[논문]효율적인 OLED FAB 경유 반송 개선 알고리즘

김동소; 최진영

doi:10.11627/jkise.2018.41.3.120

효율적인 OLED FAB 경유 반송 개선 알고리즘
An Efficient Algorithm for Improving Detour in OLED FAB 원문보기

Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering = 한국산업경영시스템학회지, v.41 no.3, 2018년, pp.120 - 128

김동소 (아주대학교 산업시스템공학과) , 최진영 (아주대학교 산업공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

OLED Display fabrication system is one of the most complicated discrete processing systems in the world. As the glass size grows from $550{\times}650mm$ to $1,500{\times}1,850mm$ in recent years, the efficiency of Automated Material Handling System (AMHS) has become very important and OLED glass manufacturers are trying to improve the overall efficiency of AMHS. Aiming to meet the demand for high efficiency of transportation, various kind of approaches have been applied for improving dispatching rules and facility layout, while simultaneously considering the system parameters such as glass cassettes due date, waiting time, and stocker buffer status. However, these works did not suggest the operational policy and conditions of distribution systems, especially for handling unnecessary material flows such as detour. Based on this motivation, in this paper, we proposed an efficient algorithm for improving detour transportation in OLED FAB. Specifically, we considered an OLED FAB simplifying OLED production environment in a Korean company, where four stockers are constructed for the delivery of Lot in a bay and linked to processing equipments. We developed a simulation model using Automod and performed a numerical experiment using real operational data to test the performance of three operation policies under considerations. We showed that a competitive policy for assigning alternative stocker in case of detour was superior to the current dedicated policy using a specified stocker and other considered policies.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

[Table 1]은 C사 OLED 제조 공장에서 발생하는 경유 반송의 세 가지 원인에 대한 분석 결과를 나타내며, 본 논문에서는 가장 많은 발생률을 갖는 첫 번째 원인에 대한 케이스를 분석하여 대응 방법을 연구하고자 한다.
본 논문에 대한 향후 연구로서 Full 상태에 있는 스토커로부터 제품 로트를 다른 스토커로 이동 시킬 때 어떤 제품 로트를 선택하여 보내는 것이 더 효율적인지에 대한 연구를 수행하고자 한다.
본 논문에서는 국내 C사의 OLED FAB 내부 물류 시스템에서 원인 (i)에 의해 발생하는 경유 반송 문제를 개선하기 위한 효율적인 스토커 운용 방법을 제안하고자 한다.
본 논문에서는 기존 연구들에서 진행되었던 하드웨어 투자, 레이아웃 변경 그리고 스케줄링 시스템 고도화에 의한 방법이 아닌 경유 반송 정책 변경을 통해 OLED FAB 물류 생산성을 높이는 방법을 제안하였다.
스토커 Full 상태를 관리하는 목적은 스토커 내의 여유 선반 부족으로 인접한 공정 설비로부터 배출되는 카세트가 나오지 못하고 대기함으로써 공정설비의 생산성이 낮아지는 상황을 막고, 스토커 내부의 물류가 혼잡하게 되지 않도록 하기 위한 예방 대책이다.
첫째, 공정 설비 최적 배치를 위한 새로운 형태의 레이아웃 제안을 통해 반송 거리와 생산성(Throughput)을 높이기 위한 연구이다.

가설 설정

각 가공 설비들의 가동률은 90%로, 품질 불량에 의한 재작업, 제품의 폐기는 없으며, 스토커의 가동률은 100%로 가정하였다.

제안 방법

Automod 모델에 공정 설비들의 가공 시간, 대기 시간, 반송 설비들의 속도, 반송 시간, 그리고 생산량에 대한 파라메타를 입력하여 시뮬레이션을 진행한 후, 그 결과를 실제 FAB에서 나오는 데이터와 비교하여 모델 설비의 기준 정보와 반송 설비들의 위치, 레이아웃들을 조정하였다.
두 번째로 본 논문에서는 제 3장에서 제안된 3가지 새로운 경유 반송 정책에 대한 성능 실험을 수행하였다. [Table 5]는 시뮬레이션 결과에 대해 시간당 제품 로트 이동수를 계산한 생산성(Throughput)과 경유 반송율을 나타낸다.
또한 하루 동안의 실제 생산 데이터를 기반으로 제안된 세 가지 스토커 운영 정책들의 효율성 비교를 위한 시뮬레이션을 수행하여 경유 반송을 줄일 수 있는 개선 정책을 제시하였다.
또한, C사의 실제 OLED FAB 생산 현장의 설비(EQP, Equipment), 스토커, OHS 정보와 생산 이력 정보들 WIP(Working In Process), TAT(Turnaround Time), 생산량이 시뮬레이션의 입력 값으로 활용되었고, 제품 생산 계획 정보를 이용하여 제품 로트 들의 반송을 결정하였다[4].
본 논문에서는 먼저 현재 C사에서 운영되고 있는 지정 배출 방식 환경에서 경유 반송 수를 줄일 수 있는 적절한 스토커 Full 상태 임계치를 찾기 위한 시뮬레이션을 수행하였다.
본 절에서는 앞에서 기술된 경유 반송 문제를 해결할 수 있는 효율적인 알고리즘으로써 경쟁 방식, 혼용 방식(지정+경쟁), 추가 스토커 이용 방식 등을 다음과 같이 제안한다.
이 방법은 선형계획법 등의 수학적 모델이 갖는 복잡성 및 불완전성과 이를 통해 얻어진 대안의 한계성 등을 해결하기 위한 방안으로써 각 공정별 목표 생산량, 설비 할당 상태와 디스패칭 룰 등을 결정변수로 정의하고 FAB 현장에서 발생하는 이벤트들을 시뮬레이션하여 스케줄링하는 방법을 사용하였다.
본 논문에서는 기존 연구들에서 진행되었던 하드웨어 투자, 레이아웃 변경 그리고 스케줄링 시스템 고도화에 의한 방법이 아닌 경유 반송 정책 변경을 통해 OLED FAB 물류 생산성을 높이는 방법을 제안하였다. 이를 위해 OLED FAB 물류 방식을 Automod로 모델링하고, 현재 운영 중인 방식을 개선할 수 있는 경유 반송 정책들의 성능을 시뮬레이션을 통해 비교 분석하였다. 그 결과 스토커 Full이 발생할 경우, 지정된 근접 스토커로 제품 로트를 이동시키는 것보다는 스토커들 중 Full 상태가 가장 낮은 스토커로 제품 로트를 반송시키는 경쟁 방식이 물류 생산성을 5.
이를 위해 먼저 OLED FAB의 한 개 단위 공정에 대한 물류 시스템을 Automod로 모델링 한 후, 현재 운영중인 스토커 선택 정책에 대한 성능 분석을 수행하였으며, 이를 개선하기 위한 세 가지 정책을 제안하였다.
이를 위해서 다양한 스토커 Full rate 임계치 값에 대해 50번의 시뮬레이션을 수행하면서 경유 반송수를 기록하였다.
현재 C사에서 적용하고 있는 지정 배출 방식과 3장에서 제시한 새로운 경유 반송 정책들의 효율성을 비교 평가하기 위하여 4개의 스토커 Q1~Q4와 OHS, 공정 설비들로 구성된 OLED FAB 단위공정 물류 시스템에 대한 시뮬레이션 모델을 Automod 12를 이용하여 구축하였다.

데이터처리

구현된 시뮬레이션 모델 검증을 위하여 실제 OLED FAB 공정에서 월 40,000매를 생산할 때의 반송 수 데이터와 시뮬레이션 결과를 [Table 4]와 같이 비교하였다.

