KR100362601B1 - 냉연공장 피시엠 라인에서의 자동 스케쥴 모델링방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉연공장 피시엠라인에서 최적의 롤 단위를 신속하게 편성해 주도록 한 냉연공장 피시엠 라인에서의 자동 스케쥴 모델링방법에 관한 것으로서, 공정계획상의 원시 데이터를 처리가능한 형태로 변환하는 과정과, 롤 작업단위를 편성하기 위한 공정 제약조건을 입력하는 과정과, 상기 롤을 구성하는 코일들을 순서가 바뀌어도 지장이 없는 코일들끼리 묶어 소정의 그룹을 형성하고 각 그룹의 시작과 종료지점의 코일 두께를 결정하여 이를 기초로 전체 코일들의 배치를 결정함에 따라 상기 롤의 두께 모양을 만드는 과정과, 상기 입력된 공정 제약조건을 체크하여 공정 제약조건을 만족하지 않는 코일을 미편성으로 처리하고 이 미편성처리된 코일을 재편성하는 과정과, 상기 편성된 코일을 대상으로 동일한 엣지를 갖는 코일들을 한 군데로 모아주고 전 후 코일간의 두께 세트편차를 최소화하는 과정 및, 상기 롤의 편성결과를 출력하는 과정을 구비함으로써, 관제원의 수작업에 의한 운영을 최소화하여 관제원의 업무부하를 줄여 최상의 롤을 편성할 수 있도록 관제원을 지원하고, 조업이상시 신속한 롤단위 재편성으로 기회손실을 방지하여 생산성 및 품질향상을 꾀할 수 있다.

Description

냉연공장 피시엠 라인에서의 자동 스케쥴 모델링방법

본 발명은 냉연공장 피시엠 라인에서의 자동 스케쥴 모델링방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉연공장내의 공정가운데 피시엠(PCM) 라인에서의 롤(Roll) 단위를 최적으로 신속하게 편성하여 주도록 된 냉연공장 피시엠 라인에서의 자동 스케쥴 모델링방법에 관한 것이다.

피시엠 라인에서의 롤 단위작업 편성은 공정계획으로부터 수신한 현물(피시엠 라인에서 가공되기 위한 소재로서 피시엠 라인의 입력측에 위치한 핫코일(Hot Coil)을 말함)을 대상으로 하여 피시엠 라인에서의 공정 제약조건을 모두 만족하면서 조업을 가장 이상적으로 진행할 수 있도록 코일간의 순서를 결정하는 문제를 말한다. 이에 따라, 롤 단위작업 편성의 관건은 롤편성의 대형화를 통해 단위 시간당 생산량을 최대화하고 코일간의 편차(폭 및 두께 등 기타 제약조건)를 최소화함으로써 품질향상에도 기여할 수 있도록 하는데 있다. 본 발명의 명세서에서 롤 단위란 해당 공정에서의 롤 마모와 피로를 고려한 압연조건, 후공정의 압연조건 및 재공량을 감안하여 한번에 연속하여 작업할 수 있는 동일 작업군을 가르킨다.

이상에서 공정계획이라 함은 월간 처리해야 할 수요가 실주문과 예상주문을 바탕으로 한 월단위 생산계획에 대하여 구체적으로 설정한 수주-생산 균형계획으로서 10일 단위 순간계획과 일단위 일일계획으로 구분할 수 있다.

제철산업의 특징은 여러 공정들이 연속 흐름 라인으로 구성된 일관 공정으로서 제선, 제강, 열연, 냉연 등 크게 4개의 주요 공정으로 구분할 수 있다. 냉연 공정은 제철 공정중에서 최후속 공정에 속하여 제철산업에서 생산하는 제품가운데 가장 고부가가치를 창출해 내는 공정이다. 종래의 냉연공장에서의 공정 흐름은 도 1에 나타낸 바와 같이 소재로 쓰이는 열연 코일을 염산으로 세척하는 산세 공정 및 산세작업을 거친 열연 코일을 압연하는 공정인 냉간 압연공정으로 구분되는 PCM(PL/TCM; Pickling Line/Tandem Cold Mill) 라인(10)과, 냉간 압연후 생성된 고경도, 가공성 불량 등 성질을 개선하기 위한 열처리로서의 연속소둔 라인(CAL; Continuous Annealing Line)(12) 및, 연속소둔 공정후에 적합한 온도에서 전기적인 도금을 행하는 전기도금 라인(EGL; Electric Galvanizing Line)(14)으로 구성된다.

종래의 피시엠 라인에서의 스케쥴 시스템은 호스트 컴퓨터에 의한 자동 스케쥴 시스템에 의존하여 왔으나, 종래 시스템의 성능이 관제원이 요구하는 수준과는 크게 차이가 발생하므로, 자동 스케줄 시스템에 의존하기 보다는 관제원의 수작업 판단에 절대 의존하고 있다.

이러한 이유로 인하여, 롤 작업단위 편성시 고려해야 할 여러가지 제약조건들을 동시에 고려하기가 힘들고, 업무부하가 매우 많은 실정이다. 이러한 수작업에 의한 관제는 오랜 동안의 경험을 통한 노하우가 필요하며, 신입 관제원의 자질을 만족할 만한 수준으로 끌어 올리기 위해서는 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라 관제원간의 롤 작업단위 편성에 대한 방법의 차이도 얼마간 존재하므로 관제원이 누구냐에 따라 롤 단위 편성상 생산성이나 품질 측면에서의 차이도 발생한다.

