KR102256008B1 - 컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법 - Google Patents

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KR102256008B1 KR1020190102313A KR20190102313A KR102256008B1 KR 102256008 B1 KR102256008 B1 KR 102256008B1 KR 1020190102313 A KR1020190102313 A KR 1020190102313A KR 20190102313 A KR20190102313 A KR 20190102313A KR 102256008 B1 KR102256008 B1 KR 102256008B1
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 컨테이너가 장치된 영역에 대해 컨테이너를 유출 또는 유입시키는 적하작업을 지시하는 컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법을 제공한다. 컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법은 터미널 운영 시스템이 상기 영역의 사양, 컨테이너를 취급하는 장비의 종류 및 위치를 포함한 평가변수를 확인하는 단계; 상기 터미널 운영 시스템이 상기 평가변수를 사용하여, 적어도 하나의 적하작업 대상 컨테이너에 대해 적하작업을 하기 위해, 적하작업 대상이 아닌 컨테이너를 다른 위치로 이동시키는 데에 필요한 재취급 횟수 기댓값을 추정하는 단계; 그리고 상기 터미널 운영 시스템이 추정된 상기 재취급 횟수 기댓값을 기초로 적하작업 대상 컨테이너와 장비를 지정하는 적하작업 지시정보를 생성하는 단계;를 포함한다.

Description

컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법{METHOD FOR PROVIDING CONTAINER DISPENSING WORK INSTRUCTION INFORMATION}
본 발명은 컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공 컨테이너 장치장의 사양, 취급장비, 운영방법 등의 평가변수가 공 컨테이너 적하시 발생할 수 있는 컨테이너 재취급 횟수 기댓값에 미치는 영향으로부터 도출된 컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법에 관한 것이다.
컨테이너 터미널의 운영 효율에 부정적인 영향을 미치는 여러 요인 중에 대표적인 것이 반출이나 적하시 재취급이 많이 발생한다는 것이다. 여기서, 재취급이란, 적하 대상 컨테이너를 적하하기 위해 적하 대상이 아닌 컨테이너를 이동시키는 등 취급해야하는 것을 의미한다. 공 컨테이너에 한정하여 살펴보더라도 재취급의 횟수는 장치장의 사양, 취급장비의 특성, 그리고 장치장 운영방법에 크게 영향을 받는다.
장치장의 사양에 있어서 평가변수는 한 베이(Bay)내 열(Row)의 수와 층(Tier) 수를 포함할 수 있다. 하역장비, 즉 취급장비로는 대표적으로 트랜스퍼 크레인(Transfer crane: TC)과, 탑 핸들러(Top handler: TH)가 있으며, 이러한 취급장비에 따라 컨테이너 재취급 횟수가 달라진다. 운영방법으로는 어떤 선사들의 컨테이너들을 동일 베이에 혼적하여 보관 여부(혼적 여부), 적하목록을 작성할 때 적하 컨테이너를 어떻게 지정할 것인지 문제(적하목록 지정) 등이 있으며, 이러한 운영방법에 따라서서도 재취급 휫수는 크게 달라질 수 있다.
치장(컨테이너를 적재하고 보관하는 장소)을 설계하거나 하역장비를 선정하는 등의 컨테이너 터미널을 설계에 있어서, 비용이나 공간활용도 등의 여러 다른 요소들도 고려되지만, 특정 설계 사양이나 하역장비가 전술된 컨테이너 재취급 횟수에 미치는 영향이 쉽게 추정될 수 있는지 여부도 매우 중요한 요소이다.
또한 터미널을 운영하는 운영사의 입장에서, 장치 공간이 부족하거나 공간 활용도를 높이기 위하여 서로 다른 선사들의 공 컨테이너를 혼적하는 경우, 어떤 선사들의 컨테이너들을 동일 공간에 혼적할 것인지를 결정해야 한다. 따라서, 이러한 혼적이 결정된 경우, 터미널 운영 시스템이 그 혼적이 재취급 횟수에 미치는 영향을 효과적으로 추정할 수 있는지 여부가 터미널의 효율적 운영에 중요한 요소가 될 것이다.
또한 적하목록을 작성하는 방법에 따라 재취급 횟수에 얼마만큼 영향을 받는지를 확인하는 것도 효율적인 장치장 운영에 중요한 요소가 될 수 있다.
도 1은 컨테이너의 적하작업을 설명하기 위한 도면이다.
컨테이너 선박을 대상으로한 하역작업시에는 터미널 운영자는 선사로부터 선하적 대상 화물에 대한 목록을 받아서 작업 계획을 수립하게 된다. 이때 수립되는 적하계획에 있어서는 선박 대상 하역장비를 중심으로 개별 컨테이너에 대한 작업 순서가 결정된다. 하역 및 이송 장비를 이용하여 계획된 작업 목록 기준으로 순차적으로 하역작업이 수행한다.
구체적으로, 먼저, 작업 목록 상의 개별 컨테이너의 적하작업 요청에 의해 작업이 시작된다. 다만, 작업 목록 상의 적하계획 중 컨테이너 번호가 지정되어 있지 않은 경우에는 장치된 컨테이너 현황을 포함한 선정 조건에 따라 터미널 운영 시스템 또는 장치장 관리자(Manager or System)가 컨테이너 규격, 소유자, 등의 조건에 부합되는 공 컨테이너를 후보 컨테이너로 결정한다.
이후, 터미널 운영 시스템은 해당 컨테이너가 장치된 위치의 야드장비(Yard Crane), 야드에서 안벽까지 컨테이너를 운반할 이송장비(Truck), 및 선박 내 특정 위치까지 선적할 안벽장비(Quay Crane) 결정하고 적하작업을 지시한다.
야드장비는 선적 대상 컨테이너를 장치장에서 인출하여 이송장비 위에 상차하고, 이송장비는 선박 인근의 목적지까지 컨테이너를 운반하고, 안벽장비는 운반된 컨테이너를 이송장비로부터 하차하여 선박 내 목적지에 선적한다. 이에 따라 작업 계획 목록 상의 해당 순번의 컨테이너에 대한 적하작업이 완료될 수 있다.
선박을 이용한 수출입에 있어서, 화물이 적재된 수출 컨테이너와 수입 컨테이너의 개수 차이를 보상할 필요나, 기타 다른 이유로 상당한 수량, 예를 들어, 수십만개의 공 컨테이너(화물을 적재하지 않은 컨테이너)가 이송되거나 취급되는 것이 현실이다.
