전면정비란 일정기간동안 사용한 장비(기계, 설비 등)를 부품 단위로 분해하여 부품별로 수리를 한 후 재조립하는 과정을 의미다. 전면정비는 주로 항공기, 선박, 철도차량, 무기체계, 중장비 등과 같이 수명이 길고 고가인 장비를 운영하는 과정에서 발생한다. 이러한 정비 사업에서는 리드타임(Lead Time)을 단축시키는 것이 중요하며, 납기에 맞추어 정비를 완료할 수 있도록 생산시스템을 설계하는 것이 주요 관심사이다. 본 논문에서는 전면정비를 하는 정비 공장을 대상으로 3D시뮬레이션 도구인 $QUEST^{TM}$를 이용하여 시뮬레이션을 수행한 사례를 소개한다. 먼저 전면정비 공장의 공정특성과 시뮬레이션 모델 구축시 고려해야 하는 사항들을 중점적으로 설명하였다. 그리고 흐름생산방식과 셀생산방식 등 두 가지 해체작업 방식을 포함한 다양한 시뮬레이션 시나리오에 대해 시뮬레이션 실험을 통한 분석결과를 제시하였다.
전면정비란 일정기간동안 사용한 장비(기계, 설비 등)를 부품 단위로 분해하여 부품별로 수리를 한 후 재조립하는 과정을 의미다. 전면정비는 주로 항공기, 선박, 철도차량, 무기체계, 중장비 등과 같이 수명이 길고 고가인 장비를 운영하는 과정에서 발생한다. 이러한 정비 사업에서는 리드타임(Lead Time)을 단축시키는 것이 중요하며, 납기에 맞추어 정비를 완료할 수 있도록 생산시스템을 설계하는 것이 주요 관심사이다. 본 논문에서는 전면정비를 하는 정비 공장을 대상으로 3D시뮬레이션 도구인 $QUEST^{TM}$를 이용하여 시뮬레이션을 수행한 사례를 소개한다. 먼저 전면정비 공장의 공정특성과 시뮬레이션 모델 구축시 고려해야 하는 사항들을 중점적으로 설명하였다. 그리고 흐름생산방식과 셀생산방식 등 두 가지 해체작업 방식을 포함한 다양한 시뮬레이션 시나리오에 대해 시뮬레이션 실험을 통한 분석결과를 제시하였다.
Overhaul and repair service means the sequential processes of disassembly, repair and reassembly for a product which has been used for a long time. Overhaul is required for the companies producing airplanes, ships, trains, military weapons and heavy industrial equipments which are very expensive and...
Overhaul and repair service means the sequential processes of disassembly, repair and reassembly for a product which has been used for a long time. Overhaul is required for the companies producing airplanes, ships, trains, military weapons and heavy industrial equipments which are very expensive and have a long life cycle. The most important performance measure of the overhaul repair shop is usually the lead time. Thus, how to design the manufacturing system to meet the delivery date is a major concern in overhaul repair shop. This paper introduces the case study of an overhaul repair shop producing military weapon systems with the 3D simulation tool, $QUEST^{TM}$. At first, the characteristics of overhaul shop and what should be considered for simulation modeling are explained. Then, various simulation scenarios including two types of disassembly systems, one is flow line system and the other is cell system, are discussed with the results of simulation experiments.
Overhaul and repair service means the sequential processes of disassembly, repair and reassembly for a product which has been used for a long time. Overhaul is required for the companies producing airplanes, ships, trains, military weapons and heavy industrial equipments which are very expensive and have a long life cycle. The most important performance measure of the overhaul repair shop is usually the lead time. Thus, how to design the manufacturing system to meet the delivery date is a major concern in overhaul repair shop. This paper introduces the case study of an overhaul repair shop producing military weapon systems with the 3D simulation tool, $QUEST^{TM}$. At first, the characteristics of overhaul shop and what should be considered for simulation modeling are explained. Then, various simulation scenarios including two types of disassembly systems, one is flow line system and the other is cell system, are discussed with the results of simulation experiments.
