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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 블록 분할도(Block Division)를 분석하여 유사한 블록 그룹을 추출하였으며, 블록의 세부조립절차서(DAP, Detailed Assembly Procedure) 를 분석하여, 개별 블록에 대한 조립 프로세스 정보 및 리소스 활용 정보를 생성하기 위한 블록 타입을 결정하였다. 블록 분할도는 세부조립절차서가 작성되지 못한 블록의 데이터를 작성하기 위하여 참조하였으며, 유사 블록을 추출하여 해당 블록의 조립 정보를 참조할수 있도록 하였다.
- 본 논문에서는 블록 분할도와 세부조립절차서를 분석하여 블록 타입을 제시하였으며, 이를 기준으로 조립 정보를 생성하는 방법을 설명하였다.
- 이에, 본 논문에서는 생산 계획 시스템의 기초 자료가 되며, 조선소의 전략을 결정하는데 바탕이 되는 공정 능력(Capacity)을 산출함을 목표로 하였으며, 이 과정에서 우리가 사용한 조선소 능력산출 기준과 리소스와 제품에 대한 분석, 그리고 공정 능력의 산출 도구로 사용한 시뮬레이션 방법론(Woo et al. 2005)과 그 결과물을 제시하고자 한다.
- 이에, 본 장에서는 물량에 대한 분석과 리소스 활용에 대한 분석을 수행하고, 이를 시뮬레이션 하는 가상 생산을 통해 조립 공정의 능력을 파악하고자 한다(Woo et al. 2005).
제안 방법
- 일단, 조립 공정 능력 산출에 있어, 현재의 정반 운영 상황을 바탕으로 시뮬레이션을 수행하였다. 개별 정반의 능력 산출 시에는 총 2 년 치의 물량을 시뮬레이션 한 후, 모델이 충분히 안정된 1 년 이후의 모델 결과물을 분석 대상으로 하였으며, Table 4 와 같이 조립 완료 블록 산출량의 월별 개수/톤수최대/최소/평균값과 조립 완료 블록이 산출되는 시간차(time interval)를 분석하여 정반의 공정 능력과 회전율을 도출하였다. 또한, 정반의 이용면적의 최대/최소/평균값을 동시에 산출하여 면적 이용률을 구하였다.
- 다음으로, 블록 내 조립 프로세스 별 정반 차지 면적을 도출하였다. 세부조립절차서를 분석하여 획득한 물량 데이터를 기초로 하였으며, 대조립 이전의 물량에 대해서는 대조 블록의 길이/폭/높이의 단위를 기준으로 산정함을 원칙으로 하였다.
- 다음으로, 조립 프로세스 별로 블록의 형상 변화를 효과적으로 반영하기 위한 클래스 기반의 속성 설정 방법과 단일 정반 내 블록을 효과적으로 배치할 수 있는 수학적 모델을 제시하였으며, 조립 공정 능력과 조선소 능력과의 상관관계에 대한 부분을 논의하였다.
- 즉, 향후 해당 정반을 기준으로 자동화 라인을 구축하거나, 작업자를 증원하는 등으로 리드타임을 줄이는 것으로는 목적하는 개선 정도를 달성할 수 없으며, 어떤 방식으로든 동시 조립 물량을 늘리기 위한 정반 증축 등의 방식이 필요한 것이다. 다행히, 현재 보유한 정반 사이의 면적이 충분하기 때문에, 해당 공간을 활용한 라인 증축 혹은 대조 물량의 정반 외 작업 등을 고려할 수있으며, 이를 공정 개선의 핵심 요소로 제시하였다.
- 또한, 블록의 조립 정보 생성에 필요한 주요 산식을 결정하였다. 블록 타입 결정은 ‘조립 공정의 복잡도’와 ‘조립물량의 복잡도’를 기준으로 구분하였으며, 크게 평 블록(F)과 곡 블록(C) 의 두 타입 외에, 0,1,2 의 하위 구분을 두어 블록 특성을 반영할 수 있도록 하였다(Fig.