화물을 적제한 컨테이너의 적하작업의 효율성 향상뿐만 아니라, 전체 적하작업 중 적지 않은 비율을 차지하는 공 컨테이너를 대상으로 적하시점에 수반되는 재취급을 줄여 하역생산성을 향상시킬 필요가 있다. 따라서, 공 컨테이너 장치장 설계나 하역장비 선택, 그리고 공 컨테이너 장치장 운영전략 수립에 활용할 수 있는 방법으로서, 공 컨테이너 인출 시점에 재취급 횟수를 쉽게 간단히 추정할 수 있는 방법이 요구되게 되었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 컨테이너 장치장에서 컨테이너 적하를 위한 인출 요청 시점에 재취급 횟수를 추정함으로써 하역생산성 향상을 위한 적하작업 지시정보 제공방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 컨테이너가 장치된 영역에 대해 컨테이너를 유출 또는 유입시키는 적하작업을 지시하는 컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법을 제공한다. 컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법은 터미널 운영 시스템이 상기 영역의 사양, 컨테이너를 취급하는 장비의 종류 및 위치를 포함한 평가변수를 확인하는 단계; 상기 터미널 운영 시스템이 상기 평가변수를 사용하여, 적어도 하나의 적하작업 대상 컨테이너에 대해 적하작업을 하기 위해, 적하작업 대상이 아닌 컨테이너를 다른 위치로 이동시키는 데에 필요한 재취급 횟수 기댓값을 추정하는 단계; 그리고 상기 터미널 운영 시스템이 추정된 상기 재취급 횟수 기댓값을 기초로 적하작업 대상 컨테이너와 장비를 지정하는 적하작업 지시정보를 생성하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 영역은 선박에 적하될 공 컨테이너가 수직 복층 적재 (block stacking)되는 컨테이너 장치장이고, 상기 재취급 횟수 기댓값을 추정하는 대상 컨테이너는 공 컨테이너일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 평가변수는,
S = 한 베이(Bay) 내 열(Row or Stack)의 개수
T = 열(Row or Stack) 내 공 컨테이너 최대 적재 층(Tier)의 개수
s = 대상 공 컨테이너가 위치하는 열 (1≤s≤S)
t = 대상 공 컨테이너가 위치하는 층 (1≤t≤T)
p = 인출 대상의 공 컨테이너의 비율
r = 공 컨테이너 중 수리 대상 컨테이너의 비율
u = 인출 대상의 공 컨테이너로써 사용 가능한 공 컨테이너의 비율
E = 한 베이 내 인출 대상 공 컨테이너를 모두 인출에 따른 총 재취급 횟수 기댓값이며, 장비 종류에 따라서 트랜스퍼 크레인은 Ec와 탑 핸들러는 Eh로 구분
U = 한 베이 내 인출 대상 공 컨테이너 하나를 인출하는데 필요한 재취급 횟수 기댓값으로서, 장비 종류에 따라서 트랜스퍼 크레인은 Uc와 탑 핸들러는 Uh로 구분
Y = 모든 선사를 고려하여 하나의 공 컨테이너 적하를 위하여 필요한 재취급 횟수 기댓값으로 정의되는,
상기 변수들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 재취급 횟수 기댓값을 추정하는 단계에서, 상기 장비가 트랜스퍼 크레인이고, 컨테이너의 인출 순서를 사전에 지정하지 않은 단일 선사의 공 컨테이너 인출을 위한 재취급 횟수 기댓값 추정의 경우,
Figure 112019085830514-pat00001
상기 식(3)에 의해 재취급 횟수 기댓값 Uc 를 추정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 재취급 횟수 기댓값을 추정하는 단계에서, 상기 장비가 탑 핸들러이고, 컨테이너의 인출 순서를 사전에 지정하지 않은 단일 선사의 공 컨테이너 인출을 위한 재취급 횟수 기댓값 추정의 경우,
Figure 112019085830514-pat00002
상기 식(4)에 의해 재취급 횟수 기댓값 Uh 를 추정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 재취급 횟수 기댓값을 추정하는 단계에서, 상기 장비가 트랜스퍼 크레인이고, 인출 순서를 사전에 지정하지 않은 복수 선사의 공 컨테이너 인출을 위한 재취급 횟수 기댓값 추정의 경우,
Figure 112019085830514-pat00003
상기 식(5)에 의해 재취급 횟수 기댓값 Yc 를 추정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 재취급 횟수 기댓값을 추정하는 단계에서, 상기 장비가 탑 핸들러이고, 인출 순서를 사전에 지정하지 않은 복수 선사의 공 컨테이너 인출을 위한 재취급 횟수 기댓값 추정의 경우,
Figure 112019085830514-pat00004
상기 식(6)에 의해 재취급 횟수 기댓값 Yh 를 추정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 재취급 횟수 기댓값을 추정하는 단계에서,
1) 인출하는 동안에는 새로운 컨테이너의 추가도 없고, 다른 선사를 위한 컨테이너 인출 요구가 없고,
2) 재취급된 컨테이너는 원위치로 돌아오는 것으로 가정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 선사별 적하비율 Vg는
Figure 112019085830514-pat00005
G는 컨테이너를 동일한 장치 구역에 혼적 적치한 선사들의 총 개수이고,
g는 대상 선사 번호(1≤g≤G)이고, 0≤c≤1이고 1에 가까울수록 장치 비율이 선사 간에 상호 비슷해지고, 0에 가까울수록 선사 간의 차이가 벌어져 편중도가 심해지는 것으로 정의되는, 상기 식으로 표현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 터미널 운영 시스템은 추정된 상기 재취급 횟수 기댓값이 가장 작은 컨테이너와 이에 매칭된 장비를 지정하여 작업자에게 적하작업 정보를 전송할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 한 베이에서 적하작업을 위하여 공 컨테이너를 인출하는 시점에, 트랜스퍼 크레인과 탑 핸들러와 같은 취급장비, 장치장 사양, 운영방침 등을 평가변수로 하여 컨테이너 재취급 횟수를 추정함으로써, 하역생산성 향상을 위한 컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 컨테이너의 적하작업을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 트랜스퍼 크레인을 사용하는 장치장에서 한 베이내 위치한 특정 컨테이너를 인출하기 위하여 필요한 재취급 횟수를 보여주는 도면이다.
도 4는 트랜스퍼 크레인을 사용하는 경우, 단일 선사의 공 컨테이너 인출을 위한 재취급 횟수 기댓값을 인출 순서가 사전에 정해져 있는 경우(Fixed Sequence: F.S)와 정해져 있지 않은 경우(Random Sequence: R.S)의 일 예를 비교하여 나타내는 도면이다.
도 5는 탑 핸들러(TH)를 사용할 경우, 단일 선사의 공 컨테이너 인출을 위한 재취급 횟수 기댓값을 인출 순서가 사전에 정해져 있는 경우(Fixed Sequence: F.S)와 정해져 있지 않은 경우(Random Sequence: R.S)의 일 예를 비교하여 나타내는 도면이다
도 6은 인출 순서가 사전에 정해져 있는 경우(Fixed Sequence)에 장치장의 크기 변화에 따른 개별 하역장비의 재취급 횟수 기댓값(E)의 변화의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 인출 순서가 정해져 있지 않은 경우(Random Sequence)에 하역장비 종류별 재취급 횟수 기댓값(E)의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 비교 실험을 위해 선사를 세 개로 가정하고, 선사별(g) 취급량의 상대적인 집중도(c)를 변화시키면서 컨테이너 취급량의 상대적인 비율을 도식화한 도면이다.
도 9는 요일마다 일정한 재고 패턴의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 10은 모든 선사의 공 컨테이너 장치장 내 체류시간 분포가 동일하다는 가정하에서 다양한 컨테이너 장치량 집중도(c)에 대해서 전체 선사를 대상으로 컨테이너 하나를 적하하기 위하여 필요한 총 재취급 횟수 기댓값(Y)를 도식화한 도면이다.
도 11은 복수 선사의 컨테이너가 혼적 적치된 하나의 베이에서 적치된 모든 선사의 컨테이너를 인출하여 적하하는데 소요되는 총 재취급 횟수 기댓값(Y)의 변화의 일 예를 그래프로 표시한 도면이다.
도 12는 장치장의 크기 변화에 따른 개별 하역장비의 총 재취급 횟수 기댓값(Y)의 변화의 일 예를 나타내는 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법을 나타내는 순서도이다.
컨테이너가 장치된 영역에 대해 컨테이너를 유출 또는 유입시키는 적하작업을 지시하는 컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법이 설명된다.
컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법에서, 먼저터미널 운영 시스템이 상기 영역의 사양, 컨테이너를 취급하는 장비의 종류 및 위치를 포함한 평가변수를 확인한다(S100). 이후, 터미널 운영 시스템이 평가변수를 사용하여, 적어도 하나의 적하작업 대상 컨테이너에 대해 적하작업을 하기 위해, 적하작업 대상이 아닌 컨테이너를 이동시키기 위해 필요한 재취급 횟수 기댓값을 추정한다(S300). 다음으로, 터미널 운영 시스템이 추정된 재취급 횟수 기댓값을 기초로 적하작업 대상 컨테이너와 장비를 지정하는 적하작업 지시정보를 생성한다(S500).