따라서 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 냉연공장 피시엠라인에서 최적의 롤 단위를 신속하게 편성해 주도록 한 냉연공장 피시엠 라인에서의 자동 스케쥴 모델링방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉연공장 피시엠 라인에서의 자동 스케쥴 모델링방법은, 공정계획상의 원시 데이터를 처리가능한 형태로 변환하는 과정과, 롤 작업단위를 편성하기 위한 공정 제약조건을 입력하는 과정과, 상기 롤을 구성하는 코일들을 순서가 바뀌어도 지장이 없는 코일들끼리 묶어 소정의 그룹을 형성하고 각 그룹의 시작과 종료지점의 코일 두께를 결정하여 이를 기초로 전체 코일들의 배치를 결정함에 따라 상기 롤의 두께 모양을 만드는 과정과, 상기 입력된 공정 제약조건을 체크하여 공정 제약조건을 만족하지 않는 코일을 미편성으로 처리하고 이 미편성처리된 코일을 재편성하는 과정과, 상기 편성된 코일을 대상으로 동일한 엣지를 갖는 코일들을 한 군데로 모아주고 전 후 코일간의 두께 세트편차를 최소화하는 과정 및, 상기 롤의 편성결과를 출력하는 과정을 구비한다.

도 1은 일반적인 냉연공장의 공정흐름도,

도 2는 본 발명에 채용되는 클래스 계층 구조도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉연공장 피시엠 라인에서의 자동 스케쥴 모델링방법을 설명하는 플로우차트,

도 4는 도 3에 도시된 롤의 두께 모양을 만드는 과정을 상세히 설명하는 플로우차트,

도 5는 도 3에 도시된 제약조건 체크 및 위반 코일 교정과정에 채용되는 변수를 설명하는 도면,

도 6 내지 도 9는 도 3에 도시된 동일속성 코일그룹화 및 두께 편차 최소화과정의 설명에 채용된 도면이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 피시엠(PCM) 라인 블럭 12 : 연속소둔 라인 블럭

14 : 전기도금 라인 블럭 16 : 기본함수 클래스

18 : 응용 클래스 20 : 화면 클래스

22 : 컨트롤 클래스 24 : 코일 클래스

26 : 코일배열 클래스 28 : 코일그룹 클래스

30 : 코일블럭 클래스 32 : 롤 클래스

본 발명은 개인용 컴퓨터상에서 이용될 목적으로 개발되었으며, 그 특징에 대해 간략히 기술하면 다음과 같다.

첫째, 객체 지향적인 방법(Object Oriented Approach)에 의한 설계로서 프로그램에 대한 유지보수의 용이성 제고, 모듈에 대한 재사용성 제고 및, 모듈의 확장성이 용이하도록 하였다.

둘째, 사용자 중심의 환경조성으로 사용자가 보다 친숙하게 접근할 수 있도록 하였다. 윈도우 환경하에서의 시스템 개발로 마우스를 활용하도록 하였으며, 기본적인 공정 제약조건은 미리 화면상에서 확인할 수 있으므로 불필요한 동작을 최소화시키며, 화면상의 버튼조작만으로 시스템을 수행할 수 있도록 하였다. 그리고, 사용자가 그래픽으로 확인할 필요가 있는 부분에 대해서는 GUI(Graphic User Interface)를 제공함으로써 판단력 제고에 힘쓰도록 하였다.

세째, 공정 제약조건과 관련된 데이터와 프로그램이 분리되어 있다. 제약조건과 관련된 데이터를 프로그램내에 상수 형태로 가지고 있지 않고 프로그램과는 독립적으로 분리시킴으로써 공정 제약조건이 바뀌었을 때 이를 손쉽게 반영할 수 있도록 하였으며, 공정 제약조건의 변동시 프로그램 수정을 최소화하도록 하였다.

넷째, 롤 단위 물량의 구성이 보통때와는 달리 이상적인 방법으로 롤 단위를 편성하기가 어려울 경우, 제약조건에 다양한 변화를 주어 제약조건의 변화에 따른 결과를 쉽게 파악하여 시뮬레이션을 통해 최상의 롤을 구성할 수 있도록 하였다.

다섯째, 대개 롤 편성작업은 관제원의 숙련도나 취향, 기호에 따라 사람마다 달라진다. 개발자 입장에서는 사용자 요구사항이 하나의 안으로 통일되면 가장 바람직하겠으나, 단일안으로 만든다는 것이 어려울 경우 롤 편성에 대한 큰 흐름이 바뀌지 않는 범위내에서 가급적 관제원 개개인의 취향이나 기호를 반영할 여지가 있도록 시스템 설계시 이를 고려하였다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 채용되는 클래스 계층구조(Class Hierarchy)를 나타낸 것으로서, 현실 문제상황을 관제 시스템내에서 맵핑(Mapping)하여 취급하기 위해 각각 고유한 기능을 가지는 클래스(Class)들을 작성하여 이용하고 있으며, 이들 클래스들은 역할에 따라 상속에 의한 계층구조를 형성하고 있다.

즉, 클래스는 데이터를 저장할 수 있는 변수와 이와 관련된 함수를의 집합으로 정의된다. 예를 들어 자동차라는 클래스를 가졍하면, 여기에는 어떤 부품을 사용하며 어떤 형태를 갖게 할 것인가와 함께 어떤 방식으로 자동차를 움직일 것인가도 아울러 기술된다. 즉, 자동차를 만들기 위한 설계서를 클래스라고 보면 된다.

도 2에서, 기본함수 클래스(16)는 응용 클래스(18), 화면 클래스(20), 컨트롤 클래스(22), 코일 클래스(24), 코일배열 클래스(26)로 분기되고, 그 코일배열 클래스(26)는 코일그룹 클래스(28)와 코일블럭클래스(30) 및 롤 클래스(32)로 분기된다.

