KR102219993B1 - 병렬형 열처리 공정을 위한 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법 - Google Patents
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Abstract
병렬로 공정 운전을 하는 수행하는 병렬형 열처리 공정을 위한 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법은, 생산 스케줄링 운영 시스템이, 각각의 열처리로마다 자체 열처리 공정의 동적 상태 정보를 획득하는 단계; 생산 스케줄링 운영 시스템이, 동적 상태 정보를 기반으로 각각의 열처리로에서의 열처리 공정을 스케줄링하는 단계; 및 생산 스케줄링 운영 시스템이, 각각의 열처리로에서의 열처리 공정에 대한 스케줄 생성 결과를 기반으로 예상 비용을 도출하는 단계;를 포함한다. 이에 의해, 병렬 형태로 공정 운전을 하는 다수의 열처리로의 동적인 상태 정보(해당 열처리로 투입 제품, 열처리 시작 및 종료 예정 시간, 강온 및 승온 상태 등)를 반영하여 열처리 대상 제품들의 투입 순서와 조합 스케줄을 최적화할 수 있다.
Description
본 발명은 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 병렬로 공정 운전을 하는 수행하는 병렬형 열처리 공정을 위한 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법에 관한 것이다.
종래의 열처리 생산 과정의 경우 뿌리 산업의 중소규모 기업들의 주를 이루고 있기 때문에 체계화된 생산 관리 계획등이 적용되지 않은 곳이 많아 대부분 기존 작업자의 경험에 의존하여 생산 계획을 수립하고 있다.
이러한, 열처리 공정은 제품에 따라 한번에 수시간 이상 또는 하루 이상의 작업 시간을 요구하는 경우가 있으며 열처리로 가동 시 매우 많은 에너지 소모에 따른 에너지 비용을 필요로 하기 때문에 시간에 따라 달라지는 열처리로의 동적인 상태 정보를 기반으로 열처리 대상 제품별 공정 조건(온도, 속도등) 및 납기에 따라 대상 제품들의 투입 순서와 조합을 최적화하는 스케줄링 기법 적용에 따라 생산성을 높이고 생산 비용을 줄일 수 있다.
따라서 현장에서 병렬형태로 동시에 공정 운전을 하는 다수의 열처리로의 상태(해당 열처리로 투입 제품, 열처리 시작 및 종료 예정 시간, 강온 및 승온 상태 등)의 시간에 따른 동적인 변화를 반영하여 열처리 대상 제품별 투입 순서와 조합을 최적화할 수 있는 병렬형 열처리 공정을 위한 자동화된 동적 생산 스케줄러에 대한 연구가 필수적이나, 이에 대한 연구가 매우 미약한 실정이기 때문에, 병렬형 열처리 공정을 위한 자동화된 동적 생산 스케줄러에 대한 방안의 모색이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 병렬 형태로 공정 운전을 하는 다수의 열처리로의 동적인 상태 정보(해당 열처리로 투입 제품, 열처리 시작 및 종료 예정 시간, 강온 및 승온 상태 등)를 반영하여 열처리 대상 제품들의 투입 순서와 조합 스케줄을 최적화하는 병렬형 열처리 공정을 위한 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법은, 생산 스케줄링 운영 시스템이, 각각의 열처리로마다 자체 열처리 공정의 동적 상태 정보를 획득하는 단계; 생산 스케줄링 운영 시스템이, 동적 상태 정보를 기반으로 각각의 열처리로에서의 열처리 공정을 스케줄링하는 단계; 및 생산 스케줄링 운영 시스템이, 각각의 열처리로에서의 열처리 공정에 대한 스케줄 생성 결과를 기반으로 예상 비용을 도출하는 단계;를 포함한다.
그리고 동적 상태 정보는, 열처리로 투입 제품, 열처리 시작 및 종료 예정 시간, 강온 및 승온 상태에 대한 정보 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.
또한, 스케줄링 단계는, 특정 열처리로에서 열처리 공정이 진행 중인 경우, 진행 중인 공정의 종료 예정 시점 및 현재 열처리로의 온도를 기준으로 작업 순서가 결정되도록 할 수 있다.
그리고 스케줄링 단계는, 작업 온도 변경에 따른 비용 및 소요 시간을 최소화하기 위해, 열처리로별 단위 승온 레벨에 따른 에너지 사용 정보와 소요 시간에 대한 정보를 반영하여, 각각의 열처리로에서의 열처리 공정을 스케줄링할 수 있다.
또한, 스케줄링 단계는, 동적 상태 정보를 유전 알고리즘에 적용하여 열처리 공정을 스케줄링하며, 유전 알고리즘은, 동적 상태 정보에 따라 각각의 열처리로별 유전자 길이가 설정될 수 있다.
그리고 유전자 길이(G)는, 
가 열처리로 수량이고, 
가 스케줄 일 수이며, 
가 열처리로 f의 스케줄링 유예 시간이고, 
가 열처리로 f의 할당 로트 중 최소 단위작업 시간인 경우, 하기 수식 1을 이용하여 산출될 수 있다.
