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1 工學碩士學位論文 컨테이너터미널에서실시간선적계획을위한의사결정지원모델에관한연구 A Decision Support Model for Realtime Ship Planning in Container Terminals 指導敎授申宰榮 2006 年 2 月 韓國海洋大學校大學院 東北亞物流物流시스템시스템學科 徐敬武

2 A Decision Support Model for Realtime Ship Planning in Container Terminals Seo, Kyung Moo Department of Logistics Engineering Graduate School of Korea Maritime University Abstract The productivity of container terminal primarily depends on the process of handling containers, especially during the ship's loading process. The ship's loading process consists of ship planning and operation. ship planning is planned before operations. because of this process the ship planning can't influence realtime conditions. Especially, ship operation is different from ship planning. it is interfere the efficiency

3 and productivity of container terminals. In this paper, we analyze based ship planning and operations, and then we suggest realtime ship planning decision support rule regard to the realtime conditions. And we suggest some operation type for more efficiency loading operation - Twin lift, Twin Dispatch. ii

4 목 차 제 1 장서론 연구의배경및필요성 관련문헌연구 논문의구성... 5 제2장시스템분석 컨테이너하역계획 G/C 배정계획 양하계획 적하계획 컨테이너하역작업 사전계획의한계 본선의위치변경 G/C의작업순서및 G/C 배정변경 Sub Sequence (Bay내작업순서 ) 변경 효율적인운영방식도입 Twin Lift Twin Dispatch iii

5 제3장문제의해법연구 문제의범위 G/C 배정및작업순서모형 발견적해법연구 Sub Sequence 순서결정모형 발견적해법연구 제4장해법의적용 해법의검증 적용자료 G/C 배정및작업순서결정 Bay내작업순서결정 실제자료의적용 제5장결론...49 참고문헌...51 iv

6 표목차 < 표 2-1> G/C 배정계획수립규칙... 7 < 표 2-2> 양하계획수립규칙... 8 < 표 2-3> 적하계획수립규칙... 9 < 표 2-4> 본선위치변경사항 < 표 2-5> G/C 작업순서및 G/C 배정변경사항 < 표 2-6> 본선 BAY내작업순서변경사항 < 표 4-1> VDMR-01 항차의 HATCH별물량 < 표 4-2> VDMR-01 항차의 HATCH별작업순서 < 표 4-3> 06 HATCH의 BAY내작업컨테이너목록 < 표 4-4> G/C 배정및작업순서결정결과분석 < 표 4-5> BAY내작업순서결정결과분석 v

7 그림목차 [ 그림 2-1] 본선하역작업흐름도...11 [ 그림 2-4] 일반적인컨테이너하역작업 [ 그림 2-5] 본선의 TWIN LIFT 작업 [ 그림 2-6] 본선의 TWIN DISPATCH 작업 [ 그림 3-1] 컨테이너터미널의본선적. 양하계획및작업 [ 그림 3-2] 일반적인 G/C 배정및작업순서 [ 그림 3-3] G/C HATCH 작업흐름예정순서 [ 그림 3-4] G/C 작업순서결정절차 [ 그림 3-5] 일반적인양하 BAY내작업순서 [ 그림 3-6] 일반적인적하 BAY내작업순서 ( 왼쪽본선, 오른쪽 YARD) [ 그림 3-7] HATCH의 HOLD, DECK 단위로순서화되어있는 BAY PLAN [ 그림 3-8] BAY PLAN상의컨테이너선행관계 [ 그림 3-9] 컨테이너순서결정의선행관계의예 [ 그림 3-10] BAY PLAN 컨테이너순서결정단계구조 [ 그림 4-1] 컨테이너터미널 LAYOUT [ 그림 4-2] G/C별작업흐름도 [ 그림 4-3] G/C 작업순서결정 ( 위 ) 과재배정 ( 아래 ) 결과 [ 그림 4-4] GC111호의작업중단으로 G/C 재배정된결과 [ 그림 4-5] 사전계획에의해정해진 BAY내작업순서 [ 그림 4-6] BAY내작업순서결정해법의적용결과 vi

8 제 1 장서론 1.1 연구의배경및필요성 컨테이너터미널의고객사인선사는비용절감과고객의수요충족, 서비스율향상을위해선박의대형화와컨테이너터미널에서선박의작업시간감소를아주중요한문제로부각시키고있다. 따라서컨테이너터미널에서는이러한선사의요구를만족시키고다른터미널로부터경쟁에서우위에서기위해선박의처리시간에따른생산성향상에많은노력을기울이고있다. 컨테이너터미널의생산성은양. 적하작업의효율성에좌우되며이는선박이입항을하여수출및수입화물처리를완료하여출항하기까지시간당처리물량이다. 양하작업은수입화물에대해선박에서야드로화물을내리는작업이며적하작업은야드에적재되어있는수출화물을선박으로싣는작업이다. 이러한양적하작업은사전계획과작업자들의작업방식에의해처리율이많이좌우된다고할수있으며사전계획이라하면본선의크레인배정계획및양. 적하계획 (Discharging / Loading Plan) 을들수있다. 실제로이러한사전계획은계획수립시점의야드상황과 Quay Crane상황에맞게컨테이너를처리할수있도록작성하는것이보편적이다. 이렇게작성된양. 적하계획을실제작업시에는계획후변경된야드상황, 실시간으로발생하는여러가지문제점으로인해많은부분이현장작업에어려움을겪고있으며실제작업시에는본선작업자들에의해임의로작업순서가변경되는경우가많이있다. 이는선박의하역작업에서적재위치가변경되고순서가변경되며작업자의직관에의해처리되기때문에효율적인양. 적하작업을하기어려워진다. 따라서이러한사전계획을바탕으로한작업자의임의작업변경은터미널의생산성에저하의주요요소가되고있는실정이다. 실제로본선양적하사전계획에관한연구는가장활발히이루어지고있는분야이기도하다. 이러한연구들은미래의상황을예측을하고현재상황을반영하여좋은계획을이루는데초점을두고있으며컨테이너의적. 양하작업에소요되는하역시간의단축에기본

9 목적을가지고있다. 사전계획에관한연구는본선작업시기본이되는운영계획을작성하는데주안점을두며실제작업도대부분사전계획에바탕을두고이루어진다. 따라서정확하고효율적인작업을위해서는사전계획의중요성도상당히높다고할수있다. 이는컨테이너터미널의생산성에상당한영향을끼친다고볼수있으며잘계획된본선계획은실제작업시많은부분변경되지않고작업이가능하며효율적인작업에있어서많은영향을끼친다. 이러한사전계획에관한연구들은지금까지상당히많이진척되어왔고그해법도다양하게나오고있다. 하지만실제작업시에는미처예측하지못하여여러가지문제점이발생하며, 야드의상황도계획당시와달라지기때문에계획보다더좋은작업도가능하게된다. 이러한더효율적인작업을반영하지못하는점이사전계획에관한연구의한계점이라볼수있으며실제작업자들은이러한부분은작업자들의임의의판단에의해계획과다른작업들을하고있다. 따라서본연구에서는실제본선양적하작업시작업자에의해임의로변경되어오던작업요소들을분석하여각각의작업에보다효율적이고생산성을높일수있는작업할수있도록의사결정을지원해줄수있는의사결정모형을세우고그에맞는해법을연구한다. 이는컨테이너터미널에서실시간으로작업자들의운영에있어서혼란을줄여줄뿐아니라터미널전체적인관점에서효율적인작업을찾아줌으로써작업의효율성을높여줄것으로기대되며아울러컨테이너적. 양하작업에소요되는하역작업시간의단축효과로인한터미널생산성향상에도움이될것으로본다. 1.2 관련문헌연구 컨테이너터미널의운영에관한기준연구는그중요성에비하여해당분야의특수성으로인하여많이부족한실정이고그나마운영측면보다는설비투자적인측면이나성능평가에대한연구가대부분을차지하고있다. 본단락에서는컨테이너터미널의운영측면의연구를살펴보고자하며운영에관한연구는업무에따라다음과같은범주로분류될수있다. 2

10 (1) 본선양. 적하계획수립에관한연구 (2) Yard Trailer 운영에관한연구 (3) Crane 운영에관한연구 첫째, 본선양. 적하계획수립에관한연구는컨테이너터미널의생산성향상에관한연구중가장활발히연구되고있는분야이며여러가지해법을통하여계획수립문제를풀어가고있다. 신재영과남기찬 (1995) 은선박의안정성 (Vessel Stability) 을유지하는것과적재된화물의재배치 (Rehandling) 횟수를줄여재배치비용최소화를목적으로하여실무규칙을구현하기쉬운전문가시스템을자동선적계획시스템의근간으로하고추론과정중에수리적해법을적용하였으며실제프로그램개발에관한연구를하였다. 이후신재영과곽규석, 남기찬 (1999) 은컨테이너터미널의선적계획시스템을설계하고구현한연구로써 G/C배정계획, 양하계획, 적하계획을제한적인제약만고려한최적화모형만으로자동계획을작성하는것을피하고, 현장실무전문가의전문지식을최대한반영할수있는규칙베이스 (Rule-Base) 시스템을근간으로자동화모듈을설계하였으며 GUI환경사용자인터페이스를제공하였다. 김갑환, 류광렬, 박영만, 강진수, 이용환 (2000) 은실제터미널에서계획자들이적하작업계획시에고려하는제약조건및효율적인계획을위한고려사항을바탕으로 1단계에서는개미시스템 (ant system) 을적용하여 G/C와 T/C의이동순서와위치를결정, 2단계에서는빔탐색법 (beam search) 을사용하여컨테이너개개의작업순서를결정하는알고리즘을제시하였다. 김갑환, 류광렬, 박영만, 강진수, 이용환은타부탐색법 (Tabu search), 하이브리드탐색법 (Hybird search) 을적용하여 T/C이동위치를결정하고빔탐색법 (beam search) 을사용하여개별컨테이너의작업순서와위치를결정하는적하계획시스템개발에관한연구, T/C의이동거리, G/C 및 T/C의작업편의성, 컨테이너의무게를고려한선박의안정성등을포함한자동적하계획시스템개발하였다. Sasaki와 Nishimura, Papadimitrioe(2004) 는컨테이너터미널의효율성향상을위해적하진행에따른본선의안정성, 컨테이너재취급 (rehandle) 수의최소화를고려하여본선의양. 적하계획에관한 multi-objective integer programming 을연구하였다. 3