상기 영역은 선박에 적하될 공 컨테이너가 수직 복층 적재 (block stacking)되는 컨테이너 장치장이고, 상기 재취급 횟수 기댓값을 추정하는 대상 컨테이너는 공 컨테이너일 수 있다.
이하, 도면을 참조하여, 각 과정을 상세히 설명한다.
도 1의 하측 그림 및 도 3은 각각 탑 핸들러 및 트랜스퍼 크레인를 사용하는 장치장에서 한 베이내 위치한 특정 컨테이너를 인출하기 위하여 필요한 취급횟수를 보여주고 있다.
도 1 및 도 3에서 컨테이너(200)에 표시된 숫자는 특정 컨테이너를 인출하기 위하여 필요한 취급횟수를 나타낸다.
컨테이너를 취급하는 여러 하역장비들이 존재하며, 본 실시예는 공 컨테이너 취급 하역장비 중 보편적으로 많이 활용되는 트랜스퍼 크레인과 탑 핸들러를 대상으로 설명한다.
트랜스퍼 크레인은 장치장의 최상층 위쪽으로 수평 이동이 가능 스프레드(Spreader)를 포함한다. 트렌스퍼 크레인은 특정 열(Row)의 최상층에 적치된 컨테이너부터 인출이 가능하다. 탑 핸들러는 스프레드가 측면에 부착되어 있고, 적층된 컨테이너에 대해 측면 방"*?*에서 접근하여, 탑 핸들러와 가장 가까운 열의 최상층에 적치된 컨테이너부터 인출을 할 수 있다.
도 1 및 도 3에서, 6열(S)의 4층(T)인 베이(Bay)에서 개별 컨테이너를 적치할 수 있는 세부 장치공간(Slot)은 열(s)과 층(t)으로 구분될 수 있다. 특정 위치(s=3, t=2)에서 컨테이너를 인출하기 위해서는, 컨테이너를 취급하는 하역장비가 트렌스퍼 크레인인 경우, 상부에 적치된 컨테이너(t>2)에 대해서 다른 공간으로 옮기는 재취급이 필요하다. 만약 컨테이너를 취급하는 하역장비가 탑 핸들러(TH)인 경우에는 탑 핸들러가 접근하는 측면 방향의 컨테이너들(s<3)에 대한 재취급이 요구된다.
s열과 t층에 장치된 컨테이너를 (s, t)로 나타낼 때, 트랜스퍼 크레인(TC)의 경우 컨테이너 {(3, 1), (3, 2)}에 대해서 순차적으로 재취급이 요구되며, 탑 핸들러(TH)의 경우는 컨테이너 {(1, 4), (1, 3), (1, 2), (1, 1), (2, 4), (2, 3), (2, 2), (2, 1), (3, 4), (3, 3)}에 대해서 순차적으로 재취급이 요구된다.
본 실시예에서는 공 컨테이너 장치장을 대상으로 두가지 하역장비(트랜스퍼 크레인, 탑 핸들러)를 사용하고, 공 컨테이너를 선박에 적하하기 위한 세 가지 전략을 비교하여, 하역생산성 향상을 위한 적하작업 지시정보의 제공방법을 도출하였다.
상기 세 가지 전력 중 첫 번째로 적하작업 이전에 장치 위치를 고려하지 않고 적하 컨테이너와 적하 순서를 사전에 지정한 경우, 두 번째로 순서를 사전에 지정하지 않고 그때그때 인출이 편리한 컨테이너를 인출하는 경우, 세 번째로 복수 선사의 공 컨테이너가 혼재된 경우로 구분하여 분석하였다.
본 실시예는 종래의 기술과는 다르게 공 컨테이너의 재취급 문제에 관한 것이며, 단일 선사의 공 컨테이너 인출 순서 지정 여부 및 복수 선사의 공 컨테이너 인출 순서를 미지정한 적하작업을 대상으로 하였다는 점이 종래와 다르다.
적하작업과 반출작업은 인출 방식에 있어서 큰 차이가 있기 때문에 재취급의 추정 방식에도 차이가 날 수밖에 없다. 즉, 적하작업의 경우는 선박이 접안하고 있는 시간 동안 집중적으로 발생하여 해당 장치 베이가 완전히 비어질 때까지 계속해서 인출이 일어난다. 이에 반하여, 반출의 경우는 오랜 시간 동안 무작위로 도착하는 트럭의 반출요구에 따라 인출이 발생하고 완전히 해당 베이가 비어지기 전에 다른 선박에서 양하된 컨테이너가 동일 베이에 추가로 놓일 수 있다. 따라서, 적하작업과 반출작업은 재취급의 발생에서 큰 차이가 있다고 할 수 있다. 재취급 횟수는 일부 세부적인 작업방법에 의해서 영향을 받을 수 있다.
예를 들어 재취급된 컨테이너를 장치하는 위치 결정 방법에 영향을 받을 수 있다. 그러나 재취급 컨테이너의 장치위치 결정 문제 자체만으로도 복잡한 의사결정 문제가 된다. 본 실시예에서는 이처럼 복잡한 의사결정 문제가 있더라도 재취급 횟수 기대값(즉, 추정치)의 신뢰도를 많이 절하시키지 않는 범위 내에서, 이에 대해 단순화한 가정을 도입하여 재취급 횟수 추정을 위한 추정식을 도출하였다.
이하, 각 경우에 대해, 이러한 추정식을 설명한다.
1. 인출 순서를 사전에 지정한 단일 선사의 공 컨테이너 인출을 위한 재취급 횟수 기댓값 추정
적하작업은 단시간에 많은 양의 컨테이너를 연속적으로 인출하는 특성이 있어, 일단 적하가 시작되면 해당 베이에 다른 컨테이너가 추가로 장치되지 않고 한 베이에 장치된 한 선사의 공 컨테이너가 모두 다 인출될 때까지 연속적으로 인출 작업이 일어나는 특성이 있다.
공 컨테이너 적하를 위한 적하목록을 작성할 때 두 가지 방식을 고려해 볼 수 있다. 첫 번째 방식은 적하목록에 개별 컨테이너를 사전에 지정하여 순서를 나열한 경우이다. 이 경우는 장비기사가 목록에 기재된 순서대로 장치장에서 인출을 수행하면 되어 추가적인 의사결정이 필요 없어 편리한 측면은 있으나 재취급이 많이 발생한다. 다른 한 가지 방법은 특정 선사의 공 컨테이너를 몇 개를 적하하는지만 지정해 두고 개별 컨테이너 선택은 터미널 운영 시스템으로부터 즉시 그때 그때 적하작업 지시를 받는 장비기사가 장비를 작동하여 처리하는 방식이다. 이 두 가지 방식에 대해서 분석하여 본 실시예에 따른 컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법을 도출하였다.
먼저, 선사가 사전에 적하할 공 컨테이너의 순서를 지정한 경우를 대상으로 설명한다. 즉, 적하 목록에 적하할 공 컨테이너가 사전에 지정되어 있고 대상 컨테이너들의 장치위치를 고려하지 않고, 적하 순서를 사전에 지정한 경우이다. 이 경우 전체 컨테이너를 인출하는데 소요되는 재취급 횟수를 추정하려 한다. 적하순서가 사전에 지정되지 않은 경우에 대해서는 후술된다.
단일 선사의 공 컨테이너 인출을 위한 재취급 횟수 기댓값 추정 모델 수립을 위하여 다음과 같은 가정을 도입한다.
1) 인출하는 동안에는 새로운 컨테이너의 추가도 없고, 다른 선사를 위한 컨테이너 인출 요구가 없다.
2) 재취급된 컨테이너는 다른 열로 가는 것이 정상이나 그 현상을 분석하기 어려우므로 단순화시켜, 재취급된 컨테이너는 원위치로 돌아오는 것으로 가정한다.
