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연구과제 상세정보

복수 고객 군을 갖는 주문생산 공급 사슬에서 에너지 소비 효율 극대화를 위한 생산 순서, 생산 속도 및 수요 통제
Production sequencing, production rate, and admission control for maximizing energy consumption efficiency in an MTO supply chain with multiple customer classes
  • 연구자가 한국연구재단 연구지원시스템에 직접 입력한 정보입니다.
사업명 중견연구자지원사업 [지원년도 신청 요강 보기 지원년도 신청요강 한글파일 지원년도 신청요강 PDF파일 ]
연구과제번호 2017S1A5A2A01027276
선정년도 2017 년
연구기간 1 년 (2017년 07월 01일 ~ 2018년 06월 30일)
연구책임자 김은갑
연구수행기관 이화여자대학교
과제진행현황 종료
과제신청시 연구개요
  • 연구목표
  • 본 연구 과제에서 다루고자 하는 연구 주제의 독창성은 기존 생산관리 분야에서 서로 연관성은 있지만 독자적으로 연구되어 왔던 다음과 같은 세 가지 연구 주제를 한 개의 연구 주제로 융합함으로써 최근의 제조 환경에 응용성이 높은 새로운 연구 영역의 문제를 다루고자 한다는 점에서 찾을 수 있다:
    ● 생산 시스템에서 수요와 생산 통제를 분석한 연구
    ● 복수 고객 군을 갖는 생산 시스템에서 생산 순서 통제를 분석한 연구
    ● 대기 행렬 시스템에서 서비스 속도 통제를 분석한 연구
    위에 제시한 세 가지 연구 분야들과 본 연구 주제와의 차이점은 ‘선행 연구와의 비교’에서 자세히 설명하도록 하겠다. 기존 생산관리 연구 분야에 대한 본 연구 과제의 가장 큰 기여도는 기존에 활발히 연구가 진행되어 온 세 가지 연구 분야를 포괄하는 ‘복수 고객 군의 주문 수요 통제와 생산 프로세스의 속도 및 순서 통제의 통합적 구현’이라는 새로운 연구 주제를 제시한다는 점이다. 본 연구 과제는 다음과 같은 네 가지 연구를 수행하는 것을 연구목표로 삼고 있다. 첫째, 기업의 수익을 최대화하기 위한 복수 고객 군의 주문 수요 통제와 생산 프로세스의 속도 및 순서 통제 전략의 특성을 규명하고자 한다. 둘째, 최적 통제 전략에 대한 민감도 분석을 통해 연구모형의 모수 값들의 변화가 최적 통제 전략에 미치는 영향을 분석하고자 한다. 셋째, 최적 통제 전략이 갖는 함수적 특성들을 반영하여 실제 제조 환경에 적용 가능한 효과적인 휴리스틱을 개발하고자 한다. 넷째, 제품 생산과 주문 수요 프로세스에 내재되어 있는 변동성이 기업의 수익성에 미치는 영향을 분석하고자 한다.
  • 기대효과
  • 본 연구 과제는 기존 생산관리 분야에서 서로 관련은 되어 있지만 독립적으로 다뤄져 왔던 세 가지 연구 주제를 융합하여 보다 현실 응용성이 높은 새로운 연구 영역의 문제를 제안한다는 점에서 학문적 기여도를 찾을 수 있다.
    최근의 기업 환경에서 맞춤형제품 생산능력이 시장경쟁우위 확보를 위한 주요 핵심 역량으로 인식되면서 생산용량의 탄력적 운용에 대한 기업들의 관심이 높아지고 있다. 또한, 기업들이 생산 용량의 탄력적 운용에 높은 관심을 갖는 또 다른 이유는 제조 현장에서의 에너지 소비 문제에서 찾을 수 있다. 최근 생산일정계획과 에너지 소비 이슈를 결합한 연구 결과를 발표하는 논문들을 보면 생산 속도를 유연하게 통제함으로써 기업들은 환경적 측면뿐만 아니라 경제적 측면에서 부가적인 이익을 취할 수 있음을 알 수 있다. 본 연구 과제는 이론적 분석과 수치 실험을 통해 다양한 전략적 이슈들을 분석함으로써 연구 결과가 공급 사슬 운영과 생산 현장에서의 에너지 소비 관련 실무에 직접적으로 적용되는 데 필요한 이론적 토대를 마련한다는 점에서 사회적 기여도를 찾을 수 있다. 본 연구 과제의 연구 성과물은 다양한 형태로 활용 가능하다. 첫째, 기업이 보유하고 있는 생산용량의 규모를 공급 사슬 상황에 맞춰 탄력적으로 운용함으로써 예측이 어려운 고객 수요 패턴에 맞춰서 최적의 생산용량이 결정될 수 있도록 하고, 이를 토대로 에너지 사용 효율성을 도모할 수 있는 이론적 토대를 제공할 수 있을 것이다. 둘째, 본 연구 과제의 계량적 분석 결과는 기업의 장기적인 공급망 의사 결정 능력의 개선에 기여하게 될 것이다. 셋째, 민감도 분석 결과는 기업 환경의 변동성에 대응하기 위해 생산 전략과 수요 통제 전략에는 어떤 변화가 요구되는가에 대한 판단의 전략적 근거를 제공할 수 있을 것이다.