11 둘째, 실시간터미널운영으로볼수있는 Yard Trailer 운영에관한연구로는구평회, 이운식, 고시근 (2005) 는컨테이너터미널의동적운송환경에서실시간차량운행계획을작업주도형배차문제와차량주도형배차문제로나누어 QC를최대한활용하여컨테이너선의양하작업시간을최소화는것으로 Network Flow 모형기반으로풀고있다. 하지만이들은기존의선적계획에따라장비의효율성과작업시간의단축을위해장비의투입및배차에중점을두고있으며본연구와같은실시간운영이라할수있으나실제선적계획을바꾸는것을고려하지않고있다. 셋째, Crane 운영에관한연구로는 Transfer Crane의운영과 Quay Crane의운영이있으며두분야모두크레인을기준으로크레인의총작업시간단축과이동거리최소화에목적을두고있다. 하지만 Transfer Crane는 Yard의운영적인측면에많은영향을받으며 Quay Crane는본선의하역작업에많은영향을받는다. Transfer Crane에관한연구로는이경모, 김갑환 (1998) 은반출. 입컨테이너를처리하는 T/C의작업순서를결정함에있어서이를동적계획법으로정식화하고, FCFS(First Come, First Service), UT(Unidirectional Travel), NT(Nearest Truck first served), SPT(Shortest Procession time rule) 등과같은작업방식을토대로하여이를시뮬레이션하여그결과를비교, 분석하였다. Quay Crane 의운영에관한연구를살펴보면신재영, 이광인, 하태영 (1998) 은컨테이너터미널에서컨테이너적. 양하계획수립시의크레인의작업 Hatch의배정과순서결정에관하여크레인의총작업시간을최소화하는모형을세웠으며이의해를구하기위해탐색적해법을개발하여문제를풀었다. 또박영만, 깁갑환 (1999) 은역시크레인의작업완료시간을최소화하는데목적함수를두고크레인간의간섭, 가용시간, 특정작업간의선후관계등을제약조건으로두고수리적모형을개발하였고이를분지한계법을이용하여최적해를빨리찾아가는탐색방법을제시하였다. 상기에서살펴본바와같이터미널의하역작업과관련한기존연구들은대부분이사전선적계획과하역작업에투입되는장비의효율성과하역시간의단축에중점을두고수행되었다고할수있다. 특히사전계획을바탕으로장비의효율성과작업시간의단축을목적으로하여왔으나실시간상황을고려하지않은사전계획의비효율성이전체작업에영 4

12 향을주고있는실정이다. 따라서본논문에서는본선하역작업과장비의효율성을동시에 높일수있는실시간상황에따라선적계획을수립하고자한다. 1.3 논문의구성 본논문의구성을살펴보면, 1장에서는먼저본연구를진행하게된배경과연구의목적에관하여언급하고, 기존에수행된관련분야의연구내용들을살펴보았다. 2장에서는수출입컨테이너의일반적인선적과양하과정을간략히살펴보고실제양. 적하작업시사전계획의한계점을파악하고문제점과규칙을정의한다. 3장에서는본논문에서다루고있는컨테이너적. 양하작업의실시간의사결정지원모형과휴리스틱 (Heuristic) 해법을제시한다. 4장에서는이러한본연구에서제시한해법의효율성을검증하기위해모의자료와실제자료를토대로그결과를산출하여비교, 분석한다. 마지막으로 5장에서는본연구의수행과정에서얻은성과와차후의연구방향에대하여언급하도록한다. 5

13 제2장시스템분석 2.1 컨테이너하역계획 컨테이너터미널에서의주요업무는하역작업이며, 하역작업을위한사전수립계획은터미널의운영업무의대부분을차지한다고할수있다. 또한본논문에있어서사전수립계획은실시간작업의사결정의바탕이되며또한이렇게정의된계획규칙은실시간계획의기본규칙이된다. 일반적으로본선하역작업과관련하여터미널에서는다음과같이세가지의기본계획을수립하게된다. (1) G/C 배정계획 (2) 양하계획 (3) 적하계획 터미널에서선박의컨테이너는 G/C에의해하역된다. 컨테이너의하역계획은우선본선작업을위해 G/C의물량을배정하고선박의 Hatch 단위로작업되며이에따라 G/C 작업순서를결정하는 G/C배정계획을먼저수립하고본선에적재되어있는컨테이너에대해양하작업순서와장치장에야적되어있는컨테이너에대해본선의적재위치와적하작업순서를동시에결정하여본선계획을수립하는것이다 G/C 배정계획 본선하역의주된작업장비는켄트리크레인 (G/C) 이담당하며하역작업에투입가능한 장비의수와작업시각이본선접안전에정해지고선사로부터본선에양. 적하될컨테이너 정보가입수되면, G/C 배정계획을수립한다. G/C 배정계획이라함은양. 적하작업의각 6

14 Hatch에 G/C작업을균등하게배정하고각 G/C의 Hatch별작업순서를결정하는것을말한다. 이러한 G/C배정계획은이후에이루어지는양하작업과적하작업의기본이되는 Hatch 단위이동순서가결정된다. G/C 배정계획은먼저해당선박의총양적하컨테이너수량과접안선석상황, 계획기간중투입가능한 G/C 상황등을파악하여모선에투입할 G/C의댓수와각 G/C별작업시작시간을결정하는것으로부터시작된다. 기본적으로, 크레인배정계획시다음의규칙이고려된다. < 표 2-1> G/C 배정계획수립규칙 구분고려사항내용 작업물량 - 크레인별작업량균등화 ( 양하량 + 적하량 ) 작업배정 - 선박의 Hold, Deck 로나누어각 Hatch 단위로작업배정 기본규칙 - 크레인간의최소작업간격유지 G/C 특성 - 일반적작업간격 40 이상, Bay 번호차이 6 이상 작업방향 기타규칙 양하 적하 기타 - 크레인간에작업교차및간섭 - 양하는선미에서선수방향으로 - 적하는선수에서선미방향으로 - 선사의특정 Hatch 작업우선, 지연요청 - 특정 Bay 수리, 긴급화물등의요구 양하계획 양하계획은터미널에입항예정인선박에대하여양하관련서류를접수한이후에작업 G/C를배정하여작업스케쥴및베이별컨테이너의양하순서를결정하는것을말한다. 계획의수립시에는작업효율성과안정성제고, 작업장비의간섭최소화, 장치장상황의반영, 양하작업의생산성향상등이주요한목표가된다. 7

15 < 표 2-2> 양하계획수립규칙 구분고려사항내용 기본작업방향유형별일괄작업추가적고려사항 횡방향종방향규격종류운송종류공컨테이너 G/C 통과높이 Hatch cover 셀가이드베이작업순서 - 선박접안방향 ( 좌현-> 우현, 우현-> 좌현 ) - 중앙-> 바깥쪽, 바깥쪽-> 중앙 - 수직순서 (vertical order) - 수평순서 (horizontal order) - 20ft,40ft,45ft 별일괄작업 - Reefer, Break bulk, Over-dimension 등컨테이너종류별일괄작업 - 선내이적, 자부두 T/S별 - 공컨테이너일괄작업 - 추가적인선내이적발생 - 접안방향앞상단컨테이너우선작업 - 형상과종류에따른작업고려 - 선창내작업전에반드시개방 - 셀가이드없고, 20ft 컨테이너양하 - 두개의인접베이를교대로작업 - 동일작업베이내의순서 - G/C 작업의진행방향순서로작업 적하계획 적하계획은선사에서제출한적하 Stowage Plan 상의컨테이너양하지별, 규격별 적재요청범위내에서터미널의작업효율성을최대한고려하여, 개별컨테이너의 8

