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문제 정의
- 시간 내에 목표로 설정한 생산량 Q톤을 달성할 수 없다. 따라서 본 논문에서는 기본라인의 공정별 탱크 수를 증가시키면서 주어진 제반 조건을 만족시키는 일산 Q톤 체제의 라인을 구축하고자 한다.
- 본 논문에서는 Q톤 규모의 전통민속식혜를 제한된 시간 내에 생산할 수 있고, 동시에 탱크 설비투자비를 최소화하는 연속 생산 흐름라인의 문제를 제기하였으며, 최적해 도출을 위한 실질적인 열거법을 제시하였다. 또한 현장에서 요구한 16시간 기준 5톤 규모의 소규모 식혜공장의 연속생산 흐름라인의 개념설계와 배치(안)를 제시하였다.
- 본 논문에서는 가장 적은 설비투자비로 H시간 내에 일 생산량 Q톤을 생산할 수 있으며, 실제 적용이 가능한 식혜 연속생산 흐름라인의 효율적인 공정설계에 대하여 서술한다. 제2장에서는 식혜제조의 주요 공정에 대하여 약술한 후, 일 생산량 Q톤 규모의 연속생산 흐름라인의 문제를 정립하고, 입력자료의 추정을 통하여 16시간 내에 5톤을 생산할 수 있는 공정설계를 제시한다.
- 식혜 연속생산 흐름라인을 구축할 때 투입되는 설비투자비는 탱크에 대한 투자비가 80% 이상을 점유하므로 본 논문에서는 TD 시간 내에 Q톤을 생산할 수 있는 조건 하에 탱크 설비투자비를 최소로 하는 것을 목적으로 한다. 공정 i에 필요한 탱크의 구입단가를 ci(단위:만원)로, C를 (c1,c2,c3)로 정의하면 총설비투자비, TC는 #가 된다.
가설 설정
- 그림에서 제시된 바, 공정 1의 추출탱크 1에서 생산된 효소물은 침전탱크 1과 침전탱크 2로 분할되어 이송할 수 있으나 일정한 품질을 기대할 수 없으므로, 일반적으로 임의의 탱크에서 생산된 중간생성물은 다음 공정에 있는 한 대의 탱크에 전량 이송된다고 가정한다. 또한 추출탱크 1에서 침전탱크 2로 중간생성물을 이송하고 있을 경우 추출탱크 2에서 침전탱크 1로의 이송은 독립적으로 수행될 수 있다고 가정한다.
- 따라서 본 고에서는 연구협력팀의 실험에 의하여 결정된 1:1.04:14 ()를 가정하였고, 실험결과 추정된 중간생성물의 생성량과 소실량을 가정하였다.
- 식혜 전문가의 조언에 따르면, 뱃취 생산량을 높이기 위하여 당화탱크를 1톤을 초과하여 제작할 경우 당화가 균일하게 이루어지지 않으며, 1톤 미만일 경우 당화시간의 분산이 커서 공정시간의 편차가 심하므로, 당화탱크의 크기는 뱃취 생산량 기준으로 1톤이 적정하다는 것이다. 따라서 본 논문에서는 q=1톤으로 가정하였다. 따라서 식 (1)에 의하여 nB= 5, 즉 일산 5톤을 생산하기 위하여 당화탱크에서 적어도 5번은 생산되어야 한다.
- 따라서 연속생산 흐름라인의 생산속도와 이산생산 흐름라인의 소비속도는 균형을 이룰 수가 있어 저장탱크의 크기는 클 필요가 없으며 한 대면 충분하다. 따라서 본고에서는 식수탱크와 저장탱크는 한 대로 가정한다. 전개의 편의상 식수저장, 추출, 침전, 당화, 저장공정을 순서대로 공정 i (0≤i≤4)로 정의하고, 공정 i의 탱크를 탱크 i로, 공정 i에서 필요한 탱크 수를 ni로, 벡터 N을 (n1 ,n2,n3)으로 정의하면 N은 연속생산 흐름라인에 일대일 대응이 된다고 볼 수 있다.
