A Study on the Integration of Quality Design and Scheduling in the Steel Industry

1. A Study on the Integration of Quality Design and Scheduling in the Steel Industry 2000.4.29 Jong H. Kim

2. 목 차 • 서론 • 품질설계와 Charge 편성의 통합 • 품질설계 방법 • 일정계획 흐름 • 실험결과 • 결론 및 향후계획

3. 현장부서 일정계획 조정 품질설계 조정 생산관리 품질관리 서론 물류흐름 Bloom /Billet /Ingot Wire /Bar wire /Pipe Electric Arc Furnace C.C/ Ingot Caster Wire Rolling plant Pickling / Piping Plant Charge - Cast 편성 Roll 단위 편성 품질설계 일정계획 일정계획

4. Charge Billet Roll O1 B1 B1 O2 CH1 CH1 B2 B2 O3 CH2 CH2 B3 B3 O4 CH3 CH3 B4 B4 O5 ••• ••• CHi CHi Bi Bi ••• ••• Oi CHo CHo Bn Bn Om 품질설계 및 공정계획의 속성 공정계획 Material Flow 고개의 주문 Billet 품질설계 CHARGE CAST C1 C2 C3 •• •• Ci ••• ••• ••• ••• •• Cp ••• ••• ••• LOT편성(Billet, Charge, Cast)을 위한 집약 Workload Balancing을 위한 분산

5. 서론 철강제품 품질설계 • 고객이 요구하는 제품의 화학적인 성분 등을 결정하여 제품의 기계적인 성질을 결정하는 것. • 품질만족, 비용최소화, 작업의 용이성 화학적인 성분 : C, Mn, P, Si, S Ti, Cr, N, Ni, Cu, Nb, Sol-Al,V 제품의 기계적 성질 : Yield point, Tensile strength, Elongation, Bending, Impact, Hardness 등 품질설계 • 작업환경 : • 작업자, 설비, 작업조건 • 등

6. 서론 철강산업 일정계획 • 주문을 분류하여 다단계에 걸친 Lot 편성 및 배치 문제 : WIP 최소화, 납기만족, 품질향상, 생산성 향상. • Charge 편성 • 동일한 강종으로 생산할 주문들의 Lot 편성 및 배치 문제 • WIP, 납기만족(납기지연 최소화) 및 가동율 최대화 • Grouping, Bin Packing의 문제 • Cast 편성 • Charge를 대상으로 Lot 편성 및 배치하는 문제 • Cast수의 최소화, 납기만족, 생산성 최대화 • Grouping, Bin Packing의 문제 • Roll 편성 • 중간소재를 이용하여 제품의 생산순서를 결정하는 문제 • Setup 수의 최소화, 비용 최소화 • TSP, Network 문제, 발견적 기법 적용

7. 서론 기존의 연구 • 품질설계 • Iwata & etc.( 1991) : QDES • 품질설계를 위한 사례기반 추론시스템 • NSC 형강 제품 • Omura & etc.(1994) : ES • 품질설계와 프로세스설계를 위한 전문가 시스템 • KOBE STEEL • Suh & etc.(1998) : IQS • 사례기반 품질설계 시스템 • POSCO 열연코일

8. 서론 기존의 연구 • 일정계획 • Wright and Houck(1985) : UMPIRE(using minimum penalties to improve rolling efficiency) • Heuristic algorithm for HSM(hot strip mill) • Tokuyama & etc • (1984: two stage algorithm), (1990 :mosaic assortment pattern generation methods) • Balas(1989) : PCTSP(prize collecting traveling salesman problem) • Kosiba & etc.(1992) : Comparison • UMPIRE/ Miller and Pekney/Single objective • Cowling(1995) : PCVRP(prize collecting vehicle routing problem) -Local and tabu search • Lopez & etc.(1998) • Tabu search, cannibalization • Tamura & etc.(1998) • Synchronization / dynamic algorithm

9. 품질설계 및 Charge 편성의 통합 품질설계 및 Charge 편성의 통합 문제 • 품질설계 및 Charge 편성 통합 모형 : 순차적인 통합 • 사례기반추론을 이용한 품질설계 • 주문 Grouping 고려한 유사사례 추출 방법론 개발 • 품질설계 대안을 평가하는 Adaptability 지표 개발 • 비용최소화 • Adaptation Mechanism • 생산실적 및 근거한 적응 프로세스 • 유사성을 고려한 사례의 저장 • 저장된사례와의 difference 지표 • Charge 편성시 품질설계의 대안을 고려함. • Charge수의 최소화 • 강종의 Upgrade • 수주정보분석을 이용한 Charge 편성 • 여재의 생산 여부 결정

10. 품질설계 및 Charge 편성의 통합 모형의 구성도 고객의 주문 마케팅 정보 품질설계 일정계획 새로운 사례의 정의 Charge 편성 Cast 편성 Roll 일정계획 Case base 수주정보 유사사례 추출 Matching Rules Charge 일정 Cast 일정 Roll 일정계획 품질설계 일정계획 Adaptation 설계안 평가 WIP match 물량배분

11. Matching Rules 품질설계 및 Charge 편성의 통합 품질설계 흐름도 문제의 정의 고객의 주문 유사사례의 추출 Case base 추출된 유사사례 Adaptation and Human interface 품질설계/평가 Retain 일정계획 Algorithm 생산