(수식 1)
또한, 예상 비용(F)은, 
가 열처리로 수량이고, 
가 열처리로 f의 할당 작업 수이며, 
가, 작업 j의 소모 전력이고, 
가, 작업 j의 소요 시간이며, 
가, 작업 j의 시간대에 해당되는 TOU 요금이고, 
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환 시 대기 전력이며, 
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환 시 대기 시간이고, 
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환되는 시간 동안의 TOU 요금이며, 
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환 시 열처리로 변온에 따른 소모 전력이고, 
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환 시 열처리로 변온에 따른 소요 시간이며, 
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환되는 시간 동안의 열처리로 변온에 따른 TOU 요금이고, P가 페널티 값인 경우, 하기 수식 2를 이용하여 산출될 수 있다.
(수식 2)
그리고 페널티 값(P)은, 
가, 기본 페널티 상수 값이고, 
이 긴급 주문 납기 실패 페널티 값이고, 
가, 시간 초과 페널티 값이며, 
이, 생산 미달 페널티 값이고, 
가, 생산 초과 페널티 값이며, 
가, 계약 전력 초과 페널티 값인 경우, 하기 수식 3을 이용하여 산출될 수 있다.
(수식 3)
본 발명의 일 실시예에 따른, 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법은, 생산 스케줄링 운영 시스템이, 각각의 열처리로에서의 사전 입력 정보 및 열처리 공정에 대한 스케줄 생성 결과를 출력하는 단계;를 더 포함하며, 이때, 스케줄 생성 결과는, 시간축의 그래프로 표현되는 각 설비별 또는 로트별 생산 스케줄의 생성 결과이고, 사전 입력 정보는, 스케줄 생성에 대한 이력 정보 및 긴급 오더 정보 중 적어도 하나가 포함되는 정보일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 시스템은, 각각의 열처리로마다 자체 열처리 공정의 동적 상태 정보를 획득하는 통신부; 및 동적 상태 정보를 기반으로 각각의 열처리로에서의 열처리 공정을 스케줄링하고, 각각의 열처리로에서의 열처리 공정에 대한 스케줄 생성 결과를 기반으로 예상 비용을 도출하는 프로세서;를 포함한다.
그리고 본 발명의 다른 실시예에 따른, 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는, 생산 스케줄링 운영 시스템이, 각각의 열처리로마다 자체 열처리 공정의 동적 상태 정보를 획득하는 단계; 생산 스케줄링 운영 시스템이, 동적 상태 정보를 기반으로 각각의 열처리로에서의 열처리 공정을 스케줄링하는 단계; 및 생산 스케줄링 운영 시스템이, 각각의 열처리로에서의 열처리 공정에 대한 스케줄 생성 결과를 기반으로 예상 비용을 도출하는 단계;를 포함하는 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 수록된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법은, 생산 스케줄링 운영 시스템이, 각각의 열처리로마다 자체 열처리 공정의 동적 상태 정보를 획득하는 단계; 및 생산 스케줄링 운영 시스템이, 동적 상태 정보를 기반으로 각각의 열처리로에서의 열처리 공정을 스케줄링하는 단계;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 병렬 형태로 공정 운전을 하는 다수의 열처리로의 동적인 상태 정보(해당 열처리로 투입 제품, 열처리 시작 및 종료 예정 시간, 강온 및 승온 상태 등)를 반영하여 열처리 대상 제품들의 투입 순서와 조합 스케줄을 최적화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 각 열처리로마다 자체 열처리 공정이 종료 되는 시점에 다른 열처리로의 공정 종료 여부와 상관 없이 즉시 새로운 스케줄이 할당될 수 있게 함으로써 병렬형 열처리의 생산성 및 효율성을 증가시켜 에너지 절감 효과를 극대화 할 수 있다.
더불어, 본 발명의 실시예들에 따르면, 계시별 요금제(TOU)를 적용하여 계약 전력을 초과하지 않도록 병렬형 열처리 공정의 스케줄링을 최적화할 수 있으며, 산업용으로 선택할 수 있는 임의의 계약전력을 적용하더라도 계약전력을 초과하지 않는 생산 공정 스케줄링이 가능하다.
그리고 본 발명의 실시예들에 따르면, 실제 현장의 요구 사항을 반영하여 계시별 요금제(TOU)의 최대부하 시간에는 열처리 공정이 진행되지 않도록 최대부하회피 스케줄링 기능을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 최대 7일의 생산 스케줄을 생성할 수 있으며 스케줄 생성 범위를 사용자 선택에 따라 1일부터 최대 7일까지 가변적으로 변경시켜 제공할 수 있고 스케줄 동안에 발생하는 긴급 주문의 제품 수량과 납기를 반영하여 생산 스케줄링에 적용하고 제품별 생산량을 납기내 만족시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 시스템의 설명에 제공된 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법의 설명에 제공된 흐름도,
도 3은 작업 온도가 하향식으로 배치된 로트들이 예시된 도면,
도 4는 유전자 구조의 설명에 제공된 도면,
도 5는 종래의 정적 스케줄링을 적용한 Case1과 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 스케줄링을 적용한 Case2의 스케줄 시작 시점이 도시된 도면,
도 6은 종래의 정적 스케줄링을 적용한 Case1의 비용 분표에 대한 시뮬레이션 결과가 예시된 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 스케줄링을 적용한 Case2의 비용 분표에 대한 시뮬레이션 결과가 예시된 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법이 적용되어, 사용자의 운영 설정 기능을 수행하는 사용자 인터페이스(UI)가 예시된 도면, 그리고
도 9는 출력되는 공정 운영 스케줄링 결과가 예시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법의 설명에 제공된 흐름도,
도 3은 작업 온도가 하향식으로 배치된 로트들이 예시된 도면,
도 4는 유전자 구조의 설명에 제공된 도면,
도 5는 종래의 정적 스케줄링을 적용한 Case1과 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 스케줄링을 적용한 Case2의 스케줄 시작 시점이 도시된 도면,
도 6은 종래의 정적 스케줄링을 적용한 Case1의 비용 분표에 대한 시뮬레이션 결과가 예시된 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 스케줄링을 적용한 Case2의 비용 분표에 대한 시뮬레이션 결과가 예시된 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법이 적용되어, 사용자의 운영 설정 기능을 수행하는 사용자 인터페이스(UI)가 예시된 도면, 그리고
도 9는 출력되는 공정 운영 스케줄링 결과가 예시된 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 시스템의 설명에 제공된 도면이다.
