컨테이너터미널에서 생산성 향상을 위한 이송장비 풀링시스템 적용방안에 관한 연구 A Study on the Application of Transfer Equipment Pooling Systems for Enhancing Productivity at Container Terminals원문보기
컨테이너터미널의 증가로 터미널 물량이 분산되어 기존 물동량 보존과 새로운 물동량 유치 경쟁이 치열해지고 있으며 이에 터미널 물동량 처리 능력과 유치에 다양한 방법을 모색하고 있다. 컨테이너터미널은 물동량처리 능력을 향상시키기 위해서 최신 장비 확충과 최신 터미널 시스템 개발을 통해 터미널의 생산성 향상과 효율성 극대화에 노력을 기울이고 있다. 컨테이너터미널의 생산성 향상에 영향을 줄 수 있는 요인은 다양하게 존재 한다. 그중 야드 이송장비의 경우, 특정 선석크레인(GC, Gantry Crane)에 야드 트랙터(YT, Yard Tractor)가 고정 할당되는 방식에서 다수 선석크레인(GC, Gantry Crane)에 야드 트랙터(YT, Yard Tractor)가 적절하게 분산 할당 방식으로 처리하는 Pooling System으로 전환하게 되면 터미널 생산성과 YT의 가용성을 높일 수 있다. 컨테이너터미널에서 생산성 지표가 되는 KPI는 GC 생산성이고 GC 생산성은 물리적인 GC 작업 속도를 넘어설 수 없기에 Pooling System 적용하여 생산성을 높이는데 의미와 효과는 크다. 본 논문에서는 컨테이너터미널에서 생산성 향상을 위해 이송장비 운영을 더 효율적으로 할 수 있도록 Pooling System 알고리즘을 제시하고 실제로 컨테이너터미널에 적용하여 Non Pooling System과 Pooling System 생산성을 비교하였다. 이송장비 풀링시스템을 도입하여 타 터미널에 비해 생산성을 향상함으로써 터미널 비즈니스에 있어 지속적인 서비스 질과 수익성 향상을 위한 필수불가결한 요소가 될 수가 있다.
컨테이너터미널의 증가로 터미널 물량이 분산되어 기존 물동량 보존과 새로운 물동량 유치 경쟁이 치열해지고 있으며 이에 터미널 물동량 처리 능력과 유치에 다양한 방법을 모색하고 있다. 컨테이너터미널은 물동량처리 능력을 향상시키기 위해서 최신 장비 확충과 최신 터미널 시스템 개발을 통해 터미널의 생산성 향상과 효율성 극대화에 노력을 기울이고 있다. 컨테이너터미널의 생산성 향상에 영향을 줄 수 있는 요인은 다양하게 존재 한다. 그중 야드 이송장비의 경우, 특정 선석크레인(GC, Gantry Crane)에 야드 트랙터(YT, Yard Tractor)가 고정 할당되는 방식에서 다수 선석크레인(GC, Gantry Crane)에 야드 트랙터(YT, Yard Tractor)가 적절하게 분산 할당 방식으로 처리하는 Pooling System으로 전환하게 되면 터미널 생산성과 YT의 가용성을 높일 수 있다. 컨테이너터미널에서 생산성 지표가 되는 KPI는 GC 생산성이고 GC 생산성은 물리적인 GC 작업 속도를 넘어설 수 없기에 Pooling System 적용하여 생산성을 높이는데 의미와 효과는 크다. 본 논문에서는 컨테이너터미널에서 생산성 향상을 위해 이송장비 운영을 더 효율적으로 할 수 있도록 Pooling System 알고리즘을 제시하고 실제로 컨테이너터미널에 적용하여 Non Pooling System과 Pooling System 생산성을 비교하였다. 이송장비 풀링시스템을 도입하여 타 터미널에 비해 생산성을 향상함으로써 터미널 비즈니스에 있어 지속적인 서비스 질과 수익성 향상을 위한 필수불가결한 요소가 될 수가 있다.
