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Overhead shuttle design for a flat panel display production line considering the contactless power supply capacity

OHS(Over Head Shuttle)는 평판 디스플레이 (FPD, Flat Panel Display) 제조 라인에서 널리 사용되는 자동화 물류 시스템(AMHS, Automated Material Handling Systems)이다. 최근에는 무선 전력 전송 (WPT, Wireless Power Transfer) 기술을 적용한 OHS가 등장하였으며, 이 기술은 레일에 설치된 무접촉 전원 공급 장치(CPS, Contactless Power Supply)로부터 전력을 원격으로 전달 받는 방식이다. WPT 기술을 적용한 OHS는 배터리와 재충전의 필요가 없으므로 운반 효율성을 크게 향상 시킬 수 있다.

하지만, WPT 기반 OHS 물류 시스템 설계에서 중요한 문제 중 하나는 트랙 내 전력 분배를 결정하는 것이다. 일반적으로 트랙은 여러 구역으로 나뉘며, 각 구역에 대한 전력 공급은 독립적으로 결정된다. 이는 각 구역에서 동시에 운행할 수 있는 OHS의 최대 수, 각각의 OHT 운반 용량 등을 결정하는 중요한 요소가 된다. 본 논문에서는 최적화 모델의 단조성 (monotonicity) 및 원-쌍대 (primal-dual) 성질을 활용하여 각 구역으로의 효율적인 전력 공급을 결정하는 최적화 알고리즘을 제시한다. 또한, 그래디언트 탐색 (gradient-search) 및 유전자 알고리즘(genetic algorithm)과 같은 휴리스틱 알고리즘을 기반으로 한 접근법을 제안한다. 제안된 알고리즘들의 성능은 실제 시스템의 수치적 사례를 통해 교차 검증하였다.

The overhead shuttle (OHS) is a widely used automated material handling system (AMHS) for flat panel display (FPD) manufacturing lines. Recently, an OHS using wireless power transfer (WPT) technology, which transfers power remotely from the contactless power supply (CPS) installed in the track, has been widely applied. The OHS with WPT technology is revolutionary because it removes the need for a battery, as the power is continuously transferred while the OHS is in motion. Unlike a conventional battery-powered OHS, the WPT-based OHS does not need to travel to charging stations to recharge the battery, and therefore, delivery efficiency is increased. One of the key design problems in developing a WPT-based OHS system is determining the power distribution in the track. Typically, the track is divided into multiple zones, and the power supply for each zone is determined independently. This decision is critical because it determines the maximum number of OHSs that can be in a zone at the same time. In this paper, we introduce an optimization algorithm to logically determine the power supply in each zone. The critical problem is that the power supply affects the OHS delivery capacity and the total installation cost. We propose an efficient solution algorithm using the monotonicity and primal-dual properties of the optimization model. Two heuristics algorithms are proposed—gradient-search and genetic-algorithm-based approaches. The numerical case from an actual system is investigated to cross-validate the proposed algorithms.

* URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360835218304418