수식 표현을 위해 공통으로 사용하는 기호는 다음과 같다.
S = 한 베이(Bay) 내 열(Row or Stack)의 개수
T = 열(Row or Stack) 내 공 컨테이너 최대 적재 층(Tier)의 개수
s = 대상 공 컨테이너가 위치하는 열 (1≤s≤S)
t = 대상 공 컨테이너가 위치하는 층 (1≤t≤T)
p = 인출 대상의 공 컨테이너의 비율
r = 공 컨테이너 중 수리 대상 컨테이너의 비율
u = 인출 대상의 공 컨테이너로써 사용 가능한 공 컨테이너의 비율
E = 한 베이 내 인출 대상 공 컨테이너를 모두 인출함에 따른 총 취급 횟수 기대값이며, 장비 종류에 따라서 트랜스퍼 크레인은 Ec와 탑 핸들러는 Eh로 구분
U = 한 베이 내 인출 대상 공 컨테이너 하나를 인출하는데 필요한 재취급 횟수 기댓값이며, 장비 종류에 따라서 트랜스퍼 크레인은 Uc와 탑 핸들러는 Uh로 구분
Y = 모든 선사를 고려하여 하나의 공 컨테이너 적하를 위하여 필요한 재취급 횟수 기댓값
컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법은 터미널 운영 시스템이 상기 기호로 표현된 평가변수를 획득 내지 확인하는 과정을 포함할 수 있다(S100). 이러한 평가변수는 이미 결정된 고정값과, 그때 그때의 상황에 따라 입력받는 값이 있을 수 있다.
컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법은 터미널 운영 시스템이 상기 평가변수를 사용하여, 적어도 하나의 적하작업 대상 컨테이너에 대해 적하작업을 하기 위해, 적하작업 대상이 아닌 컨테이너를 이동시키는 데에 필요한 재취급 횟수 기댓값(기대 취급 횟수)을 추정하는 과정을 포함할 수 있다(S300).
터미널 운영 시스템은 장비의 종류를 선택하고 장비의 운전자에게 무선 또는 유선으로 대상 컨테이너의 적하작업을 지시할 수 있다.
이에 대해, 여러 가지 케이스에 대해 이하 후술한다.
1.1 트랜스퍼 크레인을 이용하는 장치장
트랜스퍼 크레인을 이용하고 인출 순서가 사전에 정해져 있는 적하작업의 경우는, 터미널 운영 시스템이 그 순서에 따라 적하작업을 지시하게 되며, 특정 열의 t 층의 컨테이너를 인출하는 시점의 재취급 대상 범위는 상위층 컨테이너가 인출 대상 컨테이너에 포함되는 경우와 포함되지 않는 경우로 구분될 수 있다.
상위층의 컨테이너가 인출 대상 컨테이너에 포함되는 경우에는 인출 순서에 따라서 상위층의 컨테이너가 해당 컨테이너보다 먼저 인출되는 경우와 늦게 인출되는 경우로 구분된다. 즉, 상위층 컨테이너가 재취급되는 경우와 그렇지 않은 경우를 아래와 같이 정리할 수 있다.
(TC-1) 하위층 컨테이너는 인출 대상에 포함되고 상위층 컨테이너가 인출 대상에 포함되지 않는 경우, 재취급이 발생한다. 이 경우는 상위층에 적재된 컨테이너가 이번 적하 컨테이너 목록에 포함되지 않는 경우로 그 상위층 컨테이너는 해당 컨테이너를 인출할 때 재취급되어야 하는 컨테이너이다.
(TC-2) 상위층 컨테이너와 하위층 컨테이너가 둘 다 인출 대상에 포함되는 경우, 둘 간의 상대적인 인출 순서에 따라 상위층 컨테이너가 재취급될 수도 안될 수도 있다.
(TC-2-1) 상위층의 인출 대상 컨테이너가 하위층 컨테이너보다 늦게 인출되는 경우 재취급이 발생한다.
(TC-2-2) 상위층의 인출 대상 컨테이너가 하위층 컨테이너보다 먼저 인출되는 경우 재취급이 발생하지 않는다.
따라서, (TC-1)과 (TC-2-1) 경우가 상위층 컨테이너를 재취급해야 하는 경우이다.
그리고, 최고 높이가 T인 하나의 베이를 대상으로 특정 선사에 소속된 공 컨테이너의 비율이 p이고, 그 중 수리가 필요한 컨테이너의 비율이 r이면, 사용 가능한 공 컨테이너의 비율(인출대상 컨테이너 비율)은 u=(1-r)p 이 된다..
특정 컨테이너가 재취급되는 횟수는 (TC-1)과 (TC-2-1)을 고려하여 다음과 같이 구할 수 있다. 대상 컨테이너가 인출 가능 컨테이너가 아니고 하위 컨테이너가 인출대상 컨테이너일 확률은 (1-u)×u=(1-u)u 이다. 특정 컨테이너가 인출 가능 컨테이너이고 하위 컨테이너도 인출대상 컨테이너이면서 하위 컨테이너보다 늦게 인출될 확률은 (u×u×0.5)=u22 이다. 하위 컨테이너 하나로 인하여 발생할 재취급 횟수의 기댓값은 (1-u)u+u22=u-u22 이다. t층에 있는 컨테이너 1개당 재취급 횟수 기댓값은 (t-1)(u-u22) 이다.
컨테이너 하나를 적하 하는데 필요한 평균 취급 횟수의 기댓값은 다음과 같다.
Figure 112019085830514-pat00006
예를 들어, 도 1 및 도 3과 같이 열(S=6)과 층(T=4)으로 구성된 한 베이에서 특정 선사의 공 컨테이너가 50% (p=0.5) 장치되어 있고, 그 중에서 수리가 필요한 컨테이너가 30% (r=0.3)로 추정하는 경우, 전체 24개의 컨테이너 중에서 선적할 수 있는 해당 선사의 공 컨테이너의 비율은 35% (u=(1-r)p= 0.35)가 된다. 선적할 수 있는 컨테이너 중에서 무작위로 한 개를 선택하여 인출하는 과정에서 상층에 적치된 컨테이너로 인해 재취급이 발생할 수 있다. 해당 인출 과정을 반복하여 인출 순서를 사전에 지정한 단일 선사의 공 컨테이너들을 한 베이로부터 모두 인출하는 경우에 발생 가능한 컨테이너당 평균 재취급 횟수 기댓값은,
수식(1)에 따라 2.238회(Uc=1 +(T-1)(2-u)/4=2.238)가 된다.
이 경우와 비교대상 경우로서, 하나의 베이에서 무작위로 모든 컨테이너를 인출하는 경우의 필요한 총 취급 횟수를 비교하여, 수식의 정확도를 검증해 볼 수 있으며, 상기 비교대상의 경우는 수식(1)에 u=1을 대입한 상황에 해당한다.
컨테이너를 하나씩 제거하면서 각 단계별로 분석하여 컨테이너가 전부 인출되는 단계까지 분석하였다. 이 과정을 통하여 컨테이너를 전부 인출하는데 필요한 총 취급 횟수를 정확하게 추정하였다.
이 정확한 취급횟수 결과를 본 실시예에서 유도한 계산식과 비교하였다. 한 베이에 있는 모든 컨테이너를 처리하는데 필요한 취급 횟수에 대해서 수식(1)은 평균 3.69%의 오차를 보여주었다.
1.2 탑 핸들러를 이용하는 장치장
탑 핸들러(TH)를 이용하여 인출 순서가 사전에 정해져 있는 적하작업의 경우, 역시 터미널 운영 시스템은, 그 순서대로 적하작업을 지시하게 되며, 특정 열과 층
(s, t) 위치의 적하대상 컨테이너가 동일 열의 하위층에 있거나, 뒷열에 있는 컨테이너가 먼저 인출되는 경우, 재취급이 발생한다. 다음 두 가지 경우에 재취급이 발생한다.