Due to the increase of container terminals, as the volume of terminals become distributed, the competition of preserving existing volume and inviting new volume are becoming fierce, and various ways for processing terminal volume and inviting volume are being sought. Container terminal efforts to ma...
Due to the increase of container terminals, as the volume of terminals become distributed, the competition of preserving existing volume and inviting new volume are becoming fierce, and various ways for processing terminal volume and inviting volume are being sought. Container terminal efforts to maximize efficiency in order to improve the volume handling capability and productivity by both expansion of the latest equipment and development of the latest terminal system. There are a variety of factors that influence the improvement of productivity at container terminals. Among them, in the case of yard transfer equipment, if it were to convert from the method of a Yard Tractor(YT) being fixed allocated to a certain Gantry Cranes(GC) to a Pooling System that processes in a method that properly distributes and allocates a Yard Tractor(YT) to multiple Gantry Cranes(GC), the terminal productivity and the fusibility of YT may be increased. The KPI which is an indicator for the productivity at container terminals is GC productivity and since GC productivity cannot exceed the speed of physical GC operations, a Pooling System is applied to increase productivity which its meaning and effect is massive. Here in the Report, we produce the Pooling Algorithm system to improve the efficiency of the transported equipments in container terminal which is actually applying for this method and have compared Non pooling system with Pooling system in the fields. By introducing a transfer equipment pooling system and enhancing the productivity compared to other terminals, it may become an essential factor for increasing the continuous service quality and profitability in terms of terminal business.
Due to the increase of container terminals, as the volume of terminals become distributed, the competition of preserving existing volume and inviting new volume are becoming fierce, and various ways for processing terminal volume and inviting volume are being sought. Container terminal efforts to maximize efficiency in order to improve the volume handling capability and productivity by both expansion of the latest equipment and development of the latest terminal system. There are a variety of factors that influence the improvement of productivity at container terminals. Among them, in the case of yard transfer equipment, if it were to convert from the method of a Yard Tractor(YT) being fixed allocated to a certain Gantry Cranes(GC) to a Pooling System that processes in a method that properly distributes and allocates a Yard Tractor(YT) to multiple Gantry Cranes(GC), the terminal productivity and the fusibility of YT may be increased. The KPI which is an indicator for the productivity at container terminals is GC productivity and since GC productivity cannot exceed the speed of physical GC operations, a Pooling System is applied to increase productivity which its meaning and effect is massive. Here in the Report, we produce the Pooling Algorithm system to improve the efficiency of the transported equipments in container terminal which is actually applying for this method and have compared Non pooling system with Pooling system in the fields. By introducing a transfer equipment pooling system and enhancing the productivity compared to other terminals, it may become an essential factor for increasing the continuous service quality and profitability in terms of terminal business.
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문제 정의
YT 풀링 운영을 더 효율적으로 할 수 있도록 YT 풀링이 담당할 작업 범위 결정에 미치는 요인의 도출과 상황에 따른 YT의 작업할당 모형에 대해서 제시하였다. 실무에서 일하고 있는 전문가들을 대상으로 인터뷰하여도출한 YT 작업할당 모형제시의 실험한계가 있다 (Shin, J.
YT, TC, GC 장비 기사의 능력에 따라 생산성 지표가 다르겠지만 본 연구에서는 장비 기사들의 능력은 배제하고 생산성 지표를 표출하였고 YT 이동거리의 최적화로 연료 소비를 절약할 수 있는 YT 거리 계산 알고리즘 방안을 제시하였다.
본 논문에서는 실제 컨테이너 터미널에서 해당 연구에 대한 Non Pooling System과 Pooling System의 알고리즘을 제시하고 적용하여 생산성 지표를 제시하고자 한다.
컨테이너 터미널의 YT 제어는 Control Center에서 YT 운영제어 담당자가 이송장비에 대한 수작업 지시 및 전산시스템을 이용하여 YT 작업계획하고 운영한다. 본 논문에서는 이를 근거로 본선 하역 생산성을 분석하였다.
