초록 ▼

□ 연구개요
제조라인의 일정계획문제는 예측된 수요를 충족시키기 위하여 생산 활동에 필요한 자원을 어떻게 효율적으로 배분하여 운영해 나갈 것인가를 계획하는 행위를 의미한다. 제조라인의 일정계획문제 풀이를 위한 많은 학문적인 시도들이 있었음에도, 현실의 제조라인은 규모가 크고 제약조건들이 복잡하기 때문에 기존의 방법들은 과도한 계산시간을 요구하거나 산출한 계획의 품질저하 등의 한계가 존재한다. 본 연구는 제조라인의 중요한 과제 중 하나인 일정계획 문제를 해결하기 위해, 심층강화학습과 메타휴리스틱을 적용하여 짧은 시간 내에 우수한

□ 연구개요
제조라인의 일정계획문제는 예측된 수요를 충족시키기 위하여 생산 활동에 필요한 자원을 어떻게 효율적으로 배분하여 운영해 나갈 것인가를 계획하는 행위를 의미한다. 제조라인의 일정계획문제 풀이를 위한 많은 학문적인 시도들이 있었음에도, 현실의 제조라인은 규모가 크고 제약조건들이 복잡하기 때문에 기존의 방법들은 과도한 계산시간을 요구하거나 산출한 계획의 품질저하 등의 한계가 존재한다. 본 연구는 제조라인의 중요한 과제 중 하나인 일정계획 문제를 해결하기 위해, 심층강화학습과 메타휴리스틱을 적용하여 짧은 시간 내에 우수한 일정계획을 수립하는 방법론을 연구하는 것이 목표이다. 제안된 방법은 다양한 산업의 일정계획문제들에 특화함으로써 기업 운영에서의 혁신을 도모하고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구의 목표는 메타휴리스틱 기반의 심층강화학습을 이용하여 짧은 시간 내에 제조라인의 일정계획을 수립하는 것이다. 이를 위해 각 연도별로 다음과 같은 구체적인 연구 목표를 설정하였다. 1차년도에는 제조라인을 모사할 수 있는 시뮬레이터를 개발하고, 2차년도에는 강화학습의 기본 구성요소를 설계하고, 메타휴리스틱의 연산자를 개발한다. 마지막 3차년도에는 완성된 방법론을 고도화하고 산출된 해의 성능을 평가하기 위한 척도를 제안한다.
1차년도에 개발된 시뮬레이터는 제조라인을 모사하고 성능을 출력할 수 있으며, 강화학습의 환경 역할을 수행할 수 있도록 설계되었다. 2차년도에는 지도학습에서 인공신경망의 가중치를 메타휴리스틱의 해 형태로 변환한 뒤, 군집 지능 알고리즘을 이용하여 최적화하는 연구를 수행하였다. 그 결과, 2건의 특허가 출원되었고, 1 건의 학회 발표를 수행하였다. 3차년도에는 2차년도의 성과를 1건의 논문으로 게재하였고, 해당 내용을 발전시켜서 강화학습의 에이전트 역할을 하는 인공신경망의 가중치를 최적화하는 알고리즘을 개발하고 로봇 이동 제어환경에서 성능을 검증하였다. 3차년도의 연구성과를 학회에서 발표하였으며, 해외 학술지 논문을 작성 중이다.
개발된 최적화 알고리즘을 제조라인에 적용하기 위해서는 방법론의 구조 및 소스코드에 수정되어야 할 부분이 존재하기 때문에, 실제 제조라인에 방법론을 검증해야 하는 3차년도의 목표를 완전히 달성하지 못하였다. 하지만 개발된 을 고도화하는 연구는 현재 진행 중이며, 과제가 종료된 후에도 학회발표 및 학술지 논문게재 등으로 성과를 공유할 수 있도록 노력할 것이다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
본 연구에서 제안하는 기법은 일정계획문제 뿐 아니라 최적화문제를 해결해야 하는 기업의 운영에 적용될 수 있는 개념으로서, 이의 파급효과는 학문, 기술적 분야뿐 아니라 산업적으로도 매우 클 것으로 예상한다. 우선 학문적 측면에서는 연속적인 의사결정문제의 누적된 보상을 최대화하는 강화학습과 넓은 해공간을 탐색하는데 특화된 진화알고리즘 기반의 메타휴리스틱을 융합함으로써 복잡한 문제의 해를 도출하는 새로운 기법을 제공한다. 특히, 심층강화학습이 갖는 학습의 불안정성 문제를 군집지능 알고리즘으로 효과적으로 극복해냈기 때문에 연속적인 의사결정이 요구되는 문제에 폭넓게 활용할 수 있다.
기술적인 부분에서는 학습된 모델을 사용함으로써 기존 기술이 지닌 성능과 속도의 반비례 관계를 극복했으며, 강건성을 확보하기 위한 학습방법으로 도입함으로써 상이한 특성을 갖는 제조라인과 라인의 가동 중에 발생할 수 있는 이상상황에 대한 대응력을 높일 수 있다. 마지막으로 산업적 측면에서는 제조라인의 생산성, 가동률 증가 및 비용 절감을 달성하여 기업의 수익 극대화에 기여하고 기업 운영에서의 혁신이 가능케 한다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• (1) 최신기술 현황 분석 및 이산 사건 기반의 제조라인 시뮬레이터 개발 ... 5
• (2) 강화학습의 에이전트와 환경 설계 및 인공신경망에 적용가능한 메타휴리스틱 연구 ... 6
• (3) 메타휴리스틱 기반의 심층강화학습 최적화 방법론 개발 및 이를 활용한 제조라인 스케줄링 기법 연구 ... 7
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 10
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 10
• 3) 목표 달성 수준 ... 10
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 11
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 11
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• (1) 연구개발성과의 관리 ... 13
• (2) 연구개발성과의 활용계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 19
• 끝페이지 ... 27