[논문]복합화력 발전플랜트에서 업무재설계기법을 이용한 3차원설계의 개선방안

최홍렬; 문승재

문제 정의

본 연구에서는 복합화력 발전플랜트에 대한 3차원설계를 대상으로 문제점을 정의하고 선행연구에서 제시한 업무재설계기법에 의한 통합방법론을 도구로 현행 3차원설계의 업무절차를 대상으로 개선된 절차를 제시하고자 한다. 그리고 3차원설계의 개선에 관한 정량적 효과를 산출하기 위해 통합설계를 기반으로 수행했던 복합화력 발전플랜트 설계수행사례를 분석하여 개선효과에 대한 결과를 도출하고 현행 3차원설계를 업무재설계기법에 의한 개선된 설계운영과 3차원통합시스템을 구현을 통한 정량적 효과를 산출하는 것이 연구의 목적이다.
본 연구는 복합화력 발전플랜트에 대해 3차원설계 과정에서 발생되는 문제점을 중심으로 설계절차를 개선하기 위하여 각 설계공종과 수행단계별로 업무재설계를 수행하였다. 그리고 복합화력 발전플랜트의 특성에 따른 설계절차 현안분석 및 개선안을 도출하여 적용사례에 대한 개선효과를 제시하는 순서로 연구범위를 선정하였다.
본 연구에서는 복합화력 발전플랜트에 대한 3차원설계를 대상으로 문제점을 정의하고 선행연구에서 제시한 업무재설계기법에 의한 통합방법론을 도구로 현행 3차원설계의 업무절차를 대상으로 개선된 절차를 제시하고자 한다. 그리고 3차원설계의 개선에 관한 정량적 효과를 산출하기 위해 통합설계를 기반으로 수행했던 복합화력 발전플랜트 설계수행사례를 분석하여 개선효과에 대한 결과를 도출하고 현행 3차원설계를 업무재설계기법에 의한 개선된 설계운영과 3차원통합시스템을 구현을 통한 정량적 효과를 산출하는 것이 연구의 목적이다.
본 프로젝트의 수행사례는 3차원설계에 있어서 기존의 설계방식과 업무재설계를 통하여 개선된 프로세스에 의한 설계 수행사례를 비교 분석하여 개선에 대한 정량적 효과를 산출하여 객관적으로 판별하는데 목적이 있다. 따라서 대상 프로젝트에 대한 적정한 설계비를 산출해서 그 기준을 바탕으로 개선된 프로세스에 의한 설계비와 비교하여 개선된 효과에 대한 결과값을 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

가설 설정

을 사용하였으며,Table 1에 나타낸 바와 같이 다섯 단계로 진행된다. 표에 서 제시한 단계1의 요구사항과 목표는 고객이나 사용자들에 의한 문제정의를 말하는 것으로써 본문 서론에서 개선의 필요성을 제기하였으므로 주어진 것으로 가정하였다.단계2의 프로세스 정의 및 설정에서부터 단계3의 프로세스 분석 및 이해, 단계4의 프로세스 재설계 그리고 마지막 단계5의 재설계된 프로세스 구현 및 실행까지를 본 연구의 적용대상으로 하였다.

