[논문]금형 높이가 다양한 프레스 공정의 금형 교체시간 단축 사례

정병호; 라순영; 박보은; 장연상

문제 정의

본 논문에서는 금형의 높이 표준화가 현실적으로 불가능한 프레스 부품 가공 회사의 경우 적용할 수 있는 금형 교체 시간 단축의 사례를 정리하였다. 금형의 높이 차이가 커서 프레스의 슬라이드 조정 범위를 벗어나는 문제를 보조다이를 제작하여 해결하였고 금형의 체별부위 높이를 표준화하기 위하여 보조블럭을 부착함으로써 오토클램프 적용이 가능하도록 함으로써 금형 교체 시간을 단축할 수 있었다.
현재 2,000여종의 금형을 이용하여 각종 상용자동차 부품을 생산하고 있는 이 회사는 다품종소량 생산으로 금형 교체가 빈번하게 발생되고 있으며, 금형의 1회 교체에 대략 20~30분 정도 소요되고 있다. 본 논문은 상용자동차 부품회사의 보조 다이와 보조블럭을 이용하여 금형교체 시간을 단축한 사례를 보여주고 있다.
선정된 프레스를 대상으로 우선적으로 내 준비작업 시간을 단축하기 위한 방안을 모색하기로 한다. 먼저 내준비작업의 대부분을 차지하는 볼트를 이용한 체결 및 해체 작업과 금형의 높이를 높이기 위해 금형 아래 고이는 보조블럭과 볼트 체결시보조지지대를 이용한 높이 조정 작업을 제거하는 것이 필요하다.
이 알고리즘의 목적은 보조다이의 탈부착 회수를 최소화하기 위한 것이다. 금형의 높이에 따라 보조다이를 사용해야 하는 금형들과 사용하지 않는 금형들을 묶어서 처리함으로써 보조다이의 탈착, 부착 회수를 줄일 수 있을 것이기 때문이다.