16 적재위치를할당하고선적순서를결정하는것을말한다. < 표 2-3> 적하계획수립규칙 구분고려사항내용 기본작업방향유형별일괄작업추가적고려사항 횡방향종방향야드장비규격종류위치제약공컨테이너선박안정성동선최소화장비교체최소위치고정단적중량 G/C 통과높이 Hatch cover 셀가이드 High-cubic 충돌및간섭 - 선박접안방향 ( 좌현-> 우현, 우현-> 좌현 ) - 중앙-> 바깥쪽, 바깥쪽-> 중앙 - 수평순서 (horizontal order) - 수직순서 (vertical order) - S/C는계단식순서, T/C는수직순서 - 20ft,40ft,45ft 별일괄작업 - 컨테이너종류별일괄작업 (Reefer, Over-Dimension) - Under deck, On deck, Under water line 고려 - 공컨테이너일괄작업 - GM 확보를위하여중량컨테이너하단적재 - S/C, T/C의블록간, 베이간이동최소화 - 컨테이너장치장의하역장비교체최소화 - 선사가지정한고정위치에컨테이너적재 - 단적중량제한준수 - 추가적인선내이적발생 - 접안방향뒤쪽상단컨테이너우선작업 - 형상과종류에따른작업고려 - 갑판상컨테이너작업전에반드시설치 - 셀가이드없고, 20ft 컨테이너양하 - 두개의인접베이를교대로작업 - 선창내, 갑판상의적재요소 - S/C, T/C간의작업간격고려 9

17 2.2 컨테이너하역작업 컨테이너터미널의하역작업은선박의 G/C 배정계획, 양. 적하계획이수립된후실제선박이입항하면서시작된다. 이러한작업은기본적으로 G/C 배정계획에서수립된 Hatch별이동순서와양. 적하계획에서수립된본선 Bay내의작업순서에따라컨테이너를선적하고하역하게된다. 여기서사전계획은본선 Planner에의해작성이되고작성된적. 양하 Profile, G/C Working Schedule, G/C Working Sequence, Bay Plan, 컨테이너장치계획도를실제작업자인언더맨, 포맨, 본선컨트롤타워가지급을받고본선작업을실시한다. 본선작업자중본선컨트롤타워에서는각종서류배부및업무지시사항을통보하며작업진행사항을파악하여각종작업내용을정정조치를하여선사및관계업체와업무협조를하며긴급상황및본선의전반적인작업을모니터링하고작업자들과작업기기를관리, 감독한다. 그리고언더맨은직접적으로 G/C 작업을컨트롤하는작업자로신호수에게작업을지시하며양. 적하컨테이너를확인하여전산처리한다. 그리고본선컨트롤센터에서는터미널전체작업이원활하게이루어지도록하기위해작업을변경, 관리하고있으며포맨과언더맨은작업선박및 G/C의작업을변경, 제어한다. 기본적으로배정된 G/C들이수립된계획의 Hatch에위치하여하나의 Hatch를작업시작하게되면 Hatch의 Bay들에결정되어있는순서에따라컨테이너작업을하고하나의 Hatch단위작업을완료하면다음순서 Hatch를작업하고모든 Hatch를작업완료하면선박의하역작업이완료되게된다. 이렇게각작업자들은사전계획에기본하여작업을실시하며실시간상황을고려하여작업자들의판단에의하여작업하면서세부작업들을변경하여작업하고있으며이는실제작업하는작업자들에따라상당히다른결과를가져오고있다. 10

18 [ 그림 2-1] 은컨테이너본선하역에있어서각작업자들의위치와하역작업의 흐름도이다. 양하작업 Planner 실로부터의적. 양하서류접수 ( 적. 양하 Profile, G/C Working Schedule, G/C Working SEQ. List, Bay Plan, 컨테이너장치계획도등 ) 적. 양하서류검토 / 확인각종장비수배 / 작업관련서류배부서류배분 : 포맨, 언더맨, 신호수, 배차실 이상유무발견시 Planner실통보후수정보완조치적하작업 양하 (G/C) 차량상차 (Y/T) 장치장으로유도 ( 언더 ) 언더맨 -양. 적하화물상태확인 -작업완료전산입력 선측이동 (Y/T): 언더유도 컨테이너확인 ( 언더 ) 적하 (G/C) 이송 (Y/T) 장치 (T/C) 본선작업종료 - 작업이상유무확인 - 각종제출서류작성, 일지작성 [ 그림 2-1] 본선하역작업흐름도 11

19 2.3 사전계획의한계 일반적으로선박의하역작업은사전계획에서수립된 G/C 배정및작업순서에따라선박의작업을실시한다. 하지만실제선박이접안하여하역작업을수행하면실시간상황에맞지않게수립된사전계획으로인하여보다효율적인작업을위해사전계획이수정되어야하는부분이발생하게되며실제운영상이러한경우언더맨및현장기사, 컨트롤타워에서직관적으로문제를해결한다. 이는다음과같이크게세가지의변경사항으로나누어볼수있다. (1) 본선의위치변경 (2) G/C 의작업순서및 G/C 배정변경 (3) Sub Sequence (Bay 내작업순서 ) 변경 이러한변경사항은모두작업자의직관에의해판단하여작업을변경하게된다. 이는일정한규칙이정해져있지않으며작업자마다다른작업결과를가져온다. 또한작업자는전체적인작업상황을고려하지않고당시문제만해결하는경우가많이있다. 이러한문제점으로터미널전체적인면에서보다효율적인작업이가능한경우도있으나실제로이러한의사결정을내릴수없게된다. 그리고이러한변경사항으로인해실제작업자들의혼란이일어날수있다. 변경이일어나는사항들을살펴보면다음과같다 본선의위치변경 본선의위치변경은특정컨테이너가선적될위치가변경되는경우로써선사의요청에 의해변경되는경우와사람이작성한사전계획의실수로인해잘못된위치에컨테이너가 지정되어있을경우가있다. 12

20 < 표 2-4> 본선위치변경사항 운영문제 선사의특정컨테이너위치요청 문제상황 - 다수의컨테이너위치지정요청 - 소수의컨테이너위치지정요청 잘못된컨테이너 Plan - Reefer 컨테이너의일반위치 Plan - Over-dimension 적재불가능한위치 이러한경우의문제해결은해당컨테이너가소수인경우전산데이터상으로간단하게 수정하여해결하는경우가있으며다수의컨테이너인경우본선 Planner 에의해다시계획 을작성하는경우도있다. 이때계획을위해본선의작업을중단하기도한다 G/C의작업순서및 G/C 배정변경 G/C의작업순서와 G/C의배정은 G/C가 Hatch단위로작업을하는데있어하나의 G/C 의고장, 투입등의이유로 G/C간의물량배정과작업순서가변경되는것을말한다. < 표 2-5> G/C 작업순서및 G/C 배정변경사항 운영문제 문제상황 - 하나의 G/C 고장 G/C 의작업분배 / 재배정 - 하나의 G/C 투입 - 하나의 G/C 의작업이긴경우 - 이웃 G/C 의부딪힘현상 G/C 작업순서변경 - 다른 G/C 와동일 Block, Bay 작업을할경우 - 선박의안정성 13

21 - 특정 Bay 의수리 - 야드의 Workload 과부화 야드상황 - 특수컨테이너일관작업 - 미착컨테이너 G/C의고장의경우는아주특수한경우로하나의 G/C가작업을하지못하게되는경우이다. 이때에는하나의 G/C 물량을나머지 G/C가총작업완료시간을최소화할수있도록나누어가지게되며이때 G/C배정및작업순서가변경된다. 그리고하나의 G/C를투입함으로써남은작업을균등하게분배하여본선작업을빠르게진행하는경우도있으며하나의 G/C작업이다른 G/C에비해많이남을경우이 G/C의작업을분배하는경우도있다. 이러한경우들은모두 G/C의배정및작업순서가바뀌게되며작업자들은본선 G/C의장비간충돌, 야드장비의간섭을고려하여작업순서를임의로변경한다. 그리고작업중에 G/C 장비간의충돌예방을위해다음 Hatch작업을우선하는경우, 하나의야드장비 (T/C) 가두대이상의 G/C를지원하게되면효율적인작업을할수없게되고야드에서는지체가되고본선에서는기다림현상이발생하게되는데이러한경우를예측하여본선작업자가서로간의 G/C작업순서를조정하게된다. 또본선의안정성, 특정 Bay의수리로인한작업지연, 미착컨테이너작업등으로인하여 G/C의작업순서가변경되며이런경우 Hatch 작업순서를앞뒤로변경하는경우가많다 Sub Sequence (Bay내작업순서 ) 변경 G/C 작업순서라하면 Hatch의작업이동순서라얘기할수있다. 이에따라 Sub Sequence 는 G/C가 Hatch 작업순서에따라이동하면해당 Hatch에있는 Bay의작업을실시하게되며이때 Bay내에있는컨테이너를양. 적하하기위해정해진순서를말한다. < 표 2-6> 은이렇게컨테이너의하역순서가변경되는사항을나타낸다. 14

22 < 표 2-6> 본선 Bay 내작업순서변경사항 운영문제 문제상황 본선상황 - Twin Lift 가가능한데 Plan 이되지않은경우 - Twin Lift로 Plan이되어있는데 Cell 특성상가능하지않은경우 - 선박의안정성을고려 - 특정 Cell의일괄작업 야드상황 - 야드의작업이용이한컨테이너의우선작업 - 야드의다른작업으로컨테이너를즉시꺼내 기어려운경우 긴급 / 미착컨테이너 - 우선순위작업을해야하는경우 컨테이너하역작업에있어서 Bay내의작업순서를변경하는것은주로본선및 Yard의상황에따라변경이되는데이는실시간으로 Yard 상황이계속적으로변화되는데원인이있다. 사전계획시올바른순서로수립이되었으나 Yard의상황이변화하여실제작업시높은순위에있는컨테이너가낮은순위에있는컨테이너보다 Yard에서하역하기어려운경우가발생하는것이다. 이때낮은순위의컨테이너를먼저하역하여도본선작업에지장이없으면작업자의의견에따라우선작업을하게되고작업순서가변경되는것이다. 이외에도본선작업을하면서본선의안정성에위험이있을정도로선박이기울어지는경우, Cell 특성을잘못이해한 Planner 의실수, 우선순위작업에의해세부작업순서가변경되는것이다. 15

