조선소의 생산성은 제한된 자원을 얼마나 효율적이고 체계적으로 관리하고 사용하는가에 달려있다. 최근 들어 조선소에서는 생산관리 시스템을 고도화하기 위해 시뮬레이션 기법을 적용한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 시뮬레이션 기법을 생산관리에 적용한 조선소의 시뮬레이션 기반 생산 개념을 연구하였다. 이는 조선소 현장에서 경험과 직관에 의한 의사결정을 지양하고, 정량적이고 구체적인 데이터에 기반을 둔 개선방안을 확립할 수 있게 한다. 본 논문에서는 조선소의 생산 계획 중 선표 계획 영역에 대한 시뮬레이션 적용 연구를 수행하였으며, 이를 위해 조선소의 생산 계획 프로세스와 시스템을 분석하고 상용 시뮬레이션 소프트웨어를 이용한 시뮬레이션 시스템의 설계를 수행하였다. 이러한 시뮬레이션 시스템은 현재 조선소 생산관리 시스템의 운용환경을 고려하여 웹 환경에서 운용가능한 구조를 갖고 있으며, 이를 통해 조선소에서는 보다 손쉽게 생산 계획을 시뮬레이션하고 결과를 분석함으로써 보다 신뢰도 높은 생산 계획을 수립할 수 있을 것으로 기대한다.
조선소의 생산성은 제한된 자원을 얼마나 효율적이고 체계적으로 관리하고 사용하는가에 달려있다. 최근 들어 조선소에서는 생산관리 시스템을 고도화하기 위해 시뮬레이션 기법을 적용한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 시뮬레이션 기법을 생산관리에 적용한 조선소의 시뮬레이션 기반 생산 개념을 연구하였다. 이는 조선소 현장에서 경험과 직관에 의한 의사결정을 지양하고, 정량적이고 구체적인 데이터에 기반을 둔 개선방안을 확립할 수 있게 한다. 본 논문에서는 조선소의 생산 계획 중 선표 계획 영역에 대한 시뮬레이션 적용 연구를 수행하였으며, 이를 위해 조선소의 생산 계획 프로세스와 시스템을 분석하고 상용 시뮬레이션 소프트웨어를 이용한 시뮬레이션 시스템의 설계를 수행하였다. 이러한 시뮬레이션 시스템은 현재 조선소 생산관리 시스템의 운용환경을 고려하여 웹 환경에서 운용가능한 구조를 갖고 있으며, 이를 통해 조선소에서는 보다 손쉽게 생산 계획을 시뮬레이션하고 결과를 분석함으로써 보다 신뢰도 높은 생산 계획을 수립할 수 있을 것으로 기대한다.
Productivity improvement of a shipbuilding company depends on how efficiently its limited resources are managed and utilized. Recently, research on modeling and simulation (M&S) to support shipyard production management system has been being under study. The production management based on M&S reject...
Productivity improvement of a shipbuilding company depends on how efficiently its limited resources are managed and utilized. Recently, research on modeling and simulation (M&S) to support shipyard production management system has been being under study. The production management based on M&S rejects decision making on experience, and it can establish productivity improvement method based on quantitative and specific data. In this paper, M&S is applied to the long-term plan as a part of the production planning in shipyards. To this end, the long-term plan processes and related management systems are analyzed. Based on the analysis, a simulation model and an application system using commercial simulation software are suggested. And basic structure of the suggested system is based on web technology such as Rich Internet Application, web services protocol for compatibility with existing shipyard enterprise systems. Utilizing the results of this study, it is expected that shipyard production planners can settle down work flow, in which one can establishes the production plan, simulates the plan, and analyzes the results, enabling a more reliable production plans.
Productivity improvement of a shipbuilding company depends on how efficiently its limited resources are managed and utilized. Recently, research on modeling and simulation (M&S) to support shipyard production management system has been being under study. The production management based on M&S rejects decision making on experience, and it can establish productivity improvement method based on quantitative and specific data. In this paper, M&S is applied to the long-term plan as a part of the production planning in shipyards. To this end, the long-term plan processes and related management systems are analyzed. Based on the analysis, a simulation model and an application system using commercial simulation software are suggested. And basic structure of the suggested system is based on web technology such as Rich Internet Application, web services protocol for compatibility with existing shipyard enterprise systems. Utilizing the results of this study, it is expected that shipyard production planners can settle down work flow, in which one can establishes the production plan, simulates the plan, and analyzes the results, enabling a more reliable production plans.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
4는 이러한 SBM의 활용 분야와 핵심 기술 등을 도식화하여 표현한 것이다. SBM 전략은 시뮬레이션 기술을 중심으로 최신 IT 기술 및 시스템을 응용하여 조선소의 생산성을 강화하는 것을 목표로 한다.