기존의 방식은 다수의 열처리로가 병렬로 공정이 진행될 경우, 기존 진행 공정들이 전부 완료되는 시점에 일괄적으로 모든 열처리로에 새로운 스케줄이 할당되는 방식, 즉 일부 열처리로의 공정이 완료되었더라도 아직 공정이 완료되지 못한 열처리로의 공정 완료때까지 스케줄을 할당받지 못하는 방식으로 모든 열처리로의 초기 상태를 유효 상태로 가정한 정적 스케줄링 방식이었다.
본 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 시스템은, 이러한 정적 스케줄링 기법의 한계점을 극복하기 위해 병렬형태로 공정 운전을 하는 모든 열처리로의 동적인 상태 정보(해당 열처리로 투입 제품, 열처리 시작 및 종료 예정 시간, 강온 및 승온 상태 등)를 반영하여 긴급 주문 접수, 생산 요구량 변화와 같은 실시간 동적 상황에 대응할 수 있도록 하므로써 생산성과 효율성을 증가시켜 에너지 절감 효과를 극대화 할 수 있는 병렬형 열처리 공정을 위한 동적 생산 스케줄러 알고리즘을 구현한 것이다.
본 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 시스템은, 현장의 동적 상황 변화를 적용할 수 있는 병렬형 열처리 공정을 위한 동적 생산 스케줄링을 위해서 열처리로의 초기 상태 변경이 가능하며 스케줄링 시작 시점을 각 열처리로마다 독립적으로 설정 가능하도록 하고, 최대 수요 전력 초과 방지를 위해 계약 전력 조건을 반영하여, 최대 부하 시간에 공정 중단을 위한 최대 부하 회피 스케줄링을 적용할 수 있도록 하여 현장의 상황에 적합한 스케줄을 생성할 수 있다.
또한, 본 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 시스템은, 로의 변온에 따른 에너지 사용 정보와 소요 시간 정보를 모두 반영하여 비용과 시간에 더욱 최적화된 스케줄을 생성할 수 있다.
구체적으로, 본 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 시스템은, 실제 현장에서 제품의 품질을 관리하기 위한 제품 그룹인 로트를 단위로 하여 열처리로에 투입하는 방식을 적용하여, 1)제품별 로트 할당을 기반으로 로트(lot)기반의 스케줄 설계를 실시하되 3)해당 로트별 열처리로의 온도 및 처리 시간 및 에너지 소모 데이터를 반영하고, 4)산업용 전력의 계시별 요금제(TOU)를 고려, 5)계약전략을 초과하지 않고 6)병렬형태로 공정 운전을 하는 다수의 열처리로의 동적인 상태 정보(해당 열처리로 투입 제품, 열처리 시작 및 종료 예정 시간, 강온 및 승온 상태 등)를 반영, 7)현장의 요구를 반영하여 계시별 요금제(TOU) 최대부하 시간을 회피하는 기능을 제공하고 8)스케줄 생성 범위를 사용자 선택에 따라 1일부터 최대 7일까지 가변적으로 변경시켜 제공할 수 있고 9)긴급 주문에 대응하며 10)요구되는 제품별 생산량을 납기 내에 만족시킬 수 있는 11)비용 및 에너지 절감 최적화된 병렬형 열처리 공정을 위해 열처리로의 동적 상황 변화를 적용한다.
이를 위해, 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 시스템은, 통신부(110), 프로세서(120), 저장부(130) 및 출력부(140)를 포함한다.
통신부(110)는, 각각의 열처리로마다 자체 열처리 공정의 동적 상태 정보를 획득하기 위한 통신 수단이다. 구체적으로 예를 들면, 통신부(110)는, 각각의 열처리로마다 자체 열처리 공정의 종료 시점에 대한 정보를 획득할 수 있다.
프로세서(120)는, 동적 상태 정보를 기반으로 각각의 열처리로에서의 열처리 공정을 스케줄링하고, 각각의 열처리로에서의 열처리 공정에 대한 스케줄 생성 결과를 기반으로 예상 비용을 도출할 수 있다.