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문제 정의
주요한 검토사항은 ① 차수방식이 미치는 영향을 분석하는 것과, ② 향후 생산물량이 증가될 경우에 현재 자원의 규모로 가능할 것인 지를 분석하고 적정 규모를 예측하는 것이며, ③ 마지막으로 해체작업장을 직렬방식과 병렬방식의 두가지에 대해 검토하는 것이다. 그리고 이러한 결과를 토대로 향후 운영해야 할 사업장의 모습을 설계하는 것이다.
다음으로 향후에 생산물량이 200% 이상 대폭 증가됨에도 불구하고 인력, 장비, 공간의 제약을 고려하면서 정비 LT까지 감축시켜야 하는 상황을 소개하였다. 전면정비의 경우 장비를 운영하는 고객 입장에서 볼 때 LT를 최소화 시키는 것이 중요하다.
본 논문에서는 무기체계를 생산하는 한 업체의 공장을 대상으로 시뮬레이션 모델링 방법과 연구를 수행한 결과를 소개하고자 한다. 이 회사의 경우 향 후 수년 간 정비사업의 대상 기종이 현재 2 종류에서 4 종류로 늘어나며, 동시에 정비사업 대상 물량도 현재에 비해 3배 수준으로 증가 할 것이므로 공장에 대한 대대적인 개편이 요구되고 있다.
본 논문에서는 새로운 생산시스템 설계를 위해 시뮬레이션을 도입한 과정에 대해서 설명하도록 한다. 특히 전면정비사업이 가지는 특징과 이를 시뮬레이션 모델로 개발할 때 주의해야 할 사항들을 집중적으로 설명하였다.
이 논문에서는 무기체계를 전면정비하는 작업장에 대한 시뮬레이션 연구에 대해 소개하였다. 전면정비공장은 제품이 입고되면 부품단위로 해체하여 각각의 부품을 다른 절차에 의해 정비하고, 다시 조립라인에서 분해의 역순으로 조립해야 하므로 일반적인 생산라인에 비해 매우 복잡하고, 시뮬레이션 모델링의 난이도도 매우 높다.
가설 설정
그림 2는 차수 운영방식이 협력업체 정비에 미치는 영향의 예를 보여준다. 장비의 해체는 4일 단위로 이루어지고, 조립은 다른 제품과의 혼류조립 때문에 3일 간격으로 수행된다고 가정하자. 또한 해체부품이 협력업체에 운송 되는 것은 차수 단위로 운송되며, 협력업체에서는 3일 간격인 조립일정에 맞추어 정비 완료 된 부품을 공급하는 상황이다.
제안 방법
이 과정에서 항상 차수가 n대로 구성되는 것이 아니라 n대 중에서 신품으로 교체가 확정된 부품의 수만큼을 제외하고 다음 공정으로 보내는 로트를 형성해야 한다. 따라서 검사 후에 새로운 부품으로 교체되는 것을 확률적으로 고려하여 매번 일정하지 않은 로트를 만들었다. 이 논리는 QUESTTM에서 제공하는 SCL(Simulation Control Language)에서 구현하였다.
그 결과 물류의 흐름이 복잡하고, 관리가 어려우며, 해체부터 조립까지의 LT가 긴 문제점을 가지고 있다. 따라서 이 회사에서는 새로운 공장에 대한 설계가 진행되고 있었으며, 이에 대응하는 시뮬레이션 연구를 통하여 새로운 생산시스템의 설계안을 확정하기로 하였다.
해체와 조립공정의 경우 수작업을 하기 때문에 장비의 노후상태에 따라 해당 공정의 CT 변동 폭이 크다. 따라서 표 2와 같이 해체 공정 CT 의 경우 관측기법을 사용 하여 데이터를 수집하였으며, 사내정비와 조립공정의 경우 ERP상에 있는 실적공수를 활용하였다. 제품 A의 외주정비의 경우 부품별로 반출 후 납품할 때까지의 기간을 과거의 실적자료를 이용하여 각각 분포를 추정하였다.