시뮬레이션 환경은 이산 사건 시뮬레이션 시스템(Discrete Event Simulation, DES)을 바탕으로 작업장 레벨의 생산 수량, 생산 용량, 물류 혼잡도, 병목 공정, 원부자재 소요 등을 파악할 수 있도록 설계하였다. 또한 널리 사용되고 있는 상용 시뮬레이션 소프트웨어를 이용하여 시뮬레이션 기술을 구현함으로써 보다 신뢰성 있는 결과를 도출하고자 하였다.
본 논문에서는 DES를 이용한 조선소 생산 계획 검증을 위한 가상 조선소 환경을 연구하였다. 이를 위해 조선소 생산 특성과 계획 시스템에 대한 상세한 분석을 수행하였으며, 선표 계획을 중심으로 이를 검증하기 위한 시뮬레이션 모델을 개발하고 웹 기반의 기존 조선소 생산관리 시스템과 쉽게 통합 가능한 형태의 시뮬레이션 기반 시스템 설계를 수행하였다.
본 논문에서는 조선소의 생산 계획 중 가장 초기 단계에 확정되고 가장 기본이 되는 선표 계획을 대상으로 계획을 수립할 때, 조선소의 생산 환경을 시뮬레이션하여 선표 계획을 평가 할 수 있는 방법을 제안하였다. 이를 위해 조선소의 생산 환경을 체계적으로 분석하기 위한 제품, 공정, 일정, 공간, 작업자, 설비의 6가지 정보를 포함한 PPR3-S 모델을 적용하였다.
DES를 조선 산업에 적용한 대표적인 연구 사례로는 가상 조선소 연구를 꼽을 수 있다. 이 연구는 공정중심의 조선소 생산 환경을 모델링하여 이를 가상 조선소(Virtual Shipyard) 혹은 디지털 조선소(Digital Shipyard)라 정의 하였으며, 이를 통해 조선소의 가상 생산(Virtual Manufacturing)을 실현하고자 하였다(Alfeld et al., 1998). 2000년대 들어서는 국내 조선소를 중심으로 DES 기반의 시뮬레이션 소프트웨어를 이용 하여 가상 생산 기술을 대형 조선소의 공정에 적용하는 연구가 활발히 진행되었다.
이에 본 논문에서는 시뮬레이션 적용 범위를 선표 계획으로 한정하고, 이를 기준으로 조선소 생산 계획의 특성을 분석하고 이를 검증하기 위한 방안을 연구하였다. 선표 계획은 생산 계획 중 가장 초기에 수립되는 계획으로 이후 모든 생산 계획이 선표 계획을 바탕으로 수립되기 때문에 정확도가 높은 선표 계획 결과가 필요하다.
하지만 프로젝트 단위의 제품을 생산하는 조선 산업의 특성상 조선소에서는 다양한 장비와 설비 등이 필요하며, 다른 산업에 비하여 공정의 자동화율이 낮고 작업자에 대한 비중이 높기 때문에 자원 요소에 대한 고려가 더욱 중요하다. 이에 본 논문에서는 자원을 세분화하여 설비와 작업자, 공간으로 구분한 정보 모델인 PPR3-S 모형을 고안하고 이를 조선소 생산 정보 모델이라 정의하였다.
즉, 본 연구에서 다루고 있는 시뮬레이션 기반 시스템은 생산관리 기준인 생산 계획(일정)을 가상의 조선소 설비와 공간 정보가 반영된 시뮬레이션 모델을 통해 최적의 의사결정을 지원하는 것을 목적으로 한다. 시뮬레이션 환경은 이산 사건 시뮬레이션 시스템(Discrete Event Simulation, DES)을 바탕으로 작업장 레벨의 생산 수량, 생산 용량, 물류 혼잡도, 병목 공정, 원부자재 소요 등을 파악할 수 있도록 설계하였다.
가설 설정
4. Concept of the simulation based manufacturing in the shipbuilding process.
제안 방법
하지만 일반적인 상용 시뮬레이션 소프트웨어들은 시뮬레이션 관련한 기능을 위주로만 개발되어 있기 때문에 외부 환경과의 통합이 어렵다는 단점을 갖고 있다. Caprace et al. (2011)에 따르면 조선소의 시뮬레이션 시스템 구현시 DELMIA D5나 Plant Simulation이 통합 측면에서 우수한 기능을 갖고 있다는 것을 확인할 수 있으며, 이에 본 논문에서는 구현 대상인 S사의 기존 시스템 호환성을 고려하여 DELMIA D5를 선정하고 이를 통한 시뮬레이션 시스템 설계와 예제 모델 구현을 수행하였다.