(TH-1) 특정 컨테이너가 인출 대상 컨테이너에 포함되지 않으나, 동일 열 하위층 및 뒷열의 컨테이너가 인출 대상에 포함된다.
(TH-2) 특정 컨테이너가 인출 대상 컨테이너에 포함되고, 동일 열 하위층 및 뒷열의 컨테이너가 해당 컨테이너보다 먼저 인출된다.
여기서, (TH-1)과 (TH-2) 경우에 동일 열 하위층 및 뒷열 컨테이너로 인해 재취급이 발생한다.
특정 컨테이너가 재취급되는 횟수는 (TH-1)과 (TH-2)를 고려하여, 대상 컨테이너가 인출 가능 컨테이너가 아니고 뒷열이 나 동일 열의 하위에 있는 컨테이너가 인출 대상 컨테이너일 확률은 (1-u)×u=(1-u)u 이다. 특정 컨테이너가 인출 가능 컨테이너이고 뒷열이 나 동일 열의 하위에 있는 컨테이너도 인출 대상 컨테이너이면서 뒷열이 나 동일 열의 하위에 있는 컨테이너보다 늦게 인출될 확률은 (u×u×0.5)=u22 이다. 뒷열이 나 동일 열의 하위에 있는 컨테이너 하나로 인하여 발생할 재취급 횟수 기댓값은 (1-u)u+u22=u-u22 이다.
(s, t) 위치에 있는 컨테이너가 그 뒷열이 나 동일 열의 하위에 있는
{t-1+(S-s)T}개의 컨테이너로 인하여 겪는 재취급 횟수 기댓값은
{t-1+(S-s)T}(u-u22)와 같다.
컨테이너 하나를 적하하는데 필요한 평균 취급 횟수의 기댓값은 다음과 같다.
Figure 112019085830514-pat00007
예를 들어, 열(S=6)과 층(T=4)으로 구성된 한 베이에서 특정 선사의 공 컨테이너가 50% (p=0.5) 장치되어 있고, 그 중에서 수리가 필요한 컨테이너 비율이 30% (r=0.3)로 추정하는 경우, 전체 24개의 컨테이너 중에서 선적할 수 있는 해당 선사의 공 컨테이너의 비율은 35% (u=(1-r)p=0.35)가 된다. 선적할 수 있는 컨테이너 중에서 무작위로 한 개를 선택하여 인출하는 과정에서 상층 및 탑 핸들러가 접근하는 방향에 적치된 컨테이너로 인해 재취급이 발생할 수 있다. 인출 순서를 사전에 지정한 단일 선사의 공 컨테이너들을 위와 같은 해당 인출 과정을 반복하여 한 베이로부터 모두 인출하는 경우, 컨테이너당 평균 재취급 횟수 기댓값은 수식(2)에 따라 10.488회 (Uh=1+(ST-1)(2-u)/4=10.488)가 된다.
2. 인출 순서를 사전에 지정하지 않은 단일 선사의 공 컨테이너 인출을 위한 재취급 횟수 기댓값 추정
개별 컨테이너에 대한 인출순서가 사전에 지정되어 있지 않은 경우에는, 터미널 운영 시스템은 재취급 횟수 기대값을 소정의 식으로 도출하고, 추정된 재취급 횟수 기댓값을 기초로 하역작업 생산성이 향상되도록 적하작업 대상 컨테이너와 장비를 지정하는 적하작업 지시정보를 생성할 수 있다(S500). 예를 들어, 터미널 운영시스템은 추정된 재취급 횟수 기댓값이 가장 작은 컨테이너와 이에 매칭된 장비를 지정하여 작업자에게 적하작업 지시정보를 전송할 수 있다.
재취급 횟수 기대값의 도출을 위해, 수식에 입력될 평가변수는 전술된 변수들과, 장비의 종류 및 위치정보도 포함하여, 가장 효율적 위치에 있는 장비를 이번 회차의 적하작업 대상 컨테이너와 매칭시킬 수 있다.
장비기사는 휴대단말기나 장비의 모니터 등 장치로 수신되는 지시정보에 따라 적하작업을 수행하며, 그 결과, 재취급 횟수를 최소화할 수 있는 순서로 컨테이너를 장치장에서 컨테이너가 인출되게 된다. 이 경우, 인출순서가 사전에 지정된 전술된 1.1 및 1.2의 경우에 비해서 재취급 횟수가 줄어들 것으로 예상된다.
이하, 재취급 횟수가 감소되는지 여부를 수치실험에 의한 검증한 결과를 살펴본다.
2.1 트랜스퍼 크레인을 이용하는 장치장
공 컨테이너의 인출 순서를 지정하지 않아 해당 선사의 공 컨테이너 중 어느 것이나 먼저 인출할 수 있는 경우에는, 전술한 바와 같이, 터미널 운영 시스템이 도출하여 장비와 컨테이너를 지정하는 지시정보에 따라 작업자가 적하작업을 수행하게 된다. 이에 따라 취급이 용이한 상층에 놓인 컨테이너부터 순차적으로 인출되게 된다.
이때, 상기한 터미널 운영 시스템이 추정하는 재취급 횟수 기댓값은, 전술된 (TC-1) 조건을 고려하여, 다음과 같은 추정과정에 의해 도출될 수 있다.
대상 컨테이너가 인출 가능 컨테이너가 아니고 하위 컨테이너가 인출 대상 컨테이너일 확률은 (1-u)×u=(1-u)u 이다. t층에 있는 대상 컨테이너는 (t-1)개의 하위 컨테이너가 있으므로 (t-1)(1-u)u 횟수의 재취급이 발생할 것이 기대된다.
Figure 112019085830514-pat00008
예를 들어, 특정 선사의 컨테이너이면 아무것이나 인출할 수 있는 도 3과 같은 베이에서, 특정 선사의 공 컨테이너 비율 50% (p=0.5) 이고 수리가 필요한 컨테이너 비율 30% (r=0.3)로 가정하면, 인출 대상 컨테이너 비율이 35% (u=(1-r)p=0.35)가 된다. 인출 순서를 사전에 지정하지 않은 단일 선사의 공 컨테이너들을 한 베이로부터 모두 인출하는 경우에 발생 가능한 컨테이너당 평균 재취급 횟수 기댓값은 수식(3)에 따라 1.975회 (Uc=1+(T-1)(1-u)/2=1.975)가 된다.
도 4는 트랜스퍼 크레인을 사용하는 경우, 단일 선사의 공 컨테이너 인출을 위한 재취급 횟수 기댓값을 인출 순서가 사전에 정해져 있는 경우(Fixed Sequence: F.S)와 정해져 있지 않은 경우(Random Sequence: R.S)의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4에서 인출 순서가 사전에 정해져 있는 경우는 수식(1)에 의해, 인출 순서가 사전에 정해져 있지 않은 경우는 수식(3)에 의해 도출된 것이다.
가로축의 p값의 변화에 따른 세로축의 재취급 횟수 기댓값(E)의 변화를 표시하였다. 또한 r값에 따른 E의 변화에 따른 재취급 횟수 기댓값 변화를 구분하여 표시하였다. 여기서, p값이 감소할수록 E값이 증가하고, r값이 높을수록 E값이 상대적으로 높게 나타났다. 또한, F.S의 경우가 R.S 경우보다 상대적으로 E값이 높게 나타남을 알 수 있으며, E값이 증가하더라도 최댓값이 수식(1)에 의하여 계산된 재취급 횟수 기댓값의 최댓값(2.5)에 수렴하였다.