조립작업장 사이에 재공품 저장을 위한 버퍼공간은 별도로 존재하지 않으며, 각 조립작업장에서 수행하는 공정 내용 및 소요 부품의 종류는 제품 A와 B에 따라 서로 다르다. 따라서 현실적으로는 동일한 작업장에서 두 제품의 조립이 수행되지만 시뮬레이션 모델에서는 그림 3과 같이 별도의 작업장이 존재하는 것과 같이 모델링 하였다. 대신에 한 작업장에는 하나의 제품만 투입될 수 있기 때문에 별도로 모델링 한 제품A 작업장과 제품B 작업장을 연동시켰다.
본 연구는 8개월여에 걸쳐 수행되었으며, 진행과정에서 해체공정도, 조립공정도를 전면적으로 재정비하였다. 그리고 주요 부품의 안전재고 수량이 시스템에 미치는 영향 등 많은 분석과 실험을 수행하였지만 지면의 제약 때문에 모두 소개하지 못하였다.
이는 LT가 늘어나는 하나의 중요 원인이 되고 있기 때문에 시뮬레이션으로 구현할 필요가 있었다. 시뮬레이션에서는 과거 실적 데이터를 바탕으로 불량의 확률을 구했으며 같은 제품 기준으로 재 불량이 일어나는 확률을 고려하여 입력하였다.
외주를 뺀 모든 공정은 변동성을 주기 위해서 삼각분포를 사용하였으며 ± 10%의 변동을 주어 시뮬레이션에 적용하였다.
따라서 검사 후에 새로운 부품으로 교체되는 것을 확률적으로 고려하여 매번 일정하지 않은 로트를 만들었다. 이 논리는 QUESTTM에서 제공하는 SCL(Simulation Control Language)에서 구현하였다. 로트를 구성하는 논리는 아래와 같다.
따라서 표 2와 같이 해체 공정 CT 의 경우 관측기법을 사용 하여 데이터를 수집하였으며, 사내정비와 조립공정의 경우 ERP상에 있는 실적공수를 활용하였다. 제품 A의 외주정비의 경우 부품별로 반출 후 납품할 때까지의 기간을 과거의 실적자료를 이용하여 각각 분포를 추정하였다. 하지만 제품 B의 경우 외주 정비 시간의 자료수가 적어 공수 추정이 어렵기 때문에 제품 A의 외주 정비시간을 기준으로 설정하였다.
대신에 한 작업장에는 하나의 제품만 투입될 수 있기 때문에 별도로 모델링 한 제품A 작업장과 제품B 작업장을 연동시켰다. 즉 1번 작업장에 제품A가 들어가면 광역변수 (X)에 +1을 시키고, 작업이 종료되면 -1을 시키는 방법을 적용하여 광역변수의 값이 0이 아니면 연동된 두 개의 1번 작업장에는 어떠한 제품도 들어갈 수 없게 적용하였다. 물론 2번 작업장이 빈 경우에만 1번 작업장의 제품이 빠져 나갈 수 있다.
차수방식으로 운영되는 제품 A를 호기방식으로 바꾸는 경우 어떠한 영향을 미치는 지를 분석하였다. 현재 해체 후 4대 단위로 차수가 형성되는 것을 1대 단위로 변경하였다.
정비대상 장비는 해체 공정에서 BOM 구조에 의해 수천 개의 부품으로 분해되어 각각 별도의 정비과정을 거친다. 하지만 시뮬레이션 모델에서 수천 개의 부품을 모두 고려하는 것이 시뮬레이션 모델을 지나치게 복잡하게 만들기 때문에 200여개 수준의 대표부품들을 선정하여 전체를 묘사할 수 있도록 하였다. 이 과정에서 총 공수를 대표부품에 대한 공수로 재분배 해 주는 공수의 배분이 반드시 필요하다.
제품 A의 외주정비의 경우 부품별로 반출 후 납품할 때까지의 기간을 과거의 실적자료를 이용하여 각각 분포를 추정하였다. 하지만 제품 B의 경우 외주 정비 시간의 자료수가 적어 공수 추정이 어렵기 때문에 제품 A의 외주 정비시간을 기준으로 설정하였다. 외주를 뺀 모든 공정은 변동성을 주기 위해서 삼각분포를 사용하였으며 ± 10%의 변동을 주어 시뮬레이션에 적용하였다.
