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전용기계가 있는 혼합흐름공정의 생산 일정 계획 수립을 위한 2단계 접근법
A Two-Stage Scheduling Approach on Hybrid Flow Shop with Dedicated Machine 원문보기

品質經營學會誌 = Journal of Korean society for quality management, v.47 no.4, 2019년, pp.823 - 835  

김상래 ((주)두원) ,  강준규 (성결대학교 산업경영공학과)

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Purpose: This study deals with a production planning and scheduling problem to minimize the total weighted tardiness on hybrid flow shop with sets of non-identical parallel machines on stages, where parallel machines in the set are dedicated to perform specific subsets of jobs and sequence-dependent...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 시뮬레이션은 수리 모형의 Planning 결과를 Input으로 하여 작업 순서를 부여하는 것이 목적이다. 기계 앞에 여러 개의 오더가 대기하고 있을 때, 가공을 마치고 가용하게 된 기계가 어떤 로트를 선택하여 가공할 것인지에 대한 규칙이다. 디스패칭 규칙에서 고려하고 있는 사항은 다음과 같다.
  • 본 논문에서는 전용 병렬 기계가 있는 HFS에서 가중 납기 지연을 최소화하기 위한 생산 일정 계획 문제를 다루었다. 전용 병렬 기계 때문에 야기되는 기계 간의 부하 불균형 문제를 해결하기 위해 문제를 2단계로 구분하여, 1단계 에서는 기계의 부하를 고려한 작업 할당 문제로 모형화하고, 2단계에서는 디스패칭 규칙을 이용하여 스케줄링 하는 방법을 제안하였다.
  • (2014)에 따르면 조사 대상이 목적함수가 Multicriteria인 경우만으로 제한되기는 하나, 포함된 46편의 논문 중 한 편(Lin and Liao, 2003)만이 DED 문제를 다루고 있다. 본 연구는 순서 의존적 셋업 타임이 있고, 이종 병렬 기계에서 전용 기계가 있는 DED HFS에서 납기 지연을 고려한 생산 일정계획 문제를 다루고자 한다.
  • 본 연구에서는 HFS 형태의 제조 시스템의 생산 일정계획 문제를 다룬다. Figure 1은 HFS 시스템의 개념도를 보여준다.
  • 본 연구에서는 각 스테이지가 이종 병렬 기계로 구성되어, 각 기계가 특정 작업군만 가공 가능한 혼합 흐름 공정을 대상으로 생산 일정계획을 수립하기 위하여, 정수계획법에 따른 작업 할당과 시뮬레이션과 디스패칭 규칙을 함께 적용하는 2단계 방법을 연구한다. 제안된 2단계 방법을 평가하기 위한 기준으로 전체 주문 처리시간(Makespan), 총 납기지연시간(Total Weighted Tardiness)을 함께 고려한다.
  • 첫 번째는 job 디스패칭 상황으로, 한 기계에서 가공이 완료된 로트는 다음 스테이지에 도착할 때, 해당 스테이지의 기계 중 해당 품번의 로트를 가공할 수 있는 기계들이 모두 가공 중이면 그 로트는 해당 스테이지에서 대기하게 되고, 가공 가능한 기계가 가용하게 될 때, 그 가공을 마친 기계는 대기 중인 로트 중에서 선택을 하게 되는데, 이때 미리 지정된 디스패칭 규칙이 적용된다. 본 연구에서는 납기 지연을 최소화하기 위해 널리 사용되는 EDD(Earliest Due Date), MDD(Modified Due Date), MST(Minimum Slack Time) 규칙과 더불어 문제의 특성을 고려한 몇 가지 디스패칭 규칙을 제안한다. 두 번째는 기계 디스패칭 상황으로, 하나의 로트가 어느 스테이지에 도착할 때, 2개 이상의 기계가 가용하면 그 로트는 기계 중 하나를 선택해야 한다.
  • 생산계획과 스케줄링을 한 번에 수리적으로 모델링 할 수는 있겠으나 문제의 클래스가 NP-hard임을 고려할 때, B&B 방법 등을 이용하지 않고 MIP 모형을 직접적으로 사용하면 실용적인 문제에서는 그 최적해를 찾는 것은 어렵다. 본 연구에서는 수리 모형을 기계 별 부하 평준화를 고려하여, 납기를 최소화하기 위한 Bin Packing 모형의 변형을 제안한다. 경우에 따라서는 시간이 많이 걸릴 수 있겠으나, 이런 경우 시간 제약을 주고 구해진 현재 최적해를 2단계 생산 스케줄링을 위한 입력 자료로 사용한다.
  • 시뮬레이션은 수리 모형의 Planning 결과를 Input으로 하여 작업 순서를 부여하는 것이 목적이다. 기계 앞에 여러 개의 오더가 대기하고 있을 때, 가공을 마치고 가용하게 된 기계가 어떤 로트를 선택하여 가공할 것인지에 대한 규칙이다.

가설 설정

  • 고려하는 제조 시스템에서 생산물량은 미리 지정되어 있고, 주문은 OEM과 AS로 두 가지 우선순위를 가지며, 특정 제품의 종류에 따라 생산 가능한 경로, 수량, 납기 등의 정보를 갖고 있으며, 이런 정보는 생산계획 시 모두 알려져 있다고 가정한다. 실제 사례에서는 ERP 시스템과 연계하여 BOM 정보로부터 MIP 모델 생성 시 자동화하여 추출할 수 있다.
  • 모든 제품의 첫 공정은 1번 스테이지이며, 중간에 특정 스테이지는 건너뛸 수 있으나, 그 방향성인 가공 순서는 모두 동일하다. 실제 하나의 주문이 여러 로트(Lot)로 나뉘어 가공될 수 있으나, 본 연구에서는 하나의 주문은 하나의 로트로 가공되나, 로트 사이즈는 주문량에 따라 다를 수 있다고 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
혼합 흐름 공정(Hybrid Flow Shop, HFS)의 정의는 무엇인가? 또한, 주문생산방식이 확산되고 기업 간 경쟁이 치열해지면서 납기준수가 중요한 관리목표가 되고 있다. 혼합 흐름 공정(Hybrid Flow Shop, HFS)은 일반적으로 각 단계에서 복수의 병렬 기계를 가진 확장된 흐름 생산(Flow Shop) 공정으로 정의될 수 있는데, 많은 제조 환경에서 생산성과 생산제품의 다양성을 동시에 추구하기 위해 HFS는 전형적인 흐름 생산 공정보다 널리 이용되고 있다. 이러한 HFS는 전기/전자, 반도체, 제지, 섬유 산업 등 산업 전반에 걸쳐 발견된다(Huang and Li, 1998; Lee et al.
기계의 선택 문제가 HFS에서 발생하는 이유는 무엇인가? 많은 제조 시스템에서 자원 할당, 제품 배치 및 생산 일정 계획 문제가 주요한 세 가지 의사결정 문제로 다뤄지는데, HFS 제조 시스템 역시 같은 문제들을 다룬다. 이러한 HFS에서 생산계획 및 일정 계획 문제는 통상의 흐름 공정에서처럼 첫 번째 공정 단계(Stage)의 투입을 중심으로 계획을 수립하는 것이 현업에서는 일반적이나, 실제로는 각 단계에서 복수의 기계 중 가용한 기계를 선택해야 하므로 Job shop 일정계획 문제의 성격을 동시에 갖게 된다. 즉, 각 단계마다 작업의 선택과 기계의 선택 문제가 발생하여, 일반적인 흐름 공정에서의 생산계획 및 스케줄링보다는 복잡하다.
제조 시스템에서의 의사결정 문제는 무엇이 있는가? 많은 제조 시스템에서 자원 할당, 제품 배치 및 생산 일정 계획 문제가 주요한 세 가지 의사결정 문제로 다뤄지는데, HFS 제조 시스템 역시 같은 문제들을 다룬다. 이러한 HFS에서 생산계획 및 일정 계획 문제는 통상의 흐름 공정에서처럼 첫 번째 공정 단계(Stage)의 투입을 중심으로 계획을 수립하는 것이 현업에서는 일반적이나, 실제로는 각 단계에서 복수의 기계 중 가용한 기계를 선택해야 하므로 Job shop 일정계획 문제의 성격을 동시에 갖게 된다.
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참고문헌 (19)

  1. Amsterdam Optimization Modeling Group LLC. 2009. "Modeling with Excel+OML, a Practical Guide." http://www.amsterdamoptimization.com/models/msf/oml.pdf, accessed 11/8/2019. 

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  3. Campbell, Stephen L., and Ramine Nikoukhah. 2018. "Introduction to OML." In Modeling and Simulation with Compose and Activate, eds. Stephen L. Campbell and Ramine Nikoukhah. Cham: Springer International Publishing, 9-60. 

  4. Choi, Hyun-Seon, and Dong-Ho Lee. 2007. "A Branch and Bound Algorithm for Two-Stage Hybrid Flow Shop Scheduling: Minimizing the Number of Tardy Jobs." Journal of the Korean Institute of Industrial Engineers 33(2):213-20. 

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  6. Fattahi, Parviz, Seyed Mohammad Hassan Hosseini, Fariborz Jolai, and Reza Tavakkoli-Moghaddam. 2014. "A Branch and Bound Algorithm for Hybrid Flow Shop Scheduling Problem with Setup Time and Assembly Operations." Applied Mathematical Modelling 38(1):119-34. 

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  8. Holthaus, Oliver, and Chandrasekharan Rajendran. 1997. "Efficient Dispatching Rules for Scheduling in a Job Shop." International Journal of Production Economics 48(1):87-105. 

  9. Huang, Wanzhen, and Shanling Li. 1998. "A Two-Stage Hybrid Flowshop with Uniform Machines and Setup Times." Mathematical and Computer Modelling 27(2):27-45. 

  10. Jeong, K-C, and Y-D Kim. 1998. "A Real-Time Scheduling Mechanism for a Flexible Manufacturing System: Using Simulation and Dispatching Rules." International Journal of Production Research 36(9):2609-26. 

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  12. Kang, Jun-Gyu. 2018. "A Simulation Based Scheduler Development for Hybrid Flow Shop." Proceedings of the Annual Conference of the Korea Society for Simulation: 514-19. 

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  15. Lee, Geun-Cheol, and Yeong-Dae, Kim. 2004. "A Branch-and-Bound Algorithm for a Two-Stage Hybrid Flowshop Scheduling Problem Minimizing Total Tardiness." International Journal of Production Research 42(22):4731-43. 

  16. Mittelmann, Hans D. 2017. "Latest Benchmarks of Optimization Software." INFORMS Annual Meeting, Houston, TX. 

  17. Ruiz, Ruben, and Jose Antonio Vazquez-Rodriguez. 2010. "The Hybrid Flow Shop Scheduling Problem." European Journal of Operational Research 205(1):1-18. 

  18. Sudipta, Saha. 2017. "Simulation-Based Decision Support Framework for Hybrid Flow Shop (HFS) Scheduling Problem." MSc Dissertation, Graduate School of Engineering, Seoul National University. available at http://hdl.handle.net/10371/137370. 

  19. Yoon, Sungwook, Daehoon Ko, Jihyun Kim, and Sukjae Jeong. 2013. "A Study on Combinatorial Dispatching Decision of Hybrid Flow Shop: Application to Printed Circuit Board Process." Journal of Korean Institute of Industrial Engineers 39(1): 10-19. 

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