반도체/LCD 라인 생산운영에 있어서 다목적 최적화 생산계획 수립 연구

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 반도체/LCD(이하 반도체) 산업의 경쟁력을 강화할 수 있는 다목적최적화기법을 활용한 생산계획 수립에 대해서 연구한다. 반도체 생산라인에서 사용되는 다양한 성능평가지표들을 두 가지로 통합 관리하는 방안을 제시하며 이를 바탕으로 반도체 병목공정을 상세 스케줄링할 수 있는 혼합정수모형을 제안한다. 이 때 사용되는 두 가지 평가지표는 ‘throughput 최대화’와 ‘레이어별 목표생산량’의 만족이다. Throughput 최대화는 고가의 고정투자비를 요구하는 동시에 경쟁력 확보를 위해 계속적인 신규라인의 투자를 요구하는 반도체 산업의 특성상 가장 중요한 평가지표로 받아들여지고 있다. 레이어별 생산목표량 만족은 제품별 고객의 납기를 만족하고 생산라인의 WIP(work-in process) 밸런싱 잘 유지하고자하는 관점에서 계산되고 관리되는 평가지표이다.
그동안 반도체 라인의 운영에 대하여 학계의 다목적최적화 연구는 생산계획 수립 분야에 관련하여 상당히 활발히 이루어져 온 편이다. 하지만 이들의 연구의 대부분은 다목적최적화 모형이나 풀이 방법에 초점을 맞추고 있고 각 평가지표간의 중요도를 나타내는 가중치는 알려져 있다고 가정하였다. 이는 현장에서 직접 라인을 운영하는 관리자 관점에서 보자면 상당히 괴리가 있는 것으로 이들 가중치는 펩 공정의 운영 파라메터에 따라 상당히 유동적이서 이에 대한 정확인 분석이 필요한 실정이다. 하지만 그동안 이들 평가지표들 간의 trade-off 구조에 대해서는 연구가 진행된 바가 없다.
본 연구에서는 소규모 실험 모형을 활용하여 앞서 설명한 두 가지 평가지표의 trade-off surface에 대해서 상세 분석을 실시할 예정이다. 또한 본 연구에서 제안된 혼합정수모형은 반도체 생산라인의 병목공정을 상세 스케줄링할 수 있는 모형으로 현재 최신 CPLEX 버전을 활용하여 장비 2대에 약 25개 lot 정도 규모의 문제에 대하여 최적해를 구할 수 있다. 하지만 실제 문제에서는 약 50대의 장비에서 약 1,000개의 lot를 포함한 문제를 해결해야 함으로 주어진 formulation에 대한 효율적인 해법을 제시하는 연구가 진행되어야 한다. 이는 현재 MIP 기반의 휴리스틱을 사용하여 연구를 진행하고 있으며 주어진 formulation을 장비할당 문제와 각 장비별 스케줄링 문제로 분할하여 풀이하는 방식으로 연구를 진행할 예정이다. 여기서 MIP 기반 휴리스틱 기법의 optimality gap이 최적해 대비 약 10% 미만으로 줄이는 것이 목표이다.