2.2 탑 핸들러를 이용하는 장치장
공 컨테이너의 인출 순서가 지정되어 있지 않은 경우에는, 터미널 운용 시스템은 지시정보를 생성하여 작업자에게 전송할 수 있다. 지시정보에 따라 작업자가 장비를 작동시켜 상층에 위치한 컨테이너부터 순차적으로 인출이 가능하게 된다. 전술된 (TH-1) 조건을 고려하여 대상 컨테이너가 인출 가능한 컨테이너가 아니고 하위에 있는 컨테이너가 인출대상 컨테이너일 확률은 (1-u)×u=(1-u)u 이다. (s, t) 위치에 있는 컨테이너가 그 뒷열이 나 동일 열의 하위에 있는 {t-1+(S-s)T}개의 컨테이너로 인하여 발생될 재취급 횟수의 기댓값은 {t-1+(S-s)T}(1-u)u 와 같다.
Figure 112019085830514-pat00009
예를 들어, 열(S=6)과 층(T=4)으로 구성된 한 베이에서 특정 선사의 공 컨테이너 비율이 50% (p=0.5)이고 수리가 필요한 컨테이너 비율 30% (r=0.3)로 가정 시, 인출 대상 컨테이너 비율이 35% (u=(1-r)p=0.35)가 된다. 인출 순서를 사전에 지정하지 않은 단일 선사의 공 컨테이너들을 한 베이로부터 모두 인출하는 경우에 발생 가능한 컨테이너당 평균 재취급 횟수 기댓값은 수식(4)에 따른 8.475회
(Uh=1+(ST-1)(1-u)/2=8.475)가 된다.
도 5는 탑 핸들러(TH)를 사용할 경우, 단일 선사의 공 컨테이너 인출을 위한 재취급 횟수 기댓값 비교를 인출 순서가 사전에 정해져 있는 경우(Fixed Sequence: F.S)와 정해져 있지 않은 경우(Random Sequence: R.S)의 재취급 횟수를 비교하였다.
인출 순서가 사전에 정해져 있는 경우 재취급 횟수 기댓값은 수식(2)에 의해 추정되었고, 인출 순서가 사전에 정해져 있는 경우 수식(4)에 의해 추정되었다.
가로축의 p값의 변화에 따른 세로축의 재취급 횟수 기댓값(E)의 변화를 표시하였으며, r값에 따른 E의 변화에 따른 재취급 횟수 기댓값 변화를 구분하여 표시하였다. 여기서, p값이 감소할수록 E값이 증가하고, r값이 높을수록 E값이 상대적으로 높게 나타났다. 또한, F.S의 경우가 R.S 경우보다 상대적으로 E값이 높게 나타남을 알 수 있으며, E값이 증가하더라도 최댓값이 수식(2)에 의해서 계산된 순서가 지정된 경우의 최대 재취급 횟수 기댓값의 최댓값(12.5)에 수렴하였다.
도 6은 인출 순서가 사전에 정해져 있는 경우(Fixed Sequence)에 장치장의 크기 변화에 따른 개별 하역장비의 재취급 횟수 기댓값(E)의 변화의 일 예를 나타내는 도면이다.
한 베이 내 열의 개수인 S가 증가할수록 하역장비의 특성에 따라 E값의 변화가 확연히 다름을 알 수 있다.
도 7은 인출 순서가 정해져 있지 않은 경우(Random Sequence)에 하역장비 종류별 재취급 횟수 기댓값(E)의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 인출 순서가 정해져 있지 않은 경우가 상대적으로 E값이 작음을 알 수 있다.
3. 인출 순서를 사전에 지정하지 않은 복수 선사의 공 컨테이너 인출을 위한 재취급 횟수 기댓값 추정
도 8은 비교 실험을 위해 선사를 세 개로 가정하고, 선사별(g) 취급량의 상대적인 집중도(c)를 변화시키면서 컨테이너 취급량의 상대적인 비율을 도식화한 도면이다.
앞에서는 하나의 선사 입장에서 선사 소유의 컨테이너를 장치장에서 인출하는 경우, 적하작업 시에 발생하는 취급 횟수의 기댓값을 추정하여 보았다. 그러나 여러 선사 소유의 공 컨테이너들이 혼적되어 있는 경우, 컨테이너 터미널의 입장에서는 궁극적으로 모든 선사를 망라한 전체 공 컨테이너를 적하하는데 발생하는 재취급 횟수 기댓값이 관심이 있는 내용이 된다.
여기서는 복수의 선사들이 독립적인 장치장에 공 컨테이너를 적치하지 않고 같은 장치장에 혼재하여 적치하는 경우에 터미널 입장에서 전체 선사를 대상으로 평균 취급 횟수를 추정하는 계산식을 도출하고자 한다.
전술된 항목1 및 항목2와 마찬가지로 인출순서가 사전에 지정된 경우와 인출순서를 현장에서 결정할 수 있는 두 가지 경우로 나누어 볼 수 있는데 본 실시예에서는 재취급 횟수가 작은 인출순서가 사전에 지정되지 않은 경우를 대상으로 분석하고자 한다.
전술된 1 및 2항목에서 해당 선사의 컨테이너가 전체 컨테이너에서 차지하는 비율이 취급 횟수의 기댓값에 영향을 미치듯이 선사 간 취급 컨테이너의 상대적인 비율이 취급 횟수의 기댓값에 영향을 미친다. 여기서, 선사별 컨테이너 취급(적하) 비율을 만들기 위하여 적하 비율이 가장 높은 선사로부터 가장 낮은 선사까지 순번을 1부터 G까지로 부여하고, 선사별 적하 비율의 집중도를 나타내는 파라미터 c를 이용하여 다음과 같이 선사별 적하 비율을 표현할 수 있다.
Figure 112019085830514-pat00010
이때 G는 컨테이너를 동일한 장치 구역에 혼적 적치한 선사들의 총 개수이고, g는 대상 선사 번호이다 (1≤g≤G). 이 경우 0≤c≤1이고 1에 가까울수록 장치 비율이 선사 간에 상호 비슷해지고, 0에 가까울수록 선사 간의 차이가 벌어져 편중도가 심해진다.
3.1 트랜스퍼 크레인을 이용하는 장치장
만약 m개의 선사가 동일 공간을 사용하고 있고, 선사 g를 위한 컨테이너 적하시점에서 장치장 내에 존재하는 선사 g를 위한 컨테이너의 비율이 pg라고 하자. 그리고 선사 g의 공 컨테이너 중 수리 대상 컨테이너의 비율이 rg라고 하자. 그러면 특정 컨테이너가 선사 g의 인출 가능한 컨테이너일 확률은 ug=(1-rg)pg 이다.
장치장에 적치된 컨테이너들의 선사 간 비율이 적하되는 컨테이너들의 선사들 간의 비율과 동일하다고 할 수 없다. 장치장에 적치된 컨테이너 수는 평균 인출빈도에 컨테이너당 평균 장치 기간을 곱한 값에 비례한다고 할 수 있기 때문에 동일한 인출빈도를 가지고 있다 하더라도 평균 장치 기간이 다르다면 장치장에 적치된 컨테이너의 개수에는 차이가 날 수밖에 없다.
전체 대상 선사들 중에서 선사g의 컨테이너 적하 물량의 비율을 vg라면 전체 선사에 대한 컨테이너 한 개를 적하하기 위하여 필요한 취급 횟수의 기댓값은 다음과 같이 표현된다.
Figure 112019085830514-pat00011
예를 들어, 열(S=6)과 층(T=4)으로 구성된 한 베이에서 총 3개의 선사(m=3)의 공 컨테이너가 혼재 되어 있는 것으로 가정한다. 하기 표4로부터 개별 선사(g)의 공 컨테이너 비율이 (pg={0.754, 0.582, 0.413})이고, 개별 선사의 수리가 필요한 컨테이너 비율을 rg={0.3, 0.3, 0.3}로 가정 시, 인출 순서를 사전에 지정하지 않은 개별 선사(g)의 공 컨테이너들을 한 베이로부터 모두 인출하는 경우를 상정한다.