  • 연구요약
  • 본 연구 과제는 복수의 고객 군을 대상으로 주문생산을 하고 있는 제조기업에서 에너지 사용 효율을 극대화하기 위한 주문 수요 통제, 생산 속도 통제, 생산 순서 통제를 통합적으로 수립하는 문제를 제안하고 있다. 본 연구 과제에서는 기업의 수익을 최대화하는 주문수용 통제, 생산속도 통제, 생산 순서 통제를 위한 최적 전략의 구조적 특성을 분석하기 위하여 Markov Decision Process 모형을 제시한다.
    본 연구 과제에서 연구 책임자가 수행할 연구 내용은 다음과 같다.
    첫째, 기업의 수익을 최대화하는 주문수용 통제, 생산속도 통제, 생산순서 통제를 위한 최적 전략이 존재함을 수리적으로 증명한다.
    둘째, 수익, 비용값들과 수요 빈도의 변화가 최적 통제 전략에 미치는 영향을 수리적 접근 방법과 수치적 접근 방법을 통해 분석하고자 한다. 시장 환경의 변화에 따른 파라미터 값들의 변화에 대해 적시에 최적 정책을 변화시키는 것은 기업의 지속 가능한 수익성 확보를 위해 매우 중요한 의사 결정이다. 예를 들면, 시간당 에너지 소비 비용이 인상되는 경우, 어떤 유형의 주문 수요 통제를 더 강화시키는 것이 수익성 측면에서 유리할 수 있는 가에 효과적인 판단을 할 수 있는 방안이 수용 전략에 반영되어야 한다.
    셋째, 최적 통제 전략은 매우 복잡한 구조를 가지고 있다. 따라서 수리적으로 도출된 최적 전략을 기업 시스템에 바로 적용시키기에는 용이하지 않을 수 있다. 따라서 최적 정책이 갖는 함수적 특성들을 반영한 효과적인 휴리스틱을 개발할 필요성이 제기된다. 또한, 최적 정책은 MDP 모형에서 규명된 최적 전략이기 때문에 현실 적용성이 높은 비MDP 모형에도 적용 가능한 휴리스틱의 개발은 그 의미가 크다고 하겠다. 본 연구 과제에서 휴리스틱은 두 가지 형태로 개발하고자 한다.
    넷째, 본 연구 과제에서는 수요와 생산 프로세스에 내재되어 있는 변동성이 기업의 수익성에 미치는 영향을 분석하고자 한다. 수요와 생산시간의 변동성 중에서 기업 수익성에 미치는 영향이 큰 변동성과 제한적인 변동성을 규명하는 것은 해당 프로세스의 변동성을 기업에게 유리한 방향으로 통제함으로써 수익성을 도모할 수 있다는 점에서 중요한 의미를 갖는다. 이를 위해 본 연구 과제에서는 수요와 생산 프로세스를 다양한 확률 분포로 가정하고, C 언어에 기반한 시뮬레이션 코드를 작성하여 수치 분석을 수행하고자 한다.
결과보고시 연구요약문
  • 국문
  • 본 연구과제는 두 보수 고개군을 갖는 주문생산 시스템을 분석 대상으로 하고 있다. 본 연구 과제는 주문 생산 속도가 통제된다는 가정하에 주문 수용, 생산 일정 게획, 생산 속도 통제를 통합적으로 다루는 문제를 분석하였다. 본 연구 과제에서 제시된 의사결정 문제는 마코프의사결정문제로 모형화되었으며, 기업의 수익을 최대화할 수 있는 최적 통제 전략의 구조를 이론적으로 규명하였다. 또한, 본 연구과제는 의사결정을 효과적으로 통제할 수 있는 휴리스틱 정책을 개발하였으며, 수치 실험 결과는 제시된 휴리스틱이 매우 효과적임을 입증하고 있다.
  • 영문
  • We consider a make-to-order(MTO) production facility with two customer classes. Assuming that the production rate is dynamically controlled, we address
    the problem of coordinating the admission, production sequencing, and production rate controls. Formulating the problem as a Markov decision process, we
    characterize the structure of the optimal policy which maximizes the entire system profit when production times are identically distributed. We present a
    simple and implementable heuristic policy to effectively coordinate the control decisions. Our extensive numerical results suggest that the proposed
    heuristic can greatly help firms to effectively coordinate their control activities.
연구결과보고서
  • 초록
  • 본 연구 과제는 복수의 고객 군을 대상으로 주문생산을 하고 있는 제조기업에서 에너지 사용 효율을 극대화하기 위한 주문 수요 통제, 생산 속도 통제, 생산 순서 통제를 통합적으로 수립하는 문제를 제안하였다. 본 연구 과제에서는 기업의 수익을 최대화하는 주문수용 통제, 생산속도 통제, 생산 순서 통제를 위한 최적 전략의 구조적 특성을 분석하기 위하여 Markov Decision Process 모형을 제시하였다.
    본 연구 과제에서 연구 책임자가 수행한 연구 내용은 다음과 같다.
    첫째, 기업의 수익을 최대화하는 주문수용 통제, 생산속도 통제, 생산순서 통제를 위한 최적 전략이 존재함을 수리적으로 증명하였다.
    둘째, 수익, 비용값들과 수요 빈도의 변화가 최적 통제 전략에 미치는 영향을 수리적 접근 방법과 수치적 접근 방법을 통해 분석하고자 하였다. 시장 환경의 변화에 따른 파라미터 값들의 변화에 대해 적시에 최적 정책을 변화시키는 것은 기업의 지속 가능한 수익성 확보를 위해 매우 중요한 의사 결정이다. 예를 들면, 시간당 에너지 소비 비용이 인상되는 경우, 어떤 유형의 주문 수요 통제를 더 강화시키는 것이 수익성 측면에서 유리할 수 있는 가에 효과적인 판단을 할 수 있는 방안이 수용 전략에 반영되어야 한다.
    셋째, 최적 통제 전략은 매우 복잡한 구조를 가지고 있다. 따라서 수리적으로 도출된 최적 전략을 기업 시스템에 바로 적용시키기에는 용이하지 않을 수 있다. 따라서 최적 정책이 갖는 함수적 특성들을 반영한 효과적인 휴리스틱을 개발할 필요성이 제기된다. 또한, 최적 정책은 MDP 모형에서 규명된 최적 전략이기 때문에 현실 적용성이 높은 비MDP 모형에도 적용 가능한 휴리스틱의 개발은 그 의미가 크다고 하겠다. 본 연구 과제에서 개발한 휴리스틱은 수치 실험 수행 결과 최적 통제 전략과의 평균 수행도 차이가 0.8%에 불과할 정도로 매우 우수함이 입증되었다..
  • 연구결과 및 활용방안
  • 맞춤형제품 생산능력이 제조 기업의 핵심 역량으로 인식되면서 고객 군을 계층화하고, 생산용량을 탄력적으로 운영할 수 있는 생산 전략 수립에 제조 기업들이 주목하고 있다. 또한, 생산 현장에서 에너지 소비 효율성이 중요해짐에 따라 생산 용량의 탄력적 운영이 더욱 중요해지게 되었다.
    생산 전략과 에너지 소비 이슈를 함께 다루고 있는 최근의 논문들은 생산 프로세스의 탄력적 통제를 통해 환경적 측면뿐만 아니라 경제적 측면에서 부가적인 이익이 생겨날 수 있음을 연구 결과를 통해 보여 주고 있다.
    본 연구 모형에서 제안하고 있는 이질적인 복수의 고객 군에 대한 수요 통제는 현재 확보되어 있는 고객 군별 지연재고수준과 고개 군의 중요도에 따라 이루어져야 하는데, 고객 군별 지연재고수준은 생산 순서와 생산 속도에 의해 직접적인 영향을 받게 된다.
    연구자는 이 문제들을 해결하기 위해 이론적 분석과 수치 실험을 수행하였고, 이를 토대로 하여 다양한 전략적 이슈들을 분석함으로써 본 연구 결과가 공급망을 관리하고, 제조 현장에서 효과적인 맞춤형 제품 생산 전략 수립과 에너지 소비 효율성을 제고시키는데 필요한 이론적 토대를 마련한다는 점에서 사회적 기여도를 찾을 수 있다.
    본 연구 과제의 연구 성과물은 다양한 형태로 활용 가능하다. 첫째, 기업의 가용 생산 용량의 규모를 실시간으로 파악하여 중요도가 다른 복수군의 고객 주문 처리 순서 수립, 주문 통제, 그리고 에너지 소비 효율성을 높일 수 있는 생산 일정 계획을 수립하게 함으로써 궁극적으로 수요 예측의 정확도를 높이는데 기여할 수 있을 것이다. 둘째, 본 연구 과제에서 제시하고 있는 수리적 분석과 시뮬레이션 기반의 수치 분석 결과는 제조 기업의 시장 리스크에 대한 의사 결정 능력의 개선에 기여할 수 있을 것이다.
  • 색인어
  • 공급 사슬 운영 전략, 에너지 소비 효율, 지속가능한 제조, 가변 생산 속도, 주문 수용 통제, 주문 생산, 생산 순서 결정, 마코프 의사 결정, 휴리스틱, 민감도 분석
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