상기 기본함수 클래스(16)와 응용 클래스(18) 및 화면 클래스(20)는 마이크로소프트사에서 지원해 주는 클래스로서, 이미 정형화되어 있다.

본 발명에서는 그 이외의 클래스들에 대해 개발하였다. 상기 컨트롤 클래스(22)는 작업단위 편성을 위해 대기하고 있는 롤들과 작업단위 편성후의 롤들에 대한 정보 및 이를 관리하기 위한 함수들로 이루어져 있다. 그리고 각 롤에 적용되는 작업기준과 이를 점검하는 함수들을 가진다. 상기 코일 클래스(24)는 냉연작업단위를 구성하는 각 코일에 대한 정보를 관리하고 코일을 취급하기 위한 함수들을 가지게 되는데, 코일을 묘사하기 위해 필요한 정보들 즉, 코일명, 냉연두께와 폭, 열연두께와 폭 등의 데이터를 가지고 있으며, 이 데이터의 출력 및 수정 등의 함수를 가진다. 상기 코일배열 클래스(26)는 코일그룹 클래스(28)와 코일블럭 클래스(30) 및 롤 클래스(32)에서 사용되는 코일들에 대해 공통적으로 사용되는 데이터 및 이를 위한 함수들로 이루어져 있다. 상기 코일그룹 클래스(28)는 그룹내에 있는 코일에 대한 정보 및 그룹내에서 코일의 순서를 결정하는 함수로 이루어져 있다. 롤(Roll) 단위편성을 할 때 전체 코일을 대상으로 하기보다는 이를 몇개의 소그룹으로 분리하면 수행시간을 훨씬 줄일 수 있기 때문에 이를 위해 본 발명에서는 상기 코일그룹 클래스(28)를 만들게 되었다. 상기 롤 클래스(30)는 냉연관제에서 사용하는 작업단위 즉, 롤을 시스템에서 취급하기 위한 것으로, 이 롤 클래스(30)에서는 롤에 관련된 각종 데이터 저장 및 이 데이터를 이용하여 롤 단위편성을 위한 함수들로 이루어져 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉연공장 피시엠 라인에서의 자동 스케쥴 모델링방법을 설명하는 플로우차트로서, 본 발명은 인공지능분야 가운데의 한 분야인 룩 어헤드(Look Ahead)기법과 제약조건 만족기법(Constraint Satisfaction Problem)을 이용하였다. 본 발명은 크게 6개의 과정에 의해 동작되는데 이를 각 과정별로 상세히 설명한다.

본 발명에서는, 먼저 공정계획 시스템에서 작성된 공정계획상의 현물 데이터(Hot Coil)를 프로세스 컴퓨터로부터 본 시스템이 위치한 개인용 컴퓨터로 읽어들이는 제 1과정(S20)이 시작되는데, 이 제 1과정(S20)은 아스키(ASCII)코드 형태로 받은 공정계획상의 원시 데이터를 프로그램 언어(C⁺⁺)가 처리할 수 있는 형태로 변환한다.

그리고, 공정 제약조건을 사용자로부터 받는 제 2과정(S30)을 수행한다. 이 제 2과정(S30)에서는 일상적으로 쓰는 제약조건을 화면상에 나타내어 수정이 필요한 경우에만 제약조건을 수정하게 된다. 본 발명의 경우 PCM라인에서의 롤 작업단위를 편성하기 위하여 반드시 준수하여야 하는 공정 및 조업상의 제약조건은 다음과 같다.

먼저, 작업단위 구분 조건은 다음의 표 1과 같다.

<표 1>

단 위 명	코드	단위 구분 기준	단위 편성량(톤)
			최소	적정
극 박	B	냉연두께 X-레이 세트치 x1≤t＜x2	y1	y2
중 박	J	냉연두께 X-레이 세트치 x3≤t＜x4		y3
후 박	K	냉연두께 X-레이 세트치 x5≤t＜x6		y4

여기서, t= 두께(단위: mm), x1= 0.2mm, x2=0.4mm, x3=0.4mm, x4=0.6mm, x5=0.6mm, x6=2.3mm, y1=1000, y2=2000, y3=2500, y4=5000 이다. 물론 상기 각 변수에 대한 수치는 다르게 설정될 수도 있다.

그리고, 폭 기준 조건은 첫째, 폭은 기본적으로 광폭에서 협폭순으로 배치하고, 둘째, 폭은 코일의 엣지(Edge)구분에 따라 열연 또는 냉연 기준으로 한다(예컨대, PCM의 엣지가 슬릿 엣지(Slit Edge)인 경우에는 냉연 폭, PCM의 엣지가 밀 엣지(Mill Edge)인 경우에는 열연 폭).

폭 다운기준 및 동일 폭으로 인식하기 위한 폭 업기준은 다음의 표 2와 같다.

<표 2>

(단위: mm)

엣지 구분	다운	1차 업	2차 업
SS	x1	y1	z1
SM	x2	y2	z2
MS	x3	y3	z3
MM	x4	y4	z4

여기서, 상기 x1=100, x2∼x4=150, y1∼y4=10, z1∼z4=20이다. 물론 상기 변수들의 수치는 다르게 설정될 수도 있다.

그리고, 두께 기준 조건중 열연 두께는 앞 코일의 두께를 기준으로 두께별 세트 바꿈 기준이 다음의 표 3과 같이 적용된다.

<표 3>

(단위 : mm)

구 분	다 운	업
t＜＝x1	y1	z1
t＜＝x2	y2	z2
·	·	·

여기서, t=두께, x1=2.5, x2=3.0, y1=0.2, y2=0.3, z1=0.4, z2=0.5이다. 물론 상기 변수들의 수치는 다르게 설정될 수도 있다.