23 2.4 효율적인운영방식도입 일반적으로컨테이너의하역작업은하나의 G/C 가하나의컨테이너를하역하는방식을 사용하고있다. 다음은일반적인컨테이너의하역작업순서이다 Yard Tractor Turnaround 5 4 [ 그림 2-2] 일반적인컨테이너하역작업 컨테이너의하역작업을양하를기준으로하여살펴보면, G/C가컨테이너를양하하기위해본선에적재되어있는컨테이너로위치하여컨테이너를 Pick-up 한다. 하역된컨테이너를 Yard Tractor 에적재한다. YT는양하컨테이너를싣고정해진 Yard의위치 로이동한다. T/C 가 YT 에적재되어있는컨테이너를해당위치에하역한다. 하역되 어공차가된 YT 는다시해당 G/C 위치로이동한다. 16

24 적하의경우는 T/C에서대상컨테이너를적재하는데서시작하며위의작업순서와반대이다. 이와같이 G/C와 T/C는한번에하나의컨테이너를대상으로하역작업을한다. 하지만하역기술의발전으로 20ft컨테이너를한번에두개씩하역할수있는장비가보급되면서두번의작업을한번으로줄일수있는작업운영방식이등장하게되었다. 이러한효율적인운영방식을이용하면터미널의생산성향상의큰방법이될것이다 Twin Lift Twin Lift는동시에두개의 20ft 컨테이너를집을수있는 Dual Spreader 를이용하여한번에두개의 20ft 컨테이너를한번에실어주게되는것이다. 이는 20ft 컨테이너의두번작업을한번으로줄여주며 YT가 Yard를두번왕복하는시간을한번으로, 그리고 G/C가두번의컨테이너하역작업을한번으로줄여주는효과가있다. 이는아주효율적인작업방식이라볼수있다. Dual Spreader [ 그림 2-3] 본선의 Twin Lift 작업 17

25 2.4.2 Twin Dispatch Twin Dispatch 는 20ft 컨테이너두개를한대의 YT 에배차하여두번운송하여야할 것을한번에운송함으로써한번의 YT 의 Turning Time 을줄일수있게된다 [ 그림 2-4] 본선의 Twin Dispatch 작업 그림과같이 Twin Dispatch 작업은 Twin Lift와같이 20ft 컨테이너두개를동시에이송하는운영방식으로적하작업을예로들면 Yard에서 T/C가 20ft 컨테이너한개를 YT에적재한다. YT는다음 20ft 컨테이너를적재하기위해첫번째 T/C에서혹은다른 Yard 의 T/C 위치로이동하여두번째 20ft 컨테이너를적재한다. 두개의 20ft 컨테이너를적재한 YT는선적작업을위해본선 G/C로이동한다. 본선 G/C에서선적작업을한다. 이때 Twin Lift를이용하여선적작업을할수있으며각각컨테이너를선적할수있다. 이렇게 Twin Dispatch 는 20ft 컨테이너를하나의 YT에배차하는것이며두개의 20ft컨테이너의선적순서가앞뒤로맞아야하며인접지역에있어야효율적으로작업이가능하다. 그렇지않은경우는하나의컨테이너가선적작업후 YT가다음작업을위해대기하여야하는경우가발생하기때문이다. 여기서 20ft의적재, 선적작업은하나의 T/C에의해 2개의 20ft컨테이너를적재할수도있고, 서로다른두개의 T/C에서적재할수있다. 또한선적작업도하나의 G/C 혹은서로다른 G/C에서각각다른선적작업을할수있다. 서로다른장비로작업할시에는첫번째적재작업후다음작업을위해이동하여야한다. 18

26 제3장문제의해법연구 3.1 문제의범위 이상의내용에서컨테이너터미널의운영업무를컨테이너선적과관련한하역계획방식및작업방식, 사전계획의한계, 효율적인운영방식에중점을두어살펴보았다. 컨테이너터미널에서실시간하역작업은 G/C의작업순서와 Bay내의컨테이너작업순서에따라이루어진다. 컨테이너양. 적하계획수립 선박의입항 G/C 의투입 양하작업 적하작업 G/C 작업순서에따라이동 배정및순서 결정모형 Bay 내순서에따라하역작업 Bay 내최적순 서결정모형 본선하역작업완료 [ 그림 3-1] 컨테이너터미널의본선적. 양하계획및작업 19

27 본선의선적작업은선박이입항하고계획에맞게 G/C가투입된후부터시작이된다. G/C 배정및작업순서는 Hatch단위로계획되어있어있으며이에따라 G/C가각 Hatch 에투입되고, 하나의 Hatch 작업을시작하게된다. 하나의 Hatch단위작업들을완료하면다시다음 Hatch로이동하여다음 Bay 작업을한다. 하지만실제본선하역작업시 G/C 의고장, G/C의간섭, 야드간섭등의상황에따라사전계획에따라작업되지못하고있으며작업자에의해 G/C배정및작업순서, Bay내의컨테이너하역작업순서를임의로바꾸어오고있다. 따라서본연구에서는컨테이너본선작업에있어사전선적계획을바탕으로하여실시간상황을고려한 G/C 배정및작업순서를재결정하고, Bay내작업순서결정모형을제안하고자한다. 첫번째로실제본선하역작업중 G/C의고장, G/C간의간섭등과같은작업이변경되어야하는경우각각의 G/C를재배정하고 G/C의작업순서를다시결정하는등의문제해결규칙과해법을연구하고두번째로 G/C가하나의 Hatch내의각각의컨테이너들의하역작업을위해실제상황에서 Bay내작업순서결정모형을연구한다. 이와같이선박의작업시간을단축하는의사결정지원모형을제시하는것이본연구의범위이다. 또한 Bay내작업순서규칙을결정함에있어보다효율적인운영방식인 Twin Lift, Twin Dispatch 를지원할수있는해법을제시하고자한다. 3.2 G/C 배정및작업순서모형 일반적으로크레인의작업은선박의선창 (Hatch) 단위로이루어지게되며, 하나의 Hatch 에서작업이완료되면다음 Hatch로옮겨가작업을한다. 여기서 G/C의작업순서는선박이입항하기사전계획에의해작성된다. 이사전계획은한선박에투입될 G/C에대해서가능하면작업량을투입된크레인별로평준화하여전체하역작업시간을최소화하도록작성이되며, 크레인간에작업교차가허용되지않으며최소작업간격을유지하게되어있다. 하지만실제작업중 G/C의고장에의한중단, G/C의 Long Gang과같은상황이발생하게되면 G/C의물량을다시배정해야할뿐아니라작업순서도다시결정되어야한다. 20

28 또한사전계획은하나의선박에투입되는 G/C만가지고선박의작업완료시간최소화에맞춰작성이되어있다. 이는터미널전체를두고보았을때다른선박의 G/C작업에서동일한 Block, Bay에동일한예상시간에같이작업을하게될수있는상황도일어나게된다. 이러한상황을야드의간섭현상이라말하며이때에도 G/C의작업순서는변경되어야한다. [ 그림 3-2] 일반적인 G/C 배정및작업순서 21

29 본선크레인작업도사전계획과마찬가지로일반적인작업규칙을가지고있으며본연구에서는크레인의일반적인작업제약조건을만족하면서터미널전체의관점에서야드의간섭을최소화하며전체선박의작업시간을최소화하데목적을두고실시간상황을빠르게대처할수있도록의미있는시간내에계획을도출하고다양한제약조건들을고려할수있는발견적해법을연구하도록하겠다 발견적해법연구 G/C의작업순서가변경이되는경우로는위에서살펴본것과같이 G/C간의간섭현상, 야드에서의간섭현상, 본선의특정 Hatch 수리, 그리고 G/C의재배정이되고작업순서를다시정해야하는경우등이있다. 이들은각각의경우해결방법에있어다른특성을가지므로각각을해결하는해법과규칙이다르며이러한각각의경우에따른해법과규칙을정의한다. 해법을정의하기에앞서 G/C의작업순서및재배정의공통적인제약조건은기본적으로사전계획의규칙과동일하며다음과같다. 크레인의작업은기본적으로 Hatch 단위로이루어진다. 하나의 Hatch 작업에대하여 Deck 와 Hold 의물량을각각상이한두대의크레인 이나누어작업할수있다. 크레인작업은적. 양하작업을모두고려하며, 각크레인별로양하작업이적하작업 에선행된다. 양하작업시에는 Deck 의작업이 Hold 의작업에선행되며, 적하작업시에는 Hold 의 작업이 Deck 의작업에선행된다. 크레인간에작업이교차되지않도록한다. 크레인의본선작업투입시각은상이할수있으며, 종료시간에관한제약은없는것 으로가정한다. 22

