KR20190046416A - 생산 스케줄링 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 정해진 기간 동안 최적화된 생산 스케줄링을 수행할 수 있는 생산 스케줄링 시스템이 개시된다.
일 예로, 생산 공정의 최적화된 스케줄링을 수행하는 시스템에 있어서, 제조 설비, 툴, 작업, 가능 설비 및 작업 시간, 작업 변경 시간의 정보를 제공하는 스케줄링 엔진 프레임워크; 상기 스케줄링 엔진 프레임워크에 연결되어, 초기해를 생성하는 초기해 휴리스틱; 및 상기 초기해 휴리스틱에 연결되어, 작업 지시를 랜덤으로 선택하고 적절성을 체크하여 작업 지시의 순서를 결정하는 메타 휴리스틱을 포함하는 생산 스케줄링 시스템이 개시된다.

Description

생산 스케줄링 시스템{Manufacturing Scheduling System}
본 발명은 정해진 기간 동안 최적화된 생산 스케줄링을 수행할 수 있는 생산 스케줄링 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 기계가공을 통한 제품의 생산에서는, 공정 흐름의 복잡성, 가공기계들의 상이한 특성 및 가공시간, 작업 투입 일정에 따른 가공준비시간의 변화 등으로 인하여 각 제품의 납기일을 준수하는 생산일정계획을 수립하는 것이 난해한 경우가 대부분이다.
구체적으로 언급하면, 다품종 소량으로 서로 다른 제품을 생산하는 공장에서 계획기간 내에 각 제품에 대한 납기입에 맞춰 모든 제품을 생산하려는 경우, 제품들의 가공 순서 및 작업일시를 포함하는 각 제품의 생산 공정별 가공 일정 및 공정별 투입하는 가공기계의 종류를 최적으로 정하기란 매우 어렵다.
이는, 생산 제품, 생산 방식 및 생산 프로세스, 인력, 장비, 자재 및 공간 등의 제품생산과 관련된 조건은 물론이고, 기업의 전략과 관련된 조건 및 기타 다양한 조건에 부합하는 일정을 잡아야만 설비 가동율 향상, 장비 활용의 효율성 향상, 설비 능력에 맞는 작업 할당, 제조 원가 절감, 투입 인력 및 시간 감소의 효과를 얻으면서 납기일을 맞출 수 있기 때문이다.
그러나 특정 기간, 예를 들어 일 단위로 정해진 생산 일정에 따라 최적화된 효율을 갖는 스케줄링이 이루어진다면, 각 라인을 효율적으로 활용할 수 있기 때문에 생산량을 높일 수 있다.
본 발명은 정해진 기간 동안 최적화된 생산 스케줄링을 수행할 수 있는 생산 스케줄링 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 생산 스케줄링 시스템은 생산 공정의 최적화된 스케줄링을 수행하는 시스템에 있어서, 제조 설비, 툴, 작업, 가능 설비 및 작업 시간, 작업 변경 시간의 정보를 제공하는 스케줄링 엔진 프레임워크; 상기 스케줄링 엔진 프레임워크에 연결되어, 초기해를 생성하는 초기해 휴리스틱; 및 상기 초기해 휴리스틱에 연결되어, 작업 지시를 랜덤으로 선택하고 적절성을 체크하여 작업 지시의 순서를 결정하는 메타 휴리스틱을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 초기해 휴리스틱은 작업지시의 선택에 있어서 미할당 작업이 있고, 가능 호기수가 제 1 기준값 이하인 경우, 해당 작업지시를 우선 선택할 수 있다.
그리고 상기 제 1 기준값은 대체 호기 여유가 적은 기준으로 설정될 수 있다.
또한, 상기 초기해 휴리스틱은 우선 선택된 작업지시에 대해, 가능 작업 수가 제 2 기준값 이하인 경우 해당 설비호기를 선택할 수 있다.
또한, 상기 제 2 기준값은 후보 작업량 여유가 적은 기준으로 설정될 수 있다.
