Layered discrete event system specification을 적용한 조선 생산 일정 시스템 모델에 관한 연구

Abstract

조선 산업은 ETO(Engineering To Order)로 대표되는 산업으로 주문에 맞추어서 설계와 제작이 진행되는 구조를 지닌다. 이와 더불어 선박이라는 제품의 특성상 생산에 긴 시간과 많은 자재, 인력, 비용이 요구된다. 그에 반해 동일한 설계 당 만들어지는 제품의 수가 매우 적어 초기 설계를 바탕으로 모든 공정의 운용 시나리오를 예측하여 인도 시기를 결정한 후 계약을 체결한다. 야드 내에서 다양한 품종의 선박을 동시에 건조해야 하는 조선소에서 인도 일자를 어기게 될 경우 막대한 손실을 보게 되기 때문에 초기에 생산 일정에 대해 정확한 예측을 할 수 있다면 해당 조선소의 경쟁력을 크게 강화할 수 있다.

생산 일정 계획은 조선소에서 실행하는 모든 생산 계획 업무를 의미하며, 방대한 양의 생산 정보를 일괄적으로 예측 및 관리하는 대신 수립 시기, 대상 공정 등에 따라 개별적으로 구성 및 관리가 이루어진다. 주로 계획의 규모를 여러 단계로 나누고, 단위 건조 공정으로 구분되는 계획을 수립하여 운영하는 방식을 취하는데, 이는 생산 업무의 규모가 방대하고, 예측 정보의 불확실성이 높아 전체 생산 계획을 통합하여 관리하는 것이 어렵기 때문이다. 현재의 생산 계획은 각 담당자의 경험적 지식과 일부 실적 데이터에 의존하는 경향이 강하여 정확한 일정 계획을 수립하고 관리하는 것에 어려움을 겪고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 생산 일정 관리 시스템의 체계적인 관리를 수행할 IT 기술을 접목하려는 많은 시도가 이루어지고 있다.

일반적으로 제조업의 생산 일정 시스템 모델링 및 시뮬레이션은 생산 현장에서 발생하는 상황을 매우 사실적으로 묘사할 수 있는 이산 사건 시뮬레이션이 널리 활용된다. 이산 사건 시뮬레이션 (Discrete Event Simulation, DES)은 시간이 지남에 따라 시뮬레이션이 진행되는 것이 아니라 시스템 외부 혹은 내부에서 사건이 발생했을 때만 모델을 실행시키는 기법으로, 이산 사건 시스템 명세(Discrete Event System Specification, DEVS)를 기반으로 모델이 구성된다. 이산 사건 시뮬레이션에서 DEVS는 모델링 단계에서 시스템의 동작을 정형적으로 기술할 수 있는 틀을 제공한다. 그러나 대량생산 시스템에 특화된 상용 이산 사건 시뮬레이션 기반 소프트웨어들을 활용하여 주문 제작 형태의 생산 시스템을 모델링 하는데 어려움이 있어, 조선 분야에서는 시뮬레이션을 통한 생산 관리보다는 현장의 경험과 관리 도구를 활용하여 각 관리자가 직접 작업하는 방식을 취해왔다.

DEVS 이론을 기반으로 하는 모델은 계층적인 구조를 구성하기 쉽고, 각 시스템을 상세하게 묘사하는 데 장점이 있어 일반적인 생산 공정 시뮬레이션을 하기에 적합하다. 그러나 현재 사용되는 DEVS 기반 시스템들의 경우 앞서 언급한 조선 생산 환경을 반영하는데 어려움이 있어 전체 시스템을 구현하기보다 공정, 물류 흐름과 관은 분야에 활용되고 있고, 재사용성에서도 부족한 점을 보인다.

위와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 연구에서는 조선소의 생산 일정 관리에 시뮬레이션을 적용하기 위한 모델링 이론 및 방법을 제안하였다. 제안하는 방법론은 조선소의 생산 일정 업무와 규칙의 분석을 진행하여 업무 특성을 파악하고, 이러한 특성을 쉽게 반영할 수 있는 다층 이산 사건 모델링 방법론(Layered Discrete Event System Specification)으로 정의하였다. 이산 사건 시뮬레이션 시스템 명세를 기반으로 수학적 형식과 모델의 구성요소 간의 연결 표현 결합하여 시나리오 기반의 조선 생산 일정 관리 모델을 구현하였으며, 조선 생산 특징 반영하여 모델링이 용이하도록 구성하여, 시스템 모델링을 기존보다 단순화하고 구현이 용이하도록 하였다.

조선 산업은 설계와 생산을 모두 진행하며, 단위 계획에 따라 관리하는 정보의 레벨이 다르다. 따라서 제안하는 방법론은 DEVS의 수직적 관계에서 정보의 다층 구조를 추가하여, 다양한 정보 레벨을 하나로 규합할 수 있도록 구성하였다. 이를 통해 기존 시스템 대비 모델 구성의 난이도를 낮추고 재 사용성을 증대시켰다.

또한, 본 연구에서는 수학적 모델링 이론을 제한하는데 그치지 않고, 실제로 조선소에서 시스템을 활용할 수 있도록 상세 조선소 모델과 입출력 정보 구성을 포함한 시뮬레이션 시스템을 구축하였다. 조선소의 공정 흐름과 실제 사용되는 정보를 기반으로 모델링 규칙을 체계적으로 정리하고, 시뮬레이션 시스템을 제공하여 조선 생산 현장에서 생산 계획을 관리하는데 용이하도록 하고자 한다.