중일정 계획은 MPS 성격의 계획으로 실제 선박이나 해양구조물에 대한 상세한 월별 생산 일정을 포함하고 있다. MRP에 해당하는 조선소의 생산 계획은 소일정 계획이며, 여기서는 공정 및 주요 생산 자원을 기준으로 세부계획을 수립하며 세부 작업별 부하 분석을 수행한다.
도출된 결과는 시뮬레이션 시스템 형태로 구현되며, 본 논문에서는 이를 위한 기본 구조를 제안하고 가상의 모델 구현을 통해 이의 효용성을 확인하였다. 이러한 시뮬레이션 시스템의 기본 구조와 함수들은 실제 조선소 현업의 생산 계획 부서의 요구사항으로부터 도출한 타당성 평가 항목을 바탕으로 설계되었으며, 이를 통해 조선소 특성을 고려한 선표 계획 검증을 위한 시뮬레이션 시스템 기능 및 구조를 제안하였다.
대형 조선소의 시스템은 대부분 인터넷 환경에서 운용되고 있으며 사용자는 사내 인터넷 망을 이용하여 시스템에 접근하는 구조를 가지고 있다. 따라서 시뮬레이션 시스템은 기존 시스템과의 통합과 사용자 친숙성 등을 고려하여 RIA(Rich Internet Application)를 이용한 인터넷 기반의 사용자 인터페이스를 적용하여 설계 하였다.
이는 기존 제품, 공정, 자원 중심 모델(PPR)에 비해 조선소의 생산 특성을 반영하는데 보다 적합한 형태를 갖고 있다. 또한, 시뮬레이션 기술과 조선소 기간 시스템의 유연한 통합 및 적용을 위해 조선소의 ERP시스템과 APS시스템으로부터 입출력되는 데이터와 프로세스를 분석하여 선표 계획 검증에 필요한 기본적인 타당성 평가 항목을 분석 및 도출하였다.
본 논문에서 제안하는 선표 계획 검증 방안은 조선소의 기간 시스템과 시뮬레이션 시스템의 통합을 전제로 하고 있다. 일반적으로 대형 조선소에는 ERP 시스템은 주로 데이터의 생성 및 관리, 트랜잭션과 같은 관리 기능을 담당하며 APS 시스템은 ERP에서 관리되고 있는 데이터를 이용하여 계획을 수립하는 기능을 수행한다.
본 연구에서 적용한 시뮬레이션 엔진인 DELMIA D5의 경우 TCP/IP 소켓 방식을 통해 제어 및 정보 전달이 가능하며, 이를 기반으로 시스템의 개념 설계를 수행하였다. 시뮬레이션 시스템은 조선소 특성을 고려한 웹 기반 사용자 관리도구를 통해 구현되었으며 이는 현재 프로토타입 형태가 구현된 상황으로 기능 테스트가 가능하다(Lee et al.
즉, 본 연구에서 다루고 있는 시뮬레이션 기반 시스템은 생산관리 기준인 생산 계획(일정)을 가상의 조선소 설비와 공간 정보가 반영된 시뮬레이션 모델을 통해 최적의 의사결정을 지원하는 것을 목적으로 한다. 시뮬레이션 환경은 이산 사건 시뮬레이션 시스템(Discrete Event Simulation, DES)을 바탕으로 작업장 레벨의 생산 수량, 생산 용량, 물류 혼잡도, 병목 공정, 원부자재 소요 등을 파악할 수 있도록 설계하였다. 또한 널리 사용되고 있는 상용 시뮬레이션 소프트웨어를 이용하여 시뮬레이션 기술을 구현함으로써 보다 신뢰성 있는 결과를 도출하고자 하였다.
이러한 상용 시뮬레이션 소프트웨어들은 단순히 엔진 기능 이외에도 모델링 기능도 함께 포함하고 있지만, 본 연구에서는 조선소의 특성에 맞는 별도의 모델링 도구를 고려하였으며 상용 소프트웨어는 시뮬레이션 엔진의 역할로 한정 하여 적용하였다. 선표 계획 검증 프로세스에 있어서 시뮬레이션 시스템은 ERP 시스템과 APS 시스템 사이에 위치한 다고 볼 수 있으며, ERP 시스템의 실적 및 기준 정보는 시뮬레이션 통합기를 통해 사용자가 입력한 시뮬레이션 정보와 함께 DELMIA에 필요한 형태로 변환되어 전달된다.