- 또한, 정반과 크레인의 리소스 점유량을 통한 공정 능력 산출을 위하여 개별 블록의 배재 시간을 추정하여 크레인 소요량으로 산정하였으며, 전체적인 조립 능력 산출 시에는, 개별 정반 앞에 블록 물량을 무한대로 쌓아놓는 방식을 통하여 블록의 투입 순서는 고려하지 않도록 하였다. 블록 물량을 무한대로 쌓아놓는 방식이란, 정반의 블록 투입 가능성 여부를 타진할 때, 가능한 모든 가능성을 탐색해보는 방식으로 시뮬레이션 초기 시간을 충분히 많이 두었을 시에는, 합리적인 값이 나올 수 있다.
- 개별 정반의 능력 산출 시에는 총 2 년 치의 물량을 시뮬레이션 한 후, 모델이 충분히 안정된 1 년 이후의 모델 결과물을 분석 대상으로 하였으며, Table 4 와 같이 조립 완료 블록 산출량의 월별 개수/톤수최대/최소/평균값과 조립 완료 블록이 산출되는 시간차(time interval)를 분석하여 정반의 공정 능력과 회전율을 도출하였다. 또한, 정반의 이용면적의 최대/최소/평균값을 동시에 산출하여 면적 이용률을 구하였다.
- 또한, 조립 공정 능력 산출을 위한 시뮬레이션을 수행하였으며, 공정 개선에 대한 논의를 포함하였다.
- Table 2 에서는 분류 기준에 의거한 분석의 예를 나타내었다. 분석 항목은 블록 번호, 블록치수, 유사 블록 번호, 조립시간, 세부 블록 개수 및 크기, 정반 차지 면적으로 구성하였다.
- 조립 정보 생성에 앞서, 조립 리드타임 산출을 위한 블록 그룹을 생성하였다. 블록 그룹은, 선체의 구조 별로 1 차 분류를, 구조 내 블록 타입별로 2 차 분류를 시행하는 방식으로 분류되었다.
- 따라서 본 연구에서는 블록 분할도(Block Division)를 분석하여 유사한 블록 그룹을 추출하였으며, 블록의 세부조립절차서(DAP, Detailed Assembly Procedure) 를 분석하여, 개별 블록에 대한 조립 프로세스 정보 및 리소스 활용 정보를 생성하기 위한 블록 타입을 결정하였다. 블록 분할도는 세부조립절차서가 작성되지 못한 블록의 데이터를 작성하기 위하여 참조하였으며, 유사 블록을 추출하여 해당 블록의 조립 정보를 참조할수 있도록 하였다.
- 블록 타입 결정은 ‘조립 공정의 복잡도’와 ‘조립물량의 복잡도’를 기준으로 구분하였으며, 크게 평 블록(F)과 곡 블록(C) 의 두 타입 외에, 0,1,2 의 하위 구분을 두어 블록 특성을 반영할 수 있도록 하였다(Fig. 1).
- 다음으로, 블록 내 조립 프로세스 별 정반 차지 면적을 도출하였다. 세부조립절차서를 분석하여 획득한 물량 데이터를 기초로 하였으며, 대조립 이전의 물량에 대해서는 대조 블록의 길이/폭/높이의 단위를 기준으로 산정함을 원칙으로 하였다. F2, C2 타입의 블록처럼 보강재의 길이가 대조 블록의 길이와 일치하지 않는 경우에는 블록의 길이/폭/높이를 기준으로 0.
- 앞 절에서 산출된 블록 별 조립 정보를 바탕으로 조립 시뮬레이션 모델을 구축하였다. 조립시뮬레이션 모델은 대상 선박의 블록 정보(Block list Information)와 조립 정보 및 대상 공정의 리소스 소요 정보를 포함하며, 이를 Table 3 에 나타내었다.
- 우선, 그룹 별로 대표 블록을 선정하여 대형소조립 – 중조립 – 대조립에 이르는 조립 리드타임을 산출하였다.
