This thesis deals with design and operation problems of a Direct-Input-Output Manufacturing System(DIOMS) which has a built in automated storage/retrieval system(AS/RS). The storage/retrieval(S/R) machine not only stores and retrieves pallets in the rack openings but also loads and unloads pallets for the workstations. The workstations are placed on either one side of AS/RS or both sides of the AS/RS.
The first part of this thesis investigates the workstation layout problem which has somewhat different problem characteristics compared to ordinary facility layout problem. In DIOMS, machine sizes are not necessarily equal, each machine may have clearance requirements on its side and candidate machine locations are finite and discrete. Considering these characteristics, a mathematical formulation is developed whose optimal solution is found by the Branch and Bound technique. Two heuristic algorithms are also proposed, one based on simulated annealing method and the other on pairwise interchange method. The validity of these heuristics is illustrated with example problems.
Determination of a proper size of rack opening becomes the second subject of this study. Based on M/G/1 queueing theory, the average flow time of the system is expressed as a function of unit load size. Then a procedure to find an optimal solution is presented. With a simulation study, the validity of the objective function is shown.
The third part is concerned with the dwell point strategies of S/R machine, when it becomes idle. For the unit-load AS/RS, two existing dwell point models are reformulated to show that one model can be transformed into a single facility location problem through two consecutive linear transformations whose solution is well known. Also, by utilizing a linear transformation and a minimax property, the other model is reformulated into such a form whose solution can be easily found. Through computational tests, the validity of the algorithms are illustrated in terms of the average CPU time required to calculate an optimal location of the S/R machine. Then, the results for the unit-load AS/RS are directly applied to DIOMS. The effects of the dynamic dwell point strategies for DIOMS are investigated through simulation study.
The final part is concerned with operation aspects of DIOMS. We propose operation policies regarding input sequence control, storage control and dispatching rule of the S/R machine. The proposed policies are compared with some existing results through simulation studies on randomly generated problem sets.
자동창고가 내재된 유연생산시스템이란 기계열의 중간에 소형의 자동창고가 위치하여, 새로히 투입되는 물품과 가공중에 있는 물품을 일시적으로 저장하는 역할을 담당하고 각 물품들의 운반과 저장은 S/R 기계에 의해서 이루어지는 가공시스템을 말한다. 이러한 시스템은 국내외 몇곳에 설치되어 DIO(Direct-Input-Output) 가공시스템이라는 이름으로 운영되고 있다. 본 논문은 이러한 시스템의 설계와 운영 방안에 관한 문제들을 다루었다.
본 논문의 첫부분에서는, DIO가공시스템에서의 기계 배치 문제를 다루었다. DIO가공시스템에서의 기계 배치 문제는 일반적인 설비배치 문제와는 달리, 배치될 각 기계의 크기가 서로 다르고 기계가 배치될 위치가 미리 지정되어 있지 않으며 위치도 실수의 값이 아니라 정수의 값을 가지며, 각 기계들의 특성에 따라 서로 띄어 놓아야 하는 간격들이 존재하는 등의 차이점을 가지고 있다. 이와 같은 특성들을 반영하는 기계배치에 대한 수학적인 모형을 제시하였고, 그 해법으로는 분지한계법을 제시하여 최적의 해를 구하는 방법을 제시하고 대형문제에 대해서 적용이 가능한 발견적해법들(SPANNING HEURISTIC 및 시뮬레이티드 어닐링 알고리즘)을 제시하였다. 개발된 해법에 대해서는, 예상가능한 예제 문제들을 통해서 기존에 개발된 해법들과 비교 평가하였으며 소형의 문제들에 대해서는 분지한계법에 의해서 구한 최적의 해와 비교하므로써 새로이 개발된 해법들의 효과와 효율성을 평가 하였다.
본 논문의 두번째 부분에서는, 가공기계열의 가운데에 위치하고 새로이 투입되거나 가공중인 물품들을 일시적으로 저장하는 역할을 하는 소형 자동창고의 랙오프닝(Rack Opening)의 크기를 정하는 문제를 다루었다. 랙 오프닝의 크기는 DIO가공시스템에서 사용되는 하드웨어의 사양(예, S/R 기계의 능력, 팔레트의 크기)과 가공품의 부피 및 무게등에 따라 결정되게 되는데, 가공품의 평균체류시간을 최소화하는 목적으로 문제를 정형화 하였다. 평균체류시간을 추정하는데는 M/G/l 대기이론을 적용하였고, 예제와 모의실험을 통해서 모형의 유효성을 검증하였다.
본 논문의 세번째 부분에서는, DIO가공시스템의 운영에 관한 한 문제로서, 가공물품의 운반을 담당하는 S/R 기계의 유휴시의 거주위치의 결정에 관한 문제를 다루었다. 전반부에서, 일반적인 자동창고 시스템에서의 S/R 기계의 동적 거주위치 결정에 관한 두가지 모형에 대해서 살펴보았고, 한 모형은 간단한 수학적인 변환을 통해서 단일 설비 배치문제로 변환시켜 최적의 해를 실시간에 구할 수 있는 해법을 제시하였고 다른 한 모형은 간단한 최소최대 성질을 이용하여 역시 실시간에 최적의 해를 구하는 방법을 제시하였다. 해법의 특징은 기존의 해법(선형계획법)에 비해서 아주짧은 시간안에 최적의 해를 구할 수 있으며 문제를 해결하기 위해 다른 어떠한 도구(예, 선형계획법 패키지)도 필요하지 않다는 장점을 가진다. 후반부에서는 DIO 가공 시스템에서의 S/R 기계의 유휴시의 동적 거주위치 결정에 관한 문제에 대해서 모형화하고 전반부에서 개발된 해법을 이용하여 해결하였다. 개발된 모형을 DIO가공시스템에 적용시켜, 유휴시의 S/R 기계의 정적 거주위치 모형과 비교해서 얻어지는 시스템의 생산성향상을 시뮬레이션을 통해서 검증하였다.
본 논문의 마지막 부분에서는, DIO가공시스템에서의 운영방안에 관한 제반문제들을 다루었다. 주 자동창고로부터 DIO 가공 시스템으로의 물품 투입 순서결정에 관한 문제, 가공품들의 일시적인 저장장소로 사용되는 소형 자동창고에의 물품의 저장 정책 및 S/R 기계의 작업할당정책에 관해서 기존의 개발된 모형들을 살펴보고 기존모형들의 장점과 DIO가공시스템의 운영상의 특성을 살린 새로운 모형을 제시하였다. DIO가공시스템에서 사용되는 여러가지 시스템 변수와 연구된 운영정책을, 가상의 DIO가공시스템에 대해서, 일정조건에 따라 임의로 발생시킨 문제들에 대해서 모의 실험을 행하였다.