도출된 결과는 시뮬레이션 시스템 형태로 구현되며, 본 논문에서는 이를 위한 기본 구조를 제안하고 가상의 모델 구현을 통해 이의 효용성을 확인하였다. 이러한 시뮬레이션 시스템의 기본 구조와 함수들은 실제 조선소 현업의 생산 계획 부서의 요구사항으로부터 도출한 타당성 평가 항목을 바탕으로 설계되었으며, 이를 통해 조선소 특성을 고려한 선표 계획 검증을 위한 시뮬레이션 시스템 기능 및 구조를 제안하였다. 특정한 시뮬레이션 기술이나 도구가 보편적으로 적용되어 있지 않은 현재 상황에서, 본 연구는 조선소의 생산 계획 검증 분야에 필요한 시뮬레이션 요소기술과 기존 시스템과의 호환성, 실제 활용방법 등을 고려한 적용 방안을 도출하였다는 점에 의의가 있다.
본 논문에서는 DES를 이용한 조선소 생산 계획 검증을 위한 가상 조선소 환경을 연구하였다. 이를 위해 조선소 생산 특성과 계획 시스템에 대한 상세한 분석을 수행하였으며, 선표 계획을 중심으로 이를 검증하기 위한 시뮬레이션 모델을 개발하고 웹 기반의 기존 조선소 생산관리 시스템과 쉽게 통합 가능한 형태의 시뮬레이션 기반 시스템 설계를 수행하였다.
시뮬레이션 기반 조선소 생산 기술의 성공적인 적용을 위해서는 이에 적합한 시스템의 개발이 필요하다. 이번 장에서는 앞서 연구한 시뮬레이션 기반 생산 계획 검증 방안을 바탕으로 시뮬레이션 기반 조선소 생산 계획 검증 시스템을 설계하였다. 시뮬레이션 시스템은 웹 애플리케이션을 매개체로 기존 조선소 시스템과 통합되는 형태를 갖고 있다(Fig.
대상 데이터
선표 계획 검증을 위한 시뮬레이션 모델링 과정은 데이터 모델링, 리소스 모델링, 로직 모델링으로 이루어진다. 시뮬레이션 모델에서 사용되는 데이터의 종류에는 조선소의 기간 시스템에 저장되어 있는 정보를 입력받는 데이터, 사용자 입력 데이터, 그리고 시뮬레이션 결과로 출력되는 데이터 등이 있다. 데이터 모델링 과정에서는 이러한 다양한 데이터의 규격을 결정한다.
시뮬레이션 시스템은 가상 조선소 모델, 이산 사건 시뮬레이션 엔진, 모델링 도구, 결과 분석 도구로 구성된다. 여기서 가상 조선소 모델은 실제 시스템의 조선소 공정과 설비가 모사된 시뮬레이션 모델을 의미하며, 시뮬레이션 엔진은 DEVS(Discrete Event System Specification) 형식론을 바탕으로 한 시뮬레이션 수행 장치로 정의할 수 있다.
이론/모형
본 논문에서는 조선소의 생산 계획 중 가장 초기 단계에 확정되고 가장 기본이 되는 선표 계획을 대상으로 계획을 수립할 때, 조선소의 생산 환경을 시뮬레이션하여 선표 계획을 평가 할 수 있는 방법을 제안하였다. 이를 위해 조선소의 생산 환경을 체계적으로 분석하기 위한 제품, 공정, 일정, 공간, 작업자, 설비의 6가지 정보를 포함한 PPR3-S 모델을 적용하였다. 이는 기존 제품, 공정, 자원 중심 모델(PPR)에 비해 조선소의 생산 특성을 반영하는데 보다 적합한 형태를 갖고 있다.
후속연구
하지만 모든 생산 계획을 대상으로 기술 적용이 되지 못하였다는 한계점을 보이고 있다. 따라서 향후 연구에서는 중일정, 실행 계획 등 생산 계획 전반에 대한 시뮬레이션 기술을 접목하여 본 논문의 연구 결과를 보다 일반화하여 적용 할 수 있는 방안을 도출 하여야 하며 실제 조선소 시스템과의 통합 및 테스트가 요구된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
조선소 생산관리 시스템의 목적은?
조선소 생산관리 시스템은 조선소의 설비, 공간, 일정 정보의 관리를 주목적으로 하고 있으며, 이는 복잡하고 광범 위한 생산 활동을 계획하고 통제하기 위한 지원도구 역할 을 수행한다. 현재까지 개발된 조선소 생산관리 시스템은 대부분 조선소에서 자체적으로 개발한 레거시 시스템 형태 로서 해당 조선소의 비전과 노하우를 반영하고 있다.