또한, 상기 두께 기준 조건중 냉연 두께는 전후 코일중에서 작은 두께를 기준으로 두께별 세트 바꿈 기준이 다음의 표 4와 같이 적용된다.

<표 4>

(단위 : mm)

구 분	다 운	업
t＜＝x1	y1	z1
t＜＝x2	y2	z2
·	·	·

여기서, t=두께, x1=0.6, x2=1.5, y1=0.1, y2=0.4, z1=0.1, z2=0.4이다. 물론 상기 변수들의 수치는 다르게 설정될 수도 있다.

또, 상기 두께 기준 조건의 일부분으로서 롤(Roll)편성시 동일 폭내에서는 냉연두께의 편차가 최소화되도록 동일 두께의 코일들은 가급적 모아준다. 상기 두께 기준 조건의 또 다른 조건으로는 롤 전체에서의 냉연 두께에 대한 오르내림은 가급적 큰 사인곡선을 그리도록 한다.

한편, 엣지 기준 조건으로서 밀 엣지와 슬릿 엣지는 동일 폭의 그룹내에서는 가능한 묶어준다.

마지막으로, 고탄소강 기준 조건으로서 고탄소강은 탄소 함유량이 x(예컨대, 50ppm)이상이거나 규격특성이 y(HS40; High Tensile Strength Steel; 고장력강, 40은 금속의 인장강도임(단위 : Kg/mm²))인 코일로 규정한다. 탄소 함유량이 x(예컨대, 50ppm)이상인 고탄소강은 전후에 탄소 함유량이 y(예컨대, 10ppm)이상인 코일이 올 수 있다. 규격특성이 w(HS40)인 고탄소강은 전후에 탄소 함유량이 x(예컨대, 10ppm)이상인 코일이 오거나 탄소 함유량이 y(예컨대, 10ppm)미만이라도 규격특성이 z(CQ; Commercial Quality; 일반용 재질)재는 올 수 있다.

이와 같이 공정 제약조건의 입력이 완료되면, 롤(Roll) 전체의 두께 모양을 고려하기 위해 다음 동일 폭 그룹에서의 진행 결과를 미리 예측하고자 할 때 적용하는 인공지능 분야에서의 룩 어헤드기법을 적용하여 롤 전체의 두께 모양을 다듬어 나가는 제 3과정(S40)을 실행한다. 롤(Roll)을 구성하는 코일들을 살펴보면 대상재들이 몇가지 폭 그룹으로 나뉠 수 있으며 각각의 폭 그룹마다 자신들의 두께를 가지고 있어서, 각각의 그룹에서 두께에 대한 모양을 형성하고 각 그룹을 부드럽게 연결하면 전체적으로 두께 곡선의 문제를 쉽게 해결할 수 있다. 따라서, 상기 제 3과정(S40)에서는 전체 대상재를 순서를 바뀌어도 지장이 없는 코일들끼리 묶어 몇개의 그룹을 형성하고, 각 그룹을 연결하기 위한 그룹의 시작과 종료 지점의 코일 두께를 결정한 후 이를 바탕으로 전체 코일들의 배치를 결정하는 방법이 채용된다.

상기 제 3과정(S40)을 도 4를 기초로 하여 보다 상세히 설명하면, 먼저 코일들의 폭을 기준으로 임의로 순서를 조정해도 제약조건에 위배되지 않는 코일들의 그룹으로 묶어두고(S42) 이들 그룹에 대해서만, 그리고 그룹과 그룹사이의 관계에서만 두께 제약 기준에 대한 고려를 하도록 하여 문제의 복잡도를 낮춘다. 거의 모든 경우에 폭 그룹의 수는 코일 갯수와 비교하였을 때 매우 적다.

순서결정의 대상이 되는 코일들은 폭 측면에서 광폭에서 협폭으로 진행하는 전체 폭변화의 경향을 맞추어야 하므로 폭차이가 큰 광폭재와 협폭재는 당초 인접하여 편성될 수 없다. 따라서, 순서결정에서 현재 작업 대상이 되는 모든 코일들을 대상으로 다음에 어떤 코일을 배치하여야 하는지를 결정하는 것은 현실성이 없는 결정일 뿐만 아니라 결정된 해의 질과 수행속도를 떨어뜨리는 원인이 된다. 순서결정에서 지켜야 하는 폭에 대한 제약 조건은 다시 폭다운 제약과 폭역전에 대한 제약으로 나눌 수 있다. 그런데, 이들 중 폭역전에 대한 제약이 폭다운에 대한 제약보다 상대적으로 더 엄격한 기준으로 폭역전에 대한 제약을 지키는 그룹을 만든다면 그룹내에서 포함된 코일들은 순서를 임의로 조정하여도 폭에 대한 제약 조건은 위반하지 않는다. 따라서 만들어진 폭그룹내에서 두께 조건을 만족하며 두께 곡선이 가능한한 변화가 적도록 한다면 제약 조건을 만족하며 동시에 두께 곡선의 변화가 적은 전체 작업순서를 만들 수 있다. 이렇게 만들어진 작업 그룹들은 이후 그룹간의 코일의 이동을 위한 특별한 고려를 제외하고는 서로 이동이 허락되지 않기 때문에 문제의 복잡도를 줄일 수 있다.

상기에 의해 그룹이 만들어지게 되면 각 그룹에 두께 모양을 만들게 된다(S44). 전체 작업단위의 두께 모양을 결정하고자 할 때 지향하고자 하는 바는 가능한한 두께의 변화정도가 작도록 하여 제조상의 전후 코일간의 두께편차를 줄여 품질이나 생산성측면을 제고하기 위한 것으로, 작업단위를 여러개의 작은 그룹으로 나눈다면 각 그룹이 가지는 두깨의 모양을 가능한한 단순화함으로써 전체 작업단위에서의 두께의 변화를 작게 하는 목표를 달성할 수 있다.

