This dissertation presents the application of supply chain optimization to chemical industries like refinery industry in order to increase the total profit and decrease the costs in supply chains. Supply chains are divided into three categories such as ‘source’, ‘production’ and ‘distribution’, and supply chain optimization problems for each category are treated.
First, ‘Production’ is addressed. A scheduling of actual size refinery processes considering environmental impacts with multiobjective optimization is proposed. The effective scheduling of the objective of which is to maximize the total profit is needed for large-scale industry. In addition, companies cannot avoid making an effort to reduce environmental impacts. However, the two objectives are conflicting. In this case, the best way is to obtain Pareto optimal solutions by multiobjective optimization. In this thesis, a mixed-integer programming model is developed using the data from actual size refinery processes. ‘Critical Surface-Time 95’ that is one of the methods for environmental impacts valuation is used. ε-constraint method is used to solve the multiobjective optimization problem. Decision makers can find out the correlation between profitability and environment from the Pareto optimal solutions.
Second, ‘Distribution’ is addressed. A distribution network optimization considering continuous/discontinuous piecewise linear cost function is proposed. There are previous researches on distribution network optimization, the calculations of transportation cost and installation cost for facilities such as distribution centers and warehouses are too simple to reflect the real situations. In this thesis, the optimal distribution network is obtained with realistic transportation and installation calculation using ‘economy of scale’ concept.
Third, ‘Source’ is addressed. An environmental purchasing strategy for green SCM is proposed. Environmental purchasing is the first step to environmental products. It is applied to a definite example of surfactants for detergent industry, which is very sensitive to environmental information. In order to reduce environmental impacts, we should select the surfactants which make less environmental impacts in all of its previous processes.
Last, ‘Whole supply chain’ is addressed. It covers ‘Source’, ‘production’, and ‘distribution’. An extended supply chain optimization model for refinery industry is proposed. It takes long time to obtain optimal solutions because the model involves so many binary variables. So, rolling horizon method with aggregation concept is proposed as a solution strategy to obtain solutions in reasonable time instead of rolling horizon approach. With this method, we can obtain the solutions close to the optimum in short time. In addition, the guideline of the optimization horizon and the scheduling interval for solving the optimization problem using a rolling horizon approach with aggregation concept in this problem is proposed.
본 논문에서는 정유산업과 같은 화학산업에서 공급사슬 상의 비용을 최소화하고 이익을 증대시키기 위하여 공급사슬 최적화 기법을 응용하는 전략에 대해 연구하였다. 공급사슬을 크게 ‘구매’, ‘생산’, ‘분배’ 등의 세 부분으로 분류하고, 각 부분에 대한 공급사슬 최적화 문제를 다루었다.
논문의 첫 주제는 ‘생산’에 관련된 것으로, 다목적 최적화를 이용하여 환경영향을 고려한 실제 규모의 정유공정에 대한 일정계획을 제안하였다. 과잉공급으로 인한 수익성 악화에 대처하기 위해서는 효율적인 일정계획을 수립함으로써 이익을 증대시키는 것이 필요하다. 뿐만 아니라, 점차 강화되는 환경에 대한 규제에 대처하기 위해서는 환경적인 측면에서 그 영향을 최소화하려는 노력이 필요하다. 하지만 이 두가지 목적은 서로 상충된다. 이러한 경우에는 다목적 최적화를 이용하여 파레토 최적해를 구하는 것이 최선이다. 본 논문에서는 실제규모의 정유공정의 자료를 사용하여 혼합정수계획법으로 모델링을 하였으며, 환경영향을 계산하기 위하여 ‘Critical Surface-Time 95’ 라는 환경영향 평가 기법을 이용하였다. 다목적 최적화 문제를 풀기위해서는 ε-제약 방법을 이용하였다. 이 파레토 최적해로부터 정유공정의 결정권자는 경제성과 환경성 두 목적함수의 상관관계를 알 수 있고, 해당기업의 상황에 맞는 최선의 해를 선택할 수 있다.
논문의 두번째 주제는 ‘분배’에 관련된 것으로, 연속/불연속 선형 비용함수를 이용한 분배망 최적화를 제안하였다. 분배망 최적화에 관하여 기존의 연구들이 있었지만, 수송비와 창고 등의 설치비에 관하여 실제적이지 못하여 현실성이 부족하다. 본 연구에서는 이러한 점을 보완하여 수송비 및 설치비에 ‘규모의 경제’ 원리를 응용하여 연속/불연속 선형 함수로 표현하고 최적화를 적용하였다. 이로써 주어진 수요를 가장 적은 비용으로 만족시킬 수 있는 최적의 수송량과 창고 등의 위치를 구할 수 있었다.
논문의 세번째 주제는 ‘구매’에 관한 것으로 환경친화적인 구매 전략을 언급하였다. 환경친화적 구매전략을 세우는 일은 환경친화적 제품을 만들기위한 첫 단계로 인식된다. 환경성정보에 민감한 합성세제 산업에서 정량적인 환경성 정보를 이용하여 환경영향이 적은 계면활성제를 선택할 것을 제안하였다
논문의 네번째 주제는 ‘전체 공급사슬’에 관한 것으로 정유산업에 대한 확장된 공급사슬 최적화 모델을 제시하였다. 이러한 모델은 많은 정수변수로 인해 최적해를 구하는데 많은 시간이 걸린다. 따라서 합리적인 시간내에 해를 구할 수 있는 전략으로서 기존의 rolling horizon 방법의 단점을 보완한 rolling horizon with aggregation 방법을 제시하였다. 이 방법을 통하여 빠른 시간안에 최적값에 근사한 값을 얻을 수 있었으며, 최적화 horizon과 scheduling 간격에 대한 선정기준을 제시하였다.