제안 방법

OTRS를 이용하여 교체작업의 항목별 시간을 분석하였다. 각각 다른 5개의 프레스작업을 대상으로 여러 작업자들의 교체작업 과정을 촬영하고 시간분석한 결과를 이용하여 평균 시간을 정리한 결과를 <표 2>에서 보여주고 있다, 금형의 종류, 작업자들의 숙련도에 따라 교체작업 시간에 차이가 있어 교체작업 시간이 다르게 나타나고 있지만 평균 교체시간은 약 18분 정도로 나타났다.
시간 단축의 사례를 정리하였다. 금형의 높이 차이가 커서 프레스의 슬라이드 조정 범위를 벗어나는 문제를 보조다이를 제작하여 해결하였고 금형의 체별부위 높이를 표준화하기 위하여 보조블럭을 부착함으로써 오토클램프 적용이 가능하도록 함으로써 금형 교체 시간을 단축할 수 있었다. 교체 시간 단축으로 소로트 생산이 가능하고 리드타임 또한 단축되는 효과를 기대할 수 있다.
그래프이다. 금형의 높이 차이로 인하여 별도의 보조지지대 및 보조블럭을 이용한 보정시간의 낭비를 줄이기 위하여 금형들을 높이 별로 두 그룹으로 나누어 높이가 낮은 금형들의 그룹에 보조다이(supplementary die)를 적용하고자 하는 것이 첫 번째 방안이다.
금형의 체결부위 높이가 일정하지 않아 금형의 체결 시 오토클램프를 적용할 수 없는 문제를 해결하기 위하여 상부금형과 하부금형의 체결부위에 표준화된 크기의블럭을 주가로 용접 부작함으로써 체결부위를 표준화하였다. 사용빈도가 높은 500여종의 금형중 오토클램프의 체결 유격 범위를 벗어나는 금형들을 위하여 하부금형을 위한 50mm 높이의 블록 100여개, 상부금형을 위한 38mm 높이의 블록 240여개를 제작하여 부착함으로써 500여 개의 금형들에 대해서는 오토클램프의 적용이 가능하도록 하였으며 이를 확대 적용한다면 더 큰 효과를 기대할 수 있을 것이다.
금형의 높이에 따라 보조다이를 사용해야 하는 금형들과 사용하지 않는 금형들을 묶어서 처리함으로써 보조다이의 탈착, 부착 회수를 줄일 수 있을 것이기 때문이다. 다만 각 금형에 의해 생산될 부품들의 수요와 현재고 사이를 고려해서 당일의 수요를 충족시키는 것 또한 중요하기 때문에 프레스 부품별 현재고 수준과 품목별 안전재고를 비교하여 품목별로 산출한 생산의 긴급성 지표(SI)를 생산의 우선순위 결정에 사용하였다. 오토클램프가 채용된 프레스의 보조다이 교체 회수를 하루 2회 이내로 하도록 SI 값의 크기에 따라 두 그룹으로 분류한 후 보조다이 사용 여부에 따라 순서를 반영하였다.
3>과 같은 순서로 진행되었다. 먼저 대상 회사의 준비작업에 대한 실태를 조사하고, 교체작업 과정을 5회에 걸쳐 비디오로 촬영하고 미세동작분석 및 시간 연구소프트웨어인 OTRS[12]를 이용하여 교체항목별 시간 분석을 실시하였다. 이를 토대로 세 가지 준비시간 단축방안을 찾아내어 실시하였다.
즉, 현재고가 안전재고보다 적은 품목들 중 보조다이를 사용하지 않는 품목들, 보조다 이를 사용하는 품목들, 다음으로 안전재고보다 현재 고가 높은 품목들중 보조다이를 사용하는 품목들, 마지막으로 보조다이를 사용하지 않는 품목들 순으로 순위에 반영되었다는 것을 알 수 있다. 물론 CoSI 값을 변화시킴으로써 긴급품목의 범위를 조정할 수 있도록 하였다.
보조다이를 이용해 슬라이드 조정범위를 벗어나는 낮은 금형의 경우 보조지지대와 보조블럭을 찾는 시간을 제거하였고 체결부위 표준화를 통해 오토클램프의 적용이 가능해짐으로써 볼트체결/해체 방식으로 인한 금형 교체 시간을 크게 단축시켰다.
볼트를 이용하여 금형을 체결 및 해체하는데 걸리는 시간을 줄이기 위하여 오토클램프 장치를 적용하였다. 오토클램프는 프레스 장비 내부의 유압 동력을 이용하여 클램프가 금형을 충분한 클램핑력으로 고정할 수 있도록 하여 금형의 체결 및 해체 작업을 안전하고 간편하게 할 수 있도록 고안된 장치이다.