상기의 각 그룹에 두께 모양을 만드는 제 3과정(S40)은 다음과 같은 방식에 의해 구한 후 얻어진 시작, 종료값을 만족하는 가장 단순한 모양을 결정하는 방법으로 이루어진다.

제일 먼저, i번째 그룹의 시작 두께값을 결정하게 된다. 어떤 그룹의 시작값을 결정할 때는 이전 그룹의 종료값에 근거하여 결정하게 되며, 이때 반드시 지켜야 하는 제약 조건과 선호되는 조건들이 있으며 이들간의 우선순위로서 제 1우선순위는 이전 그룹의 종료값과 두께값이 일치해야 함이다. 제 2우선순위는 이전 그룹의 종료값의 진행방향을 지켜야 함이다. 제 3우선순위는 이전 그룹의 종료값과 차이값이 작은 코일이 우선함이다. 상기의 시작 두께값이 결정되면 i번째 그룹의 시작값을 결정할 수 없는 경우 i-1번째 그룹의 종료값 결정단계로 복귀한다. 그리고, i번째 그룹의 두께 모양을 단순화하는 최적의 종료값을 결정하게 되는데, 이미 결정된 현재 그룹의 시작을 고려하여 다음에 연결될 그룹의 두께값 분포를 고려하여 감안할 수 있는 가능한 종료값들중 현재 그룹을 단순화할 수 있는 종료값을 찾는다. 이어, i번째 그룹의 종료값을 결정할 수 없는 경우 i번째 그룹의 시작값을 결정하는 단계로 복귀하고, 결정된 시작값과 종료값을 연결하는 최적의 두께 모양을 결정한다.

종래의 자동 스케쥴 시스템에서 채택한 문제 해결 방법 및 문헌상에 제시된 여타 다른 연구에서 적용한 바 있는 문제 해결 방법과 본 발명에서 채택한 문제 해결 방법상의 가장 큰 차이점은 종래 방식에서는 초기에는 롤이 비어있는 상태에서 코일을 하나씩 모아서 롤을 키워 나가는 방식인데 반해, 본 발명에서 상기와 같이 전체 롤(Roll)을 놓고 롤을 다듬어 나가는 방식을 채용하였다는 것이다. 즉, 롤에 담겨져 있는 코일 전체를 대상으로 코일들의 물량 분석을 통해 롤 전체 모양을 두께를 기준으로 하여 대략적인 모양을 잡는다. 이때 폭 조건은 제약 조건을 위반하지 않도록 하지만 두께 기준은 대략적인 롤 전체 모양을 잡는데 사용하므로 제약 조건을 위반할 수 있다. 여기서, 두께 기준에 위반된 코일은 다음에 행해지는 과정(S50)에서 해결된다. 종래와 본 발명에서의 문제 해결 방법상의 차이점외에 문제 해결 진행상에도 다음과 같은 차이가 있다. 종래 방법에서의 문제점은 코일을 하나씩 붙여 나가는 과정중 어느 시점에 롤을 편성해야 할 물량이 남아있음에도 불구하고 더 이상 다음 코일과 연결시키지 못하는 현상이 발생된다. 이러한 현상은 전 코일의 선택이 잘못되었을 때 발생하는데 이 경우 잘못을 야기한 코일을 포기하고 다른 코일을 찾아 다시 코일을 붙여야 한다. 인공지능 분야에서는 이를 백트랙킹(Backtracking)이라고 한다. 인공지능 기법과 같이 탐색적으로 해를 찾아나가는 문제의 경우 이러한 백트랙킹의 발생은 매우 치명적이며, 시스템의 성능을 크게 좌우한다. 종래 방법으로 문제를 풀어나갈 경우 백트랙킹을 피할 수 있는 방법은 전혀 없으며, 어떻게 백트랙킹횟수를 줄이느냐 또는 백트랙킹을 만났을 때 비교적 쉽게 단시간내에 이를 해결하느냐가 문제의 관건이다. 또 하나의 단점은 롤 전체에 대한 윤곽을 그릴 수 없다는 것이다. 관제원이 롤을 편성할 경우 두께에 대해서는 오르내림이 큰 사인곡선을 그려가면서 두께가 얇아질 때는 계속 얇아지는 경향으로, 두께가 두꺼워질 때는 계속 두꺼워지는 경향으로 롤을 편성한다. 그러나, 종래의 방법은 단지 두개의 전후 코일만을 보기 때문에 롤 전체 경향을 파악하는데는 한계가 있다. 본 발명에서와 같이 전체 롤을 놓고 롤을 다듬어 나가는 방법의 장점은 종래의 방법에서 안고 있는 문제점을 모두 해결한 것으로 백트랙킹과정이 필요없으며, 전체 롤에 대한 두께의 오르내림을 가급적 관제원들이 작업하는 것과 같은 큰 사인곡선을 그리면서 롤(Roll) 편성하는 것이 가능하다는 것이다.

이와 같이 각 그룹에 두께 모양을 만드는 동작이 완료되면 그룹을 해제하고서(S46), 제약 조건 체크 및 위반 코일을 교정하는 제 4과정(S50)을 실행한다. 이 제 4과정(S50)은 제약 조건을 체크하여 제약 조건을 만족하지 않는 코일을 미편성으로 처리하는 작업과, 이 미편성된 코일을 다시 자신의 코일로 편성하는 작업으로 구분된다.