또한, 상기 초기해 휴리스틱은 가능 작업 수가 제 2 기준값을 초과하는 경우, 노즐 교체 없는 호기, 금형 교체 없는 호기, 씰 교체 없는 호기, 선종 교체 없는 호기, 금형 선호도가 1인 호기가 모두 없으면, 랜덤 설비호기를 선택할 수 있다.
또한, 상기 메타 휴리스틱은 체인지 휴리스틱과 스왑 휴리스틱 중 적어도 하나의 로컬 서치 휴리스틱을 포함할 수 있다.
또한, 상기 체인지 휴리스틱은 작업지시 2개를 랜덤 선택하고, 선택된 작업 지시의 순서에 따른 적절성 체크를 수행하여 작업 지시의 순서를 할당할 수 있다.
또한, 상기 스왑 스케줄링 시스템은 작업지시 2개를 랜덤 선택하고, 선택된 작업지시의 순서 및 그 반대 순서에 따른 적절성 체크를 각각 수행하여 작업 지시의 순서를 할당할 수 있다.
또한, 상기 메타 휴리스틱은 설정된 종료 조건을 충족하기 전까지 상기 로컬 서치 휴리스틱을 반복하여 수행할 수 있다.
본 발명에 의한 생산 스케줄링 시스템은 스케줄링을 위한 작업지시 및 설비호기에 대한 초기해를 생성하고, 로컬 서치 스케줄링을 통해 작업지시의 순서를 할당함으로써, 최적의 생산 스케줄링을 수립할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 다른 생산 스케줄링 시스템의 스케줄링 과정을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 생산 스케줄링 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 생산 스케줄링 시스템의 초기해 휴리스틱의 동작을 설명한 플로우챠트이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 생산 스케줄링 시스템의 메타 휴리스틱의 동작을 설명한 플로우챠트이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 생산 스케줄링 시스템의 호기 할당 최적화 효과를 설명하기 위한 비교 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 생산 스케줄링 시스템의 작업순서 최적화 효과를 설명하기 위한 비교 도면이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 다른 생산 스케줄링 시스템의 스케줄링 과정을 도시한 개략도이다.
먼저, 도 1을 참조하며, 본 발명의 실시예에 따른 생산 스케줄링 시스템의 스케줄링 과정을 설명하기 위한 예시로서, 와이어링 하네스의 공정 및 스케줄링을 설명하도록 한다.
도 1에 도시되어 있듯이, 와이어링 하네스의 경우, 자동 공정 및 수동 공정으로 각각 생산될 수 있다. 그리고 이 중에서, 자동 공정은 필요한 공정을 모두 수행할 수도 있고, 필요에 따라 일부의 공정만을 자동 공정에서 수행한 이후, 나머지 공정을 수동 공정에서 처리하도록 할 수도 있다.
예를 들어, 수동 공정은 씰 삽입, 수동 압착, 쌍 압착, 중간 스트립, 조인트 압착, 튜브 삽입, 열수축 작업 등으로 구성될 수 있다. 그리고 자동 공정은 이러한 수동 공정을 모두 자동화하여 구현하는 것도 가능하고, 이 중에서 일부 공정 예를 들어, 씰 삽입 공정을 자동화하고, 이후 공정을 위해 수동 공정으로 이동시키는 것도 가능하다.
다만, 많은 생산 설비에서, 자동 공정과 수동 공정을 함께 사용하고 있기 때문에, 수동 설비 및 인력 가동을 위해 전체 생산 공정 중에서, 일부 공정은 수동으로 진행할 수 있다.
이에 따라, 도 1에 예시된 것처럼, 일부 제품에 대해서는 씰 삽입을 비롯한 모든 공정을 수동 공정에서 처리하도록 할 수 있다. 또한, 다른 일부 제품에 대해서는 씰 삽입, 수동 압착 및 쌍압착까지 자동 공정을 통해 완료하고, 이후의 공정에 대해서는 수동 공정을 통해 완료하도록 수행할 수 있고, 또 다른 일부 제품에 대해서는 조인트 압착까지 자동 공정에서 수행한 이후, 나머지 공정을 수동 공정에서 수행하도록 설정할 수 있다.