30 크레인간의간섭을고려하여크레인간에는최소작업거리를유지한다. 야드의간섭을고려하여두대이상의크레인이하나의 Block, Bay 작업을하는것 을최소화한다. 양하는선미에서선수방향으로, 적하는선수에서선미방향으로한다. G/C 의사전계획에의해배정과작업순서는결정되어있다. 또한제시된발견적해법은본선의작업중인실시간상황을가정하며이에따라이미끝난작업에대해서는실시간계획범위에서제외하며이후남은작업만을대상으로한다. 그리고 G/C가작업중임을가정하여현재 G/C가위치해있는 Hatch가작업기준이된다. 본연구에서제시된해법에서사용되는기호는다음과같다. n = 작업대상지점의수 m = 작업 G/C 대수 a ij = G/C가 i 작업후 j 작업시 G/C 이동시간 t i = i 작업의작업요구시간 s i = i 작업의작업시작시간 D ij = 간섭이발생하는작업지점 (i,j) 집합 G/C 작업순서결정 G/C 작업순서결정해법은모든작업대상 Hatch들이 G/C가모두배정되어있는상황에서실시간작업중에야드의간섭, G/C간의장비간섭, G/C의재배정으로인하여 G/C 의 Hatch간작업순서재결정하는것이다. G/C 작업순서결정은사전계획에의해정해진 G/C작업순서를기본적으로따르며시간의흐름에따라예상되는 G/C간의간섭, 야드간섭이일어나는 Hatch 쌍에대해해당 Hatch 쌍의작업순서를조정하여전제선박의하역작업시간을단축시키고자한다. 23

31 [ 그림 3-3] G/C Hatch 작업흐름예정순서 위그림은실제 3대의 G/C가배정되어하역작업을하고있으면사전계획에의해정해진 Hatch 작업순서에따라예정작업들을표현한것이다. 그림에서보는것과같이본선작업 18번 Hatch의 Hold 적하작업과 22번 Hatch의 Deck 적하작업이서로작업간섭을예상할수있다. 또한 G/C #2의작업이다른 G/C #1, G/C #3 번에비하여작업완료예정시간이 24

32 긴것을볼수있다. 이러한경우 G/C의작업순서와 G/C의작업재배정을하지않으면선박의하역시간을단축할수없게된다. 따라서 G/C의작업순서와배정을조정함으로터미널의생산성을높이는것이다. 위의예에서 18번 Hold와 22번 Deck가 G/C 장비간섭을보이는데 18번 Hold의작업순서를변경할수있는경우로는작업제약규칙에의해 10번 Hold 앞에작업을하는것과 10번 Deck 뒤에작업을하는것으로순서를정할수있다. 이때 10번 Hold 앞에작업을하게되면또다시 22번 Hold의작업과작업간섭을보임을알수있다. 그리고 10번 Deck 뒤에작업을하게되면모든작업간섭을피할수있음을예상할수있다. 또한 22번 Deck의작업을이동가능한경우는 27번 Deck 뒤, 30번 Deck 뒤, 34번 Hold뒤, 34번 Deck뒤, 42번 Hold뒤가된다. 이렇게이동작업순서변경이가능한경우각각의이때 G/C의이동거리를최소화하며 G/C간의작업간섭을피할수있는작업순서를선택하는것이다. 선박의 Hatch 작업흐름도작성 STEP 1 간섭이일어나는 D ij 집합결정 STEP 2,3 i, j Index 의작업변경순서쌍 i,j 작업변경후 T j, T j 계산 STEP 4 i,j Index 중변경할작업선택 Yes 간섭 Hatch 존재? No 선적 Hatch 순서재결정완료 [ 그림 3-4] G/C 작업순서결정절차 25

33 이와같은발견적해법을단계별로표현하면다음과같다. [Step 1] 초기화단계 (1) 결정되어있는 Hatch간의작업순서를각각의 G/C별로예상흐름도로표현 (2) 시간의흐름상장비의간섭이발생하는 D ij 쌍 i,j Index 결정 (3) [Step2] 단계로이동한다. [Step 2] 첫번째 Index i 작업의변경계산단계 (1) i 작업에대한작업순서변경가능한작업순서쌍 X i 집합생성 (2) 각각의순서쌍에대해 G/C의작업이동, 작업시간, 다시발생하는작업간섭시간 을고려한변경된총작업시간 T i = (a ij + t i ) 을계산한다. (3) T i 가가장작은순서쌍 X i 를선택한다. (4) [Step3] 단계로이동한다. [Step 3] 두번째 Index j 작업의변경계산단계 (1) j 작업에대한작업순서변경가능한작업순서쌍 X ji 집합생성 (2) 각각의순서쌍에대해 G/C의작업이동, 작업시간, 다시발생하는작업간섭시간 을고려한변경된총작업시간 T j = (a ji + t j ) 을계산한다. (3) T j 가가장작은순서쌍 X j 를선택한다. (4) [Step4] 단계로이동한다. [Step 4] 작업순서결정단계 (1) 변경가능한 X, i X j 에서전체선박의작업시간 T 를단축하는작업순서변경을선택하고작업순서를변경한다. (2) 더이상작업시간을단축할수있는순서쌍이없을때까지 [Step1] 단계로이동한다. 전체작업시간을단축하지못하면끝을낸다. 26

34 G/C 재배정 G/C 작업재배정해법은 G/C의고장및작업지연으로인한특정 G/C의작업이길어지거나작업이불가능할때선박의전체적인작업시간을단축하기위해 G/C간의작업을균등하게분배, 할당하는것이다. 이해법은선박의전체적인하역시간을단축하는것을목적으로하며특정 G/C의작업이긴경우해당 G/C의 Hatch단위작업을작업시간이짧은다른 G/C에게재배정하여전체작업시간을단축시키고자한다. 이와같은발견적해법을단계별로표현하면다음과같다. [Step 1] 초기화단계 (1) 결정되어있는 Hatch간의작업순서를각각의 G/C별로예상흐름도로표현 (2) 전체작업상가장늦게끝이나는 G/C의 Hatch별작업 X i 집합생성 (3) [Step2] 단계로이동한다. [Step 2] 해당 G/C의좌측 G/C에배정단계 (1) X i 집합상의각각의 i 작업에대하여좌측 G/C에임의배정하고각각 i 작업을배정시의전체작업예상시간 T i 를계산 (2) T i 가가장작은집합 X i 의 i Index를선택한다. (3) [Step3] 단계로이동한다. [Step 3] 해당 G/C의우측 G/C에배정단계 (1) X i 집합상의각각의 j 작업에하여우측 G/C에임의배정하고각각 j 작업을배정시의전체작업예상시간 T j 를계산 (2) T j 가가장작은집합 X i 의 j Index를선택한다. 27

35 (3) [Step4] 단계로이동한다. [Step 4] 작업재배정결정단계 (1) 선택된 i, j Index 에서전체선박의작업시간 T 를단축하는작업을선택하고작업 G/C를변경한다. (2) 더이상작업시간을단축할수있는순서쌍이없을때까지 [Step1] 단계로이동한다. 전체작업시간을단축하지못하면끝을낸다. 3.3 Sub Sequence 순서결정모형 G/C의배정및작업순서결정이끝나고실시간으로 G/C가하나의 Hatch를작업하기위해 Hatch로이동하면 Bay내의작업순서를결정하여야한다. 실제사전계획에서 Bay내컨테이너의하역순서가결정되어있지만실제상황에맞게순서를재조정함으로써빠른시간으로 Bay내작업을완료할수있게의사결정하는것이다. [ 그림 3-5] 일반적인양하 Bay 내작업순서 우선양하작업은그림과같이하나의 Hatch 작업베이인 21 번, 23 번베이에서도각각의 28

36 Hold, Deck별로작업순서를결정하며선박의접안형태에따라선석쪽-> 바깥쪽으로횡방향작업하는것을볼수있다. 이러게양하작업순서결정은본선사전계획의양하작업규칙을따른다. 다음은일반적인적하작업순서를보여준다. [ 그림 3-6] 일반적인적하 Bay 내작업순서 ( 왼쪽본선, 오른쪽 Yard) 적하컨테이너의선적작업순서는그림과같이야드베이에서의작업순서와선박의컨테이너작업순서를매칭시켜동시에결정하여야한다. 여기서야드의작업순서를정하여만야드에서장비간의간섭및재취급이줄어들게된다. 그리고 Twin Lift, Twin Dispatch 작업을최대한할수있도록작업순서를정의하며전체적인작업시간을단축할수있으며본연구의모형에서는일반적인적하작업순서규칙을바탕으로 Bay작업시간을최소화하는데목적함수를두고작업순서를결정한다. 29

