[논문]LCD 디스플레이 프레임 조립 공정 최적화 연구

윤철호

doi:10.5762/kais.2010.11.10.3654

문제 정의

본 연구에서는 LCD 디스플레이 프레임의 제품 원가를 절감하기 위해 첫째로 조립공정의 생산성을 높이기 위한 조립공정의 효율성을 분석하였고, 둘째로 낮은 가격의 원자재 코일을 대상으로 정해진 신뢰성 기준에 합격할 수 있는 프레임을 생산할 수 있는지 평가하였다. LCD를 포함한 제조 공정에서의 생산성이나 신뢰성을 개선하기 위해 많은 연구가 수행되고 있다.
본 연구에서는 제품의 원가를 절감하기 위해 첫째로 조립공정의 생산성을 높이기 위해 조립공정의 효율성을 분석한다. 둘째로 낮은 가격의 원자재 코일을 대상으로 정해진 신뢰성 기준에 합격할 수 있는 프레임을 생산할 수 있는지 평가한다.
처음에 일본에서 개발된 이 소프트웨어는 수년전 국내에 처음 도입된 이후 여러 제조 기업에서 공정분석을 위한 도구로 사용되고 있다. 이 소프트웨어는 공정과 작업자를 촬영한 비디오 화면을 각 프레임별로 구분하여 각 작업자의 작업동작 및 공정의 요소별 표준시간을 측정하기에 편리하게 개발되어 기존에 수작업에 의존하던 공정분석을 보다 효율적으로 할 수 있게 도움을 주기 위한 것이다[5].
둘째로 낮은 가격의 원자재 코일을 대상으로 정해진 신뢰성 기준에 합격할 수 있는 프레임을 생산할 수 있는지 평가한다. 이를 토대로 LCD 조립공정의 최적화 방안을 모색하고자 한다.

제안 방법

LCD 디스플레이 프레임 조립공정에 대한 최적화를 위해 먼저 기존에 생산하고 있는 해당 조립공정에 대해 OTRS를 이용하여 공정분석을 실시하였다. 여기서 OTRS란 공정분석을 위한 표준시간을 측정하고 작업자의 작업동작을 분석하기 위해 개발된 일종의 동작분석용 소프트웨어이다.
공정분석을 위해 해당공정에 대해 담당 직원들과 협의를 통해 대상 공정을 선정하였으며 대상 공정에 대해 안정적으로 작업이 수행될 것으로 기대되는 요일을 택해 주 1회 4주에 걸쳐 반복하여 비디오 촬영을 실시하였다. 해당공정에 대한 데이터는 OTRS를 이용하여 분석하였으며 각 공정별로 표준요소작업을 정의하고 각각의 요소작업에 대해 표준시간을 측정하였다.
본 연구에서는 제품의 원가를 절감하기 위해 첫째로 조립공정의 생산성을 높이기 위해 조립공정의 효율성을 분석한다. 둘째로 낮은 가격의 원자재 코일을 대상으로 정해진 신뢰성 기준에 합격할 수 있는 프레임을 생산할 수 있는지 평가한다. 이를 토대로 LCD 조립공정의 최적화 방안을 모색하고자 한다.
따라서 일반 내구성 검사만으로 E후보를 불합격시키는 것은 보류하기로 하였으며 B, C, D, E 전부에 대해 torque시험을 실시하기로 하였다. 디스플레이 프레임의 torque값의 내구성을 검사하기 위해 4개의 후보군, 8개의 위치에 대해 10회 반복하여 측정하였다. 그림 4는 4개 후보군에 대한 측정결과이다.
코일 원자재 강판은 프레싱 공정에 의해 성형이 이루어지는데 이때 직각으로 성형된 부분의 강도가 약해지는 경우가 있다. 따라서 미리 정해진 디스플레이 프레임의 8개소에 대해 torque 측정게이지를 이용하여 torque 값을 구한다.
4개 후보군에 대해 전부 50개 항목, 10회 반복하여 측정하였는데 그 결과 B, C, D 후보는 검사 기준을 만족하였고 E후보만 약간의 사소한 규격의 결함이 있었다. 따라서 일반 내구성 검사만으로 E후보를 불합격시키는 것은 보류하기로 하였으며 B, C, D, E 전부에 대해 torque시험을 실시하기로 하였다. 디스플레이 프레임의 torque값의 내구성을 검사하기 위해 4개의 후보군, 8개의 위치에 대해 10회 반복하여 측정하였다.
먼저 성분분석으로서 전부 9개 항목 ( C, Si, Mn, P, S, Ni , Cr, Mo, 경도 )에 대해 분석하였다. 분석은 한국화학시험연구원에 의뢰하였다.
먼저 일반 내구성 검사를 위해 길이, 높이 규격 및 각도 등에 대해 측정하였다. 4개 후보군에 대해 전부 50개 항목, 10회 반복하여 측정하였는데 그 결과 B, C, D 후보는 검사 기준을 만족하였고 E후보만 약간의 사소한 규격의 결함이 있었다.
첫째는 신뢰성 검사이다. 신뢰성 검사로는 성분분석, 유해 물질분석 및 염수분무시험의 3가지를 이용하였다. 둘째로는 일반시험과 내구성시험이다.
체 후보군을 설정하여 성분분석, 유해 물질분석 및 염수분무 시험을 실시하였으며 동시에 일반 시험 및 내구성 시험인 torque 시험을 실시하였다. 그 결과 본 연구에서 수행한 수준의 평가 방법론에 의해서도 어느 정도 대체품을 평가하는 것이 가능하다는 것을 확인하였다.
공정분석을 위해 해당공정에 대해 담당 직원들과 협의를 통해 대상 공정을 선정하였으며 대상 공정에 대해 안정적으로 작업이 수행될 것으로 기대되는 요일을 택해 주 1회 4주에 걸쳐 반복하여 비디오 촬영을 실시하였다. 해당공정에 대한 데이터는 OTRS를 이용하여 분석하였으며 각 공정별로 표준요소작업을 정의하고 각각의 요소작업에 대해 표준시간을 측정하였다. 표준작업시간을 측정하기 위해 여유율은 현 공정이 많은 부분이 자동화되어 있기 때문에 검사공정을 제외하고는 5%를 적용하기로 하였다.