결국, 이에 따라, 전체 생산 스케줄링이 이루어지게 되며, 대표적인 예로, 자공 공정의 자동기, 수동 공정의 씰 삽입 및 조인트 압착 단계를 스케줄링할 수 있다. 그런데, 조인트 압착 단계에 대해서는 자동기에서 수행된 제품에 대해서 우선 처리하기 때문에, 수동 공정에서 씰 삽입 공정이 수행된 제품 공정 라인은 자동기의 제품의 처리 동안 대기하게 될 수 있다. 따라서, 단순하게 자동 공정을 우선 처리하는 스케줄링으로는 전체 공정 시간에서 효율이 떨어질 수 있다.
이하에서는 공정 효율을 높이기 위한 생산 스케줄링 시스템의 동작을 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 생산 스케줄링 시스템의 구성을 도시한 블록도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 생산 스케줄링 시스템의 초기해 휴리스틱의 동작을 설명한 플로우챠트이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 생산 스케줄링 시스템의 메타 휴리스틱의 동작을 설명한 플로우챠트이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 생산 스케줄링 시스템(1)은 스케줄링 엔진 프레임 워크(10), 적절성 평가부(20), 초기해 휴리스틱(30), 메타 휴리스틱(40), 휴리스틱 제어부(50), 데이터 취득부(60) 및 결과 입력부(70)를 포함할 수 있다.
여기서, 스케줄링 엔진 프레임워크(10)는 오픈 소스 기반으로 설정될 수 있다. 스케줄링 엔진 프레임워크(10)는 가능설비 및 작업시간(BOR), 작업 변경 시간(Setup time), 제조 설비/툴(Resource), 작업(Activity)를 고려하여 제품 생산에 필요한 기본 스케줄링 정보를 제공할 수 있다.
한편, 상기 적절성 평가부(20)는 상기 스케줄링 엔진 프레임워크(10)와 연결되어, 스케줄링에 적용될 적절성 평가 규칙을 구현할 수 있다. 일 예로서, 상기 적절성 평가부(20)는 작업의 종료 시각을 주문 납기와 비교하여, 작업 종료 시각이 이를 초과한 경우, 납기 위반으로 판단할 수 있다. 이 경우, 상기 적절성 평가부(20)는 (작업 종료 시각 - 주문 납기)를 납기 위반 코스트로 설정하도록 규칙을 정하여, 이후 스케줄링의 적절성 여부를 판단할 수 있다.
상기 초기해 휴리스틱(Dispatching Heuristics, 30)은 상기 스케줄링 엔진 프레임워크(10)의 기본 스케줄링 정보를 활용하여, 초기해를 생성하는 작업을 수행할 수 있다. 상기 초기해 휴리스틱(30)은 ERD, EDD, MS, LPT, SPT, WSPT, CP, LNS, SST, LFJ, SQNO 등 다양한 기법들을 활용하여 초기해를 생성할 수 있다.
보다 구체적인 예시로서, 도 3을 참조하면, 상기 초기해 휴리스틱(30)은 작업지시(생산품목) 선택과 설비호기 선택으로 동작할 수 있다.
먼저, 상기 미할당 작업이 있는 경우(Y), 상기 초기해 휴리스틱(30)은 가능 호기수가 제 1 기준값(P1) 이하인지 여부를 확인한다. 여기서, 제 1 기준값(P1)은 대체 호기 여유가 적은 기준, 예를 들어, 1 내지 3대인 경우로 설정될 수 있다. 그리고 가능 호기수가 제 1 기준값(P1) 이하인 경우(Y) 해당 작업지시를 우선 선택할 수 있다.
또한, 상기 설비호기 선택을 위해, 상기 초기해 휴리스틱(30)은 가능 작업 수가 제 2 기준값(P2) 이하인지 여부를 확인할 수 있다. 여기서, 상기 제 2 기준값(P2)은 후보 작업량 여유가 적은 기준, 예를 들어 0.5 내지 0.8일 분량인 경우로 설정될 수 있다. 또한, 상기 초기해 휴리스틱(30)은 상기 가능 작업 수가 제 2 기준값 이하인 경우(Y), 해당 설비호기를 선택하는 동작을 진행할 수 있다.