성능/효과

FAB 내부 물류 환경에서 제품 로트가 적기에 도착하기 위해서는 반송 시간이 짧은 것이 유리하기 때문에 추가 스토커를 이용하는 정책을 제외한 후 비교할 때, 경쟁 방식에 의한 근접 스토커를 선택하는 방법이 가장 우수한 성능을 보였다.
결론적으로 Full 상태 기준 임계치를 90%로 지정하고 근접 스토커 선택 알고리즘을 경쟁 방식으로 운영할 경우 다른 방식보다 생산성과 경유 반송 최소화 측면이 모두 우수하다고 할 수 있다.
그 결과 스토커 Full이 발생할 경우, 지정된 근접 스토커로 제품 로트를 이동시키는 것보다는 스토커들 중 Full 상태가 가장 낮은 스토커로 제품 로트를 반송시키는 경쟁 방식이 물류 생산성을 5.2% 더 높일 수 있는 것으로 확인되었다.
그러나 자동물류 시스템(Automated Material Handling System : AMHS) 시뮬레이션에서 오차 범위가 10% 이내일 때 좋은 결과를 보여준다는 기존 연구결과[4]에 기반하여 본 논문에서 경유 반송 정책 분석을 위해 구축한 시뮬레이션 모델에 대한 적합성을 확인할 수 있었다.
또한 제조 FAB 내부의 이상 상황에서 여유 선반이 필요하다는 것을 고려한다면 스토커 Full 기준 임계치를 90% 정도로 운영할 때 경유 반송율을 보다 효율적으로 감소시킬 수 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 이러한 시뮬레이션을 통해서 근접 스토커를 선택하는 알고리즘과 스토커 Full 임계치 설정에 따라 경유 반송 수가 줄어들고, 그 줄어든 여유분만큼 반송 물류의 생산성을 높일 수 있다는 것을 알 수 있었다.
생산성의 경우에는 경쟁 방식이 지정 방식보다 약 5.2% 정도 우수하고, 경쟁과 지정 방식 혼합의 경우보다 약 3.4% 정도 개선된 시간당 반송이 가능한 것으로 나타났다.
시뮬레이션 결과, Full 상태와 경유 반송율은 반비례의 관계가 있음을 확인하였으며, 93%의 Full 임계치를 지정할 경우 경유 반송율이 가장 많이 감소함을 확인하였다.
시뮬레이션 결과도 임계치가 93%보다 높아질수록 다시 경유 반송수가 증가함을 보였다.
이 방법은 외곽의 육각형 구조 물류 동선을 6개 면의 FAB으로 나누고, 각 물류 동선으로 만들어진 셀 공간에 설비를 배치하여 운영하는 것으로써, 육각형 구조의 건물에 많은 설비들을 배치할 수 있고 물류 효율도 높일 수 있는 시뮬레이션 결과를 보였다.

후속연구

이러한 연구 결과를 통해 현업에서의 투자 없는 물류 생산성 향상이 가능해질 수도 있을 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유기발광다이오드 디스플레이 제조를 위한 FAB 내부의 제품 이동 물류는 어떤 방식으로 처리되고 있는가?	유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode : OLED) 디스플레이 제조를 위한 FAB 내부의 제품 이동 물류는 1998년 원판 글라스의 크기가 550×650이 된 이후부터 가공 제품 크기와 배치 로트 무게로 인해 인력에 의한 운반이 아닌 무인 자동화된 반송 차량(Vehicle)에 의해 이동되는 방식으로 처리되고 있다. 이를 위한 물류 시스템은 스케줄러/디스패칭 시스템, 물류 설비 하드웨어, 물류 경로의 레이아웃을 적절하게 활용하여 운영된다.
	OLED 디스플레이 FAB 내부를 구성하는 물류 시스템의 방식은?	2005년 양산을 시작한 OLED 디스플레이 FAB(Fabrication) 내부를 구성하는 물류 시스템의 일반적인 물류 방식은[Figure 1]과 같이 주로 인라인(Inline) 스토커(Stocker)와 OHS(Overhead Shuttle)를 이용한다. 이 중에서 스토커는 공정 설비(Equipment : EQ)와 붙어 있어, 공정 설비에 카세트(로트를 담는 컨테이너)를 공급하고 회수하는 역할을 동시에 수행할 수 있다.
	설비 고장 또는 스토커 내부 반송의 효율을 위해 여유 선반이 필요한 이유는?	일반적으로 설비 고장 또는 스토커 내부 반송의 효율을 위해서는 여유 선반이 필요하다. 왜냐하면, 설비 고장 때 설비 대기 포트에서 제품 로트를 회수하여 선반에 보관해야 할 경우와 스토커 내부 로봇이 2대이기 때문에 로봇 간 제품 로트를 주고받을 경우에 여유 선반이 필요하기 때문이다. 이와 같은 이상 상황을 고려할 경우에 기준 임계치는 93%보다 적은 값인 90% 정도가 더 적합할 수도 있을 것이다.

참고문헌 (10)

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상세보기
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You, S.Y. and Choi, S.H., Production and Operation Management, e-Press, 2015, pp. 97-99.

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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