시나리오2에서의 생산물량 증가를 해결하기 위해서는 우선적으로 해체장의 라인증설이 필수적이다. 해체장 라인 증설은 병렬구조를 가지는 셀(Cell) 방식과 3개의 작업장이 직렬로 연결된 흐름방식 등 두 가지를 검토하였다. 예를 들어 택트시간(Takt Time 혹은 Tact Time)이 2일인 경우 흐름방식에는 해체를 위해 2일에 1대씩 제품이 투입되지만 셀방식에서는 두 개의 병렬 셀에 각각 4일에 한대씩 투입되면 된다.
대상 데이터
시뮬레이션은 Warmup Period 6개월을 포함하여 총 1년 6개월간 수행하였으며, 1일 작업시간은 8시간, 1년 256일을 기준으로 하였다. 각 모델에 대해 반복실험 횟수는 5회로 하였다.
이론/모형
시뮬레이션 모델은 Dassault SystemesTM 사에서 개발한 QUESTTM를 사용하였다. 그림 5는 개발된 시뮬레이션 모델의 화면이다.
성능/효과
As-Is 실험결과 시뮬레이션 모델은 현실 상황을 잘 반영한 것으로 검증되었다. 생산량은 목표대로 달성되었으며, 평균 LT도 과거실적과 유사한 값을 얻었다.
현재 해체 후 4대 단위로 차수가 형성되는 것을 1대 단위로 변경하였다. 그 결과 평균 정비 LT가 24%정도 감소하는 것으로 분석되었다. 그 이유는 해체 후 불출, 검사, 납품에서 차수대기로 인하여 길어졌던 LT가 단축되었기 때문이다.
즉 사내정비 소요시간은 전체 LT에 영향을 미치지 않는다는 것이다. 따라서 외주정비 LT의 평균과 분산이 큰 품목을 선정하여 관리를 하면 약 5% 정도의 정비 LT 감축이 가능하다는 결론을 얻었다.
As-Is의 분석 결과 작업자 사이에 업무 불균형이 있는 것으로 분석되었다. 따라서 작업자의 작업할당 변경을 통하여 생산량의 증가분을 일부 흡수할 수 있을 것으로 분석되었다. 하지만 대폭적인 생산물량의 증가가 계획되어 있기 때문에 생산라인의 전면적 개편이 필요하다.
하지만 이 회사의 경우 장기적 관점에서 내부 작업자 수의 증가를 우려하고 있었으며, 또한 프라노 밀러 등 고가의 특수 설비들을 추가로 설치하는 것은 불가능 하다고 판단하였다. 따라서 해체 부품을 모듈화시켜 정비공정을 모듈단위로 외주처리 하는 것으로 전환시켰고, 추가적인 내부 작업자 증원은 최소화시켰다.
따라서 외부요인에 의한 차수방식은 즉시 개선되어야 할 것으로 분석되었다. 또한 생산제품의 증가하였을 때 생산라인 증설은 불가피 하며 LT와 해체장 내 재공품 관점에서 병렬구조를 사용하는 것이 효율적인 것으로 분석되었다. 시뮬레이션 실험결과 LT 를 줄이기 위해 차수 형성을 호기로 바꾸는 방법도 중요하지만 엔진과 미션등 주요 부품의 정비불량을 줄이는 문제도 개선해야 할 것으로 분석되었다.
분석결과 셀방식의 해체소요시간이 흐름방식에 비해 15%정도 줄어드는 것으로 분석되었으며, 해체장 재공품재고면 적도 15% 정도 감소하는 것으로 분석되었다. 반면에 셀방식을 사용하는 경우에 물류가 복잡해진다는 단점이 있다.
생산량은 투입된 모든 호기가 완료되었으며, 해체장의 재공품 재고는 60% 이상 감소하여 해체장 면적의 절감이 가능할 것으로 분석되었다. 향후 물량 증가시 해체장 면적의 부족현상이 예상되었는데 이를 해결하기 위해서는 차수방식을 호기방식으로 전환해야 한다는 결론을 얻었다.
이러한 라인 재편성의 결과 생산물량이 200% 이상 증가했음에도 불구하고 제품 A의 LT는 As-Is에 비해 31%감소되었으며, 제품 B의 경우는 LT가 10% 정도 감소되는 것으로 예측되었다. 사내 재고면적의 경우 As-Is에 비해 10% 정도 증가 하였으며, 해체-정비-조립을 수행하는 작업자의 수는 As-Is에 비해 34% 정도 증가하였다.