- 정반 좌표계는 초기값을 0 으로 하며, 블록이 정반에 위치하면, 블록이 놓인 위치에 해당하는 좌표값을 1 값으로 교환하고, 블록이 정반에서 반출되면 좌표값을 0 값으로 초기화하는 프로세스로 구성된다. 이 때, 블록이 정반에 위치할 수있는지의 여부를 검사하는데, 좌표값의 총합이 0 인지 아닌지의 여부를 기준으로 판단하도록 하였다.
- 3 에 나타낸 바와 같이 조립 프로세스에 따라 변화하는 블록 정보와 각 분기점마다 요구되는 리소스 소요량(정반, 크레인)을 함께 반영할 수 있도록 작성되었다. 이에, 소요 면적을 산출할 수 있는 일종의 행렬 기반, Fig. 4 와 같은 좌표기반의 수학적인 모델을 개발하여 모델 내 블록 배치 모듈로 삽입하였으며, 동시에 작업자의 작업공간을 고려하여 정반 내 블록 사이의 간격을 1m 를 유지하도록 함으로써, 실제 리소스 점유량을 측정할 수 있도록 하였다.
- 일단, 조립 공정 능력 산출에 있어, 현재의 정반 운영 상황을 바탕으로 시뮬레이션을 수행하였다. 개별 정반의 능력 산출 시에는 총 2 년 치의 물량을 시뮬레이션 한 후, 모델이 충분히 안정된 1 년 이후의 모델 결과물을 분석 대상으로 하였으며, Table 4 와 같이 조립 완료 블록 산출량의 월별 개수/톤수최대/최소/평균값과 조립 완료 블록이 산출되는 시간차(time interval)를 분석하여 정반의 공정 능력과 회전율을 도출하였다.
- 정반 차지 면적은, 식 (1) 과 같이 블록의 폭과 높이 중, 큰 값을 블록 길이에 곱하여 계산하여, 블록이 실제 정반에 놓여지는 면적을 구할 수 있도록 하였다.
- 대상 조립 공정에 필요한 공장 설비는 크게 조립 작업 정반과 부자재 및 대형소조/중조/대조 블록의 이동을 위한 크레인으로 구성된다. 크레인 등의 운반설치와 치구류는 블록의 중량정보를 바탕으로 할당되며, 조립 작업 정반의 경우 대차 이동을 위한 도로, 턴오버 구역 등을 제외한 실소요 면적을 반영하여 모델링 하였다.
- 우선, 그룹 별로 대표 블록을 선정하여 대형소조립 – 중조립 – 대조립에 이르는 조립 리드타임을 산출하였다. 해당 정보는 해당 조선소에서 생산한 블록 중, 대표 블록과 구조적 특성이 유사하고 블록 타입이 같은 블록의 실적 정보를 참조하는 방식으로 산출되었다. 대표 블록 이외의 블록은 분류 조건 내에서 블록의 크기 및 톤수를 기준으로 비례 보간법을 이용하여 대표 블록의 리드타임 정보를 가공하여 부여하는 방식을 택했다.
- 효과적인 조립 시뮬레이션을 위하여, 동일한 번호의 블록은 조립단위에 따라 서로 조립 정보를 포함하더라도 대조립 단위의 한가지 클래스(Class)를 생성하여, 대조 블록 외의 블록들은 클래스 내 객체로 통제될 수 있도록 하였다.
대상 데이터
- 대상 조립 공정에 필요한 공장 설비는 크게 조립 작업 정반과 부자재 및 대형소조/중조/대조 블록의 이동을 위한 크레인으로 구성된다. 크레인 등의 운반설치와 치구류는 블록의 중량정보를 바탕으로 할당되며, 조립 작업 정반의 경우 대차 이동을 위한 도로, 턴오버 구역 등을 제외한 실소요 면적을 반영하여 모델링 하였다.
- 대상으로 한 사례 조선소는 블록 조립 공정에 대한 판넬 라인(Panel Line)과 같은 자동화 라인 없이 고정 정반을 통해 생산이 이뤄지는 신생 조선소에 해당하였다.