오토클램프가 채용된 프레스와 오토클램프 채용되지 않은 프레스에서 생산될 금형들을 분류한다. 오토클램프가 채용되지 않은 프레스의 경우 보조다이와 상관이 없으므로 SI 증가 순으로 정렬하여 순서에 반영한다.
다만 각 금형에 의해 생산될 부품들의 수요와 현재고 사이를 고려해서 당일의 수요를 충족시키는 것 또한 중요하기 때문에 프레스 부품별 현재고 수준과 품목별 안전재고를 비교하여 품목별로 산출한 생산의 긴급성 지표(SI)를 생산의 우선순위 결정에 사용하였다. 오토클램프가 채용된 프레스의 보조다이 교체 회수를 하루 2회 이내로 하도록 SI 값의 크기에 따라 두 그룹으로 분류한 후 보조다이 사용 여부에 따라 순서를 반영하였다. 특히 긴급성을 나타내는 지표의 기준점(CoSI)을 설정하여 SI가 CoSI 이하인 품목들을 보조다이 사용 여부에 따라 두 그룹으로 분류하여 우선적으로 순서에 반영한 후 SI가 CoSI 이상인 품목들을 순서에 반영함으로써 보조다이 교체 회수를 줄이면서 재고 부족 현상을 방지할 수 있도록 하였다.
이를 위해 프레스 부품의 현재고, 리드타임을 고려한 안전재고, 부품별 로트 크기를 고려하여 당일 생산 품목과 생산량을 정한 뒤 보조다이 사용 여부를 고려하여 보조다이 교체 회수를 줄일 수 있도록 프레스 공정의 작업순서를 정하기 위한 경험적 알고리즘을 이용하기로 하였다.
10대의 프레스 기계에서 공동으로 사용되고 있지만 정리되어 있지 않은 보조 지지대 및 보조블럭들 중 각 해당 금형에 맞는 블록 및 지지대를 찾아서 높이를 조정하는 시간은 완전한 낭비 시간으로 이를 제거하는 것이 급선무이다. 이를 위해서 금형을 높이에 따라 2개의 그룹으로 나누어서 각 그룹별로 사용 가능한 보조다이를 제작 활용함으로써 프레스의 슬라이드 조정 범위를 벗어나 보조 지지대를 사용해야 하는 문제를 해결하기로 하였다. 이와 더불어 볼트를 이용한 체결, 해체 작업을 제거하기 위하여 보편화되어 있는 원터치 방식의 오토클램프를 적용하기로 한다.
먼저 대상 회사의 준비작업에 대한 실태를 조사하고, 교체작업 과정을 5회에 걸쳐 비디오로 촬영하고 미세동작분석 및 시간 연구소프트웨어인 OTRS[12]를 이용하여 교체항목별 시간 분석을 실시하였다. 이를 토대로 세 가지 준비시간 단축방안을 찾아내어 실시하였다.
이를 위해서 금형을 높이에 따라 2개의 그룹으로 나누어서 각 그룹별로 사용 가능한 보조다이를 제작 활용함으로써 프레스의 슬라이드 조정 범위를 벗어나 보조 지지대를 사용해야 하는 문제를 해결하기로 하였다. 이와 더불어 볼트를 이용한 체결, 해체 작업을 제거하기 위하여 보편화되어 있는 원터치 방식의 오토클램프를 적용하기로 한다. 오토클램프의 적용을 위해서는 금형의 프레스의 다이에 체결되는 부위의 높이가 일정해야 하나 이 또한 금형마다 높이 차이가 있는 실정이다.
오토클램프가 채용된 프레스의 보조다이 교체 회수를 하루 2회 이내로 하도록 SI 값의 크기에 따라 두 그룹으로 분류한 후 보조다이 사용 여부에 따라 순서를 반영하였다. 특히 긴급성을 나타내는 지표의 기준점(CoSI)을 설정하여 SI가 CoSI 이하인 품목들을 보조다이 사용 여부에 따라 두 그룹으로 분류하여 우선적으로 순서에 반영한 후 SI가 CoSI 이상인 품목들을 순서에 반영함으로써 보조다이 교체 회수를 줄이면서 재고 부족 현상을 방지할 수 있도록 하였다. 부품별 안전재고가 수요율의 변동과 리드타임을 고려하여 정해지기 때문에 CoSI = 0으로 놓으면 안전재고를 기준으로 분류하는 것과 같다.
현재고와 안전재고를 이용하여 SI 값을 계산한다. SI 값이 작을수록 우선적으로 생산해야 한다는 것을 나타낸다.