제안 방법

이러한 문제를 해결하기 위해 주기기 제작사를 비롯한 3차원 모델데이터를 공급하는 기기제작업체의 모델정보를 사내 코드표준에 맞게 변환하여 통합설계를 수행하는 역할을 하는 3차원 모델정보 변환시스템을 구축하였다. 3차원 모델 상에 존재하는 심벌화된 데이터와 자재코드는 임의로 추출이 가능하며 추출된 데이터를 설계표준에서 발췌한 데이터와 비교, 검증하고 상이한 부분은 동일하게 갱신하여 새로운코드를 모델에 입력하여 변환한다. 본 시스템은 3차원 모델을 통합과정에서 발생되는 오류와 사내 설계과정에서 반영하지 못한 주기기 상세정보를 사전에 비교 검증하여 잘못된 도면제작으로 인한 시간적 손실을 방지할 수 있다.
3차원설계 수행에 대한 분야별 성과물은 Table 3과 같이 성과물의 수준을 정하고 설계방법을 선정하여 수행 후 설계 담당자의 의견을 수집하여 통합 설계에 대한 기대효과를 분석하였다.
3차원설계 통합시스템은 각각의 설계 프로그램들을 업무 재설계의 통합관리기법을 통하여 재설계된 3차원설계 프로세스에 따라 설계통합에 요구되는 각 공종의 설계시스템을 선정하여 구축하였다. 이는 기존에 각 분야별 설계수행을 통해 업무를 협의하고 그에 따른 결과를 설계에 또다시 반영하면서 생기는 설계오류와 상호 설계정보의 지속적인 변경으로 인한 반복 작업을 줄이는 역할을 하며 분야별 설계는 네트워크 접속을 통하여 플랜트 3차원설계 프로그램에서 이루어진다.
수행대상은 3차원 통합시스템을 적용한 국내 발전 프로젝트로써 800 MW급 복합화력 발전소와 지역난방시설이다. 각 분야별 통합설계수행은 일원화된 설계 프로세스에 따라 모든 설계공종이 네트워크를 통한 설계를 수행하였고 정보제공 및 간섭 검토와 수정이 실시간으로 3차원 모델 상에서 이루어지도록 하였다. 3차원 모델 정보는 프로젝트 서버에 저장되며 주기적으로 정보갱신을 통한 연계작업을 시스템 담당자가 수행하게 된다.
첫째, 3차원설계 절차에 내재된 문제를 분석하고 둘째, 설계절차를 개선하며 셋째, 통합방법을 설정한다. 그리고 넷째, 실제 적용사례를 분석하여 기대효과를 제시하고 마지막으로 다섯째는 개선된 모델을 제안하는 단계로 진행하였다.
본 연구는 복합화력 발전플랜트에 대해 3차원설계 과정에서 발생되는 문제점을 중심으로 설계절차를 개선하기 위하여 각 설계공종과 수행단계별로 업무재설계를 수행하였다. 그리고 복합화력 발전플랜트의 특성에 따른 설계절차 현안분석 및 개선안을 도출하여 적용사례에 대한 개선효과를 제시하는 순서로 연구범위를 선정하였다.
복합화력 발전플랜트는 주기기의 특성과 조합에 따라 전체의 시스템이 결정되기 때문에 주기기 제작사에서 제공되는 설계정보를 체계적으로 관리하고 최신의 정보를 반영한 설계관리가 필요하다. 따라서 업무재설계기법을 통한 3차원설계의 통합시스템을 구축하여 분리된 설계분야들을 통합하고 효율적인 설계개선방안을 제시하고 통합시스템을 통한 3차원 모델의 상호 연계성을 강화하기 위하여 3차원 모델정보 변환시스템을 구축하였다. 또한 수행사례를 통한 개선된 효과를 정량적으로 산출하여 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
2절에서 설명한 바와 같이 현업에서 수행하는 업무를 개선하기 위하여 절차를 분석하고 업무재설계기법을 이용하여 상호 연관된 업무를 통합하였다. 또 업무표준화 방법을 사용하여 중복되고 불필요한 업무를 제거함으로써 Fig. 6과 같은 3차원설계 프로세스를 도출하였다. 개선된 프로세스와 Fig.
3차원설계는 업무절차에 따라 본사와 협력사로 구분되어 설계를 진행하는 것이 일반적이며 별도의 3차원설계 담당자를 두고 있다. 본사는 입찰 시 발주처로부터 접수된 설계자료를 바탕으로 기본설계에 대한 계획과 개략적인 설계기준을 작성한다. 그리고 주기기 업체에서 제공받은 설계자료로 공정도 배치도를 작성하게 된다.
둘째, 설계과정에서 생성되는 도면, 데이터 시트,자재 수량, 제작사 제공자료 등을 관리하는 문서관리 시스템 등이 있다. 셋째, 다수의 주기기 제작사에서 제공하는 방대한 설계자료를 관리하고 접수된 최신의 설계정보를 3차원설계 시스템과 연계시켜 신속히 설계에 반영되도록 하는 벤더자료시스템으로 구성된다. 복합화력 발전플랜트에서 주기기는 가스터빈, 증기터빈 그리고 배열회수보일러 등이 있으며 각 공급사에서 3차원설계의 모델데이터를 공급받게 된다.
업무재설계기법을 통한 개선된 설계 프로세스는 업무통합에 의한 시너지효과 창출을 목적으로 3차원설계 통합시스템을 구축하였다. 제3장 3절에서 설명한 바와 같이 설계통합에 의한 설계 일원화는 업무효율을 증진시키고 시간단축을 기대할 수 있다.
업무중심으로 분할된 역할을 최소화하기 위해 3차원설계 담당자의 업무와 협력사에서 수행하는 3차원설계 업무를 축소하고 본사의 역할을 확장하였다. 이는 통합시스템에 의한 설계기법을 적용하기 위한 절차로써 설계수행 중 지속적인 변화에 유동적으로 대응하고 일률적인 설계조율이 가능하도록 개선한 것이다.
또 과거에는 주기기 제작사로부터 3차원 모델데이터를 제공받지 않고 직접 기계형상을 작성하였기 때문에 많은 인시가 투입되었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 주기기 제작사를 비롯한 3차원 모델데이터를 공급하는 기기제작업체의 모델정보를 사내 코드표준에 맞게 변환하여 통합설계를 수행하는 역할을 하는 3차원 모델정보 변환시스템을 구축하였다. 3차원 모델 상에 존재하는 심벌화된 데이터와 자재코드는 임의로 추출이 가능하며 추출된 데이터를 설계표준에서 발췌한 데이터와 비교, 검증하고 상이한 부분은 동일하게 갱신하여 새로운코드를 모델에 입력하여 변환한다.
엔지니어링의 기술력과 품질에 대한 대외경쟁력 제고를목표로 B사는 3차원설계의 통합시스템을 단계별로 구축하고 프로젝트 수행결과에 따라 실행목표를 설정하는 방법으로 추진계획을 세워 2단계 프로젝트를 완료하였다. 적용한 시스템은 플랜트 3차원 설계프로그램인 PDMS(plantdesign management system)를 선정하였으며 그밖에 각 분야별 설계프로그램을 선정하였다.
1은 업무재설계를 바탕으로 본 연구의 실행절차를 나타낸 것이다. 첫째, 3차원설계 절차에 내재된 문제를 분석하고 둘째, 설계절차를 개선하며 셋째, 통합방법을 설정한다. 그리고 넷째, 실제 적용사례를 분석하여 기대효과를 제시하고 마지막으로 다섯째는 개선된 모델을 제안하는 단계로 진행하였다.
제3장 3절에서 설명한 바와 같이 설계통합에 의한 설계 일원화는 업무효율을 증진시키고 시간단축을 기대할 수 있다. 통합시스템에 대한 효과를 확인하기 위해 최근 B사에서 수행한 3차원 통합설계 프로젝트를 적용사례로 선정하였으며 본 적용사례는 대상 프로젝트 수행결과를 근거로 과거 3차원 설계방법과 비교하여 개선된 효과를 분석하였다.
플랜트 3차원설계의 개선을 위하여 정보화시스템의 통합으로 사용되어 온 업무재설계기법을 방법론적 도구로 선정하였다. Fig.
현행 설계 프로세스의 문제점을 4.2절에서 설명한 바와 같이 현업에서 수행하는 업무를 개선하기 위하여 절차를 분석하고 업무재설계기법을 이용하여 상호 연관된 업무를 통합하였다. 또 업무표준화 방법을 사용하여 중복되고 불필요한 업무를 제거함으로써 Fig.