또한, 만약, 상기 가능 작업 수가 제 2 기준값 초과인 경우(N), 노즐 교체 없는 호기가 있는지, 금형 교체 없는 호기가 있는지, 씰 교체 없는 호기가 있는지, 선종 교체 없는 호기가 있는지, 금형 선호도가 1인 호기가 있는지 여부를 순차적으로 검토하고, 이 중 하나라도 만족하는 경우(Y), 해당 설비호기를 선택하게 된다. 또한, 만약, 모두 만족하지 않는 경우(N), 랜덤 설비호기를 선택하는 동작을 수행할 수 있다.
상기 메타 휴리스틱(40)은 스케줄링 결과를 개선하는 과정을 제어하는 알고리즘을 포함하여 구성된다. 상기 메타 휴리스틱(40)은 스케줄링 결과를 개선하기 위해 생성된 해를 변경하는 지역 탐색 알고리즘(41)을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 4를 참조하면, 상기 메트 휴리스틱(40)은 로컬 서치 휴리스틱(41)을 호출하고, 그 대표적인 예시로서 체인지 휴리스틱(Change Heuristic)과 스왑 휴리스틱(Swap Heuristic)을 호출할 수 있다.
체인지 휴리스틱의 경우, 작업지시 2개(A, B)를 랜덤으로 선택하고, A 이후 순차적으로 B를 수행할 때 적절성 체크(Eligibility Check)를 진행한다. 그리고 만약, 적절성 체크를 통과하지 못하는 경우(NG), 작업지시 B의 다음에 작업지시 A를 수행하도록 순서를 할당하게 된다. 또한, 만약, 적절성 체크를 통과하는 경우(OK), 자시 랜덤으로 작업 지시를 2개 선택하는 작업을 반복하게 된다.
한편, 스왑 휴리스틱의 경우, 작업지시 2개(A, B)를 랜덤으로 선택하고, A 이후 순차적으로 B를 수행할 때와, B 이후 순차적으로 A를 수행할 때 각각 적절성 체크(Eligibility Check)를 진행한다. 또한, 스왑 휴리스틱의 경우, 적절성 체크를 통과하는 순서로서 작업지시 A와 B의 순서를 교환하고 결정하게 된다.
한편, 메타 휴리스틱(40)은 이러한 로컬 서치 휴리스틱(41)의 동작이 완료된 이후, 종료 조건을 충족하기 전(N)까지 솔루션이 개선되었는지 여부를 판단하여, 로컬 서치를 반복할 수 있다. 또한, 이 경우, 솔루션이 개선되지 않았다면, 일정 확률에 따른 솔루션 허용을 고려하여 탐색 공간을 제한하고, 앞의 로컬 서치를 반복할 수 있다.
상기 휴리스틱 제어부(50)는 지역 탐색 알고리즘에서 선택의 대상을 제어하는 함수를 포함할 수 있다. 상기 휴리스틱 제어부(50)는 자원 및 작업에 대한 적절성 체크(Eligibility Check, 프로즌 타임과 작업에 대한 프로즌 주기 체크(Frozen Period Check), 작업에 대한 고정 스케줄 체크(Fixed Schedule Check), 자원에 대한 자원 상태 체크(Resource Status Check)를 포함할 수 있다.
상기 데이터 취득부(60) 및 결과 입력부(70)는 파일 또는 데이터베이스로부터 스케줄링 대상 데이터를 불러오고, 스케줄링 결과를 파일 또는 데이터베이스에 저장하는 역할을 수행한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에따른 생산 스케줄링 시스템의 효과를 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 생산 스케줄링 시스템의 호기 할당 최적화 효과를 설명하기 위한 비교 도면이다.
먼저, 5a를 참조하면, 기존에는 미작업 물량이 1호기 내지 3호기에 서로 달리 존재하더라도, 신규 물량에 대해 각 호기에 배분하여, 배분 물양에서 편중 현상이 발생될 수 있다.