대상 데이터

본 연구에서는 주로 쓰이는 약 500여종의 금형과 10대의 프레스 기계 중 생산량이 많고 사용빈도가 높은 200톤과 250톤의 프레스 기계를 우선적인 개선의 대상으로 선정하였다. 선정된 프레스를 대상으로 우선적으로 내 준비작업 시간을 단축하기 위한 방안을 모색하기로 한다.
연구 대상회사는 H상용차에 자동차 부품을 납품하는 2차 협력회사로 연간 부품의 총 생산량은 대략 100만 개 정도 된다. 자동차 부품을 생산하는 프레스 공정 이주를 이루고 있으며 300톤, 250톤, 200톤, 150톤 등의 프레스 기계를 총 10대 보유하고 있고, 주로 200톤과 250톤 기계에서의 생산량이 많다.
현재 본 회사에서 쓰이는 금형 2,000종 중 사용 빈도가 높은 금형 약 500종을 대상으로 정리하였다. <그림 1>에서 오른쪽 막대는 금형의 높이 별 분포를 나타내고 있으며 높이는 250~550mm로 넓게 분포되어 있다.

성능/효과

각각 다른 5개의 프레스작업을 대상으로 여러 작업자들의 교체작업 과정을 촬영하고 시간분석한 결과를 이용하여 평균 시간을 정리한 결과를 에서 보여주고 있다, 금형의 종류, 작업자들의 숙련도에 따라 교체작업 시간에 차이가 있어 교체작업 시간이 다르게 나타나고 있지만 평균 교체시간은 약 18분 정도로 나타났다.
따라서 금형의 높이에 따라 달라지는 보조다이 필요 여부에 따라 당일 생산이 필요한 금형들의 순서를 정함으로써 보조다이 교체 회수를 최소화하도록 해야 한다. 다음절에서 설명될 시퀀싱 알고리즘을 통해 보조다이 교체 횟수를 줄임으로써 전체적인 단축 효과를 높일 수 있었다.
예시를 위해 CoSI를 0으로 설정하고 실행한 결과이다. 즉, 현재고가 안전재고보다 적은 품목들 중 보조다이를 사용하지 않는 품목들, 보조다 이를 사용하는 품목들, 다음으로 안전재고보다 현재 고가 높은 품목들중 보조다이를 사용하는 품목들, 마지막으로 보조다이를 사용하지 않는 품목들 순으로 순위에 반영되었다는 것을 알 수 있다. 물론 CoSI 값을 변화시킴으로써 긴급품목의 범위를 조정할 수 있도록 하였다.

후속연구

예산상의 문제로 현재 200톤과 250톤의 프레스 기계에만 적용시킨 보조다이와 오토클램프를 다른 프레스 기계에도 확대 적용하고, 오토클램프 사용을 위해 500여 종의 금형에만 적용시킨 체결부위 표준화 작업을 다른 금형들로 차차 확대 적용해 나간다면 준비시간 단축 및 생산성 향상에 더 크게 기여할 수 있을 것이다. 다만 금형 운반을 대차를 제작하여 활용하도록 함으로써 금형 운반 시간을 줄일 수 있음은 물론이고 이를 외 준비 시간으로 전환함으로써 단축 효과 더 높일 수 있을 것으로 기대된다.
사용빈도가 높은 500여종의 금형중 오토클램프의 체결 유격 범위를 벗어나는 금형들을 위하여 하부금형을 위한 50mm 높이의 블록 100여개, 상부금형을 위한 38mm 높이의 블록 240여개를 제작하여 부착함으로써 500여 개의 금형들에 대해서는 오토클램프의 적용이 가능하도록 하였으며 이를 확대 적용한다면 더 큰 효과를 기대할 수 있을 것이다. <그림 9>는 연장블럭을 금형에 용접시킴으로써 제작이 완료된 모습이다.
이러한 생산성 향상 효과 외에도 볼트를 이용한 금형 해체 및 체결 작업을 제거함으로써 작업 여건을 크게 개선함으로써 중량물을 다루는 공정의 특성상 항상 존재하는 근골격계 질환 발생 가능성 등 안전사고의 가능성을 낮추는 효과를 기대할 수 있다. 예산상의 문제로 현재 200톤과 250톤의 프레스 기계에만 적용시킨 보조다이와 오토클램프를 다른 프레스 기계에도 확대 적용하고, 오토클램프 사용을 위해 500여 종의 금형에만 적용시킨 체결부위 표준화 작업을 다른 금형들로 차차 확대 적용해 나간다면 준비시간 단축 및 생산성 향상에 더 크게 기여할 수 있을 것이다. 다만 금형 운반을 대차를 제작하여 활용하도록 함으로써 금형 운반 시간을 줄일 수 있음은 물론이고 이를 외 준비 시간으로 전환함으로써 단축 효과 더 높일 수 있을 것으로 기대된다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

금형 높이가 다양한 프레스 공정의 금형 교체시간 단축 사례
A Case Study for Reducing Exchange Time of Die in Punch Press Process with Various Die Height 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

참고문헌 (12)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

금형 높이가 다양한 프레스 공정의 금형 교체시간 단축 사례 A Case Study for Reducing Exchange Time of Die in Punch Press Process with Various Die Height 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

참고문헌 (12)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

정병호 (25) 장연상 (1)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

금형 높이가 다양한 프레스 공정의 금형 교체시간 단축 사례
A Case Study for Reducing Exchange Time of Die in Punch Press Process with Various Die Height 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper