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문제 정의
- 3장에서 제안된 수리모형을 이행하기 위해 본 연구에서는 기존연구에서 고려된 HGA의 성능을 개선한 pro-HGA를 제안한다. pro-HGA는 Kanagaraj et al.
- 따라서 본 연구에서는 기존의 연구들에서 고려된 폐쇄루프 공급망 모델의 일부를 수정하여 새로운 형태의 폐쇄루프 공급망 모델을 제시하며, 이를 이행하기 위해 새로운 혼합형 유전알고리즘(Proposed Hybrid Genetic Algorithm: proHGA) 접근법을 제시한다.
- 본 연구에서는 기존의 연구들에서 사용된 폐쇄루프 공급망 모델을 일부 변경하여 개선된 폐쇄루프 공급망 모델을 제안하였다. 제안된 폐쇄루프 공급망 모델은 다음과 같은 특징이 있다.
가설 설정
- Table 3, 4는 이러한 조건하에서 각 접근법들의 실행결과를 보여주고 있다. 또한 본 연구에서는 순방향물류와 역물류에서 동일 제품을 1,500개 생산하고 처리하는 것을 가정하고 있다.
제안 방법
- 40GHZ(Inter Core i7-3770), RAM: 8GB)에서 Matlab R2015을 사용하여 프로그램 되고 실행되 었으며, LINGO는 동일한 환경에서 3장에서 제시한 수리모형을 바로 적용하여 해를 구하였다. GA, HGA, pro-HGA에서 사용되는 모수로는 집단의 크기: 50, 교차변이율: 0.5, 돌연변이율: 0.2, Pa: 50%, 총세대수: 1,000 (Scale 1), 5,000 (Scale 2), 10,000 (Scale 3, 4, 5), 총반복수 30회를 적용하였다. Table 3, 4는 이러한 조건하에서 각 접근법들의 실행결과를 보여주고 있다.
- 각 접근법들의 수행도 비교를 위해 다양한 규모의 폐쇄루프 공급망 모델을 수치예제에서 제시 하였고 이를 비교분석 하였다. 비교분석결과는 본 연구에서 제안한 pro-HGA가 가장 우수한 수행도를 보여주는 것을 알 수 있었다.
- 또한 최적화 프로그램인 Lingo[12]를 이용하여 GA, HGA, pro-HGA의 수행도를 함께 비교한다. 각 접근법들의 수행도 비교를 위해 Table 2와 같은 척도를 사용한다.
- 먼저 본 연구에서 제시하고자 하는 폐쇄루프 공급망 모델은 기존 연구들에서 사용된 폐쇄루프 공급망의 특성을 그대로 가진다. 즉 순방향물류와 역물류를 결합하며, 사용 후 제품을 수거하여 다양한 처리과정을 거쳐 재사용, 재활용, 폐기의 단계를 거친다.
- 본 연구에서 제안하는 폐쇄루프 공급망 모델은 다음과 같은 물류 흐름을 가지고 있다. 먼저 순방향물류에서는 부품공급업체(Part Supplier)의 부품(Part) 공급을 시작으로 하여 모듈제조업체(Module Manufacturer), 제품제조업체(Product Manufacturer), 물류센터(Distribution Center)를 거쳐 최종적으로 소매점(Retailer)에 도달되는 구조를 가지며, 역물류에서는 고객(Customer)으로 부터 회수되는 사용 후 제품을 수집센터(Collection Center)에서 수집하고 이를 재사용 가능한 제품(Recoverable Product), 재사용 가능한 모듈(Recoverable Module), 재사용 불가능한 모듈(Unrecoverable Module)로 구분하였고, 재사용 가능한 모듈은 순방향물류의 모듈제조업체로 보내고, 재사용 가능한 제품은 회복센터(Recovery Center)를 거쳐 중고시장에서 재판매 되도록 하였다. 재사용 불가능한 모듈은 폐기센터로 보내 폐기처리 되도록 하였다.
- 본 장에서는 2장에서 제안된 폐쇄루프 공급망 모델을 수리적으로 표현하기 위한 수리모형을 설계한다. 먼저 제안된 폐쇄루프 공급망 모델의 이행을 위한 가정은 다음과 같다.
- 수치예제에서는 Table 1에서 보여지는 것과 같은 다양한 크기의 폐쇄루프 공급망 모델을 사용하여 4장에서 제안된 pro-HGA의 수행도를 평가한다. 다양한 평가를 위해 제안된 pro-HGA 뿐만 아니라 기존의 GA, HGA를 함께 사용한다.
- 이상과 같은 가정에 고려하여 폐쇄루프 공급망 모델을 설계한다.
- Amin and Zhang [1]은 역물류 단계에서 사용 후 제품을 수거한 후 이를 분류하여 재사용 가능 부품과 수리후 재사용 가능 부품으로 구분 하였다. 재사용 가능 부품은 순방향물류로 보내 고객에게 재판매되도록 하였으며, 수리후 재사용 가능 부품은 회복센터(Recovery Center)로 보내 회복 단계를 거치도록 하는 폐쇄루프 공급망 모델을 제안하였다. Chen et al.
- Wang and Hsu [6]의 경우에는 역물류 단계에서 고객으로부터 회수되는 사용 후 제품에 대해 그 품질 특성을 파악한 후 재사용 가능 자재(Reusable Material)와 재사용 불가능 자재(Unusable Material)로 구분하였다. 재사용 가능 자재는 순방향물류의 제조단계로 보내서 재사용 되도록 하였으며, 재사용 불가능 자재는 폐기처리 되도록 하는 폐쇄루프 공급망 모델을 제안하였다. Amin and Zhang [1]은 역물류 단계에서 사용 후 제품을 수거한 후 이를 분류하여 재사용 가능 부품과 수리후 재사용 가능 부품으로 구분 하였다.
- 즉 수거된 사용 후 제품은 그 특성에 따라 재사용 가능 제품, 재활용 가능 제품, 재사용 불가능 제품으로 구분하였다. 재사용 가능 제품은 별 다른 처리과정을 거치지 않고 바로 중고시장(Secondary Market)에서 판매되도록 하였고, 재활용 가능제품은 재제조센터 (Remanufacturing Center)로 보내 재활용 되도록 하였으며, 재사용 불가능 제품은 폐기센터(Waste Disposal Center) 보내 폐기처리 되도록 하였다.
- [3]의 연구는 Wang and Hsu [6]의 연구와 비슷하게 역물류에서 수거되는 사용 후 제품을 그 품질 특성에 따라 재사용 가능 제품과 재사용 불가능 제품으로 구분하였다. 재사용 가능 제품은 순방향물류 단계로 보내 재사용되도록 하였고, 재사용 불가능 제품은 폐기처리 되도록 하는 폐쇄루프 공급망 모델을 제안하였다. Chen et al.
- 둘째, 역물류 단계에서 사용 후 제품은 검사 및 분해 후 재사용 가능한 제품, 재사용 가능한 모듈, 재사용 불가능한 모듈로 구분한다. 재사용 가능한 제품은 회복센터를 거쳐 최종적으로 중고 시장을 통해 재판매되며, 재사용 가능한 모듈은 순방향물류 단계의 모듈제조업체로 보내고, 재사용 불가능한 모듈은 폐기처리센터로 보내 폐기되도록 하였다. 이와 같이 사용 후 제품의 다양한 처리과정은 기존연구들 보다 한층 더 심도있게 분석한 것이다.
- 먼저 순방향물류에서는 부품공급업체(Part Supplier)의 부품(Part) 공급을 시작으로 하여 모듈제조업체(Module Manufacturer), 제품제조업체(Product Manufacturer), 물류센터(Distribution Center)를 거쳐 최종적으로 소매점(Retailer)에 도달되는 구조를 가지며, 역물류에서는 고객(Customer)으로 부터 회수되는 사용 후 제품을 수집센터(Collection Center)에서 수집하고 이를 재사용 가능한 제품(Recoverable Product), 재사용 가능한 모듈(Recoverable Module), 재사용 불가능한 모듈(Unrecoverable Module)로 구분하였고, 재사용 가능한 모듈은 순방향물류의 모듈제조업체로 보내고, 재사용 가능한 제품은 회복센터(Recovery Center)를 거쳐 중고시장에서 재판매 되도록 하였다. 재사용 불가능한 모듈은 폐기센터로 보내 폐기처리 되도록 하였다. Figure 1은 본 연구에서 제안한 폐쇄루프 공급망 모델의 개략적 구조를 보여주고 있다.
- 재사용 불가능한 모듈은 회수된 제품의 α3%를 가지며, 폐기처리센터로 보내 폐기 처리 되도록 하였다.
- 또한 이러한 모듈 개념은 역물류 단계에서 사용 후 제품을 처리하는데도 다양한 처리과정의 장점을 제공해 준다. 즉 본 연구에서 제시하는 폐쇄루프 공급망 모델은 역물류단계에서 재사용 가능한 제품, 재활용 가능한 모듈, 재사용 불가능 모듈로 구분하여 처리하고 있다.
- [8]의 연구에서는 이를 세 가지 종류의 처리과정을 거치고 있다. 즉 수거된 사용 후 제품은 그 특성에 따라 재사용 가능 제품, 재활용 가능 제품, 재사용 불가능 제품으로 구분하였다. 재사용 가능 제품은 별 다른 처리과정을 거치지 않고 바로 중고시장(Secondary Market)에서 판매되도록 하였고, 재활용 가능제품은 재제조센터 (Remanufacturing Center)로 보내 재활용 되도록 하였으며, 재사용 불가능 제품은 폐기센터(Waste Disposal Center) 보내 폐기처리 되도록 하였다.
- 하지만 본 연구에서 제안하는 pro-HGA는 이러한 비교과정에서 단지 하나의 개체만을 비교대상으로 이용하는 것이 아니라 기존 집단의 모든 개체를 비교대상으로 하여 해의 추가적인 개선을 시도하는 방법을 적용한다. 본 연구에서 제안된 pro-HGA의 이행과정은 다음과 같다.
대상 데이터
- 본 연구는 2016년 6월 서울대학교에서 개최된 한국산업정보학회 춘계학술대회에서 발표된 논문(저자: 추룬수크 아누다리, 진성, 윤영수, 논문명: 폐쇄루프 공급망 모델을 이용한 다양한 접근법의 수행도 비교)의 수정 및 확장판이다.
이론/모형
- 3장에서는 2장에서 제시한 폐쇄루프 공급망 모델을 구체적으로 설계 하기 위해 수리모형을 제시한다. 수리모형은 본 연구에서 제시한 pro-HGA 접근법을 통해 이행 된다. 이러한 과정은 4장에서 제시한다.
- 이러한 개선된 폐쇄루프 공급망 모델은 수리모형을 통해 모형화 되었으며, 이의 해를 구하기 위해 기존 접근법인 GA, HGA와 본 연구에서 제안한 pro-HGA를 적용하였다. pro-HGA는 기존의 HGA의 수행과정을 일부 개선한 것으로 GA수렴 이후 생성된 새로운 개체들 모두에 대해 다시 한번 해의 개선을 시도하는 방법을 적용한 것이다.
성능/효과
- 하지만 Average Solution에서는 pro-HGA가 HGA보다 약간 더 우수하며, GA보다는 HGA가 약간 더 우수하다. Average Iteration에서는 GA와 pro-HGA가 거의 비슷한 결과를 나타내고 있으며, 이러한 결과는 HGA보다는 더 우수한 것을 알 수 있다. Average Time에서는 GA, HGA의 탐색속도가 pro-HGA의 탐색속도 보다 더 빠른 것을 알 수 있다.
- Average Solution에서는 pro-HGA가 가장 우수하며, GA가 HGA보다는 약간 더 우수한 결과를 보여주고 있다. Average Time에서는 GA와 HGA가 거의 비슷한 결과를 보여주고 있으며, pro-HGA가 가장 열등한 결과를 보여주고 있는 것을 알 수 있다.
- 셋째, 부품공급업체, 모듈제조업체, 제품제조업체, 물류센터, 수집센터, 회복센터는 각 단계에서 오직 한 개만 개설되어야 한다. 넷째, 고객이 사용한 사용 후 제품은 100% 수거 된다. 다섯째, 순방향물류 및 역물류 각 단계별로 고려되는 모든 설비들의 처리용량은 이전 단계의 설비에서 보내어지는 모든 제품 (혹은 모듈)을 처리할 수 있는 용량을 가지고 있다.
- 넷째, 고객이 사용한 사용 후 제품은 100% 수거 된다. 다섯째, 순방향물류 및 역물류 각 단계별로 고려되는 모든 설비들의 처리용량은 이전 단계의 설비에서 보내어지는 모든 제품 (혹은 모듈)을 처리할 수 있는 용량을 가지고 있다.
- 둘째, 비록 HGA가 GA와 CS를 결합한 혼합형 탐색법이지만 다양한 Scale의 비교결과에서 살펴보면, HGA가 GA보다 항상 우수한 결과를 보여 주고 있지 못하였다. 이것은 HGA에서 사용된 CS 탐색법이 탐색공간에서 GA보다 효과적으로 우수해를 찾지 못한 것으로 분석된다.
- 둘째, 역물류 단계에서 사용 후 제품은 검사 및 분해 후 재사용 가능한 제품, 재사용 가능한 모듈, 재사용 불가능한 모듈로 구분한다. 재사용 가능한 제품은 회복센터를 거쳐 최종적으로 중고 시장을 통해 재판매되며, 재사용 가능한 모듈은 순방향물류 단계의 모듈제조업체로 보내고, 재사용 불가능한 모듈은 폐기처리센터로 보내 폐기되도록 하였다.
- 즉 Best Solution, Average Solution에서 pro-HGA가 가장 우수하며, Average Time에서는 pro-HGA가 가장 열등한 결과를 보여주고 있다. 또한 GA와 HGA의 비교에서는 GA가 HGA보다 Best Solution, Average Solution에서 더 우수한 것을 알 수 있다.
- 각 접근법들의 수행도 비교를 위해 다양한 규모의 폐쇄루프 공급망 모델을 수치예제에서 제시 하였고 이를 비교분석 하였다. 비교분석결과는 본 연구에서 제안한 pro-HGA가 가장 우수한 수행도를 보여주는 것을 알 수 있었다. 다만 pro-HGA의 수행척도 중에서 Average time은 다른 접근법들 보다 더 느린 수행도를 보여주었기 때문에 이를 개선하기 위한 추가적인 노력이 필요할 것으로 분석된다.
- 둘째, 순방향물류 및 역물류에서 고려되는 모든 설비들의 운영을 위한 고정비용, 각 설비간 제품 (혹은 모듈) 이동을 위한 수송비용, 각 설비에서의 제품처리비용 등은 사전에 알려져 있다. 셋째, 부품공급업체, 모듈제조업체, 제품제조업체, 물류센터, 수집센터, 회복센터는 각 단계에서 오직 한 개만 개설되어야 한다. 넷째, 고객이 사용한 사용 후 제품은 100% 수거 된다.
- 셋째, 실행속도 측면에서 살펴보면, HGA가 pro-HGA보다 더 빠른 속도를 보여주고 있는 것을 알 수 있다. 이것은 pro-HGA에서 사용된 CS 탐색법이 GA 집단의 크기 만큼을 매번 반복수행하며, 이러한 반복수행 횟수는 HGA에서 사용된 CS의 반복수행 횟수보다 더 많기 때문이다.
- 첫째, 최적해의 탐색 측면에서 pro-HGA가 GA, HGA보다 더 우수한 결과를 보여주고 있는 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 pro-HGA에서 사용된 CS 탐색법이 기존 HGA에서 사용된 CS 탐색법 보다 더 우수한 것을 증명한다.
- Table 4의 Scale 4는 Scale 3과 비슷한 결과를 보여주고 있는 것을 알 수 있다. 즉 Best Solution, Average Solution에서 pro-HGA가 가장 우수하며, Average Time에서는 pro-HGA가 가장 열등한 결과를 보여주고 있다. 또한 GA와 HGA의 비교에서는 GA가 HGA보다 Best Solution, Average Solution에서 더 우수한 것을 알 수 있다.
- 첫째, 최적해의 탐색 측면에서 pro-HGA가 GA, HGA보다 더 우수한 결과를 보여주고 있는 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 pro-HGA에서 사용된 CS 탐색법이 기존 HGA에서 사용된 CS 탐색법 보다 더 우수한 것을 증명한다.
- Scale 3에서는 Best Solution, Average Solution에서 pro-HGA가 가장 우수한 결과를 보여주고 있다. 하지만 GA와 HGA의 비교에서는 GA가 HGA보다 Best Solution, Average Solution에서 약간 더 우수한 결과를 보여주고 있는 것을 알 수 있다. Average Time에서는 Scale 2 와 비슷하게 pro-HGA가 가장 느린 탐색속도를 보여주고 있는 것을 알 수 있다.
후속연구
- 비교분석결과는 본 연구에서 제안한 pro-HGA가 가장 우수한 수행도를 보여주는 것을 알 수 있었다. 다만 pro-HGA의 수행척도 중에서 Average time은 다른 접근법들 보다 더 느린 수행도를 보여주었기 때문에 이를 개선하기 위한 추가적인 노력이 필요할 것으로 분석된다.
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