37 3.3.1 발견적해법연구 본절에서는실제로컨테이너터미널에서선적작업시 G/C가 Hatch단위작업을위해하나의 Hatch에작업을시작할때, 해당 Hatch내의각각의 Bay들의작업시간을단축하기위한작업순서를재결정하는해법을제시하고자한다. 본해법은의미있는시간내에작업계획을도출하고다양한제약조건들을고려하였으며, 2장에서살펴본실제작업자들의작업방식을기초로하여 Bay내작업시간단축에중점을두고작성되었다. [ 그림 3-7] Hatch 의 Hold, Deck 단위로순서화되어있는 Bay Plan 위그림과같인 G/C는 Hatch단위로작업을하며하나의 Hatch에서도 Hold와 Deck를각각따로작업을한다. 이는하나의 G/C가한 Hatch의 Hold만을작업하고다음 G/C가 Deck 작업을할수있으며, 양하의경우 Deck작업이완료되면 Hatch Cover를해체하고적하의경우 Hold작업이완료되면 Hatch Cover를닫기때문이다. 이렇게하나의 Hatch 에서 Hold, Deck 작업순서가나누어져있으며하나의 Hatch는구조상 3개의 Bay를가질수있다. 원래는하나의 40ft Bay이지만 40ft Bay에 2개의다른 20ft 컨테이너를실을수있기때문이다. 구조에따라서 40ft 전용 Bay와 20ft 전용 Bay가존재할수있다. 본논문에서의 30

38 작업순서도이렇게 Hatch 의 Deck, Hold 단위로결정한다. 그림과같이적하작업의경우 1 번작업이완료되어야만 6 번작업이가능하며하나의 Bay 내에서는이와같은선행관계가형성된다. [ 그림 3-8] Bay Plan 상의컨테이너선행관계 이와같인 5번컨테이너를작업하기위해서는반드시 1번컨테이너가선행되어야하며 7번컨테이너도마찬가지로 2번컨테이너가선행되어야한다. 하지만 1번컨테이너이후에반드시 7번컨테이너를작업하여야하는것은아니고 2번을작업할수도있고 3번을작업할수도있다. 이와같은작업순서는사전계획에의해서결정되어있으나실제작업직전에다시실시간상황을고려하여작성하면보다좋은결과를얻을수있다. 따라서기본순서를바탕으로새롭게작업할컨테이너의순서를결정하기위해야드의재취급, G/C의작업위치변동, T/C의작업위치변동, 야드의작업부하, Twin Lift, Twin Dispatch 등의평가값을계산한다. 평가값의계산식은아래와같다. P ij = W ij + GC ij + TC j + TL ij + TD ij + R ij 여기서 ) i, j = 컨테이너순번 P ij = i 컨테이너작업후 j 컨테이너작업시의평가값 W j = j 컨테이너작업시의재취급과작업과부화평가값 31

39 GC ij = G/C의 i 컨테이너작업위치와 j 컨테이너작업의편의성 TC j = j 컨테이너의 T/C 작업시의평가값 TL ij = i 컨테이너작업과 j 컨테이너를 Twin Lift 작업결정시평가값 TD ij = i 컨테이너작업과 j 컨테이너를 Twin Dispatch 작업결정시평가값 R ij = i 컨테이너작업과 j 컨테이너의일괄작업평가값 컨테이너의재취급과작업과부화의평가값 W j 의계산은 j 컨테이너를꺼내기위해 j컨테이너가 Yard Bay내에서최상단에있지않은경우 j 컨테이너의상단컨테이너를사전작업을하여야하며이때발생되는재취급을평가단위로계산하며, 또한 j 컨테이너작업이전에해당 Bay에서이전작업이발생하여기다림이발생되는경우평가단위로계산한다. G/C의작업을위한이동에따른평가값 GC ij 는 i 컨테이너를작업후 j 컨테이너를작업하기위해 G/C가이동하게되는범위를평가단위로계산한다. 이는 Hatch의앞쪽 20ft 컨테이너를하역한후뒤쪽 20ft 컨테이너를하역하게되면 G/C가하역을위해이동하여야하기때문에발생하는시간손실을평가단위화한것이다. 이는 20ft 작업후 40ft 작업을하기위해서도 G/C의이동이발생한다. T/C의작업효율성평가값 TC j 의계산은 j 컨테이너를작업하기위해 T/C의하역위치에대한평가값이다. 이는 j 컨테이너를작업하기위해근처에있는 T/C가 j 컨테이너 Bay 로이동해야할때발생하는시간손실을평가단위화한것이다. i,j 두개의컨테이너를동시에선적하는운영방안인 Twin Lift에대한평가값 TL ij 의계산은 20ft 컨테이너를 Hatch의앞, 뒤 Bay에 Dual Spread를이용하여선적하는방식으로두컨테이너의선적위치, 하단선적작업들의완료여부, 두컨테이너무게합의제약과같은규칙조건들이따르며이러한조건이일치하는컨테이너쌍 i,j 이면평가값을부여하는것이다. i,j 두개의컨테이너를함께배차하여본선, 야드간에하나의차량으로이동하는운영방식 Twin Dispatch 에대한평가값 TD ij 의계산은 20ft 컨테이너를하나의 Yard Trailer 에적재할수있으면서 Yard에서하역작업시동일 Bay내에위치, 선적작업시하단작업의 32

40 완료와같은제약조건을만족하는컨테이너쌍 i,j 이면평가값을부여하는것이다. 컨테이너의일괄작업평가값 R ij 의계산은공컨테이너, 위험물, Over-Dimension, 냉동컨테이너와같은경우는야드의작업특성상같은종류의컨테이너를일괄작업하게된다. 공컨테이너가하역작업을하게되면이후계속적으로공컨테이너작업을할수있도록동일속성의컨테이너에평가값을주어일괄작업을할수있도록한다. 이는 i 컨테이너가공컨테이너이면 j 컨테이너의속성에따라평가단위를계산하는것이다. 이렇게계산된평가값은평가값의크기가클수록보다효율적이지못한작업으로결정되며각각의단계에서평가값이낮은컨테이너작업순서쌍을구하고자한다. [ 그림 3-9] 컨테이너순서결정의선행관계의예 컨테이너의선적순서결정은 [ 그림 3-8] 의예와같이 Tree구조로표현될수있다. 각각의 Arc는컨테이너작업단계를나타내고 Node는 i 번컨테이너작업후 j번컨테이너의작업을나타내며여기서 Node의값으로평가값 P ij 를사용하게된다. 그리고그림의예와같이단계 1에서하나의컨테이너가선택이되면첫번째적하컨테이너가결정이되는것이고이때단계 1에서선택되지못한컨테이너는단계 2에서의적하후보가되는것이다. 여기에서위에서살펴본 Bay Plan상의컨테이너선행관계를지켜야한다. 예를들면만약단계 1에서 1번컨테이너를선택하고나면나머지 2번, 3번, 4번, 24번컨테이너들은 33

41 1번컨테이너후행컨테이너대상이되는것이고여기서 1번컨테이너작업후 Bay Plan 상의 9번컨테이너작업도가능하기때문에 9번컨테이너도작업후보가되어서평가값을계산하게된다. 이와같이최종컨테이너의순서가결정되기까지위와같은단계과정을진행하여간다. 여기서보다합리적이고빠른처리시간으로결정하기위해각단계에서평가값이결정이되면그중에서가장낮은하나의컨테이너 Node를선택하고나머지 Arc의다음단계 Node들은버리고선택된 Arc의다은단계 Node들만계산에반영한다. 선박의특정 Hatch 작업시작 STEP 1 작업가능선적컨테이너목록 STEP 2 각각컨테이너의평가값계산 가장낮은평가값 Node 선택 STEP 3 No 모든물량결정? Yes 선적순서결정완료 [ 그림 ] Bay Plan 컨테이너순서결정단계구조 본연구에서제시된해법에서사용되는기호는다음과같다. n = 해당 Hatch 의하역작업수 X ij = 작업가능한 Arc 쌍 (i,j ) 집합 P ij = i 컨테이너작업후 j 컨테이너작업시의평가값 34

42 이와같은발견적해법을단계별로표현하면다음과같다. [Step 1] 초기화단계 (1) 최초 i Index를선택 최초 0에서시작혹은이전에선택된 Arc의 j Index (2) 선택된 i 에서다음선적가능한 j 목록집합 X ij 을생성 (3) [Step2] 단계로이동한다. [Step 2] 평가값계산단계 (1) 선적가능컨테이너목록집합들의평가값 P ij 계산 (2) [Step3] 단계로이동한다. [Step 3] 순서결정단계 (1) P ij 가가장낮은 i,j Arc를선택한다. (2) 가장낮은 P ij 가두개이상이면의 j Index번호가낮은 Node를선택한다. (3) 더이상진행할 Arc가존재하지않으면끝을내고존재하면 [Step1] 단계로이동한다. 35

43 제4장해법의적용 4.1 해법의검증 본연구에서수립한의사결정모형의타당성을검증하기위해서 [ 그림 4-1] 과같은터미 널레이아웃과모의선박자료를설정하였다. 터미널의선석은 2 개이며터미널장치장은 아래와같이구성되어있다. 장치장은일반적으로사용되는 6 열 4 단의구조로설정하였다. 1A 2A 1B 2B 1C 2C 1D 2D [ 그림 4-1] 컨테이너터미널 Layout 36