즉, 상기 제 3과정(S40)이 끝난 후 스케쥴된 코일중에서 제약 조건을 벗어난 코일들을 미편성 처리한다. 이때 미편성 처리의 기준은 미편성으로 제거되는 코일의 갯수를 최소화하도록 코일을 제거하는 것이다. 두 코일간에 제약 조건이 벗어났을 경우 미편성으로 처리하는 방식으로는 앞쪽 코일들을 제거하는 방식, 뒤쪽 코일들을 제거하는 방식, 앞쪽과 뒤쪽을 번갈아 가면서 코일을 제거하는 방식이 있다. 이때 중요한 기준이 되는 것은 제거되는 코일의 개수가 적은 쪽의 방법을 선택하는 것으로, 본 발명에서는 평균적으로 미편성되는 코일의 개수가 적다는 것을 인식하고 주로 이 방법을 기본으로 하여 작업을 수행하고 항상 첫번째 방식과 두번째 방식의 미편성되는 코일의 개수를 비교하여 가정 적은 쪽을 택하고 있다. 제약 조건을 맞족하지 않는 코일들을 제거하기 위한 절차 및 그 내용은 다음과 같다.

첫번째로, 제약 조건을 만족하지 않는 코일을 찾는다. 즉, 열연 두께, 냉연 폭, 냉연 두께와 관련된 제약 조건들에 대해 각 코일들이 인접된 코일들과 제약 조건을 만족하는지를 먼저 검색하여 만족하지 않는 코일에 대해서 표시를 해 둔다.

두번째로, 제약 조건을 벗어난 코일을 기준으로 하여 그룹을 정의한다. 즉, 도 5에 예시된 바와 같이 제약 조건을 벗어난 코일을 기준으로 하여 앞쪽인 첫번째 그룹(그룹 1)과 뒤쪽인 두번째 그룹(그룹 2)을 정의한다.

세번째로, 미편성 코일을 제거하는 상기의 세가지 방식들에 대해 각각 미편성되는 코일의 개수를 구한다. 즉, 도 5를 참조하면 미편성을 제거하기 위해 세번째 방식을 사용할 경우 제약 조건을 만족하지 않는 코일을 중심으로 첫번째 그룹(그룹 1)과 두번째 그룹(그룹 2)에서 번갈아 가면서 코일을 제거하게 된다. 이때 첫번째 그룹(그룹 1)에서 제거되는 코일을 개수를 알파라고 하고, 두번째 그룹(그룹 2)에서 제거되는 코일의 개수를 베타라고 하며, 제거되는 코일의 총개수는 알파와 베타를 합친 값이 된다. 도 5에서 알파 바운드는 미편성 코일을 제거하기 위해 첫번째 방식을 사용할 경우 제거되는 코일의 개수를 의미하고, 베타 바운드는 두번째 방식을 사용할 경우 제거되는 코일의 개수를 의미한다. 따라서, 알파와 베타는 각각 알파 바운드와 베타 바운드를 초과할 수 없다. 결국, 알파와 베타를 합한 값과 알파 바운드, 베타 바운드를 서로 비교하여 가장 작은 값을 가진 방식을 선택하게 된다.

네번째로, 미편성되는 코일의 개수가 가장 적은 방식으로 미편성을 제거한다. 즉, 상기 세번째에서 선택된 방식으로 미편성을 제거함에 따라 두개의 그룹이 하나의 그룹으로 합쳐지게 된다. 다음 단계로 현재의 그룹뒤에 있는 코일들에 대해 제약 조건을 만족하는지를 계산하여 제약 조건을 만족하지 않는 코일을 찾아내어 두번째 그룹을 다시 정의하고, 재차 상기 첫번째에서 네번째의 동작을 반복한다.

이후, 상기한 동작반복에 의해 발생되는 미편성 코일을 재편성하게 되는데, 선택된 미편성 코일을 여러가지 제약 조건에 비추어 가장 적절한 장소를 찾아 편성시키게 된다. 이를 위한 절차 및 그 내용은 다음과 같다.

첫번째로, 미편성 코일들중에서 재편성할 코일을 하나를 선택한다. 즉, 코일에 대한 우선순위를 제약 조건중에서 폭에 대한 것으로, 미편성 코일이 재편성되었을 경우 이 코일과 양쪽 코일들간에 발생되는 폭의 오차를 가지고 우선순위를 정의한다.

두번째로, 선택된 코일이 들어갈 수 있는 장소를 물색한다. 즉, 선택된 코일에 대해 편성이 가능한 장소를 자신의 롤(Roll)에서 물색한다. 이때 편성이 가능한 장소란 의미는 폭이나 두께 등 여러가지 제약 조건이 만족되어야 한다는 것을 의미한다.

세번째로, 주어진 장소중에서 최적지를 결정한다. 즉, 상기 두번째에서 미편성 코일이 들어갈 수 있는 장소들을 찾고 다음으로 이 장소들중에서 여러가지 제약 조건 및 작업조건들을 동시에 고려하는 비용함수를 사용하지는 않고 순차적으로 비교하는 비용함수를 사용한다. 부연하면, 냉연 폭이 가장 중요한 제약 조건이므로 이를 먼저 비교하여 가장 좋은 장소를 찾고 만약에 비용함수값이 같은 장소가 여러개 있을 때에는 다음으로 냉연 두께를 비교하여 마지막으로 열연 두께를 비교한다.

네번째로, 미편성 코일을 편성시킨다. 즉, 미편성 코일들중에서 선택된 코일을 여러가지 제약 조건 및 작업조건을 고려해 최적의 장소에 편성시킨다. 이와 같은 과정을 통해 편성될 수 있는 모든 미편성 코일에 적용한다.

이러한 과정을 미편성 코일들이 더 이상 편성이 되지 않을 때까지 반복하여 수행한다. 미편성 코일을 재편성하는 과정에서 사용되는 비용함수들(즉, 냉연폭의 비용함수, 냉연두께의 비용함수, 열연두께의 비용함수)을 수학식으로 나타내면 다음과 같다. 이때 미편성 코일이 편성되는 장소는 두개의 코일 사이로서 다음의 수학식들에서는 이를 앞 코일과 뒤 코일이라 하고, 이 코일사이에 편성되는 코일을 편성코일이라 한다.

<수학식 1>

냉연폭의 비용함수 = (편성후의 냉연폭 비용함수)

- (편성전의 냉연폭 비용함수)

상기 이고,

여기서, 만약 (전 코일의 냉연폭= 후 코일의 냉연폭)이면 그 냉연폭은 2000mm정도이다.

<수학식 2>

냉연두께의 비용함수 = (편성후의 냉연두께 비용함수)

- (편성전의 냉연두께 비용함수)

상기 이고,

여기서, 만약 (전 코일의 냉연두께= 후 코일의 냉연두께)이면 그 냉연두께는 2000mm정도이다.

<수학식 3>

열연두께의 비용함수 = (편성후의 열연두께 비용함수)

- (편성전의 열연두께 비용함수)

상기 이고,

여기서, 만약 (전 코일의 열연두께= 후 코일의 열연두께)이면 그 열연두께는 2000mm정도이다.

상기의 제 4과정(S50)에서 코일의 편성작업이 종료되면 그 편성된 코일을 대상으로 가급적 동일한 엣지를 갖는 코일들을 한군데로 모아 주고, 전, 후 코일간의 두께 세트편차를 최소화하는 제 5과정(S60)이 행해진다.

상기 제 5과정(S60)에서 행해지는 동일한 엣지를 갖는 코일들을 한군데로 모아 주는 작업에 대해 설명하면, 이 작업이 수행되기 전에 먼저 같은 엣지끼리는 서로 묶어 코일블럭을 형성한다. 이렇게 블럭으로 묶어줌으로써 같은 엣지끼리는 같이 움직이도록 하여 엣지가 분리되는 것을 방지한다. 그리고 나서, 도 6에서와 같이 순방향으로 진행하면서 같은 엣지를 가진 코일블럭끼리 모아준다. 즉, 주어진 코일블럭의 엣지와 동일한 코일블럭을 가지고 와서 먼저 코일의 뒷부분에 붙이고 제약 조건을 살펴본다. 만약 만족하면 코일블럭을 가져오고, 만족하지 않으면 주어진 코일블럭의 앞부분에 붙여본다. 만족하면 주어진 코일블럭의 앞에 붙이고 그렇지 않으면 제약 조건을 만족하면서 올 수 있는 코일블럭이 없기 때문에 다음 코일블럭으로 넘어가 위의 과정을 반복한다. 만약에 올 수 있는 코일블럭이 다수인 경우에는 상술한 바와 같이 여러가지 제약 조건이나 작업환경이 가장 적합한 코일블럭을 설정하여 코일블럭을 가져온다. 그리고 여기에서 코일블럭을 가져올 수 있다는 것은 그 코일블럭을 빼 내어도 전, 후 코일블럭이 제약 조건을 위배하지 않는다는 것을 의미한다. 역방향으로 같은 엣지를 모으는 과정도 역시 상술한 바와 동일하나 단지 진행방향만 뒤에서 앞으로 진행된다는 점이 다르다.

그리고, 상기 제 5과정(S60)에서 행해지는 전, 후 코일간의 두께 세트 편차를 최소화시키는 작업에 대해 설명하면, 두께 세트편차를 최소화한다는 것은 슬릿 엣지(Slit Edge)에서는 동일폭내에서, 밀 엣지(Mill Edge)의 경우에서는 소정폭내에서는 두께가 가급적 가까운 코일끼리 인접하게 만든다는 것을 의미한다. 따라서, 전, 후 코일간의 두께 세트 편차를 최소화시키기 위한 첫번째 작업은 슬릿 엣지는 동일폭으로, 밀 엣지는 허용가능한 범위내에서 하나의 블럭으로 만든다. 이렇게 블럭을 형성함으로써 블럭내에서 폭을 의식할 필요없이 두께편차만 최소화하면 된다.

그 다음에는 도 7에 도시된 바와 같이 전 블럭의 마지막 코일의 두께를 가지고 두께편차가 가장 작은 코일을 이번 블럭의 선두에 위치시킨다. 그리고 난 후에는 이 선두 코일을 기준으로 순방향으로 두께편차를 가장 줄일 수 있도록 코일들을 이동시킨다. 이때 중요한 점은 코일을 이동할 때 다른 여러가지 제약 조건들이 만족되어야 한다. 즉, 이동시킬 코일을 빼는 경우 전, 후 코일간의 제약 조건이 만족되어야 하고, 이동한 후의 전, 후 코일간도 제약 조건을 만족해야 한다.

역방향의 두께편차를 줄이는 방식은 순방향과는 다수 차이점이 있다. 순방햐응로 두께편차를 최소화한 후에도 같은 두께가 분리되어 있는 경우가 있다. 이는 순방향에서는 같은 두께를 가진 코일이 빠질 수 없어 같은 두께를 가진 코일이 합쳐지지 않았지만 역방향에서는 앞쪽의 코일이 빠질 수 있을 경우가 발생할 수 있다. 이를 위해서 역방향으로는 순방향과는 다르게 두께가 가장 가까운 코일을 모으는 것이 아니라 두께가 똑같은 코일만을 대상으로 같은 두께를 합치는 작업을 수행한다.

상기의 인접한 코일의 두께편차값을 최소화하기 위해서는 두께의 돌출값을 없애야 하는데, 이 동작은 전체 작업단위내에 편성된 코일들의 두께값의 편차를 줄여 생산성을 제고하기 위한 기능으로 전체 일정계획단계중에서 가장 마지막 단계가 된다. 따라서 이미 상기의 과정들에서 고려되어진 폭과 두께, 그리고 각 라인의 특성에 맞추어 그룹핑되어 있는 다른 요인들에 영향을 주지 않으면서 코일간의 두께편차를 최소화하는 것이 목표이다.

그에 따라, 본 발명에서는 돌출값의 조정을 위해 조정대상이 되는 돌출값 코일의 검색, 이동대상 돌출값 코일의 선정, 이동할 수 있는 각각의 경우에서의 이익/비용의 계산, 이익이 최대화될 수 있는 장소로 이동과 같은 순서를 반복적으로 시도하여 더 이상 개선의 여지가 없을 때까지 시행한다.

여기서, 상기 돌출값 코일이란 어떤 코일의 두께값을 T_i라 하고, 이전 코일과 이후 코일의 두께를 각각 T_i-1, T_i+1이라 할떼 다음의 수학식 4를 만족하는 경우 돌출값 코일이라 한다.

<수학식 4>

(T_i+1- T_i)(T_i-1- T_i) > 0

상기 이동대상 돌출값 코일의 선정동작의 경우, 돌출값 코일들중 이동하였을 때 전, 후 코일들의 관계가 현재에 비하여 개선되어 있는 양이 가장 큰 코일을 우선대상으로 선정한다. 이를 나타내는 양을 전송이익(SendProfit)이라고 정의하며 도 8과 같이 표시된다. 도 8에서 (T_i+1- T_i)(T_i-1- T_i) > 0 이므로 가운데의 코일이 돌출값 코일이며 이때의 돌출값의 특성은 ｜T_i+1- T_i｜<｜T_i-1- T_i｜이므로, 도 8에서 돌출값은 A값이 되고, 이때 돌출값 코일이 이동한다면 남게 되는 두 코일의 두께편차는 B로 나타나며, A와 B의 편차인 C값이 현재 돌출값의 이동후에 얻어지는 두께측면에서의 이익이라고 할 수 있다.

따라서, 상기 전송이익은 다음의 수학식 5와 같이 정의된다.

<수학식 5>

전송이익 = max(｜T_i+1- T_i｜,｜T_i-1- T_i｜) - ｜T_i+1- T_i-1｜

상기 이익이 최대화될 수 있는 장소로 이동의 경우, 앞서 설명한 이동 대상으로 선정된 돌출값 코일은 같은 그룹내에 포함된 임의의 두개의 코일 사이에 위치하게 된다. 이때 두개의 인접한 코일들의 두께가 새롭게 옮겨 오게 될 코일의 두께와 어울리는 정도에 따라 두께측면에서의 이익을 생각할 수 있으며, 이를 수신이익(ReceiveProfit)이라고 정의한다. 돌출값 코일을 받는 부분에서 돌출값 코일을 받기 전의 인접한 두개의 코일의 두께값의 편차는 ｜T_i+1- T_i-1｜로서 도 9의 A부분이 고, 새로운 돌출값 코일을 받은 후 두께값의 편차는 B가 되므로, 새로운 코일의 이동으로 인하여 발생하는 수신이익은 도 9의 C가 되며 다음의 수학식 6과 같이 정의된다.

<수학식 6>

수신이익 = ｜T_i+1- T_i-1｜ - max(｜T_i+1- T_i｜,｜T_i-1- T_i｜)

이동할 장소의 선정은 이 척도에 앞서 전, 후 코일간의 폭과 두께 등의 제약 조건을 만족하여야 하며, 이들 제약 조건을 만족하는 장소들에 대해 상기의 수신이익과 함께 고려하여 이익이 최대가 되는 지점으로 이동한다.

상기의 제 5과정(S60)의 동작이 종료되면 최종적으로 한 단위의 롤(Roll)이 편성된다. 이후, 마지막인 제 6과정(S70)으로 이동하여 롤(Roll)이 편성된 결과를 장표로 출력함으로써, 사용자가 그 결과를 확인하게 된다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 관제원의 수작업에 의한 운영을 최소화하여 관제원의 업무부하를 줄임으로써 최상의 롤을 편성할 수 있도록 관제원을 지원하고, 조업이상시 신속한 롤단위 재편성으로 기회손실을 방지하여 생산성 및 품질향상을 꾀할 수 있다.

한편 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있다.

Claims (1)

1. 공정계획상의 원시 데이터를 처리가능한 형태로 변환하는 과정과,

   롤 작업단위를 편성하기 위한 공정 제약조건을 입력하는 과정과,

   상기 롤을 구성하는 코일들을 순서가 바뀌어도 지장이 없는 코일들끼리 묶어 소정의 그룹을 형성하고, 각 그룹의 시작과 종료지점의 코일 두께를 결정하여 이를 기초로 전체 코일들의 배치를 결정함에 따라 상기 롤의 두께 모양을 만드는 과정과,

   상기 입력된 공정 제약조건을 체크하여 공정 제약조건을 만족하지 않는 코일을 미편성으로 처리하고, 이 미편성처리된 코일을 재편성하는 과정과,

   상기 편성된 코일을 대상으로 동일한 엣지를 갖는 코일들을 한 군데로 모아주고, 전후 코일간의 두께 세트편차를 최소화하는 과정 및,

   상기 롤의 편성결과를 출력하는 과정을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉연공장 피시엠 라인에서의 자동 스케쥴 모델링방법.