[논문]자동차 시트 조립공정에서의 품질 향상을 위한 RFID기반 검증시스템 및 방법

김희진; 최병주; 박찬목

doi:10.9716/kits.2013.12.4.175

[국내논문] 자동차 시트 조립공정에서의 품질 향상을 위한 RFID기반 검증시스템 및 방법
RFID-based Verification System and Method for Improving Quality of a Automotive Seat Assembly Line 원문보기

한국IT서비스학회지 = Journal of Information Technology Services, v.12 no.4, 2013년, pp.175 - 186

김희진 (이화여자대학교 컴퓨터공학과) , 최병주 (이화여자대학교 컴퓨터공학과) , 박찬목 ((주)유비유이노베이션)

Abstract ▼ AI-Helper

Among many automotive manufacturing processes, an assembly process has the smallest automatization percentage. As the correct assembly of the supplied components according to its specification is directly related with the quality of the final product, it is of the utmost importance to reduce the possible human errors in the assembly line. However, due to the lack of an effective verification system for an assembly line, currently, there is huge cost loss caused by the errors in seat assembly every year. Therefore, in this paper, to overcome the limit of the current verification method and to prevent the occurrence of assembly errors caused by mismatching assembling components or its specifications, a verification system and its method is proposed employing the RFID technology. The system is for automatic detection of the assembly errors, so that it can reduce the time and effort needed for verification and maximize the work efficiency. Also, by preventing the assembly errors in advance, the productivity can be increased through a quality innovation.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

궁극적인 목표는 제안한 RFID 기반 시스템이 이종 결함을 발견하는데 유용한지를 밝혀내는 것으로, 얼마나 많은 이종불량을 발견해서 처리하는지를 확인하고자 하는 것이다.
그래서 이를 해결하기 위해 본 논문은 RFID 기술을 응용한 이종방지 검증 방법에 대한 연구로서 각 옵션별 부품코드를 인코딩한 RFID 태그를 각 부품에 부착 및 삽입하여 조립 완성품의 조립 합격 여부를 자동 판별하는 검증 방법 및 시스템을 제안하였다. 또한 사례 연구를 통해 제안한 검증 방법 및 시스템을 실제 시트 조립라인에 적용하여 이전대비 개선 수치를 보임으로써 효과성을 입증하였다.
태그가 부착된 각종 부품들은 납품되어 시트 조립공정에서 조립된다. 다양한 부품들이 조립작업 명세서에 따라 조립이 되고, 조립이 완성되면 본 논문의 핵심 과정인 시트 이종방지를 위한 검증을 수행한다. 검증활동은 제품코드와 태그 데이터 수집, 제품코드와 태그 데이터 비교 그리고 조립 합격여부 최종판정 이렇게 세 단계로 수행된다.
따라서 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 바코드를 이용한 검증 방법의 한계를 넘어선 혁신적인 RFID 기반의 검증 방법 및 시스템을 제안한다.
따라서 본 논문은 자동차 조립공정에서 시트부품의 조립 합격 여부를 자동 판별하기 위해 RFID 기술을 응용하여 기존 바코드를 이용한 검증 방법을 대체하는 혁신적인 검증 방법 및 시스템을 제안한다. 제안하는 검증 방법 및 시스템을 통하여 조립 완성품에 대한 검증 활동에 소요되는 시간과 노력을 줄이고, 작업의 효율성을 증대시킬 뿐만 아니라, 시트 조립의 불량을 조기에 발견하여 처리함으로써 품질 혁신을 통한 생산성 향상을 가져올 수 있다.
본 시스템은 각 옵션 별 시트 부품코드를 인코딩한 RFID 태그를 각종 시트 부품에 부착하여 조립공정에서 조립한 후, 조립 완료된 시트가 제대로 조립되었는지 조립합격 여부를 자동 판별하는 시스템이다. 이러한 시스템을 구축하기 위해 필요한 하드웨어 및 소프트웨어 컴포넌트는 <표 3>과 같다.
본 장에서는 앞서 기술한 검증 방법 및 시스템을 실제 시트 조립라인에 적용하여 본 논문에서 제안한 방법이 이종불량을 발견하는데 효과가 있는지를 사례 연구를 통해 보인다. 이를 위해 A사의 시트를 생산하는 시트사업부 조립라인에 적용하였다.

가설 설정

두 번째는 바코드를 모든 시트 부품에 부착할 수 없다는 것이다. 예를 들어, 비닐로 포장이 되어있는 부품에는 바코드를 부착할 수 있지만, 생산 공정상 헤드 레스트, 커버링, 골격 등의 시트 옵션인 경우 바코드를 부착하게 되면 부품이 오염되므로, 바코드 부착이 금지되어 있다.

제안 방법

[그림 6]는 시트 부품 모듈을 분류한 것이다. A 사에서 분류해 놓은 것을 기반으로 본 논문에서는 앞좌석과 뒷좌석에 대하여 헤드 레스트, 암 레스트(Arm Rest), 백 커버(Back Cover), 백 커버링(Back Covering), 백 프레임(Back Frame), 쿠션(Cushion), 쿠션커버링(Cushion Covering), 트랙(Track)과 같이 10가지의 부품으로 구분하고, 이에 대한 각각의 부품에 따른 원단, 기능, 색상, 기타 옵션에 대하여 구분하여 분류하였다.
RFID 기술을 응용하여 조립이 완료된 제품에 대한 조립 합격여부를 판별하는 검증 방법의 핵심은 각 부품에 부착된 RFID 태그 값을 수집하고, 비교 분석하여 이종 불량에 대한 최종판정을 해주는 것이다.
두 번째 단계에서는 DB에서 넘겨준 제품코드와 수집된 EPC 태그 데이터를 비교해서 이상 여부를 분별한다. 데이터가 일치할 경우 결과 값을 서버로 전송하지만, 불일치할 경우에는 쓰레드를 이용해 N분 후에 다시 한 번 RFID 리더기가 동작하여 데이터를 수집하게 된다.
따라서 헤드 레스트와 백 커버를 생산하는 부품 생산 공장에서 이들 옵션에 맞게 RFID 태그를 삽입 및 부착하였다. 헤드 레스트의 경우는 헤드 레스트의 안쪽에 삽입하고, 백 커버의 경우는 백 커버의 바깥쪽에 부착하였다.
핵심 모듈인 데이터 비교분석 모듈은 리더기 미들웨어와 통신하며 EPC 태그 데이터를 수집하여 제품코드 DB로부터 전송 받은 제품코드와 비교한다. 완성된 시트 조립품이 제품코드와 일치하는지 아닌지 데이터를 분석하여 검사결과를 도출한다.
검증 수행자는 산업용 PC 모니터에서 검증결과를 확인할 수 있다. 이와 같은 하드웨어를 기반으로 우리는 UHF 900MHz 대역대의 RFID 기술을 이용하여 검증시스템을 구축하였다.
자동차 시트 조립라인의 경우 20여 가지 색상의 바코드를 이용하여, 담당자가 80여 가지의 시트 옵션을 육안으로 일일이 확인하여 검증을 한다. 즉, 조립이 완성된 시트에 부착되어 있는 각 부품의 바코드를 하나씩 스캔을 하여, 바코드의 색상과 스캔 된 결과정보를 확인하여 수동으로 이종 발생 여부를 체크한다.
시트 모듈의 조립 완성품에는 본 논문의 분류에 따르면 10개의 부품으로 구분된다. 하지만, 본 논문에서는 시트 부품 중 헤드 레스트와 백 커버에 대하여 검증을 수행하였다. 모든 부품에 대하여 검증 결과를 도출하지는 않았지만, 선정한 두 개의 부품에 대하여 제안한 전체 검증 활동을 수행했고, 그에 대한 수행결과 및 시스템 도입 전 결과에 대한 비교 분석을 통하여 본 논문에서 제안한 검증 방법의 효과성을 보였다고 주장할 수 있다.
XML 파일은 [그림 7]과 같이 RFID 태그를 부착한 제품의 부품 정보를 담고 있다. 한편, RFID 리더기와 통신하여 각 부품에 부착된 RFID 태그를 탐지해 EPC 태그 정보를 수집한다.
핵심 모듈인 데이터 비교분석 모듈은 리더기 미들웨어와 통신하며 EPC 태그 데이터를 수집하여 제품코드 DB로부터 전송 받은 제품코드와 비교한다. 완성된 시트 조립품이 제품코드와 일치하는지 아닌지 데이터를 분석하여 검사결과를 도출한다.
헤드 레스트의 경우 원단 재질이 천인지 가죽인지, 기능에서 고정인지 가변인지 그리고 커버링색상으로 분류되므로 총 16가지 종류의 RFID 태그가 필요하며, 백 커버의 경우 포켓의 유무, 지역에 따른 국내용인지 수출용인지, WCS 스티커의 유무 그리고 커버 색상으로 분류되므로 총 12가지 종류의 RFID 태그가 필요하다.

대상 데이터

본 장에서는 앞서 기술한 검증 방법 및 시스템을 실제 시트 조립라인에 적용하여 본 논문에서 제안한 방법이 이종불량을 발견하는데 효과가 있는지를 사례 연구를 통해 보인다. 이를 위해 A사의 시트를 생산하는 시트사업부 조립라인에 적용하였다.
RFID 기반 검증을 하기 위해서는 생산된 각 부품에 RFID 태그를 부착하는 작업을 해야만 하므로, 태그를 부착하여 검증하고자 하는 부품을 선정해야 한다. 이에 우리는 사례 연구 대상으로 앞 좌석의 헤드 레스트와 백 커버를 선정하였다. 이 두 가지 부품을 대상으로 삼은 이유는 다른 부품에 비해 이종발생 빈도가 높고, RFID 시스템을 적용하기 용이한 위치의 부품이기 때문이다.
제안하는 방법 및 시스템의 효과성을 입증하기 위해 A사의 시트를 생산하는 시트사업부의 조립라인에 11개월 동안 시트 부품 중 헤드 레스트와 백커버에 적용하여 사례 연구를 수행했다.

성능/효과

[그림 11]은 RFID 기반 검증 시스템 도입 전 기존바코드 시스템과 제안하는 시스템의 이종불량 발견 처리 건수를 비교한 그래프이다. A사의 시트 사업부에서 바코드 시스템을 통해 처리한 건수는 34건이고, 제안하는 시스템을 적용하여 처리한 건수는 105건으로 약 3배 증가한 것을 볼 수 있다.
어느 곳에 RFID 태그가 부착되어 있더라도 물체를 통과해서 정보를 수신하므로 부품 내부까지도 검증이 가능하다. RFID의 인식률이 평균 99.9% 이상으로 매우 높고, RFID 기반 검증시스템을 통해 이종 판별을 자동으로 수행하기 때문에 기존 바코드를 이용하여 육안으로 확인하는 방식에서 일어나던 잦은 실수 및 오류를 현저히 줄일 수 있다.
결과 리포팅 모듈은 비교 분석 모듈의 분석한 결과를 입력으로 하여, 각 부품별 그리고 전체 시트 조립에 대한 결과 판정에 대한 검사결과를 산업용 PC 모니터에 출력하고, 결과 값은 로그 DB에 저장하는 기능을 한다.
[그림 10]의 그래프를 보면, 헤드 레스트에서 총 59건, 백 커버에서 총 46건 발생하였고, 백 커버보다 헤드 레스트에서 좀 더 많은 이종이 발견되어 처리되었음을 알 수 있다. 그래프를 통해 이 시스템이 실제 이종불량을 줄이는데 도움을 준다는 것을 확인할 수 있었다.
그래서 이를 해결하기 위해 본 논문은 RFID 기술을 응용한 이종방지 검증 방법에 대한 연구로서 각 옵션별 부품코드를 인코딩한 RFID 태그를 각 부품에 부착 및 삽입하여 조립 완성품의 조립 합격 여부를 자동 판별하는 검증 방법 및 시스템을 제안하였다. 또한 사례 연구를 통해 제안한 검증 방법 및 시스템을 실제 시트 조립라인에 적용하여 이전대비 개선 수치를 보임으로써 효과성을 입증하였다.
또한, 시스템 적용 효과로써 검증시스템을 통한 자동화로 검증활동에 투입되는 인력 감소, 시간 및 노력 감소로 인해 실제적 비용 절감을 이루었다고 볼 수 있다. 그리고 이에 따른 검증활동의 비용 감소와 신뢰도 향상으로 인한 생산성 향상 효과가 나타나고 있다.
하지만, 본 논문에서는 시트 부품 중 헤드 레스트와 백 커버에 대하여 검증을 수행하였다. 모든 부품에 대하여 검증 결과를 도출하지는 않았지만, 선정한 두 개의 부품에 대하여 제안한 전체 검증 활동을 수행했고, 그에 대한 수행결과 및 시스템 도입 전 결과에 대한 비교 분석을 통하여 본 논문에서 제안한 검증 방법의 효과성을 보였다고 주장할 수 있다.
이전대비 이종불량 처리 건수가 약 3배나 증가한 것으로 보아, 제안하는 방법 및 시스템이 시트 조립라인에서 많은 수의 이종불량을 발견하여 처리 함으로써 이종 발생을 방지하는데 탁월한 도움을 준다는 것을 알 수 있다.
따라서 본 논문은 자동차 조립공정에서 시트부품의 조립 합격 여부를 자동 판별하기 위해 RFID 기술을 응용하여 기존 바코드를 이용한 검증 방법을 대체하는 혁신적인 검증 방법 및 시스템을 제안한다. 제안하는 검증 방법 및 시스템을 통하여 조립 완성품에 대한 검증 활동에 소요되는 시간과 노력을 줄이고, 작업의 효율성을 증대시킬 뿐만 아니라, 시트 조립의 불량을 조기에 발견하여 처리함으로써 품질 혁신을 통한 생산성 향상을 가져올 수 있다.

후속연구

향후 연구 계획으로 시트 모듈의 다양한 부품에 대한 시스템 적용을 통해 효과성 입증을 위한 검증이 필요하고, 자동차의 다른 모듈에 대한 확장 연구를 수행할 계획이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	바코드의 특징은 무엇인가?	바코드는 빛을 이용해 판독하는 광학식 방식이므로 50cm 이내의 짧은 거리에서만 인식이 되고, 물체를 투과해서 정보를 수신할 수 없고, 장애물의 영향을 받는다. 또한 인식 속도가 약 4초로 RFID 에 비해 느린 편이며, 저장 용량은 RFID의 용량에 비해 훨씬 적다[3].
	자동차 공장은 어떻게 구성되어 있는가?	자동차 공장은 프레스 공장(Press Shop), 차체 공장(Body Shop), 도장 공장(Paint Shop), 조립 공장 (Assembly Shop), 그리고 엔진 공장(Engine Shop) 등으로 구성되어 있다. 프레스 공장에서는 자동차의 형체를 만들 패널이 제작되고, 차체 공장에서는 만들어진 각 부분의 패널들을 조립하고, 용접하여 자동차의 모양을 만든다.
	자동차 생산 공정 중 조립공정에서 물류관리가 중요한 이유는 무엇인가?	이 공정을 자세히 살펴보면 도장된 차체에 내장, 계기판, 시트 등의 실내 외 의장 부품을 장착하고, 엔진, 트랜스미션 등의 유니트류를 조립하여 전장부품과 배선, 배관작업을 통하여 차량 조립을 완성한다. 이 공정에서는 3천여 종에 이르는 수많은 부품들이 장착되고 조립되기 때문에 부품이 적재적소에 공급되는 물류 관리가 중요하다[6]. 이에 Monden[12]는 Toyota 자동차조립라인에서의 부품공급 시스템의 운영에 대한 연구를 수행하였고, Dulaga et al.

참고문헌 (13)

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원문보기 상세보기
임명환, 박용재, 표철식, "RFID/USN 활성화를 통한 New IT 혁신 전략", 전자통신동향 분석, 제24권, 제2호(2009), pp.19-31.
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하종호, 윤상진, 유창우, 자동차의 기초, 나누리, 2005.
Brintrup, A., P. Roberts, O. Ghwash, and M. Astle, "Definition of RFID decision support system for manufacturing applications", Report, Building Radio frequency IDentification for the Global Environment(BRIDGE Project), 2008.
Chen, R.-S. and A. T. Mengru, "Development of an agent-based system for manufacturing control and coordination with ontology and RFID technology", Expert Systems with Applications, Vol.36, No.4(2009), pp.7581-7593.

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Duplaga, E. A., C. K Haha, and D. Hur, "Mixed-model assembly line sequencing at Hyundai Motor Company", Production and Inventory Management Journal, Vol.37, No.3 (1996), pp.20-26.

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EPCglobal, "EPCglobal Tag Data Standards Version 1.3 Ratified Specification", EPCglobal Inc., 2006.
Huang, G. Q. et al., "RFID-enabled realtime wireless manufacturing for adaptive assembly planning and control", Journal of Intelligent Manufacturing, Vol.19, No.6(2008), pp.701-713.

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Monden, Y., Toyota Production System : An Integrated Approach to Just-In-Time, Third Edition, Engineering and Management Press, Norcross, Georgia, USA, 1997.
Visich, J. K., J. T. Powers, and C. J. Roethlein, "Empirical applications of RFID in the manufacturing environment", International Journal of Radio Frequency Identification Technology and Applications, Vol.2, No.3(2009), pp.115-132.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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