- 수학 모델은 정반 크기와 일치하는 사각형 모양의 좌표계와, 개별 블록들의 가로, Max(세로, 높이) 값을 기준으로 사각형들로 구성된다. 정반 좌표계는 초기값을 0 으로 하며, 블록이 정반에 위치하면, 블록이 놓인 위치에 해당하는 좌표값을 1 값으로 교환하고, 블록이 정반에서 반출되면 좌표값을 0 값으로 초기화하는 프로세스로 구성된다.
성능/효과
- 또한, F1 과 C1 타입은 F0 타입의 블록과 비교하여, 중조립 시에, 주판 면적 대비 2 배의 정반 차지 면적(상판, 하판)이 소요되었으며, 대조립시에는 배재 및 용접 소요 시간 외에, 턴오버 (Turn-over) 시간이 추가로 소요되는 특징을 보였다. 필요에 따라, 두개의 중조 블록이, 정반에서 나와 턴오버 장(Turn-over Zone)으로 이동하여 상호 결합 및 가용접 된 후, 대조장으로 옮겨지는 프로세스를 갖고 있었다.
- 시뮬레이션 결과, 조선소가 당초 계획하였던 정반 회전율은 현재 상황으로는 달성할 수 없음을 확인하였다. 이는 일단 현재의 운영상황이 최선이 아닌 것에 이유도 있으나, 리소스 자체의 부족으로 달성하지 못하는 계획이라는 문제도 있었다.
- 시뮬레이션 결과를 통해 파악된 조립 공정의 능력의 달성 목표 기준으로 60%이하에 머물고 있음을 확인하였다. 현재의 공정이 유지될 경우, 탑재 일정에 맞춰 블록을 공급할 수 없을 뿐만 아니라 선박 인도 일자를 맞추지 못할 가능성이 높은 것이다.
- 6 에서는 시뮬레이션 일자 별로 정반에 위치한 블록의 면적을 측정한 그래프로 일자 별 정반 차지 면적 값이 유사해, Table 4 에서 표기한 정반 활용률의 시인성을 확보하고 있다. 실제로 시뮬레이션 결과를 살펴볼 때, Fig. 7 에서 처럼 손실되는 정반 면적을 육안으로 확인할 수 있었으며, 해당 면적에 추가의 블록이 배치될 수 없다는 사실을 발견할 수 있었다. 또한, 현재로서는 블록의 회전 배치가 불가능하였으며 현재로서는 더 이상의 대안이 존재하지 않았다
- 이를 바탕으로 시뮬레이션 결과 내에서 블록의 조립 공정 별 변경 내역을 확인될 수 있으며, 조립 프로세스가 진행되며 변경되는 블록 사양을 효과적으로 반영할 수 있다.
- 현재의 정반은 대조블록이 위치하기에는 면적 활용률이 낮기 때문에, 대형소조 및 중조 블록을 위한 공간, 그리고 대조 블록 중, 폭이 작은 블록을 중심으로 정반 내에 병렬 배치하고, 다른 대조 블록은 정반 사이의 면적을 활용하여 공간을 확보하는 것이 효과가 있음을 파악할 수 있었다.
후속연구
- 이에, 블록 리드타임을 작은 수치로 가정하여 시뮬레이션 해보았으나, 이것만으로는 개선 정도가 낮았다. 즉, 향후 해당 정반을 기준으로 자동화 라인을 구축하거나, 작업자를 증원하는 등으로 리드타임을 줄이는 것으로는 목적하는 개선 정도를 달성할 수 없으며, 어떤 방식으로든 동시 조립 물량을 늘리기 위한 정반 증축 등의 방식이 필요한 것이다. 다행히, 현재 보유한 정반 사이의 면적이 충분하기 때문에, 해당 공간을 활용한 라인 증축 혹은 대조 물량의 정반 외 작업 등을 고려할 수있으며, 이를 공정 개선의 핵심 요소로 제시하였다.
- 향후, 제시한 공정 개선 문제에 초점을 두어 공정 개선 시뮬레이션을 수행할 예정이며, 블록의 표준 시수를 분석하고, 작업자 운영안을 시뮬레이션 모델에 추가하여 운영 지원 시스템을 구축하고 일정 계획 시스템의 마스터 데이터를 마련할 예정이다.
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