대상 데이터

표에 서 제시한 단계1의 요구사항과 목표는 고객이나 사용자들에 의한 문제정의를 말하는 것으로써 본문 서론에서 개선의 필요성을 제기하였으므로 주어진 것으로 가정하였다.단계2의 프로세스 정의 및 설정에서부터 단계3의 프로세스 분석 및 이해, 단계4의 프로세스 재설계 그리고 마지막 단계5의 재설계된 프로세스 구현 및 실행까지를 본 연구의 적용대상으로 하였다.
셋째, 다수의 주기기 제작사에서 제공하는 방대한 설계자료를 관리하고 접수된 최신의 설계정보를 3차원설계 시스템과 연계시켜 신속히 설계에 반영되도록 하는 벤더자료시스템으로 구성된다. 복합화력 발전플랜트에서 주기기는 가스터빈, 증기터빈 그리고 배열회수보일러 등이 있으며 각 공급사에서 3차원설계의 모델데이터를 공급받게 된다. 그리고 상세설계 시 주기기의 변경에 따른 개정된 모델데이터를 계속적으로 제공하기 때문에 별도의 설계데이터를 수집하여 관리하는 시스템이 필요하며 자료시스템이 그 역할을 한다.
설계운영시스템은 복합화력 발전플랜트 3차원설계를 대상으로 Fig. 7과 같이 구성하였다. 첫째, 주기기를 비롯하여 각 설계공종에서 사용하는 모델링 프로그램과 설계해석 프로그램을 연결하여 설계정보를 주고받을 수 있도록 하는 프로그램 연계시스템이 있으며, 구축된 연계시스템을 기반으로 3차원 캐드시스템의 형상인식 및 치수정보,설계데이터를 생성하고 실시간 설계진행을 할 수 있도록 다중접속 네트워크를 제공하는 플랜트 3차원 설계시스템이 있다.
수행대상은 3차원 통합시스템을 적용한 국내 발전 프로젝트로써 800 MW급 복합화력 발전소와 지역난방시설이다. 각 분야별 통합설계수행은 일원화된 설계 프로세스에 따라 모든 설계공종이 네트워크를 통한 설계를 수행하였고 정보제공 및 간섭 검토와 수정이 실시간으로 3차원 모델 상에서 이루어지도록 하였다.

이론/모형

본 연구에서 설계절차의 개선을 위해 접근하는 방법론은 업무재설계기법의 일반적인 방법론^[5]을 사용하였으며,Table 1에 나타낸 바와 같이 다섯 단계로 진행된다. 표에 서 제시한 단계1의 요구사항과 목표는 고객이나 사용자들에 의한 문제정의를 말하는 것으로써 본문 서론에서 개선의 필요성을 제기하였으므로 주어진 것으로 가정하였다.

