기계학습 알고리즘을 통한 제조원가 추정분석 연구
A Machine Learning Approach for Manufacturing Cost Estimation
고혜수(카이스트); 서한결(충북대학교 경영대학)
24권 3호, 181~214쪽
초록
[연구목적]본 연구는 제조원가의 구성 요소인 재료원가, 노무원가, 제조경비를 추정하기 위한 기계학습 학습모형을 제시하고, SHAP value를 활용하여 예측 변수의 기여도를 파악해 보는 것을 목적으로 한다. [연구방법]본 연구는 제조원가명세서를 공시한 제조 기업을 대상으로 1990년에서 2022년까지의 110,556개 기업-연도 표본을 활용하였다. 목표 변수는 재료원가, 노무원가, 제조경비이며, 예측 변수로는 26개의 회계 변수와 업력, 종업원 수, 생산자 물가지수 등 6개의 비회계정보 변수들을 포함하였다. 머신러닝 기법인 XGBoost, Random Forest, LightGBM, GBM 알고리즘과 딥러닝 기법인 MLP 알고리즘을 적용하여 추정 성능을 확인하고, 성능을 극대화하기 위한 앙상블 기법을 적용하였다. 더불어, SHAP 분석을 통한 우수 학습모형의 예측변수 기여도를 추정하였다. [연구결과]기계학습 알고리즘을 적용한 결과, 재료원가와 노무원가를 예측하는 것에 전반적으로 우수한 성능을 보였으며, 특히 XGBoosting, GBM 알고리즘과 블렌딩 앙상블 기법이 높은 추정성능과 오차 발생을 안정적으로 통제하는 것으로 나타났다. 더불어, SHAP value를 통해 원가 요소별 예측 변수의 차별적 기여도를 확인하였다. [연구의 시사점]회귀분석과 같은 엄격한 통계 가정을 가진 전통적 방법론으로 추정하기 어려운 원가정보를 기계학습을 통해 추정함으로써 새로운 원가추정방법론의 적용 가능성을 시사한다. 이는 추후 보완된 모형을 통해 실증 자료로 다양한 학술적 및 정책적 연구에 적용 가능하다는 점에 시사점을 가진다.
Abstract
[Purpose]The purpose of this study is to apply a machine learning model for estimating the components of manufacturing costs, including material, labor, and factory overhead costs, and to identify the contribution of predictive variables using SHAP values. [Methodology]This study analyzed 110,556 firm-year observations from manufacturing firms disclosing cost statements between 1990 and 2022. Target variables were material, labor, and factory overhead costs, while predictive variables included 26 accounting and 6 non-accounting factors. Machine learning techniques like XGBoost, Random Forest, LightGBM, and MLP were applied to assess estimation performance. Ensemble methods enhanced accuracy, and SHAP analysis evaluated predictive variable contributions. [Findings]The application of machine learning algorithms demonstrated superior performance in predicting material and labor costs, with XGBoosting, GBM, and blending ensemble methods exhibiting high estimation accuracy and stable error control. [Implications]This study demonstrates the applicability of machine learning for estimating costs that are difficult to predict using traditional regression methods reliant on strict statistical assumptions. The refined models also offer academic value, enabling their use in future policy-related studies based on cost analysis data.
- 발행기관:
- 한국관리회계학회
- 분류:
- 회계학