복수고객 군을 갖는 주문생산 제조시스템에서 에너지소비효율 최적화와 생산순서, 생산속도 및 주문수용 통제의 통합 구현에 관한 연구
A Study on Joint Production Sequencing, Production Rate, and Admission Controls for Maximizing Energy Consumption Efficiency in a Make-to-Order System with Multiple Customer Classes
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초록
본 논문은 복수고객 군을 갖는 주문생산 제조기업을 대상으로 에너지소비효율 최적화와 생산순서, 생산속도 및 주문수용 통제를 통합적으로 수립하는 문제를 제안하고 있다. 수요 변동성을 완화시키는데 효과적이고, 지속가능한 제조 관점에서 에너지 소비 이슈를 생산계획수립에 반영할 필요성이 커졌기 때문에, 최근에 제조시스템의 생산속도 통제를 다루는 연구들이 주목을 받고 있다. 본 논문은 주문수용통제, 생산속도통제, 생산순서통제가 기업수익에 미치는 영향을 분석하기 위하여 마코프 의사결정모형을 제시하였고, 가치반복알고리즘을 사용하여 수치 분석을 수행하였다. 수치실험 결과, 주문처리순서는 계층별 판매단가와 주문거절비용의 크기에는 영향을 받지 않고, 계층별 지연재고비용의 크기에 의해서만 결정된다는 사실을 알 수 있었다. 이는 고객수용 통제와 서비스속도 통제가 이루어지지 않는 복수고객 군 시스템의 최적 서비스 순서 통제 전략인 규칙(지연주문비용과 서비스 속도의 곱의 크기 순서대로 고객 군들에 대한 서비스를 진행)이 본 연구 모형의 생산순서 통제에서도 최적 전략이 될 수 있음을 시사하는 결과이다. 본 논문은 다양한 수치 예제들에 대한 실험을 통해 생산속도가 평균값으로 고정된 시스템보다는 탄력적으로 통제되는 시스템에서 더 높은 기대수익을 올릴 수 있음을 알 수 있었다. 수치실험 결과에 따르면 생산속도 통제옵션은 에너지소비비용이 낮을 때보다 높을 때, 판매단가가 높을 때보다 낮을 때, 그리고 두 고객계층 간 지연재고비용 비율이 낮을 때보다 높을 때 더 효과적이었다. 주문거절비용이 판매단가 이하일 경우에는 주문수용 통제옵션에 의한 수익성 개선 효과가 뚜렷하지만, 반대일 경우에는 제한적이었다. 기대수익에 대한 주문수용 통제옵션의 영향은 두 고객 군의 제품판매단가 비율에 의해 크게 달라질 수 있음도 알 수 있었다. 한편, 수치실험 결과는 생산속도 통제를 구현하기 위해 많은 생산속도 선택 옵션을 가져갈 필요가 없으며, 세 가지의 생산속도 선택 옵션만으로도 고정생산속도를 사용할 때보다 높은 수익성 개선 효과를 도모할 수 있음을 보여 주었다.
Abstract
We study a joint production sequencing, production rate, and order admission controls for maximizing energy consumption efficiency in a multi-class make-to-order manufacturing firm. Recently, production rate control has received attention in research because of its effectiveness in reducing demand variability and incorporating the energy consumption problem into production planning for sustainable manufacturing. We presented a Markov decision process model to investigate the effect of production sequencing, production rate, and order admission controls on the firm’s profit and implemented numerical investigation using the value iteration algorithm. The numerical results indicate that production sequencing is only affected by backorder cost and is unaffected by unit sales revenue or order rejection cost. They also show that systems with variable production rates achieve a higher profit than those with a fixed rate. In particular, it is observed that the variable production rate option is more effective as the energy consumption cost becomes larger. We also observe that the higher the revenue parameter and ratio of backorder costs between two customer classes are, the more valuable the variable production rate option is.
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