작업이 생성되는 시점에 해당 작업을 어느 장비가 할 것인지를 결정해주어야 하고 상황의 변화에 따라 적절하게 작업 재배정이나 재배분을 시행해주어야 한다. 본 논문은 System Select 방식을 적용한 Pooling System Algorithm 제어로 직을 제시 하였다.
본 연구에서 광양항은 Non Pooling System 운영방식, 부산신항과 인천항은 Pooling System 운영 방식의 알고리즘을 제시하고 각각의 컨테이너 터미널의 생산성 향상을 위한 이송장비 풀링시스템 적용 방안을 제시한다.
본 연구에서는 컨테이너 터미널의 핵심 장비인 이송장비의 효율적인 운영을 위해서 최적의 Pooling System의 YT 할당 Algorithm을 이용하게 되면 컨테이너 터미널의 GC 생산성 및 이송장비의 효율성을 좀 더 높일 수 있다는 걸 알 수가 있다.
본 연구는 현재 부산신항, 광양항, 인천항에 위치하고 있는 컨테이너 터미널에 풀링시스템을 실제 개발, 적용, 운영하는 곳으로 연구 대상지를 선정하였다. 수동 컨테이너 터미널의 Non Pooling System과 자동컨테이너 터미널에서 Pooling System의 YT 할당 Algorithm을 제시하고 실제로 적용하여 컨테이너 터미널 생산성 향상의 차이를 비교 분석하는 것을 목적으로 한다.
제안 방법
Non Pooling System Algorithm을 이용하여 YT 운행규칙을 아래 Fig. 1과 같이 운영 모형을 구성하였다.
Start에서 End로 선택된 위치로 YT와 야드장비 TC의 이동시간을 최소화시키는 최적의 지점을 찾기 위해 Fig. 4는 YT와 야드장비TC의 Node를 정의한 운영 모형을 구성하였다.가장 짧은 경로를 찾는 방법은 Start점과 Finish점 사이의 Node에서 가장 짧은 경로법칙으로 X, Y 좌표에서 가장 짧은 경로네트워크를 이용한다.
기존의 중앙집중식 인조별 방식의 운영시스템에 비해 분산처리된 야드트랙터를 효율적으로 갠트리 크레인에 분배함으로써 장치장의 운영시스템 개선 방안을 제시하였다 (Park, D. J. et al, 2007). 시뮬레이션 연구를 통하여 스트레들 케리어 (straddle carrier)와 자동화된 스택킹 크레인(Automated stacking crane)의 성능을 비교 분석하였다 (Vis, 2006).
반복적 재 계획 방안을 이용하여 ASC 작업 스케쥴링 문제 해결 방안과 반복적 재계획을 실시간 변화하는 터미널의 상황에 대처하기 위하여 일정 시간을 주기로 계획을 탐색하는 알고리즘을 제시하였다 (Park, T. and Choe, R, 2010).
본 연구는 현재 컨테이너 터미널의 상황에 따른 적절한 작업할당 모형을 제시하였고 제시한 YT 풀링시스템 알고리즘의 효과를 알아보고 실제로 운영되고 있는 컨테이너 터미널에 Non Pooling System 운영 방식, Pooling System 운영 방식의 알고리즘 모형을 적용하여 본선 물량, 모선척수 및 야드장치율, 이송장비의 최대, 최소, 평균 투입 대수를 설정하여 터미널 생산성 척도를 비교하였다.
야드 트랙터(Yard Tractor)는 안벽과 야드 간의 작업을 연결해주는 장비로 타이송 장비 대비 저렴한 가격, 뛰어난 유동성, 검증된 신뢰성 등으로 대부분의 국내 ㆍ 외 컨테이너 터미널에서 쓰이고 있는 보편화된 이송장비이며 20피트 컨테이너 2개 또는 40피트 컨테이너 1개를 적재할 수 있는 용량을 가지는 운반차량을 말한다. 본 연구에서 터미널에서 보편적으로 사용되는 야드트렉터를 이용한 이송장비 풀링시스템을 적용하여 알고리즘을 제시하고 생산성을 분석하였다.
