

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Kim, K. H., Park, Y. M. and Ryu, K. R.(2000), "Deriving decision rules to location export container in container yards", European Journal of Operational Research, Vol. 124, pp. 89-101.

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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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