구체적으로 프로세서(120)는, 병렬 형태로 공정 운전을 하는 다수의 열처리로의 동적 상태 정보를 반영하여 열처리 대상 제품들의 투입 순서와 조합 스케줄을 최적화할 수 있다.
이때, 동작 상태 정보는, 열처리로 투입 제품, 열처리 시작 및 종료 예정 시간, 강온 및 승온 상태, 계약 전력, 최대 부하에 대한 정보 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.
예를 들면, 프로세서(120)는, 특정 열처리로에서 열처리 공정이 진행 중인 경우, 진행 중인 공정의 종료 예정 시점 및 현재 열처리로의 온도를 기준으로 작업 순서가 결정되도록 할 수 있다.
또한, 프로세서(120)는, 계시별 요금제(TOU)를 적용하여 계약 전력을 초과하지 않도록 병렬형 열처리 공정의 스케줄링을 최적화할 수 있다.
그리고 프로세서(120)는, 산업용으로 선택할 수 있는 임의의 계약전력을 적용하더라도 계약전력을 초과하지 않는 생산 공정 스케줄링이 가능하며, 실제 현장의 요구 사항을 반영하여 계시별 요금제(TOU)의 최대부하 시간에는 열처리 공정이 진행되지 않도록, 최대부하회피 스케줄링 기능을 제공할 수 있다.
또한, 프로세서(120)는, 최대 7일의 생산 스케줄을 생성할 수 있으며 스케줄 생성 범위를 사용자 선택에 따라 1일부터 최대 7일까지 가변적으로 변경시켜 제공할 수 있고 스케줄 동안에 발생하는 긴급 주문의 제품 수량과 납기를 반영하여 생산 스케줄링에 적용하고 제품별 생산량을 납기내 만족시킬 수 있다.
그리고 프로세서(120)는, 작업 온도 변경에 따른 비용 및 소요 시간을 최소화하기 위해, 열처리로별 단위 승온 레벨에 따른 에너지 사용 정보와 소요 시간에 대한 정보를 반영하여, 각각의 열처리로에서의 열처리 공정을 스케줄링할 수 있다.
또한, 프로세서(120)는, 동적 상태 정보를 유전 알고리즘에 적용하여 열처리 공정을 스케줄링할 수 있으며, 이때, 유전 알고리즘은, 동적 상태 정보에 따라 각각의 열처리로별 유전자 길이가 설정될 수 있다.
저장부(130)는, 프로세서(120)가 동작함에 있어 필요한 프로그램 및 데이터를 저장할 수 있는 저장매체이다.
출력부(140)는, 각각의 열처리로에서의 사전 입력 정보 및 열처리 공정에 대한 스케줄 생성 결과를 출력할 수 있다.
도 2는 본 실시예에 따른 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 시스템을 이용하는 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법의 설명에 제공된 흐름도이다.
본 실시예에 따른 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법은, 열처리 공정의 동적 상태 정보를 획득하는 획득 단계(S210), 각각의 열처리로에서의 열처리 공정을 스케줄링하는 스케줄링 단계(S220), 스케줄 생성 결과를 기반으로 예상 비용을 도출하는 도출 단계(S230) 및 스케줄 생성 결과를 출력하는 출력 단계(S240)로 구성될 수 있다.
획득 단계(S210)에서는, 통신부가, 각각의 열처리로마다 자체 열처리 공정의 동적 상태 정보를 획득할 수 있다.
스케줄링 단계(S220)에서는, 프로세서(120)가, 열처리로 투입 제품, 열처리 시작 및 종료 예정 시간, 강온 및 승온 상태, 계약 전력, 최대 부하 등에 대한 정보가 포함되는 동적 상태 정보를 기반으로 각각의 열처리로에서의 열처리 공정을 스케줄링할 수 있다.
구체적으로 예를 들면, 스케줄링 단계(S220)에서는, 현장의 설비 상태를 스케줄에 반영하여, 열처리로에서 공정이 진행 중일 경우, 현 공정 종료 예정 시점을 기준으로 이후 공정의 시작 시점을 병렬형으로 할당할 수 있다.
또한, 스케줄링 단계(S220)에서는, 현재 로의 온도를 입력받아 작업 순서 결정에 반영하며 고장 상태의 열처리로가 존재할 경우 해당 열처리로를 스케줄링 대상에서 제외시킬 수 있다.
다른 예를 들면, 스케줄링 단계(S220)에서는, 열처리 공정이 로의 승온 과정에서 많은 에너지가 소모되기 때문에, 로트별 다양한 처리 온도 조건을 고려하여 작업 온도를 상향식 또는 하향식으로 효율적으로 배치할 경우 해당 로트들의 전체 처리 공정에 소모되는 에너지 사용을 최소화할 수 있다. 도 3은 작업 온도가 하향식으로 배치된 로트들이 예시된 도면이다.
이를 위해 스케줄링 단계(S220)에서는, 열처리로별 단위 승온 레벨에 따른 에너지 사용 정보와 소요 시간에 대한 정보를 스케줄에 반영해 작업 온도 변경에 따른 비용과 시간 소요 또한 고려하게 된다.