대상 데이터

본 연구에서 대상으로 하고 있는 LCD 디스플레이 프레임의 조립공정은 크게 원자재코일의 절단 공정, 성형공정, 세척공정, 건조공정 그리고 검사공정으로 구성되어 있다. 절단에서 건조까지의 공정은 주로 기계 설비 위주로 구성되어 있으며 작업자는 전체적인 공정의 흐름 관리와 검사 공정을 담당한다.
분석은 한국화학시험연구원에 의뢰하였다. 유해물질 분석으로서 26개 항목을 대상으로 하였으며 ( Pb, Cd 등) 유해물질 분석 역시 한국화학시험연구원에 의뢰하였다. 염수분무실험이란 염수분무를 실시한 후 72시간 및 120시간 경과 후 백청, 적청의 발생 유무를 시험하는 것으로서 A사에 분석을 의뢰하였다.
따라서 B계열의 제품이 안정적인 가격으로 공급되기 전까지는 이를 대신할 대체 원자재 코일을 선정하는 것이 필요하다. 이를 위해 현재 사용하고 있는 원자재 코일을 대체할 후보군으로서 첫째, 국내외에서 생산되며 둘째, 가격 면에서 경쟁력이 있는 코일을 대상으로 전부 7개의 제품을 후보군으로 선정하였다. 7개 후보군은 각각 A, B, C, D, E, F, G로 명명하였다.

성능/효과

먼저 일반 내구성 검사를 위해 길이, 높이 규격 및 각도 등에 대해 측정하였다. 4개 후보군에 대해 전부 50개 항목, 10회 반복하여 측정하였는데 그 결과 B, C, D 후보는 검사 기준을 만족하였고 E후보만 약간의 사소한 규격의 결함이 있었다. 따라서 일반 내구성 검사만으로 E후보를 불합격시키는 것은 보류하기로 하였으며 B, C, D, E 전부에 대해 torque시험을 실시하기로 하였다.
OTRS를 이용하여 데이터를 분석한 결과 원재료 코일의 투입에서 세척 공정까지의 tact 타임은 1초이며 이는 공정 설계시 의도한대로 작업이 진행되고 있다는 것을 확인시켜 주었다. 세척 이후의 검사 공정의 tact 타임은 평균 1.
체 후보군을 설정하여 성분분석, 유해 물질분석 및 염수분무 시험을 실시하였으며 동시에 일반 시험 및 내구성 시험인 torque 시험을 실시하였다. 그 결과 본 연구에서 수행한 수준의 평가 방법론에 의해서도 어느 정도 대체품을 평가하는 것이 가능하다는 것을 확인하였다. 물론 제품 생산과 직접적으로 연계시키기 위해서는 보다 정밀하고 체계적인 평가 기법이 수반되어야 하며 이는 향후의 연구 과제로 생각된다.
먼저 조립공정에 대한 생산성을 평가하기 위해 OTRS를 이용하여 공정에 대한 데이터를 수집하고 이를 분석한 결과 세척 이후의 검사 공정의 편차가 매우 큰 것을 알 수 있었다. 이는 이미 설비투자를 통해 확보한 생산능력을 유지하면서 상황에 따라 크게 변하는 수요의 변동을 검사공정에 투입하는 작업자의 수준을 적절히 조절함으로서 대처하는 것에 기인한다고 보인다.
이 데이터를 A요인을 디스플레이 프레임 후보군, B요인을 8개 위치군으로 2원 분산분석법에 의해 통계처리를 한 결과 디스플레이 프레임 후보군에 1% 수준의 유의한 차이가 있었다. 즉 4개 후보 중 B와 E 후보는 기준으로 정해진 torque 값의 수준에 미치지 못하는 부분이 많은 경우를 확인할 수 있는데 따라서 B와 E 후보는 탈락하고 C와 D후보가 내구성 검사를 통과하였다.
염수분무실험이란 염수분무를 실시한 후 72시간 및 120시간 경과 후 백청, 적청의 발생 유무를 시험하는 것으로서 A사에 분석을 의뢰하였다. 이상의 3가지 신뢰성 검사를 실시한 결과, A, F, G의 3제품이 기준에 미치지 못하여 탈락하였다.

후속연구

그 결과 본 연구에서 수행한 수준의 평가 방법론에 의해서도 어느 정도 대체품을 평가하는 것이 가능하다는 것을 확인하였다. 물론 제품 생산과 직접적으로 연계시키기 위해서는 보다 정밀하고 체계적인 평가 기법이 수반되어야 하며 이는 향후의 연구 과제로 생각된다.

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