선적 작업을 위해 YT가 컨테이너를 적재하여 GC 1호기로 이동하여 선적한다. GC 1호기에서 양하 작업을 배정받아 해당 YT에 컨테이너를 적재하여 컨테이너 Stacking장소 야드블록으로 이동한다.
선적 작업을 위해 YT에 컨테이너를 적재하여 GC로 이동선적한다. 다음 선적 작업을 위해 공차상태로 컨테이너를 적재지 야드블록으로 이동시킨다.
et al, 2007). 시뮬레이션 연구를 통하여 스트레들 케리어 (straddle carrier)와 자동화된 스택킹 크레인(Automated stacking crane)의 성능을 비교 분석하였다 (Vis, 2006).
본 논문에서 평가 구성은 실제 컨테이너 터미널에서 이송장비 운영의 경우 부산신항은 완전 Pooling System 알고리즘, 인천은 부분적인 Pooling System 알고리즘, 광양은 Non Pooling System으로 운영하는 터미널로 구성하였다. 이송장비에 Non Pooling System과 Pooling System 알고리즘을 적용하여 주 단위로 3개월 동안 이송장비의 이동경로 및 작업 현황을 모니터링하고 결과 값을 분석 하였다.
이송장비 흐름 링크에서 최단거리 경로를 선택하고 순서를 탐색하여 단방향 네트웤 흐름 경로의 설계모듈을 제시하였다(Ko and Egbelue, 2003).이 송장비의 작업생산성을 평가할 수 있는 시뮬레이션 모델을 개발하고 이송장비 생산성에 대한 분석 평가 방법을 제시하였다 (Yang, C. H, Choi, Y. S, and Ha, T. Y, 2004).
G, 2013). 자동화 수평장치장을 대상으로 ATC 작업할당 휴리스틱과 YT 배정휴리스틱을 조합하여 시뮬레이션으로 평가제시하고, 더불어 효율적인 장치 전략과 YT 풀링 범위를 알아보고자 모형을 제시하였다 (An, E. Y. et al., 2006).
Y, 2005). 자동화 터미널의 적합한 운영시스템 설계 방안 및 자동화장비에서 운영시스템 기본 모델을 설계하여 최적화 운영시스템 모델을 제시하였다 (Hong, D. H., 2002).
컨테이너 크레인 당이 송 장비 수는 대안 분석에 의해서 추정되며 컨테이너 크레인 당이 송장비 수를 결정하기 위해서 선석과 야드간의 거리와 이송장비의 속도와 같은 평가 척도를 시뮬레이션으로 제시하였다 (Choi, Y. S., Kim, U. S. and Ha, T. Y, 2004).
컨테이너의 적재 시 위치 측정 오차가 크게 발생하여 이를 해결하기 위해 적합한 하드웨어를 설계, 구현하고 문제를 해결하기 위해서다 단계 위치 측정기법을 적용하여 위치정보의 정확도를 향상시키는 차량의 위치를 측정 가능한 무선통신 기반 실시간 위치 측정 시스템을 제시하였다 (Son, S. H., Cho, H. T. and Beak, Y. J, 2012).
J, 1988). 컨테이너 터미널에서 컨테이너 취급과 장치장 장치 전략을 기술하고 장치장의 장치 공간과 취급회수에 따른 성능 개선 모형을 제시하였다 (Taleb-Ibrahimi, M., Castilho, B. D. and Daganzo, C. F, 1993).
컨테이너 터미널의 작업 능력은 터미널 설계상의 작업 능력이 아닌 실질적인 컨테이너 작업 처리 능력을 말하는 것으로 모선이 입항하여 출항할 때까지 컨테이너를 처리하는 작업물량, 작업시간을 총선 석 생산성(GBP, Gross Berth Productivity), 총생산성(GP, Gross Productivity), 순생산성(NP, Net Productivity)으로 구분하여 생산성을 평가하였다.
