장치산업에서의 다품종 배치생산을 위한 스케줄링에 대한 연구

Abstract

The domestic oil refining industry, along with the automobile and chemical industries, was called one of the top three heavy industries and was responsible for Korea's growth. Although it relies on imports for all of its raw materials, it accounts for 7 to 8 percent of Korea's total exports based on its high portion of advanced unit and large-scale refining facilities (as of 2018). Although the global economic slowdown caused by the recent COVID-19 crisis is causing difficulties such as falling refining margins and decreasing operating rates, it is expected to recover margins and secure additional export competitiveness when recovering demand after COVID-19 by enhancing its own resilience. The characteristics of the oil refining industry are large-scale device industries, and active and flexible response to changes in market demand is relatively difficult compared to other industries. As the global economy has an economic cycle and relies on imports for all raw materials, fluctuations in raw material prices due to various environmental changes often affect the industry. China's increased exports of petroleum products and U.S. shale oil production have also been affected. In response to various changes in the environment, the company continues to make efforts to secure competitiveness in various ways in the stages of purchasing and managing supply chains. In this study, we would like to address the last step in the supply chain management phase, the study of how to efficiently manufacture various petroleum products in an oil refinery. The oil production of the refinery belongs to the supply chain management and is operated by the production plan through mid-term planning considering the long-distance crude oil purchase period. Depending on various environmental changes such as real-time process changes and supply and demand factors of products, there are cases where they are operated differently from production plans that are optimized. The objective was to construct a model that could optimize short-term scheduling based on production plans through a study of scheduling that could minimize differences from these production plans in the manufacturing process of various petroleum products. The scheduling system is expected to provide an operational guide to collect and enter the most recent operation data and to minimize product operating costs for about a week. In addition, it is expected to have the effect of checking short-term balance of supply and demand and operational risk.

국내 정유산업은 자동차, 화학 산업과 더불어 3대 중공업으로 불리우며 한국의 경제 성장을 책임졌던 사업이다. 지형적으로 원재료의 전량을 수입에 의존하는 불리한 점이 있었지만, 공정의 고도화율을 높이고 대규모 정제시설을 바탕으로 석유 제품 수출 비중이 국내 전체 수출의 7~8% 수준 차지(18년 기준)하며 지속적으로 성장하여 왔다. 하지만 최근 COVID-19 사태로 인한 글로벌 경기 둔화 영향으로 지속 증가 추세였던 수출 물량이 감소하고, 정제마진이 하락하여 일부 공정 가동률이 감소하는 등의 어려움을 겪고 있다. 이에 대한 대응으로 국내 정유사들은 COVID-19 이후 마진 회복 및 수출 경쟁력 우위 선점을 위해 자체 회복 탄력성을 확보하면서 장기적인 전략 준비에 노력을 기울이고 있다. 일반적인 정유 산업의 특성은 대규모 장치산업에 속하며 시장 수요 변화에 능동적 유연한 대처가 타 산업 대비 상대적으로 어려운 편이다. 또한 국내/글로벌 경기에 따라 경기 순환 주기를 가지며 원자재 가격 변동 등의 다양한 환경 변화가 산업에 영향을 미치는 경우가 많다. 최근 COVID-19에 의한 경기둔화 영향 외에도 중국의 석유제품 수출 증가에 따른 경쟁 심화, 미국 셰일 오일 생산 증가 등도 정유산업에 영향을 미치고 있는 실정이다. 이런 환경 변화에 대응하여 국내 정유사들은 원자재 구매 단계, 공급망 관리 단계 등을 포함하여 다각도로 제품 생산 경쟁력을 확보하기 위한 노력을 지속하고 있다. 본 연구에서는 공급망 관리 마지막 단계인 정유 공장에서 생산되는 다양한 석유 제품을 효율적으로 제조하는 방법에 대한 연구를 다루고자 한다. 정유산업의 공급망 관리 단계에서는 원거리 원유 구매 소요 기간을 고려하여 수 개월 이상의 최적화된 중기 계획을 수립한다. 중기 계획 중에는 구매/생산/판매 계획이 포함되며, 석유 제품 제조는 이러한 생산 계획을 근간으로 기간이 더 짧은 단기 운영 계획을 수립하여 운영 된다. 하지만 실시간 공정 변화, 제품 수급 요인 등의 다양한 운영 환경 변화에 따라 최적으로 수립된 생산계획과 차이가 발생하기도 한다. 이러한 차이는 제품 생산 제조 단가에 영향을 미칠 수 있으며, 운영 손실로 이어지는 경우도 발생한다. 본 연구에서는 석유제품 제조 과정에서 생산 계획과의 차이 최소화하기 위한 단기 최적화 모델을 연구하는 것을 목표로 하였다. 해당 모델은 가장 최근의 현장 데이터를 수집 후 입력을 통해 단기간의 제품 운영 비용을 최소화할 수 있는 운영 가이드를 제시해 줄 수 있을 것으로 기대된다. 더불어 석유 제품 제조/운영 단계에서의 단기간의 수급 과/부족 점검과 운영 리스크 점검 등의 효과가 있을 것으로 판단된다.