성능/효과

개선된 통합시스템은 프로젝트 수행의 적정 평가인시 대비 평균 20.4%의 절감효과가 나타났으며, 특히 구조설계는 50.8%의 절감효과가 나타나 후행분야로 설계가 진행될 수록 더 높은 절감비율을 보였다. 이는 설계수행에 참여한 각 공종 및 협력사, 주기기 제작사에서 제공되는 설계정보의 통합화로 중복작업 감소 및 반복적인 설계변경의 일관성을 향상시키는 것으로 판단된다.
발전플랜트에서의 3차원설계에 대한 구조와 조직은 분야별 업무중심으로 구성되어 있으며 이로 인해 조직이 너무 세분화, 분산화 되었다. 그래서 의사소통의 부재, 책임소재의 명확성 결여,통제와 관리 직무계층 증가 등 부정적 증상이 나타났다. 따라서 업무재설계기법의 기능에서 존재하는 프로세스 중심의 재편성이라는 관점으로 접근해야 한다.
본 프로젝트의 수행사례는 3차원설계에 있어서 기존의 설계방식과 업무재설계를 통하여 개선된 프로세스에 의한 설계 수행사례를 비교 분석하여 개선에 대한 정량적 효과를 산출하여 객관적으로 판별하는데 목적이 있다. 따라서 대상 프로젝트에 대한 적정한 설계비를 산출해서 그 기준을 바탕으로 개선된 프로세스에 의한 설계비와 비교하여 개선된 효과에 대한 결과값을 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
이는 기존의 2차원과 3차원설계를 동시에 수행하면서 분리된 이원화된 설계방법을 하나의 설계수행 절차로 통합하여 일원화시킨 것이다. 또 기존 설계절차에서 각 공종별로 분리되어 협력사에 의해 작성된 3차원설계 모델을 설계변경이 이루어질 때마다 결합하였던 절차를 제거하였으며 모델검토 시마다 각 분야의 설계의견이 빠른 시간에 3차원 모델에 반영되고 반영된 최신 설계정보를 확인할 수 있도록 개선하였다. 또한, 설계 이원화의 원인으로 나타난 2차원설계는 최초 기본설계 정보를 반영한 도면까지만 수행하도록 최소화하였고 기존에 후행공종에게 제공되는 2차원설계에서 수행되었던 설계관련 자료는 모두 3차원 모델을 통해서 작성되도록 하였다.
3차원 모델 상에 존재하는 심벌화된 데이터와 자재코드는 임의로 추출이 가능하며 추출된 데이터를 설계표준에서 발췌한 데이터와 비교, 검증하고 상이한 부분은 동일하게 갱신하여 새로운코드를 모델에 입력하여 변환한다. 본 시스템은 3차원 모델을 통합과정에서 발생되는 오류와 사내 설계과정에서 반영하지 못한 주기기 상세정보를 사전에 비교 검증하여 잘못된 도면제작으로 인한 시간적 손실을 방지할 수 있다.
기존에 수행해 왔던 3차원설계와 업무재설계기법에 의해 개선된 통합설계의 사례연구를 통하여 개선효과에 대한 결과를 Table 5와 같이 나타냈다. 설계업체의 견적을 통해 결정한 적정평가금액을 바탕으로 통합 3차원설계에 의한 인시를 산출하여 비교 분석한 결과 규모 800 MW급 복합화력 발전소의 3차원설계는 평균 20.4%의 인시 절감효과가 나타났다. 이는 기존의 2차원과 3차원의 설계를 수행하는 이원화된 설계절차에서 3차원통합설계 절차로 일원화된 업무수행 시 설계시간의 단축과 설계오류의 감소효과 등을 나타내는 것이며, 주요원인으로는 3차원설계의 실시간 네트워크에 의한 분야별 협업강화와 설계자료 제공의 신속성과 3차원 모델의 설계변경 단순화 등으로 판단된다.
셋째, 회사 내부의 업무수행 조직을 보면, 3차원 운영자와 설계 담당자 그리고 협력사를 포함한 다수의 조직으로 업무가 구분되어 있다. 다양한 조직을 통한 업무분장은 책임과 역할을 분명히 하고 대량의 업무처리능률을 높이지만 플랜트 설계의 특성상 빈번하게 발생되는 설계변경이나 프로젝트의 환경변화에 신속하게 대응하지 못하고 업무영역과 책임소재에 따른 소통부재로 인하여 잦은 오류와 반복 작업을 초래하는 문제가 있다.
7과 같이 구성하였다. 첫째, 주기기를 비롯하여 각 설계공종에서 사용하는 모델링 프로그램과 설계해석 프로그램을 연결하여 설계정보를 주고받을 수 있도록 하는 프로그램 연계시스템이 있으며, 구축된 연계시스템을 기반으로 3차원 캐드시스템의 형상인식 및 치수정보,설계데이터를 생성하고 실시간 설계진행을 할 수 있도록 다중접속 네트워크를 제공하는 플랜트 3차원 설계시스템이 있다. 둘째, 설계과정에서 생성되는 도면, 데이터 시트,자재 수량, 제작사 제공자료 등을 관리하는 문서관리 시스템 등이 있다.
시스템 통합의 방법에는 통합 데이터베이스를 이용하는 데이터에 의한 통합방법과 시스템 내의 업무 구조 합리화를 통한 프로세스에 의한 통합방법이 있다. 프로세스의 통합의 도구로는 업무재설계기법이 자주 사용되는데 과거에 업무 분업화의 결과 인위적으로 작은 단위로 분할된 프로세스를 고객의 입장에서 전체 프로세스를 대상으로 프로세스간의 상호 연관성, 정보기술 등을 고려하여 프로세스를 통합화하는 효율적인 도구로 적용되었다.
5는 3차원설계 비용을 나타낸 그래프로써 세로축은 인시(manhour)를 나타내며 가로축은 설계견적을 제출한 협력사이다. 협력사별 3차원설계의 인시는 2차원설계보다 평균 35.6% 높은 것으로 나타냈으며 3차원설계를 위한 프로그램과 하드웨어를 포함하면 이 수치를 상회할 것으로 예상된다. 설계관리자의 관점에서 보면 협력사의 설계단가 상승으로 인한 비용적인 부담이 설계품질 향상에 기여할 것이라는 기대감을 높이지만 3차원 설계에 대한 체계적인 운영과 경험적 관리가 이루어지지 않는다면 추가적인 비용증가요인을 발생시킬 수 있다.

후속연구

설계를 수행하는 과정에 있어서 기존에 해왔던 업무수행체계만을 고수해 왔으나 업무통합 이후에는 이전에 하지 않았던 프로세스의 고유 목표를 재정립함으로써 누락되어 왔던 업무를 처리하게 되어 궁극적인 설계효율성 확대가 나타났다. 그리고 2차원과 3차원의 설계정보가 상이함에 따른 반복 수정작업에 의한 설계오류가 조기에 발견되므로 각 공종과의 설계업무의 연계성이 강화되고 설계업무의 질적 향상 및 대외 경쟁력 강화에 크게 기여할 것으로 보인다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	발전 플랜트 3차원설계의 목표는?	따라서 국내 EPC회사들의 경쟁력 제고와 설계품질 향상이 절실히 요구되고 있으며 복잡화, 다양화, 기술 집약화되고 있는 발전플랜트의 설계경향과 까다로운 발주자의 요구에 유연하게 대응하고 세계플랜트시장에서 경쟁력을 확보하기 위한 수단의 필요성이 대두되고 있다. 이런 관점에서 3차원설계는 설계기간을 줄이고 제품의 품질을 향상시키며 합리적인 의사결정을 지원하여 고객의 요구에 기준한 플랜트 건설을 목표로 한다. 그러나 선행연구에서[2] 제시한 3차원설계의 문제점은 설계수행에 있어서 많은 개선점을 필요로 한다.
	발전플랜트 산업의 추세는?	발전플랜트 세계시장은 산업구조의 발달과 경제규모의 확산에 따른 전력수요의 급증으로 해외발주량이 크게 증가하고 있는 추세이다. 작년 국내 EPC회사들이 수주한 해외 발전플랜트는 화공, 정유플랜트와 동일한 규모로서 향후 수주경쟁이 가속화될 전망이다.
	3차원설계의 효율적인 운영을 어렵게 하는 요인에 관한 연구사례는?	그리고 설계운영에 대한 문제는 3차원설계의 효율적인 운영을 어렵게 하는 요인이 된다. 관련된 연구사례로 정보시스템 구축을 위한 통합방법론을 제시한 최발근[4]의 연구는 기존 업무재설계 수행방법론과 정보시스템 구축 방법론에서 효과적인 업무통합의 적용전략을 제안하였다. 또한 양영태, 김재균[1]의 통합 데이터 모델링에 관한 연구는 해양플랜트의 3차원 구조물설계를 중심으로 업무재설계를 통한 설계 프로세스를 개선하였고 3차원 스펙을 자동 생성할 수 있는 응용프로그램과 2차원,3차원 감시시스템 개발을 통한 업무의 생산성 향상을 제안하였다.

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