12. 품질설계 방법 품질설계 방법 • 사례기반추론 방법을 이용한 품질설계 • 사례를 이용한 품질설계 • 유사성 지표 : 고객의 요구 만족 • 품질비용 : 비용 최소화 • 일정계획의 편의성 : 화학적인 성분의 산포

13. 품질설계 방법 품질설계 방법 • Adaptation Mechanism • 과거 사례의 통계처리 • 사례의 저장을 위한 지표 개발

14. 일정계획 흐름 일정계획 흐름도 일정계획 판매정보 고객의 주문 품질설계 Charge 편성 Cast 편성 Roll 일정계획 제조 Lot 편성 일정계획 여재 Match 주문설계정보 일별 물량배분 일별 Schedule

15. 목적함수 • - 여재최소화 • 제약조건 • - Charge내의 • 주문 동일 강종 • - Charge 능력(100/30) • - 동일 Size • 요구단중 분할 가능 • 고객의 주문 충족 일정계획 흐름 Charge 편성 문제 Charge 편성 Charge 1 Charge 2 Charge N …... Order1 Orderk Ordern Order1 문제의 속성 - Grouping - Sequencing - Balancing

16. 일정계획 흐름 Charge 편성수리모형 • 생산량 최대화를 위한 주문 선택 문제 • LP 문제 • Charge 편성 문제 : Bin Packing 수리모형 • 목적함수 • Min N : # of Charge ( Charge의 수 최소화) • 제약조건 • b<= CX <= B (1) : 전기로 최대 생산량,전기로 최소 생산량 • Xi1+ Xi2 + ……+XiN = 1 (2) : 주문 i의 소화 • Xij = 0 or 1, i = 1,2,……, m, j = 1,2,……, N (3) : Charge 편성 여부 • C : 주문량, N: # of Charge, m: # of Order

17. 일정계획 흐름 Charge 편성 알고리즘 • 발견적 알고리즘 • 납기(10일단위)/강종을 기준으로 정렬 • 설계량(주문량 근거)을 기준으로 내림차순으로 정렬 • Nonincreasing Best-Fit알고리즘을 이용하여 편성 • 주문의 분할이 발생하는 경우 • 주문량 조정 가능성 Check • 주문 분할 • 미편성 주문의 대체 강종으로 편성 가능성 판단 • 품질설계 정보 이용 • 여재 생산을 이용한 Charge 편성 • 판매정보를 이용한 여재 생산여부 판단 • 계획여재 최적화 수리모형

18. Cast N1 Charge 1 Charge 2 Charge N Cast 1 … Charge i Charge j Charge k Order1 Orderk Ordern Charge l Charge m Charge n …... Order1 Orderk Ordern Order1 Orderk Ordern 일정계획 흐름 Cast 편성 문제 Cast 편성 문제의 속성 - Grouping - Sequencing - Balancing • 목적 • - 편성율 최대화 • - 납기만족 • 제약조건 • - Cast내 Charge 수 • 인접Charge는 유사 • 강종 • Charge내 Billet는 • 동일 Size

20. 일정계획 흐름 Cast 편성수리모형 • Cast 편성 문제

21. 일정계획 흐름 Cast 편성 알고리즘 • 발견적 알고리즘 • 유사강종으로 Grouping • 동일 Charge내에서는 사이즈의 크기를 기준으로 오름차순으로 정렬 • 납기(10일단위)를 기준으로 정렬 • Nonincreasing Best-Fit알고리즘을 이용하여 편성 • 잔여 Charge의 추가를 통한 미편성량 최소화 • 강종 대체를 통한 감소방안

22. 일정계획 흐름 Roll 단위 편성 문제 Roll 단위 편성 …... Cast N Cast 1 Ordern1 Ordern2 Charge 1 Charge 2 Charge 3 …... Order1 Orderk Ordern Sequencing • 목적함수 • 비용최소화 • 생산량 최대화 • 제약조건 • - 납기 • - Roll 처리량 • - 강종의 우선순위 • - Size • - 기타

23. 일정계획 흐름 Roll 일정계획 수리모형 • TSP 수리모형

24. 일정계획 흐름 Roll 일정계획 알고리즘 • 발견적 알고리즘 • 주문 Size에 따른 Roll Size별 물량 배분 • 납기순으로 정렬 • 가열온도/탄소성분을 기준으로 올림차순으로 정렬 • 강종 그룹으로 정렬 • Charge 별로 Grouping • 절단의 용이성을 기준으로 정렬

25. 실험결과 실험결과 • 1개월 약 3000건의 주문 대상 • 품질비용을 고려한 품질설계에 따른 비용 절감 • 비용 0.2 % 절감 • Charge 편성 • 대체강종을 고려하는 경우 • 편성비율 3% 개선(80-83%) • 납기 단축 • 여재의 생산여부 판단 기준 • 여재생산 후 3개월내 판매 확률 78~90% 이상이면 여재 생산 유리 • 비용의 3% 절감

26. 결론 및 향후계획 결론 및 향후계획 • 품질설계~ Roll 일정계획 통합 방안 개발 • 향후 품질설계와 일정계획의 순환구조 • 일정계획의 동기화 방안 • 통합적인 최적화 방안 • 동시에 품질설계와 일정계획의 도출