이 경우에 발생 가능한 컨테이너당 평균 재취급 횟수 기댓값은 수식(5) 중 Uc 산출 수식에 따라 각각 1.708회, 1.889회, 2.066회 (Uc={1.708, 1.889, 2.066})가 된다. 이때 개별 선사(g)의 적하 물량의 비율을 도 8로부터 vg={0.577, 0.239, 0.184}로 가정하면, 전체 선사에 대한 컨테이너 한 개를 적하하기 위하여 필요한 취급 횟수의 기댓값은 수식(5)에 따라 1.817회 (Yc=
Figure 112019085830514-pat00012
vg{1+(T- 1)(1-ug)/2}=1.817)가 된다.
한 선박의 적하작업 시작 시점이 주어지면, 그 선박에 적하될 컨테이너들이 7-10일 전부터 터미널에 도착하기 시작하며 그 도착 분포는 대부분 일정한 패턴을 보이고 있다. 아래의 [표1]이 그 예를 보여주고 있다.
Figure 112019085830514-pat00013
특정 선사의 선박이 적하시점에 발생하는 재취급 횟수는 그 시점에 장치장에 존재하는 해당 선사의 컨테이너 재고비율(pg)에 달려 있고, 이 비율(pg)은 동일한 장치 공간에 존재하는 다른 선사의 컨테이너 개수에 의해서 영향을 받는다.
도 9는 요일마다 일정한 재고 패턴의 일 예를 보여주는 도면이다.
각 시점에서의 특정 선박의 컨테이너 재고량은 적하시점을 고려하여 그때까지 도착할 컨테이너의 비율에 따라서 추정할 수 있다. 즉, 각 선사의 선박이 주간 단위로 규칙적으로 방문한다면 도 9에서처럼 요일마다 일정한 재고 패턴을 보여줄 것이다. 그러면 적하가 일어나는 시점에 각 선사의 공 컨테이너 재고량의 비율을 추정할 수 있다.
도 9에서는 3개 선사 대상으로 요일별 선사별(g) 공 컨테이너 재고량을 상대적인 집중도(c)를 1부터 0.00001까지 변화시켜 가면서 도식화하였다.
이때, 컨테이너 체류시간 분포는 모두 표1의 자료를 이용하였고 모든 선사에 대해서 동일한 분포를 가정하였다. 그리고, 도 9에서 선사1(g=1)은 매주 월요일 적하작업을 수행하고, 선사2(g=2)는 매주 수요일, 그리고 선사3(g=3)은 매주 금요일로 가정하였다. 또한, 선사는 선대를 구성하여 매주 지정 요일에 선박이 입항하여 하역작업을 수행하는 주 단위 서비스를 제공하고 있고, 운영사는 선박 대상 하역작업 이전에 작업계획 수립 시간을 확보할 목적으로 적하 대상 화물의 반입, 등을 제한하는 Cargo Closing Time(CCT)을 두고 있어, 적하작업 시작 시점에 대부분의 공 컨테이너가 장치장에 준비된 것으로 가정하였다.
집중도 c=1인 경우에 대해서 pg를 계산하는 예를 아래 표2에 보여주었다.
Figure 112019085830514-pat00014
상기 표2의 두번째 열은 각 선박의 적하 컨테이너 총량의 비율(vg)을 보여주고 있다. 이 비율은 적하 직전의 컨테이너 수량의 선사별 상대적인 비율이므로, 표1의 도착비율을 이용하여 요일별 변화를 고려하여 재고량의 상대적인 양을 예측해 보면 표2의 각 요일 아래에 표시된 숫자와 같다. 요일별로 합이 100%가 되도록 조정하면 아래의 표3과 같이 된다.
Figure 112019085830514-pat00015
각 선박에 적하할 당시의 장치장에서의 해당 컨테이너의 비율(pg)을 여러 가지 c값에 대해서 정리해 보면 아래의 표4와 같이 된다. 이 값이 수식(5, 6)을 계산하는데 pg로 사용되었다.
Figure 112019085830514-pat00016
도 10은 모든 선사의 공 컨테이너 장치장 내 체류시간 분포가 동일하다는 가정하에서 다양한 컨테이너 장치량 집중도(c)에 대해서 전체 선사를 대상으로 컨테이너 하나를 적하하기 위하여 필요한 총 재취급 횟수 기댓값(Y)를 도식화한 도면이다.
도 10을 참조하면, c값이 감소할수록 Y값이 감소하고, r값이 높을수록 Y값이 상대적으로 높게 나타났다.
3.2 탑 핸들러를 이용하는 장치장
전체 대상 선사 중에서 선사 g의 컨테이너 적하 발생 비율을 vg라면 전체 선사에 대한 컨테이너 한 개를 적하하기 위하여 필요한 취급 횟수의 기댓값은 다음과 같이 표현된다.
Figure 112019085830514-pat00017
예를 들어, 열(S=6)과 층(T=4)으로 구성된 한 베이에서 총 3개의 선사(m=3)의 공 컨테이너가 혼재 되어 있는 것으로 가정한다. 표4로부터 개별 선사(g)의 공 컨테이너 비율이 (pg={0.754, 0.582, 0.413})이고, 개별 선사의 수리가 필요한 컨테이너 비율을 rg={0.3, 0.3, 0.3}로 가정 시, 인출 순서를 사전에 지정하지 않은 개별 선사(g)의 공 컨테이너들을 한 베이로부터 모두 인출하는 경우에 발생 가능한 컨테이너당 평균 재취급 횟수 기댓값은 수식(6) 중 Uh 산출 수식에 따라 각각 6.43회, 7.185회, 9.175회 (Uh={6.43, 7.815, 9.175})가 된다. 이때 개별 선사(g)의 적하 물량의 비율을 도 8로 부터 vg={0.577, 0.239, 0.184}로 가정하면, 전체 선사에 대한 컨테이너 한 개를 적하하기 위하여 필요한 취급 횟수의 기댓값은 수식(6)에 따라 7.266회로, 아래와 같이 도출될 수 있다.
Figure 112019085830514-pat00018
도 11은 복수 선사의 컨테이너가 혼적 적치된 하나의 베이에서 적치된 모든 선사의 컨테이너를 인출하여 적하하는데 소요되는 총 재취급 횟수 기댓값(Y)의 변화의 일 예를 그래프로 표시한 도면이다.
도 11에서 도 9와 표3 및 표4의 분포도를 이용하여, 복수 선사의 컨테이너가 혼적 적치된 하나의 베이에 적치된 모든 선사의 컨테이너를 인출하여 적하하는데 소요되는 총 재취급 횟수 기댓값(Y)의 변화를 그래프로 표시하였다. 여기서, c값이 감소할수록 Y값이 감소하고, r값이 높을수록 Y값이 상대적으로 높게 나타났다.
도 12는 장치장의 크기 변화에 따른 개별 하역장비의 총 재취급 횟수 기댓값(Y)의 변화의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 한 베이 내 열의 개수인 S값이 증가할수록 하역장비의 특성에 따라 Y값의 변화가 확연히 다름을 알 수 있다.
터미널 운영 시스템이 전술한 바와 같이 여러 케이스에 대해 추정된 재취급 횟수 기댓값을 기초로 적하작업 대상 컨테이너와 장비를 지정하는 적하작업 지시정보를 생성할 수 있다(S500).
또한, 터미널 운영 시스템은 전술한 바와 같이 추정된 상기 재취급 횟수 기댓값이 가장 작은 컨테이너와 이에 매칭된 장비를 지정하여 작업자에게 적하작업 지시정보를 전송할 수 있다. 작업자는 모니터나 수신장치에 표시된 적하작업 지시정보를 확인하고 해당 컨테이너에 대해, 지정된 장비를 사용하여 적하작업을 수행할 수 있다.
이에 따라, 공 컨테이너의 재취급 횟수 기댓값(재취급 횟수 기댓값)이 가장 작게 되므로, 적하작업의 효율성이 향상되고, 터미널 운영이 더욱 효율적으로 될 수 있다.