대상품목이 중량물이기 때문에 물류는 크레인과 지게차를 이용하여 수행이 되는데 크레인의 경우 운반을 위한 제약조건이 존재한다. 하지만 분석결과 셀 방식을 적용할 때 크레인의 가동률이 흐름방식에 비해 2배 정도 증가하는 것으로 예측되었지만 추가로 크레인을 설치하지 않고도 작업이 가능할 것으로 판명되었다. 셀 방식의 또 다른 단점은 해체를 위한 지그(Jig)가 두벌씩 필요하기 때문에 추가적인 투자비용이 발생한다는 점이다.
후속연구
시뮬레이션 실험결과 LT 를 줄이기 위해 차수 형성을 호기로 바꾸는 방법도 중요하지만 엔진과 미션등 주요 부품의 정비불량을 줄이는 문제도 개선해야 할 것으로 분석되었다. 또한 조립 공정에서 부품 결품현상을 줄이기 위해 해체부품에 대한 검사불합격율을 고려한 부품 안전 재고 확보와 부품 재고 현황을 협력업체와 공유 가능한 데이터베이스 구축도 고려해볼 사안이다.
또한 생산제품의 증가하였을 때 생산라인 증설은 불가피 하며 LT와 해체장 내 재공품 관점에서 병렬구조를 사용하는 것이 효율적인 것으로 분석되었다. 시뮬레이션 실험결과 LT 를 줄이기 위해 차수 형성을 호기로 바꾸는 방법도 중요하지만 엔진과 미션등 주요 부품의 정비불량을 줄이는 문제도 개선해야 할 것으로 분석되었다. 또한 조립 공정에서 부품 결품현상을 줄이기 위해 해체부품에 대한 검사불합격율을 고려한 부품 안전 재고 확보와 부품 재고 현황을 협력업체와 공유 가능한 데이터베이스 구축도 고려해볼 사안이다.
생산량은 투입된 모든 호기가 완료되었으며, 해체장의 재공품 재고는 60% 이상 감소하여 해체장 면적의 절감이 가능할 것으로 분석되었다. 향후 물량 증가시 해체장 면적의 부족현상이 예상되었는데 이를 해결하기 위해서는 차수방식을 호기방식으로 전환해야 한다는 결론을 얻었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
전면정비 사업에서의 주요한 관심사는?
전면정비는 주로 항공기, 선박, 철도차량, 무기체계, 중장비 등과 같이 수명이 길고 고가인 장비를 운영하는 과정에서 발생한다. 이러한 정비 사업에서는 리드타임(Lead Time)을 단축시키는 것이 중요하며, 납기에 맞추어 정비를 완료할 수 있도록 생산시스템을 설계하는 것이 주요 관심사이다. 본 논문에서는 전면정비를 하는 정비 공장을 대상으로 3D시뮬레이션 도구인 $QUEST^{TM}$를 이용하여 시뮬레이션을 수행한 사례를 소개한다.
전면정비가 주로 발생하는 과정은?
전면정비란 일정기간동안 사용한 장비(기계, 설비 등)를 부품 단위로 분해하여 부품별로 수리를 한 후 재조립하는 과정을 의미다. 전면정비는 주로 항공기, 선박, 철도차량, 무기체계, 중장비 등과 같이 수명이 길고 고가인 장비를 운영하는 과정에서 발생한다. 이러한 정비 사업에서는 리드타임(Lead Time)을 단축시키는 것이 중요하며, 납기에 맞추어 정비를 완료할 수 있도록 생산시스템을 설계하는 것이 주요 관심사이다.
전면정비란?
전면정비란 일정기간동안 사용한 장비(기계, 설비 등)를 부품 단위로 분해하여 부품별로 수리를 한 후 재조립하는 과정을 의미다. 전면정비는 주로 항공기, 선박, 철도차량, 무기체계, 중장비 등과 같이 수명이 길고 고가인 장비를 운영하는 과정에서 발생한다.
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