트랜스퍼크레인의 야드 작업과 컨테이너 크레인의 본선 작업에서도 동일한 방식으로 정확히 야드트랙터를 인식할 수 있는 적외선 통신 시스템을 개발하여 제시하였다 (Hong, D. H. and Kim, C. G, 2013). 자동화 수평장치장을 대상으로 ATC 작업할당 휴리스틱과 YT 배정휴리스틱을 조합하여 시뮬레이션으로 평가제시하고, 더불어 효율적인 장치 전략과 YT 풀링 범위를 알아보고자 모형을 제시하였다 (An, E.
현재 컨테이너 터미널에서 실제 운영되고 있는 이송장비 최대, 최소, 평균 투입 대수, 터미널별 본 선 물량, 모선 접안 척수 및 야드장치율에 대한 자료를 입력값으로 이용하였다. 아래 Table 3, 4, 5는 각각 YT 투입 대수, 단위 Van, 모선척수 및 장치율(%)을 나타낸다.
혼합정수 계획법을 활용하여 장치장 크레인의 작업할당 문제에 대한 최적화 수리 모형을 개발하고 이의 예를 제시하였다. 그러나 수리 모형은 계산시간이 많이 소요되어 현장에서 사용되기 어렵다 (Jong, W.
대상 데이터
각 작업단위(GC)별 YT 최대, 최소 투입 대수를 설정하여 최적의 YT 할당대수를 유지한다. YT의 대기수를 균등하게 유지하기 위해 GC의 대기시간이 가장 짧은 최단 기간에 GC로 도착 가능한 YT를 선정하며 작업모델은 Fig. 3와 같다.
본 논문에서 평가 구성은 실제 컨테이너 터미널에서 이송장비 운영의 경우 부산신항은 완전 Pooling System 알고리즘, 인천은 부분적인 Pooling System 알고리즘, 광양은 Non Pooling System으로 운영하는 터미널로 구성하였다. 이송장비에 Non Pooling System과 Pooling System 알고리즘을 적용하여 주 단위로 3개월 동안 이송장비의 이동경로 및 작업 현황을 모니터링하고 결과 값을 분석 하였다.
본 연구는 현재 부산신항, 광양항, 인천항에 위치하고 있는 컨테이너 터미널에 풀링시스템을 실제 개발, 적용, 운영하는 곳으로 연구 대상지를 선정하였다. 수동 컨테이너 터미널의 Non Pooling System과 자동컨테이너 터미널에서 Pooling System의 YT 할당 Algorithm을 제시하고 실제로 적용하여 컨테이너 터미널 생산성 향상의 차이를 비교 분석하는 것을 목적으로 한다.
컨테이너 터미널에서 본선 작업 상황은 갱당 투입되는 본선 작업장비, 야드장비, 이송장비 등의 투입 대수가 서로 다르게 운영이 된다. 본 연구의 실험 분석은 실제 운영되고 있는 터미널을 대상으로 한다.
연구 대상 시설 현황은 Table 1에서 살펴보면 다음과 같다. 본 연구의 연구 대상인 부산신항, 광양항, 인천항의 컨테이너터미널은 국내 항만산업에서 컨테이너 물동량이 지속적인 성장을 보이고 있는 국내 대표적인 컨테이너 터미널이다.
적용 대상 시설 현황은 Table 1과 같이 부산신항, 광양항, 인천항으로 구성한다. 시나리오는 국내 항만산업에서 컨테이너 물동량이 지속적인 성장을 보이고 있는 국내 대표적인 컨테이너 터미널로 Table 3과 같이 실제 작업 상황에 따라 이송장비를 최대 및 최소로 투입하여 평균 투입 대수를 산출하였고, Table 4는 본선 작업의 모선 단위 양ㆍ적 하작업 물량이며, Table 5는 모선 접안 척수와 장치장의 컨테이너 장치율 표시한 자료이다.