- 그러나 식혜와 관련된 논문검색 결과, 새로운 공정방법에 의하여 공정시간을 단축한 논문은 한편도 존재하지 않았으며, 일반적인 제조기법 하에 투입원료의 제조과정과 공정온도에 따른 식혜의 맛과 향에 대한 논문은 다수 있었다(Lee, 1976; Cho, 1983; Yuk, 1990; Suh, 1997). 따라서 본고에서는 식혜전문가로부터 입수한 전통민속식혜 제조비법에 의한 공정시간을 가정하며 CP에 의한 제조공기 단축 방법론을 적용하였다.
- 주요 공정을 수행하기 위한 작업은 공정별 또는 공정 전체의 자동화 수준에 따라 달라지나, 본 논문에서는 탱크 내의 화학반응은 자동조절장치에 의하여 제어되며, 중간생성물의 탱크 간 이동은 배관시스템 제어기(Controller)의 조작으로 가능하다고 가정한다. 또한 식혜 제조과정에서 필요한 자원인 UML 필터와 취반기의 세척, 운반, 작업대 대기, 투입원료의 운반, 저장, 대기 등의 보조작업은 임시직 종업원에 의하여 사전에 수행된다고 가정한다.
- 그림에서 제시된 바, 공정 1의 추출탱크 1에서 생산된 효소물은 침전탱크 1과 침전탱크 2로 분할되어 이송할 수 있으나 일정한 품질을 기대할 수 없으므로, 일반적으로 임의의 탱크에서 생산된 중간생성물은 다음 공정에 있는 한 대의 탱크에 전량 이송된다고 가정한다. 또한 추출탱크 1에서 침전탱크 2로 중간생성물을 이송하고 있을 경우 추출탱크 2에서 침전탱크 1로의 이송은 독립적으로 수행될 수 있다고 가정한다. 즉 전후 공정의 탱크 간 Cross Transfer는 독립적으로 이송이 가능하도록 배관이 설계되어 있다고 가정한다.
- 본 논문에서는 (ri,Hi)를 산출하기 위하여 Ui=0.8를 가정하였으며, 일반적으로 탱크설계시 자재투입비용과 제조비용을 최소화하기 위하여 식혜제조에 사용되는 ri는 2∼3.4를 사용하기 때문에 ri=2.4를 가정하였다. 공정별 탱크의 내부용적, 반경, 높이 등에 대한 추정치는 <표 6>에 요약되어 있다.
- 연속생산 흐름라인은 공정순서에 따라 탱크나 보조설비를 배치하면 되지만 수요증가에 대비하여 확장면적(expansion area)을 감안하여야 한다. <표 5>에서 제시된 바, (2,4,4)라인은 TC=57.5분으로 2대의 독립된 (1,2,2) 라인과 동일한 효과가 있지만, Shut-down을 고려하여 상호 독립된 (1,2,2) 생산라인이 미래에 구축될 수 있도록 가정하였다. 따라서 확장면적은 16스팬으로 추정되었다.
- 원료의 배합비율은 식혜의 맛과 향에 영향을 미친다. 식혜의 맛과 향으로 대변되는 식혜의 품질에 영향을 미치는 요인은 매우 많으나, 일부 요인에 대한 실험 결과만 보고 되어 있어 향후 체계적인 연구가 필요하다.
- )를 추정하기 위하여 공정별 작업분석이 선행되어야 한다. 주요 공정을 수행하기 위한 작업은 공정별 또는 공정 전체의 자동화 수준에 따라 달라지나, 본 논문에서는 탱크 내의 화학반응은 자동조절장치에 의하여 제어되며, 중간생성물의 탱크 간 이동은 배관시스템 제어기(Controller)의 조작으로 가능하다고 가정한다. 또한 식혜 제조과정에서 필요한 자원인 UML 필터와 취반기의 세척, 운반, 작업대 대기, 투입원료의 운반, 저장, 대기 등의 보조작업은 임시직 종업원에 의하여 사전에 수행된다고 가정한다.
- 또한 추출탱크 1에서 침전탱크 2로 중간생성물을 이송하고 있을 경우 추출탱크 2에서 침전탱크 1로의 이송은 독립적으로 수행될 수 있다고 가정한다. 즉 전후 공정의 탱크 간 Cross Transfer는 독립적으로 이송이 가능하도록 배관이 설계되어 있다고 가정한다.
- 본 논문에서도 이러한 개념을 적용하였다. 즉 탱크의 최소 필요면적, 정비면적, 배관면적, 작업면적, 협로용 지게차 운행폭 등을 고려하여 스팬의 넓이를 2.5m x 2.5m로 가정하였다.
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