그러나 도 5b를 참조하면, 미작업 물량이 1호기 내지 3호기서 서로 달리 존재하는 때, 신규물량을 미작업 물량을 고려하여 분배하게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 생산 스케줄링 시스템(1)은 물량 평준화를 이룰 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 생산 스케줄링 시스템의 작업순서 최적화 효과를 설명하기 위한 비교 도면이다.
도 6a를 참조하면, 기존에는 자동기에서 1번 내지 8번 작업을 순차 처리하기 때문에, 조인트에서 2번 작업을 진행하기 위해서는 자동기의 1번 작업을 대기해야 하는 공정 시간 지연의 문제가 발생될 수 있다. 또한, 역시 이에 따라 후속 공정에서 대기가 발생되는 문제가 발생될 수 있다.
한편, 도 6b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 생산 스케줄링 시스템(1)은 전후 공정에 따라 미리 자동기의 작업 순위를 조정한다. 즉, 조인트 작업이 필요하지 않은 1번 작업의 경우 순서를 뒤로 미룸으로써, 조인트 작업 및 후속 작업에서 대기가 발생되지 않도록 할 수 있다. 따라서, 대기 공정을 줄여, 전체 공정 시간을 단축할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 생산 스케줄링 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
1; 생산 스케줄링 시스템 10; 스케줄링 엔진 프레임워크
20; 적절성 평가붑 30; 초기해 휴리스틱
40; 메타 휴리스틱 41; 로컬 서치 휴리스틱
50; 휴리스틱 제어부 60; 데이터 취득부
70; 결과 입력부

Claims (10)

  1. 생산 공정의 최적화된 스케줄링을 수행하는 시스템에 있어서,
    제조 설비, 툴, 작업, 가능 설비 및 작업 시간, 작업 변경 시간의 정보를 제공하는 스케줄링 엔진 프레임워크;
    상기 스케줄링 엔진 프레임워크에 연결되어, 초기해를 생성하는 초기해 휴리스틱; 및
    상기 초기해 휴리스틱에 연결되어, 작업 지시를 랜덤으로 선택하고 적절성을 체크하여 작업 지시의 순서를 결정하는 메타 휴리스틱을 포함하는 생산 스케줄링 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초기해 휴리스틱은 작업지시의 선택에 있어서 미할당 작업이 있고, 가능 호기수가 제 1 기준값 이하인 경우, 해당 작업지시를 우선 선택하는 생산 스케줄링 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 기준값은 대체 호기 여유가 적은 기준으로 설정되는 생산 스케줄링 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 초기해 휴리스틱은 우선 선택된 작업지시에 대해, 가능 작업 수가 제 2 기준값 이하인 경우 해당 설비호기를 선택하는 생산 스케줄링 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 기준값은 후보 작업량 여유가 적은 기준으로 설정되는 생산 스케줄링 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 초기해 휴리스틱은 가능 작업 수가 제 2 기준값을 초과하는 경우, 노즐 교체 없는 호기, 금형 교체 없는 호기, 씰 교체 없는 호기, 선종 교체 없는 호기, 금형 선호도가 1인 호기가 모두 없으면, 랜덤 설비호기를 선택하는 생산 스케줄링 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 메타 휴리스틱은 체인지 휴리스틱과 스왑 휴리스틱 중 적어도 하나의 로컬 서치 휴리스틱을 포함하는 생산 스케줄링 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 체인지 휴리스틱은 작업지시 2개를 랜덤 선택하고, 선택된 작업 지시의 순서에 따른 적절성 체크를 수행하여 작업 지시의 순서를 할당하는 생산 스케줄링 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 스왑 스케줄링 시스템은 작업지시 2개를 랜덤 선택하고, 선택된 작업지시의 순서 및 그 반대 순서에 따른 적절성 체크를 각각 수행하여 작업 지시의 순서를 할당하는 생산 스케줄링 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 메타 휴리스틱은 설정된 종료 조건을 충족하기 전까지 상기 로컬 서치 휴리스틱을 반복하여 수행하는 생산 스케줄링 시스템.
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