또 다른 예를 들면, 스케줄링 단계(S220)에서는, 최대 수요 전력 초과 방지를 위해, 생성된 스케줄의 전력 사용 정보를 바탕으로 수요 시간에 따른 15분 단위 평균전력을 계산해 계약 전력 초과 여부를 확인하는 방식으로, 계약 전력 조건을 반영하여, 최대 부하 시간에 공정 중단을 위한 최대 부하 회피 스케줄링을 적용할 수 있는 현장의 상황에 적합한 스케줄을 생성할 수 있다.
여기서, 계약 전력은 전기 사용자가 공급자에게 요청한 최대 사용 전력이며, 최대 수요 전력이 계약 전력을 초과할 경우 첫 달에는 초과 사용에 대한 경고를, 두 번째 초과 월부터는 기본요금의 250%에 해당하는 초과 사용금이 부과됨에 따라, 계약 전력을 초과하지 않는 범위 내에서 스케줄이 생성되어야 한다.
또 다른 예를 들면, 스케줄링 단계(S220)에서는, 최대부하회피 스케줄링 기능으로서, 사용자가 최대 부하 회피를 적용한 스케줄과 일반 스케줄을 비교해 보다 현장의 상황에 적합한 스케줄을 선택하도록 할 수 있다.
이때, 최대 부하 회피 스케줄링은 TOU 요금제에서 가장 전력량 요금이 높은 최대 부하 시간대에 일시적으로 공정을 중단하는 스케줄링 기법으로 실제 현장에서 많이 적용하고 있는 방식이다.
도 4는 유전자 구조의 설명에 제공된 도면이다.
도 4를 참조하면, 스케줄링 단계(S220)에서는, 동적 상태 정보를 유전 알고리즘에 적용하여 열처리 공정을 스케줄링할 수 있다.
여기서, 개체의 유전자는 설비별 작업 로트 순서를 나타낸다. 특정 열처리로에 투입 가능한 로트의 종류가 N이라 했을 때 각 유전자 슬롯은 0부터 N까지 범위의 값을 갖게 된다. 0은 해당 슬롯이 비어있다는 뜻으로, 다음 유전자 슬롯의 값이 유효할 경우 해당 유전자의 로트가 대신 작업에 투입된다.
즉, 유전자의 길이는 각 열처리로마다 별도로 결정되며 스케줄 기간 동안 해당 열처리로에 최대로 투입 가능한 로트의 수로 결정된다. 이는 스케줄링 가능 시간을 최소 단위 작업 시간으로 나눈 값과 같다.
이때, 최소 단위 작업 시간이란 로트의 전체 작업 시간 뿐 아니라 연속투입 시의 투입 간격을 포함하여 최소 시간을 구한 것을 말한다.
즉, 본 실시예에 따른 유전 알고리즘은, 동적 상태 정보에 따라 각각의 열처리로별 유전자 길이가 설정될 수 있으며, 유전자 길이(G)는, 
가 열처리로 수량이고, 
가 스케줄 일 수이며, 
가 열처리로 f의 스케줄링 유예 시간이고, 
가 열처리로 f의 할당 로트 중 최소 단위작업 시간인 경우, 하기 수식 1을 이용하여 산출될 수 있다.
(수식 1)
도출 단계(S230)에서는, 프로세서(120)가, 각각의 열처리로에서의 열처리 공정에 대한 스케줄 생성 결과를 기반으로 예상 비용을 도출할 수 있다.
구체적으로, 도출 단계(S230)에서는, 비용 계산을 위해서 스케줄을 생성한 뒤 예측된 에너지 사용 정보에 TOU 요금제를 적용해 비용을 도출함으로써, 예상 비용을 도출하여, 적합도로 사용할 수 있다.
생산 스케줄러의 최종 결과를 수렴하기 위한 적합도 함수로 이용되는 예상 비용(F)은, 
가 열처리로 수량이고, 
가 열처리로 f의 할당 작업 수이며, 
가, 작업 j의 소모 전력이고, 
가, 작업 j의 소요 시간이며, 
가, 작업 j의 시간대에 해당되는 TOU 요금이고, 
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환 시 대기 전력이며, 
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환 시 대기 시간이고, 
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환되는 시간 동안의 TOU 요금이며, 
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환 시 열처리로 변온에 따른 소모 전력이고, 
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환 시 열처리로 변온에 따른 소요 시간이며, 
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환되는 시간 동안의 열처리로 변온에 따른 TOU 요금이고, P가 페널티 값인 경우, 하기 수식 2를 이용하여 산출될 수 있다.
(수식 2)
그리고 페널티 값(P)은, 
가, 기본 페널티 상수 값이고, 
이 긴급 주문 납기 실패 페널티 값이고, 
가, 시간 초과 페널티 값이며, 
이, 생산 미달 페널티 값이고, 
가, 생산 초과 페널티 값이며, 
가, 계약 전력 초과 페널티 값인 경우, 하기 수식 3을 이용하여 산출될 수 있다.
(수식 3)
페널티 상수 값(
)은, 에너지 비용에 비례한 정량적인 페널티 부과를 위해 각 열처리로의 할당 로트들 중 가장 에너지 소모가 큰 로트를 스케줄 기간 동안 TOU 요금제의 최고 요금을 적용해 작업한 것으로 가정하고, 그 비용을 기본 페널티 상수 값으로 정의할 수 있다.
즉, 페널티 상수 값(
)은, 
가, 열처리로 f의 할당 로트 중 최대 소모 전력이고, 
가, 스케줄 일 수이며, C가 TOU 요금제 중 최대 비용인 경우, 하기 수식 4를 이용하여 산출될 수 있다.
(수식 4)
생성된 스케줄의 기간은 사용자가 입력한 스케줄 주기에 따라 결정된다. 특정 열처리로의 작업 일정이 정해진 스케줄 일 수를 초과할 경우 해당 열처리로의 최소 단위 작업 시간을 구한 뒤 여기에 대한 초과 시간 비율을 계산해 페널티(
)에 반영함으로써, 정해진 작업 일정 안에서 작업이 마무리될 수 있는 해를 구할 수 있다.
이때, 시간 초과 페널티 값(
)은, 
가, 열처리로 수량이고, 
가, 열처리로 f의 소모 전력이며, 
가, 열처리로 f의 할당 로트 중 최소 단위작업 시간인 경우, 하기 수식 5를 이용하여 산출될 수 있다.
(수식 5)
긴급 주문은 스케줄 기간 내에서 일정 시간 안에 생산이 완료되어야 하는 주문을 의미한다. 따라서, 제한 시간 안에 긴급 주문 납기를 완료하지 못했을 경우 납기에 실패한 주문 수에 기본 페널티 상수(
)를 곱해 이 값을 페널티(
)로 적용할 수 있다.
한편, 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법은, 접수된 주문 정보들로부터 제품별 생산 요구 수량을 계산할 수 있으며, 생성된 스케줄이 요구 생산량을 만족하지 못했을 경우 각 제품별 생산 미달 비율만큼 페널티(
)를 부과할 수 있다.
이때, 생산 미달 페널티 값(
)은, 
가, 생산 제품 종류이며, 
가, 제품 p의 생산 요구 수량이고, 
가, 제품 p의 생산 수량인 경우, 하기 수식 6을 이용하여 산출될 수 있다.
(수식 6)
또한, 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법은, 초과 생산량이 해당 제품의 최대 생산 단위를 넘어섰을 경우 초과한 비율만큼의 페널티(
)를 부과한다. 이때, 최대 생산 단위란 해당 제품이 투입되는 로트들 중 가장 큰 수량에 해당한다.
구체적으로, 생산 초과 페널티 값(
)은, 
가, 생산 제품 종류이며, 
가, 제품 p의 생산 요구 수량이고, 
가, 제품 p의 생산 수량이며, 
가 제품 p의 최대 생산 단위인 경우, 하기 수식 7을 이용하여 산출될 수 있다.
(수식 7)
에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법은, 생성된 스케줄을 수요 시간인 15분 단위 구간으로 나눈 뒤, 각 구간의 평균 전력을 계산할 수 있다. 이때, 계약 전력을 초과한 구간이 존재할 경우 기본 페널티 상수 값(
)을 페널티(
)로 적용할 수 있다.
도 5는 종래의 정적 스케줄링을 적용한 Case1과 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 스케줄링을 적용한 Case2의 스케줄 시작 시점이 도시된 도면이고, 도 6은 종래의 정적 스케줄링을 적용한 Case1의 비용 분표에 대한 시뮬레이션 결과가 예시된 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 스케줄링을 적용한 Case2의 비용 분표에 대한 시뮬레이션 결과가 예시된 도면이다.
본 실시예에 따른 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법의 유효성과 성능 평가를 위해, 기존의 정적 스케줄링 기법(Case 1)과 동일한 환경에서 시뮬레이션을 진행한 결과가 도 6 내지 도 7에 예시된 바와 같다.
구체적으로, 스케줄러의 성능 평가를 위해서 주문 수량 별 시뮬레이션을 진행하였다. 스케줄 시작 시점은 05시이며 주기는 3일로 설정하였고 모든 열처리로에서 공정이 진행 중인 상태로 가정하였다. 전기 요금제로는 산업용 전력(을) - 고압A - 선택Ⅲ을 적용하였다.
도 5를 참조하면, Case1의 경우, 기존 진행 공정이 전부 완료되는 시점에 일괄적으로 모든 열처리로에 새로운 스케줄이 할당되지만, Case2에선 각 열처리로의 기존 공정이 종료되는 시점에 즉시 새로운 스케줄이 할당된다.
시뮬레이션 결과, Case1의 스케줄과 비교해 Case2의 스케줄에서 평균적으로 전력 사용 및 비용 모두 감소되었고, 전체 작업 시간은 단축되어, 본 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법을 적용하는 동적 스케줄러가 기존 스케줄러에 비해 비용과 시간 면에서 우수한 스케줄을 생성함을 확인할 수 있다.
도 6 내지 도 7을 참조하면, 두 경우, 모두 비용의 분포가 정규 분포에 가까운 형태를 나타내고 있으며 평균 대비 3%이하의 낮은 표준 편차를 가져 해의 수렴성과 균일성에 있어서도 좋은 결과를 보여주었다. 따라서 본 스케줄러의 실제 현장 적용에 있어서도 안정적인 최적 스케줄 생성을 기대할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법이 적용되어, 사용자의 운영 설정 기능을 수행하는 사용자 인터페이스(UI)가 예시된 도면이고, 도 9는 출력되는 공정 운영 스케줄링 결과가 예시된 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 출력 단계(S240)에서는, 출력부(140)가, 각각의 열처리로에서의 열처리 공정에 대한 스케줄 생성 결과를 출력할 수 있다.
예를 들면, 출력부(140)는, 도 8에 예시된 바와 같이 사용자의 운영 설정 기능을 수행하는 사용자 인터페이스(UI)가 마련되어, 하단부에서 실시간 에너지 사용량을 확인할 수 있으며 좌측에는 비용과 사용 전력 등의 스케줄 정보가 표시될 수 있다.
또한, 출력부(140)는, 생산 스케줄러에 의한 출력 결과를 효과적으로 제공하기 위해 스케줄 생성에 대한 이력 정보, 긴급 오더 정보등의 사전 정보 입력이 확인 가능하고, 도 9에 예시된 바와 같이 생산 스케줄링 출력 결과를 각 설비별로 로트별로 시간축의 그래프로 타입으로 출력할 수 있다.
이를 통해, 병렬 형태로 공정 운전을 하는 다수의 열처리로의 동적인 상태 정보를 반영하여 열처리 대상 제품들의 투입 순서와 조합 스케줄을 최적화할 수 있다.
또한, 각 열처리로마다 자체 열처리 공정이 종료 되는 시점에 다른 열처리로의 공정 종료 여부와 상관 없이 즉시 새로운 스케줄이 할당될 수 있게 함으로써, 병렬형 열처리의 생산성 및 효율성을 증가시켜 에너지 절감 효과를 극대화할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
110 : 통신부
120 : 프로세서
130 : 저장부
140 : 출력부
120 : 프로세서
130 : 저장부
140 : 출력부
Claims (12)
- 생산 스케줄링 운영 시스템이, 각각의 열처리로마다 자체 열처리 공정의 동적 상태 정보를 획득하는 단계;
생산 스케줄링 운영 시스템이, 동적 상태 정보를 기반으로 각각의 열처리로에서의 열처리 공정을 스케줄링하는 단계; 및
생산 스케줄링 운영 시스템이, 각각의 열처리로에서의 열처리 공정에 대한 스케줄 생성 결과를 기반으로 예상 비용을 도출하는 단계;를 포함하고,
예상 비용(F)은,
가 열처리로 수량이고,
가 열처리로 f의 할당 작업 수이며,
가, 작업 j의 소모 전력이고,
가, 작업 j의 소요 시간이며,
가, 작업 j의 시간대에 해당되는 TOU 요금이고,
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환 시 대기 전력이며,
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환 시 대기 시간이고,
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환되는 시간 동안의 TOU 요금이며,
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환 시 열처리로 변온에 따른 소모 전력이고,
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환 시 열처리로 변온에 따른 소요 시간이며,
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환되는 시간 동안의 열처리로 변온에 따른 TOU 요금이고, P가 페널티 값인 경우, 하기 수식 2를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법.
(수식 2).
- 청구항 1에 있어서,
동적 상태 정보는,
열처리로 투입 제품, 열처리 시작 및 종료 예정 시간, 강온 및 승온 상태에 대한 정보 중 적어도 하나가 포함되는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법.
- 청구항 1에 있어서,
스케줄링 단계는,
특정 열처리로에서 열처리 공정이 진행 중인 경우, 진행 중인 공정의 종료 예정 시점 및 현재 열처리로의 온도를 기준으로 작업 순서가 결정되도록 하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법.
- 청구항 1에 있어서,
스케줄링 단계는,
작업 온도 변경에 따른 비용 및 소요 시간을 최소화하기 위해, 열처리로별 단위 승온 레벨에 따른 에너지 사용 정보와 소요 시간에 대한 정보를 반영하여, 각각의 열처리로에서의 열처리 공정을 스케줄링하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법.
- 청구항 1에 있어서,
스케줄링 단계는,
동적 상태 정보를 유전 알고리즘에 적용하여 열처리 공정을 스케줄링하며,
유전 알고리즘은,
동적 상태 정보에 따라 각각의 열처리로별 유전자 길이가 설정되도록 하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법.
- 생산 스케줄링 운영 시스템이, 각각의 열처리로마다 자체 열처리 공정의 동적 상태 정보를 획득하는 단계;
생산 스케줄링 운영 시스템이, 동적 상태 정보를 기반으로 각각의 열처리로에서의 열처리 공정을 스케줄링하는 단계; 및
생산 스케줄링 운영 시스템이, 각각의 열처리로에서의 열처리 공정에 대한 스케줄 생성 결과를 기반으로 예상 비용을 도출하는 단계;를 포함하고,
스케줄링 단계는,
동적 상태 정보를 유전 알고리즘에 적용하여 열처리 공정을 스케줄링하며,
유전 알고리즘은,
동적 상태 정보에 따라 각각의 열처리로별 유전자 길이가 설정되도록 하며,
유전자 길이(G)는,
가 열처리로 수량이고,
가 스케줄 일 수이며,
가 열처리로 f의 스케줄링 유예 시간이고,
가 열처리로 f의 할당 로트 중 최소 단위작업 시간인 경우, 하기 수식 1을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법.
(수식 1)
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
페널티 값(P)은,
가, 기본 페널티 상수 값이고,
이 긴급 주문 납기 실패 페널티 값이고,
가, 시간 초과 페널티 값이며,
이, 생산 미달 페널티 값이고,
가, 생산 초과 페널티 값이며,
가, 계약 전력 초과 페널티 값인 경우, 하기 수식 3을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법.
(수식 3)
- 청구항 1에 있어서,
생산 스케줄링 운영 시스템이, 각각의 열처리로에서의 사전 입력 정보 및 열처리 공정에 대한 스케줄 생성 결과를 출력하는 단계;를 더 포함하며,
스케줄 생성 결과는,
시간축의 그래프로 표현되는 각 설비별 또는 로트별 생산 스케줄의 생성 결과이고,
사전 입력 정보는,
스케줄 생성에 대한 이력 정보 및 긴급 오더 정보 중 적어도 하나가 포함되는 정보인 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법.
- 각각의 열처리로마다 자체 열처리 공정의 동적 상태 정보를 획득하는 통신부; 및
동적 상태 정보를 기반으로 각각의 열처리로에서의 열처리 공정을 스케줄링하고, 각각의 열처리로에서의 열처리 공정에 대한 스케줄 생성 결과를 기반으로 예상 비용을 도출하는 프로세서;를 포함하고,
예상 비용(F)은,
가 열처리로 수량이고,
가 열처리로 f의 할당 작업 수이며,
가, 작업 j의 소모 전력이고,
가, 작업 j의 소요 시간이며,
가, 작업 j의 시간대에 해당되는 TOU 요금이고,
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환 시 대기 전력이며,
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환 시 대기 시간이고,
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환되는 시간 동안의 TOU 요금이며,
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환 시 열처리로 변온에 따른 소모 전력이고,
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환 시 열처리로 변온에 따른 소요 시간이며,
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환되는 시간 동안의 열처리로 변온에 따른 TOU 요금이고, P가 페널티 값인 경우, 하기 수식 2를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 시스템.
(수식 2)
- 생산 스케줄링 운영 시스템이, 각각의 열처리로마다 자체 열처리 공정의 동적 상태 정보를 획득하는 단계;
생산 스케줄링 운영 시스템이, 동적 상태 정보를 기반으로 각각의 열처리로에서의 열처리 공정을 스케줄링하는 단계; 및
생산 스케줄링 운영 시스템이, 각각의 열처리로에서의 열처리 공정에 대한 스케줄 생성 결과를 기반으로 예상 비용을 도출하는 단계;를 포함하고,
예상 비용(F)은,
가 열처리로 수량이고,
가 열처리로 f의 할당 작업 수이며,
가, 작업 j의 소모 전력이고,
가, 작업 j의 소요 시간이며,
가, 작업 j의 시간대에 해당되는 TOU 요금이고,
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환 시 대기 전력이며,
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환 시 대기 시간이고,
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환되는 시간 동안의 TOU 요금이며,
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환 시 열처리로 변온에 따른 소모 전력이고,
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환 시 열처리로 변온에 따른 소요 시간이며,
이 작업 j에서 작업 j+1로 전환되는 시간 동안의 열처리로 변온에 따른 TOU 요금이고, P가 페널티 값인 경우, 하기 수식 2를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
(수식 2)
- 생산 스케줄링 운영 시스템이, 각각의 열처리로마다 자체 열처리 공정의 동적 상태 정보를 획득하는 단계; 및
생산 스케줄링 운영 시스템이, 동적 상태 정보를 기반으로 각각의 열처리로에서의 열처리 공정을 스케줄링하는 단계;를 포함하고,
스케줄링 단계는,
동적 상태 정보를 유전 알고리즘에 적용하여 열처리 공정을 스케줄링하며,
유전 알고리즘은,
동적 상태 정보에 따라 각각의 열처리로별 유전자 길이가 설정되도록 하며,
유전자 길이(G)는,
가 열처리로 수량이고,
가 스케줄 일 수이며,
가 열처리로 f의 스케줄링 유예 시간이고,
가 열처리로 f의 할당 로트 중 최소 단위작업 시간인 경우, 하기 수식 1을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법.
(수식 1)
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| KR1020200003505A KR102219993B1 (ko) | 2020-01-10 | 2020-01-10 | 병렬형 열처리 공정을 위한 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법 |
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| US17/130,446 US11373125B2 (en) | 2020-01-10 | 2020-12-22 | Energy-saving dynamic production scheduling operation method for parallel heat treatment process |
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|---|---|---|---|
| KR1020200003505A KR102219993B1 (ko) | 2020-01-10 | 2020-01-10 | 병렬형 열처리 공정을 위한 에너지 절감형 동적 생산 스케줄링 운영 방법 |
Publications (1)
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113627759A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-11-09 | 上海航天精密机械研究所 | 混线制造系统制造资源动态排产方法 |
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- 2020-01-10 KR KR1020200003505A patent/KR102219993B1/ko active IP Right Grant
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- 2020-12-22 US US17/130,446 patent/US11373125B2/en active Active
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| US11373125B2 (en) | 2022-06-28 |
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