44 그리고발견적해법의구현을위해 Visual Basic 6.0 개발툴을이용하였다. 프로그램은해법의실제구현을위한시스템로직과실제터미널에서작업자가의사결정을내릴수있도록해법의결과를 GUI(Graphic User Interface) 로구성하였다. 또한모형의상황을실시간작업상황에맞게하기위해다음과같은가정을하였다. 선석은 1번선석과 2번선석 2개가있다. 현재터미널에접안해있는선박은 2척이다. 각각의선박의 3대의 G/C에서양. 적하작업을한다. 선박의하역작업을위한 YT는충분히있다. 각블록에는하역작업을하는있는 TC가위치해있다. 모선항차와장치장내컨테이너, 선박의선적계획관한사전정보는실제로터미널에서계 획을실행한자료및장치되어있는정보를일부가공하여사용하였다 적용자료 우선 G/C의작업순서결정모형과재배정모형을적용하기위해서 [ 표 4-1] 과같이 G/C 대수는 3대로하고각각 Hatch별물량을다음과같이배정하였다. < 표 4-1> VDMR-01 항차의 Hatch 별물량 구분 양 D 하 H 적 H 하 D < 표 4-2> VDMR-01 항차의 Hatch 별작업순서 37

45 구분 양 D 하 H 적 H 하 D : 선박의하역작업이완료된상태 또한실제상황을고려하기위해현재 G/C 의작업배정과순서가사전계획에의해결정 이되어있는상태이며각각 G/C 의양하작업이완료단계에있는상태이다. 다음은사전계 획에의해결정되어있는작업순서와배정을흐름도로표현한것이다. [ 그림 4-2] G/C 별작업흐름도 38

46 그림과같이사전계획에의해작업을흐름도로나타낸결과 18번 Hold와 22번 Deck가서로장비간섭을보이며또한 GC112호기의작업이다른 G/C의작업에비해상대적으로많은것을볼수있다. 이러한경우에 G/C간의작업순서재결정과재배정을통해전체작업시간을단축할수있을것이다. 그리고 Bay내작업순서결정모형을적용하기위해현재 06번 Deck의선적작업자료를 [ 표 4-3] 와같이설정하였다. < 표 4-3> 06 Hatch 의 Bay 내작업컨테이너목록 Seq Job Size Full/Empty POD Vessel Position Yard Position Bay H/D Row Tier Block Bay Row Tier 1 L 20 Full YOK 05 D B L 20 Full YOK 05 D B L 20 Empty YOK 05 D C L 20 Empty YOK 05 D C L 20 Empty YOK 05 D C L 20 Empty YOK 05 D C L 20 Empty YOK 05 D C L 20 Empty YOK 05 D C L 20 Empty YOK 05 D C L 20 Empty YOK 05 D C L 20 Empty YOK 05 D C L 20 Empty YOK 05 D C L 20 Empty YOK 05 D C L 20 Empty YOK 05 D C

47 15 L 20 Empty YOK 05 D C L 20 Empty YOK 05 D C L 20 Empty YOK 05 D C L 20 Empty YOK 05 D C L 20 Empty YOK 07 D C L 20 Empty YOK 07 D C L 20 Empty YOK 07 D C L 20 Empty YOK 07 D C L 20 Full YOK 07 D B L 20 Full YOK 07 D B L 20 Full YOK 07 D A L 20 Full YOK 07 D A L 20 Full YOK 07 D A L 20 Empty YOK 07 D A L 20 Empty YOK 07 D A L 20 Empty YOK 07 D A L 20 Empty YOK 07 D A L 20 Empty YOK 07 D A L 20 Empty YOK 07 D A L 20 Empty YOK 07 D A L 20 Empty YOK 07 D A L 20 Full YOK 07 D A L 40 Full YOK 06 D A L 40 Full YOK 06 D A L 40 Full YOK 06 D A

48 40 L 40 Full YOK 06 D A L 40 Full YOK 06 D A L 40 Full YOK 06 D A L 40 Full YOK 06 D A L 40 Full YOK 06 D B L 40 Full YOK 06 D B 이와같이각각의자료는실시간선적계획지원을위해선박의실제작업중한시점상 황을자료화하였으며다음은본연구에서나온해법을적용하여본결과이다 G/C 배정및작업순서결정 [ 표 4-2] 의자료와같이선박의일부하역작업이완료되었으며앞으로남은작업을순서대로하였을때 GC111호기의 18번 Deck 작업과 GC112호기의 22번 Hold작업이서로충돌하여동시에작업이불가능한것을예측할수있다. 그리고전체적인작업흐름을봐서 GC112호기의작업이많이남아있으므로 GC112호기의작업을적절하게분배하면전체작업시간을줄일수있으며터미널의생산성을높일수있는것이다. 이에따라본연구에서제시된해법으로첫번째단계로 G/C 장비간의간섭현상의해결을위해 G/C 작업순서결정모형으로 Hatch간의작업순서를재결정하였으며두번째단계로전제선박의하역작업시간평준화를위해 G/C112호기의작업을분배하는모형으로 G/C를재배정하였다. [ 그림 4-3] 은이렇게두단계에걸쳐해법을적용한결과를 Hatch별작업의예상흐름그래프로나타낸것이다. 먼저첫번째단계인 G/C 작업순서결정모형에서는간섭대상 Hatch인 18번 Hatch를 10번 Deck 이후로작업순서를변경하는결과가나왔으며그림과같이간섭을피하게되었다. 그리고두번째단계인전체작업평준화에서는 GC112호의 30번 Hold 물량을 GC11호에배정하고작업순서를 18번 Deck 이후로결정하는결과가 41

49 [ 그림 4-3] G/C 작업순서결정 ( 위 ) 과재배정 ( 아래 ) 결과 42

50 나왔다. 이는선박의전체작업시간관점에서살펴보면모형적용전예상작업시간은 4 시간 56분으로나왔으며모형적용후에는 24분이단축된 4시간 32분으로결과가나왔다. 따라서본연구에서제시된해법목적인전체작업시간의단축과 G/C간의간섭을피할수있도록결과가나왔다. 그리고아주특수한경우인 G/C의고장등으로하나의 G/C 모든물량작업이불가능하여다른 G/C에배정하는것을본연구에서제시한 G/C 재배정과작업순서결정해법을통해살펴보고자한다. [ 그림 4-4] GC111 호의작업중단으로 G/C 재배정된결과 43

51 GC111호의고장으로인하 GC111호의작업이불가능한상태로설정하여첫번째 G/C 간의물량평준화해법을적용하여 GC111호의물량을나머지 GC112호와 GC113호에배정하였고두번째로 G/C간의간섭및 Yard 작업간섭을피하기위해 G/C 작업순서결정모형을적용하였다. 이러한경우에도 [ 그림 4-4] 의결과에서보듯이본연구에서제시된해법을통해장비간의간섭을피하며전체물량을평준화하는의사결정을내릴수있었다 Bay내작업순서결정 지금까지 Hatch단위작업의작업순서결정과 G/C 배정을살펴보았으며본장에서는 [ 표 4-3] 의선적예정목록에서실시간 Yard와본선상황을고려하여 Bay내의작업순서를결정을하여보겠다. 이번해법을적용해보기위해설정된컨테이너목록은전부사전계획에의해 Bay내작업순서가결정이되어있다. [ 그림 4-5] 에서위의그림은본선 Bay내에서컨테이너의선적순서를나타내며, 이에대응하여밑에그림은야드 Block내에서본선선적을위해하역하는순서를나타낸다. 이는본선 Bay에서의순서 1번컨테이너와야드 Block에서순서 1번컨테이너는동일함을의미한다. 해법의적용전순서에서는본해법의주요결정요인인 Twin Dispatch 와 Twin Lift, 그리고야드에서의재취급최소화, 컨테이너속성별일괄작업화가일부반영이되어있는상태이다. 따라서본해법을적용하여보면 [ 그림 4-6] 과같은순서를얻을수있다. 그림과같이결정된순서는 Twin Lift가가능한순서쌍 2쌍과 Twin Dispatch 가가능한많은순서쌍이얻어지며 Empty 컨테이너작업이일괄적으로이루어짐을알수있다. 44

52 [ 그림 4-5] 사전계획에의해정해진 BAY 내작업순서 45

53 [ 그림 4-6] BAY 내작업순서결정해법의적용결과 46

54 모형의검증에이어다음은실제자료를사용하여본모형의유용성을검증하여보았다. 4.2 실제자료의적용 본연구에서수립한해법을실제업무자료를가지고적용해보았다. 실제자료는 H터미널의선적자료를이용하였다. 실험에필요한데이터는실제선박 4척의하역작업중간시점에서남은물량을가지고해법을적용하여보았으며당시상황에서의 G/C 간섭, 최소 G/C작업수, 최대 G/C작업수, 전체작업완료예정시간을해법의적용전과적용후로나누어서비교해보았다. < 표 4-4> G/C 배정및작업순서결정결과분석 구분투입 G/C G/C 간섭최소작업최대작업작업완료 CASE 1 CASE 2 CASE 3 CASE 4 적용전 시간 적용후 시간 적용전 시간 적용후 시간 적용전 시간 적용후 시간 적용전 시간 적용후 시간 [ 표 4-4] 와같이본연구에서제시한해법을적용한결과간섭을피할수없는결과도있었지만전체작업시점에서작업의평준화와작업완료시간단축의의미가있었으며실시간의상황에서빠른해답을위해본해법의시간을측정한결과의미있는시간내에결과가도출이되었으며이는실제터미널의작업시작업자가올바른의사결정을내릴수있 47

