Decision Support System for Job Assignment in Shipbuilding Design Using Discrete-event-based Business Process Simulation

Abstract

조선산업은 전통적인 생산방식과 규모의 경제로 이루었던 발전에 새로운 성장동력으로 IT 융합을 채택하였다. 3D CAD (Computer-Aided Design) System과 ERP (Enterprise Resource Planning), PLM (Product Lifecycle Management) 등 Enterprise IT의 첨단 솔루션이 조선산업에 도입되고, 맞춤화되어 생산성 향상에 기여하고 있다. 본 연구는 조선 IT 융합 연구의 일환으로, 조선 선체 생산설계 프로세스에 BPM (Business Process Management) 도입을 다루고자 한다. 선박의 선체 생산설계 프로세스는 프로세스 기반의 업무로, 전체 설계단계 가운데 가장 많은 시수가 소요되고, 생산과 직접적으로 연계되어 있어, 생산성 향상에 직•간접적으로 기여하는 바가 크다. 우선, BPMS (Business Process Management System)에서 정형화된 프로세스를 실행하기 위한 조건인 실행모델의 개념에 대해서 설명한다. 그리고, 대상 프로세스인 선박 선체 생산설계 업무를 설명하고, 이를 프로세스 기반으로 모델링하여 실행모델로 구현하는 과정을 Open source BPM system인 Bonita Open Solution을 이용하여 제시하였다. 또한, BPM 실행으로 얻을 수 있는 효과를 제시하고, 그 가운데, 설계 관리자의 업무 프로세스 개선이 기대되는 업무 할당과정을 분석하여, 그 방안으로 블록 표준 설계 시수와 설계자 가용 시수 개념을 제안하였다. 하나의 구조도를 1회 할당하는 single-assignment scenario에 대해서 Hungarian Algorithm을 활용하여 최적할당 결과를 제시하였다. 더 많은 구조도를 한정된 설계자에게 순차적으로 할당하는 multiple-assignment scenario에서 작업할당에 따른 결과를 예측하기 위해, discrete-event simulation의 상세 모델링 방법인 DEVS (Discrete Event System Specification)와 Event Graph modeling을 설명한다. 공개용 이산사건 시뮬레이션 엔진인 Simkit을 이용하여, Event Graph기반으로 생산설계 프로세스를 모델링하고 시뮬레이션하였다. 끝으로, BPM 실행 모델 환경에서 관리자가 작업을 할당하여야할 때, 시나리오를 동적으로 생성하고, 실시간으로 시뮬레이션 결과를 제시하여 관리자의 의사결정을 도울 수 있는 의사결정지원 시스템의 프레임워크를 제안한다.

The shipbuilding industry has adopted IT convergence as a new engine for growth that encompasses conventional production know-how and economies of scale. New solutions for enterprise IT, such as three-dimensional (3D) computer-aided design (CAD) systems, enterprise resource planning (ERP) systems, and product lifecycle management (PLM) systems have been adopted and customized by shipyards to enhance their productivity. As part of IT convergence in the shipbuilding industry, we examine the adoption of business process management (BPM) in the ship hull production design process. Ship hull production design, a process-based task that is directly connected to ship production, requires the most man-hours (M/H) of all ship design processes. For this reason, improvements in this task can greatly enhance the productivity of this process. First, we explain the concept of the executable model, which presents an essential condition for executing defined processes in a business process management system (BPMS). In addition, we analyze the hull production design task and use the results as the basis of a process for building executable BPM models using Bonita Open-Solution 5.7, a representative open-source BPMS. In addition, we present the expected effects of the BPM execution of the hull production design process

among these, we focus particularly on the job assignment process of the design manager. As an improvement of this process, we suggest the standardized block design man-hour, and the design engineer man-hour availability. For the scenario of a single assignment that is performed only once for a single construction drawing, we obtain optimal assignment results using the Hungarian Algorithm. To estimate the results of the job assignment in a multiple-assignment scenario that assigns many construction drawings to a limited number of design engineers simultaneously, we explain the utility of discrete-event system specification (DEVS) and Event Graph modeling, which are detailed modeling methods for discrete-event simulation. We model and simulate the hull production design process on the basis of Event Graph using Simkit, which is an open-source discrete-event simulation engine. Finally, for a design manager who needs to perform job assignments on the BPMS, we propose a framework for a decision support system that generates the current status of the scenario automatically, and presents optimal assignment results that assist in decision-making, based on real-time simulation.