조선소의 생산성에 영향을 주는 요인은?
조선소의 생산성은 공정, 설비, 공간, 인력, 일정 요소에 의해 결정되며 이 중 설비, 공간, 일정 요소는 제한된 자원 으로서 생산성 향상을 위한 핵심 요소라 할 수 있다. 조선 산업은 현존하는 단일 생산품 중 가장 복잡하고 거대한 구조물인 선박과 해양플랜트를 생산하는 노동 집약 및 장치형 산업의 성격을 갖고 있다.
조선 산업에 지번수준 배치 알고리즘이 필요한 이유는?
조선 산업은 제한된 공간상에서 대규모의 제품을 만들기 때문에 최적 공간 배치에 대한 중요성이 매우 높고 공간을 최적으로 활용하는 방안에 대한 문제를 항상 가지고 있다 (Lee et al., 2013).
참고문헌 (16)
Alfeld, L. E., C. S. Pilliod, and J. R. Wilkins(1998), The virtual shipyard: a simulation model of the shipbuilding process, Journal of Ship Production, Vol. 14, No. 1 pp. 33-40.
Caprace, J. D., R. M. Freire, L. F. Assis and P. Rigo(2011), Discrete event production simulation in shipyard workshops, XXII COPINAVAL - Pan American Conference of Naval Engineering, Maritime Transportation & Ports Engineering, Buenos Aires, Argentina.
Krause, M., F. Roland, D. Steinhauer and M. Heinemann(2004), Discrete Event Simulation: an efficient tool to assist shipyard investment and production planning, Journal of Ship Production, Vol. 20, No. 3, pp. 176-182.
Lee, C. J., J. H. Lee, J. H. Woo, J. G. Shin and C. Ryu(2007), A Study on discrete event simulation of shipyard outdoor block movement, Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 44, No. 3, pp. 647-656.
Lee, C., C. S. Leem and I. Hwang(2011), PDM and ERP integration methodology using digital manufacturing to support global manufacturing, International Journal of Manufacturing Technology, Vol. 53, pp. 399-409.
Lee, D. K., Y. K. Jeong and J. G. Shin(2013), Study on a layout design method for leisure ship production factories using a heuristic location-allocation algorithm, Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 19, No. 3, pp. 277-284.
Lee, D. K., Y. Kim, I. H. Hwang, D. K. Oh and J. G. Shin(2014), Study on a process-centric modeling methodology for virtual manufacturing of ships and offshore structures in shipyards, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 71, pp. 621-633.
Lee, D. K., S. H. Nam and J. G. Shin(2012), A study of life cycle assessment in shipyards layout using a discrete event simulation engine, Journal of the Korea Society for Simulation, Vol. 21, No. 1, pp. 1-8.
Lee J. M.(2007), Integrated process and measurement framework for planning production of large shipyards, Thesis of Ph.D., Seoul National University.
Lee, K. K., J. G. Shin and C. Ryu(2009), Development of simulation-based production execution system in a shipyard: a case study for a panel block assembly shop, Production Planning & Control: The Management of Operations, Vol. 20, No. 8, pp. 750-768.
Shin, J. G., K. K. Lee, J. H. Woo, W. D. Kim, J. H. Lee, S. H. Kim, J. Y. Park and H. Yim(2004), A modeling and simulation of production process in subassembly lines at a shipyard, Journal of Ship Production, Vol. 20, No. 2, pp. 79-83.
Song, C. S. and Y. W. Kang(2009), Simulation of block logistics at a big shipyard, Transactions of the Society of CAD/CAM Engineers, Vol. 14, No. 6, pp.374-381.
Song, Y. J., D. K. Lee, S. W. Choe, J. H. Woo and J. G. Shin(2009), A simulation-based capacity analysis of a block-assembly process in ship production planning, Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 46. No. 1, pp. 78-86.
Woo, J. H., D. K. Oh, C. J. Lee, Y. R. Choi and J. G. Shin(2006), Simulation modeling methodology and simulation system architecture for shipbuilding processes, Transactions of the Society of CAD/CAM Engineers, Vol. 11, No. 1, pp. 11-19.
Woo, J. H., Y. J. Song, Y. W. Kang and J. G. Shin(2010), Development of the decision-making system for the ship block logistics based on the simulation, Journal of Ship Production and Design, Vol. 26, No. 4, pp. 290-300.
Wu, S. D. and R. A. Wysk(1989), An application of discrete-event simulation to on-line control and scheduling in flexible manufacturing, International Journal of Production Research, Vol. 27, No. 9, pp. 1603-1623.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.