55 도록지원할수있다고하겠다. 또한 Bay내의작업순서결정분석을위해실제선박에서 G/C가선적작업을하기전의특정 Hatch에사전계획과당시상황을고려한본해법의작업순서를 Twin-Dispatch 작업의수, Twin-Lift 작업의수, Yard에서재취급수와전체예상작업완료시간을가지고비교해보았다. < 표 4-5> Bay 내작업순서결정결과분석 구분 20ft 40ft TD TL 재취급 CASE 1 CASE 2 CASE 3 CASE 4 CASE 5 적용전 적용후 적용전 적용후 적용전 적용후 적용전 적용후 적용전 적용후 TD : Twin Dispatch 작업순서쌍의수 TL : Twin Lift 작업순서쌍의수 재취급 : Yard 에서컨테이너선적을위해재취급이발생하는수 [ 표 4-5] 와같이 Bay내의작업순서변경은변경대상의크기가작으므로사전계획에비하여크게변경되었다고보기힘들지만 Twin Lift, Twin Dispatch 로계획되지않은것에대해서는만족할만한결과를얻었다고하겠다. 또한실제적으로작업완료시간의미소한단축으로터미널생산성향상에도움이된다고볼수있다. 48

56 제 5 장결론 컨테이너터미널의하역시스템및운영시스템은각국의터미널마다상이하며, 터미널의환경적인요소에많은영향을받는다고볼수있다. 현재컨테이너터미널에서는생산성상향을위해장비와운영적으로많은투자를하고있는실정이며장비에관해서는기술력의한계와장비투자의한계로인해정점에올랐다고할수있다. 따라서터미널관리자들은운영시스템의개선측면에많은관심을두고실제많은연구가나오고있는실정이다. 현재의연구들은대부분이사전선적계획과하역작업에투입되는장비의효율성과하역시간의단축에중점을두고수행되고있다. 특히사전선적계획의분야에서는계획의정확성및생산성향상, 선박의안정성향상등의목적을두고연구하고있으며최근에는미래의예측및실제작업자들의특수성고려에관해서도연구되고있다. 하지만실제작업의특성상아무리잘계획된사전계획이라하여도실제작업시에는실시간상황의변화와작업자들의운영적특성에따른계획수정의한계점이있으며이를보완하고보다높은생산성향상을위해실시간으로작업자들의의사결정을도와줄도구가필요한것이다. 따라서본연구에서는터미널의생산성을높일수있는방법으로실시간상황을고려하여사전계획을바탕으로선적계획을수정하여작업자에게효율적인의사결정지원을내릴수있도록하는방안에관하여연구하였으며이에대한방법론을제시하였다. 이에따라본연구에서는실시간상황을고려하여 G/C의작업순서를재결정하는모형과 G/C의배정을재결정하는모형, Bay내컨테이너작업순서를재결정하는모형을제시하였고이들각각의모형을발견적해법을통해결과를도출하였다. 본연구를수행한결과로얻어진주요한성과들을살펴보면첫째, 기존의사전계획에의해서만선적작업을실시하는틀을벗어나실시간상황에따라사전계획이변화하여실시간작업에있어서효율적인작업이가능한방법및해법에대한연구를시도하였다. 이러한연구를통하여작업자들의작업특성과보다효율적인운영방식을적용한해법과결과가도출되었다. 둘째, 대부분의연구가사전계획과장비운영에중점을두었으나본연구에서 49

57 는실제작업시사전계획이작업자의운영에따라수정된다는특성을고려하여실제작업시계속적인계획의수정을통하여효율적인작업을결정하는것에대한연구를하였으며, 이에관한각단계의모형으로 G/C 작업순서및재배정의탐색적모형, Bay내의컨테이너작업순서결정에있어서실시간상황과효율적인운영방식인 Twin Lift, Twin Dispatch 의운영을적용한모형을제시하였다. 이들각각의모형은발견적해법을통해빠른시간에해답을찾음으로써실제선적작업시작업자의의사결정지원의한모델로써사용이가능할것으로보며터미널전체적인관점에서작업의효율성을추구하여본선의하역시간단축및터미널의생산성향상에도움이될것이다. 마지막으로본연구에서다루어진실시간 G/C 배정과작업순서결정, Bay내작업순서결정모형은실제자료의적용에있어서도선박의하역작업을신속하게하고작업의효율성을위한방안으로해법이검증되었고, 의미있는시간내에만족할만한해를나타내었다. 본연구에이어차후연구과제로써는본연구에서는실시간작업에있어서아주일반적인문제를모형화하였다. 이는실시간의사결정계획을세웠으나실질적으로는특수한문제가발생시실제작업자가다시금변경이필요로할것으로보이며앞으로본연구에서얻어진성과및결과를바탕으로보다세부적인규칙과문제를정의하여실시간문제의특수한경우까지고려한해법에관해서추후연구가이루어져야하겠다. 50

58 참고문헌 신재영, 남기찬 컨테이너선박의자동적재계획을위한지능형의사결정지원시스 템, 한국항만학회지, 제 16 권, 제 2 호 (1998),29-37 신재영, 곽규석, 남기찬 효율적인컨테이너터미널선적계획을위한의사결정지원 시스템 한국항만학회지, 제 2 권, 제 13 호 (1999),1-12 신재영, 이광인, 하태영 컨테이너선적을위한겐트리크레인작업스케쥴링 한국해양 대학교부설물류연구센터논문집, 제 2 집 (1998) 김갑환, 류광렬, 박영만, 강진수, 이용환, Meta-heuristic 기법을이용한 2 단계컨테 이너적하계획알고리즘, 대한산업공학회 / 한국경영과학회 2000 춘계공동학술대회논 문집 (2004). 이광인, 컨테이너선적계획을위한통합의사결정지원시스템, 석사학위논문 하태영, 효율적인하역장비운용을위한컨테이너터미널선적계획시스템, 석사학 위논문 이채민, 장치장모니터링시스템과통합된효율적인수출장치장계획시스템, 석사 학위논문 Erhan Kozan, Peter Preston, Genetic algorithms to schedule container transfers at multimodal terminals, International Transactions In Operational Research, 6 (1999),

59 Paul Corry, Erhan Kozan, An assignment model for dynamic load planning of intermodal trains., Computers & operations research 33 (2006) 1-17 Akio Imai, Kazuya Sasaki, Etsuko Nishimura, Stratos Paapadimitriou, Multiobjective simultaneous stowage and load planning for a container ship with container rehandle in yard stacks, European journal of operational research 김갑환, 김기영, 고창성 컨테이너터미날에서의수출컨테이너의적하순서문제의수학적 모델 한국생산관리학회지제 8 권제 2 호 (1997), Jong Wook Bae, A pooled dispatching strategy for automated guided vehicles in port container terminals, International Journal of Management Science Vol 6. No 2. (2000) Iris, Transshipment of containers at a container terminal : An overview, European Journal of Operational Research, 147 (2003), 1-16 E.Kozan, Optimising Container Transfers at Multimodal Terminals, Mathematical and Computer Modelling, 31 (2000), Kap Hwan Kim, An architectural design of control software for automated container terminals Chuqian, Dynamic crane deployment in container storage yards, Transportation Research Part B 36 (2002),

60 Kap Hwan Kim, Sequencing delivery and receiving operations for yard cranes in port container terminals, International Journal of Production Economics, 84 (2003), Kap Hwan Kim, A crane scheduling method for port container terminals, European Journal of Operational Research, 156 (2004), 박영만, 컨테이너크레인일정계획의최적화해법, 석사학위논문 구평회, 이운식, 고시근, 컨테이너터미널동적운송환경에서의실시간차량운행계 획, 한국경영과학회지제 30 권 3 호 (2005),

61 감사의글 학부시절부터변함없는관심과사랑으로지켜보아주신신재영교수님께감사드립니다. 바쁘신중에서도세심한논문지도와격려의말씀을아끼지않으셨던신창훈, 남기찬교수님께진심으로감사드립니다. 또한, 재학시절많은가르침을주셨던이철영, 곽규석, 김환성교수님께도감사드립니다. 철없는학부시절부터실험실맏형으로써저를이끌어주신태영형, 채민형, 훈호형, 병호형그리고비록실험실생활은같이하지못했지만저에게관심을쏟아주신광인형, 두호형, 청우형, 신호형, 광덕형, 환욱형, 영훈형, 태원형께고마움을표합니다. 또한이번논문이나오기까지정말도움을많이받았던오인환차장님, 장원호과장님감사합니다. 그리고마음적으로도움이많이된용육형, 민승형 그외여러선배님들정말감사드립니다. 학부시절부터같은연구실에서함께해온웅섭, 준석, 재경, 현주그리고항상부족한저를따라줬지만많은것을남겨주지못하고떠나서미안함이함께하는종호, 세연, 정우에게도감사의마음을전합니다. 그리고우리동기재곤, 인호, 욱태, 정국, 여남정말로많은이들이떠오르는데다올리지못하였지만내마음속에이들이있기에지금의제가있지않았나싶습니다. 제이름석자를알고계시는모든분들께감사드립니다. 무엇보다논문을이렇게마무리할수있었던것은논문쓴다고부린투정다받아주고뒷바라지까지애써해준사랑하는장은이, 더불어장은이어머님, 아버님, 지금까지자식키운다고고생하신부모님덕분이아닐까합니다. 그리고든든한마음의기둥인형그리고제첫조카들을품고계신형수님께진심으로감사드리며. 소중한우리가족께이논문을드립니다. 54