컨테이너 터미널에서 장치장의 역할은 중요하고 수직 복층 적재 (block stacking) 형식의 컨테이너 장치장의 장치 특성상 재취급은 장치장의 운영효율을 결정하는 가장 중요한 요소이다.
본 실시예에서는 컨테이너 터미널에서 공 컨테이너를 적하하는 시점에 발생 가능한 재취급 횟수 기댓값을 추정하는 계산식과 절차를 제안하였다. 그리고 재취급 횟수가 공 컨테이너 적하를 위한 야드에서의 인출 전략과 사용하는 하역장비의 종류에 따른 차이점을 비교하였다. 다양한 사양과 운영 전략별로 재취급 횟수 기댓값 추정식이 유도되었다.
이들 유도된 계산식을 이용하여 다양한 수치 실험을 수행하였다. 그 결과, 공 컨테이너 대상 인출 순서를 사전에 지정하지 않는 경우가 인출 순서를 사전에 부여한 경우보다 적하작업 시 재취급 횟수 기댓값이 더 작다는 것을 알 수 있었다. 복수 선사의 공 컨테이너가 혼재 장치된 경우에는 적하 대상 공 컨테이너의 야드 내 재고가 선사 상호 간에 비슷한 비율로 존재하는 경우에 재취급 횟수 기댓값이 가장 높게 나타나며, 특정 선사에 공 컨테이너 재고 비율이 집중된 경우에는 재취급 횟수 기댓값이 상대적으로 더 낮게 나타났다. 특히, 선사는 주간 단위로 화물 운송 서비스를 제공할 목적으로 선대를 구성하여 지정 요일에 선박 하역작업이 진행될 수 있도록 하고 있다는 점을 수치실험에 반영하였다.
다양한 장치장 대안별, 사양별, 운영전략별 공 컨테이너 재취급 횟수를 추정할 수 있는 간단한 수식들은 장치장의 사양 결정, 장치장의 용량 설계, 하역장비의 결정 및 사양 결정, 그리고 장치장 운영 전략의 수립에 있어서 유용하게 활용될 수 있으리라 기대된다.
본 실시예에서는 선박을 대상으로 하는 공 컨테이너 적하작업으로 하였으나, 철도 운송으로 확장 및 다른 형태의 하역장비로 본 실시예를 확장할 수 있을 것으로 기대한다. 그리고 장치장 사양 결정이나 장비 선정 등의 후속연구에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 선박
200 : 컨테이너

Claims (10)

  1. 컨테이너가 장치된 영역에 대해 컨테이너를 유출 또는 유입시키는 적하작업을 지시하는 컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법에 있어서,
    터미널 운영 시스템이 상기 영역의 사양, 컨테이너를 취급하는 장비의 종류 및 위치를 포함한 평가변수를 확인하는 단계;
    상기 터미널 운영 시스템이 상기 평가변수를 사용하여, 적어도 하나의 적하작업 대상 컨테이너에 대해 적하작업을 하기 위해, 적하작업 대상이 아닌 컨테이너를 다른 위치로 이동시키는 데에 필요한 재취급 횟수 기댓값을 추정하는 단계; 그리고
    상기 터미널 운영 시스템이 추정된 상기 재취급 횟수 기댓값을 기초로 적하작업 대상 컨테이너와 장비를 지정하는 적하작업 지시정보를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 영역은 선박에 적하될 공 컨테이너가 수직복층적재 (block stacking)되는 컨테이너 장치장이고, 상기 재취급 횟수 기댓값을 추정하는 대상 컨테이너는 공 컨테이너인 것을 특징으로 하는 컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 평가변수는,
    S = 한 베이(Bay) 내 열(Row or Stack)의 개수
    T = 열(Row or Stack) 내 공 컨테이너 최대 적재 층(Tier)의 개수
    s = 대상 공 컨테이너가 위치하는 열 (1≤s≤S)
    t = 대상 공 컨테이너가 위치하는 층 (1≤t≤T)
    p = 인출 대상의 공 컨테이너의 비율
    r = 공 컨테이너 중 수리 대상 컨테이너의 비율
    u = 인출 대상의 공 컨테이너로써 사용 가능한 공 컨테이너의 비율
    E = 한 베이 내 인출 대상 공 컨테이너를 모두 인출에 따른 총 재취급 횟수 기댓값이며, 장비 종류에 따라서 트랜스퍼 크레인은 Ec와 탑 핸들러는 Eh로 구분
    U = 한 베이 내 인출 대상 공 컨테이너 하나를 인출하는데 필요한 재취급 횟수 기댓값으로서, 장비 종류에 따라서 트랜스퍼 크레인은 Uc와 탑 핸들러는 Uh로 구분
    Y = 모든 선사를 고려하여 하나의 공 컨테이너를 인출하여 적하하기 위해 필요한 재취급 횟수 기댓값으로서, 상기 장비 종류에 따라서, 상기 장비가 트랜스퍼 크레인인 경우에는 Yc, 상기 장비가 탑 핸들러인 경우에는 Yg로 구분
    Vg = 선사별 적하비율로서, 상기 선사별 적하비율 Vg는,
    Figure 112020141824477-pat00036

    G는 컨테이너를 동일한 장치 구역에 혼적 적치한 선사들의 총 개수이고,
    g는 대상 선사 번호(1≤g≤G)이고, 0≤c≤1이고 1에 가까울수록 장치 비율이 선사 간에 상호 비슷해지고, 0에 가까울수록 선사 간의 차이가 벌어져 편중도가 심해지는 것으로 정의되는,
    상기 변수들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 재취급 횟수 기댓값을 추정하는 단계에서,
    상기 장비가 트랜스퍼 크레인이고, 컨테이너의 인출 순서를 사전에 지정하지 않은 단일 선사의 공 컨테이너 인출을 위한 재취급 횟수 기댓값 추정의 경우,

    Figure 112019085830514-pat00019


    상기 식(3)에 의해 재취급 횟수 기댓값 Uc 를 추정하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 재취급 횟수 기댓값을 추정하는 단계에서,
    상기 장비가 탑 핸들러이고, 컨테이너의 인출 순서를 사전에 지정하지 않은 단일 선사의 공 컨테이너 인출을 위한 재취급 횟수 기댓값 추정의 경우,

    Figure 112019085830514-pat00020


    상기 식(4)에 의해 재취급 횟수 기댓값 Uh 를 추정하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 재취급 횟수 기댓값을 추정하는 단계에서,
    상기 장비가 트랜스퍼 크레인이고, 인출 순서를 사전에 지정하지 않은 복수 선사의 공 컨테이너 인출을 위한 재취급 횟수 기댓값 추정의 경우,

    Figure 112019085830514-pat00021


    상기 식(5)에 의해 재취급 횟수 기댓값 Yc 를 추정하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 재취급 횟수 기댓값을 추정하는 단계에서,
    상기 장비가 탑 핸들러이고, 인출 순서를 사전에 지정하지 않은 복수 선사의 공 컨테이너 인출을 위한 재취급 횟수 기댓값 추정의 경우,

    Figure 112019085830514-pat00022


    상기 식(6)에 의해 재취급 횟수 기댓값 Yh 를 추정하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법.
  8. 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재취급 횟수 기댓값을 추정하는 단계에서,
    1) 인출하는 동안에는 새로운 컨테이너의 추가도 없고, 다른 선사를 위한 컨테이너 인출 요구가 없고,
    2) 재취급된 컨테이너는 원위치로 돌아오는 것으로 가정하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 터미널 운영 시스템은 추정된 상기 재취급 횟수 기댓값이 가장 작은 컨테이너와 이에 매칭된 장비를 지정하여 작업자에게 적하작업 지시정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 컨테이너 적하작업 지시정보 제공방법.
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