성능/효과
결론적으로 컨테이너 터미널에서 최적의 Pooling System의 YT 할당 Algorithm을 적용하게 되면 생산성 지표가 되는 GBP, GP, NP 향상에 영향을 미치는 것을 알 수가 있고, Non Pooling System과 Pooling System을 비교 분석한 결과 Pooling System을 도입할 때 YT를 효율적으로 계획 운영하게 되므로 터미널 생산성 지표가 높게 됨을 볼 수가 있다.
기대효과는 컨테이너 터미널 운영의 생산성 향상에 따른 효율성 제고, 경쟁력 있는 허브 항만 지향, Pooling System을 통한 본선 작업 측면에서는 적정 장비 투입을 통한 YT 대기 시간 최소화, 각기 다른 GC간에 YT 작업 공유, GC의 실시간으로 Performance를 반영하여 YT배정, 효율적인 GC운영 방안을 제시하여 지원 가능 방안을 제시할 수 있다.
즉, Productivity 측면에서 YT의 작업회전율 향상으로 컨테이너 터미널 생산성 향상 및 효율성을 높일 수가 있고, Cost 측면에서는 YT 사용 대수 절감으로 인건비, 유류비, 직간접비 등을 통해서 터미널 비용 절감 효과를 가져올 수 있으며 YT 공차 운행 감소로 비생산적인 요소를 감소하여 컨테이너 터미널 운영 효율성 제고를 높일 수 있을 것이다.
후속연구
본 연구의 한계는 실제 현장에서 이송장비 주행 속도를 제어할 수 있는 부분이 없기 때문에 이송장비의 주행 속도별 GC 생산성의 차이를 분석하는 데 미흡했다.
추후 연구 대상으로는 차량 샤시의 정확한 위치를 맞추고 차량이 정차할 수 있도록 유도하는 시스템, 크레인 스프레더의 위치와 컨테이너의 위치를 일치시켜 안전한 작업을 수행하는 CPS(Chassis Position System)의 System Interface를 제어하면 위치정보 파악이 쉽고, 효과적 관리로 장비 이동경로 파악이 가능하고 이를 통해 효율성 및 생산성 증대에 큰 효과를 줄 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
안벽은 어떤 작업을 수행하나?
안벽은 선박이 접안하는 곳으로 안벽 크레인(GC, Gantry Crane)이 수입 컨테이너를 선박에서 내리는 양하 작업을 수행하고 수출 컨테이너를 선박으로 싣는 적하 작업을 수행한다. 장비는 장치장에서 컨테이너 상ㆍ하차를 담당하는 야드장비와 안벽에서 컨테이너 양ㆍ적하를 담당하는 하역장비로 구분하고, 장치장에서 안벽 또는 안벽에서 장치장까지 컨테이너이송을 담당하는 야드 트럭과 무인운반차가 있다.
안벽이란?
안벽은 선박이 접안하는 곳으로 안벽 크레인(GC, Gantry Crane)이 수입 컨테이너를 선박에서 내리는 양하 작업을 수행하고 수출 컨테이너를 선박으로 싣는 적하 작업을 수행한다. 장비는 장치장에서 컨테이너 상ㆍ하차를 담당하는 야드장비와 안벽에서 컨테이너 양ㆍ적하를 담당하는 하역장비로 구분하고, 장치장에서 안벽 또는 안벽에서 장치장까지 컨테이너이송을 담당하는 야드 트럭과 무인운반차가 있다.
안벽에서 이용 되는 장비에는 무엇이 있나?
안벽은 선박이 접안하는 곳으로 안벽 크레인(GC, Gantry Crane)이 수입 컨테이너를 선박에서 내리는 양하 작업을 수행하고 수출 컨테이너를 선박으로 싣는 적하 작업을 수행한다. 장비는 장치장에서 컨테이너 상ㆍ하차를 담당하는 야드장비와 안벽에서 컨테이너 양ㆍ적하를 담당하는 하역장비로 구분하고, 장치장에서 안벽 또는 안벽에서 장치장까지 컨테이너이송을 담당하는 야드 트럭과 무인운반차가 있다.
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