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문제 정의
- 본 논문에서는 e-FEED 시스템을 통해 제조라인 설계업무를 수행하는 프로세스를 구축하였다. 일차적으로 생산기술연구소 공장최적화 그룹을 중심으로 이 업무프로세스가 적용되고 있으며, 추후 사업부에도 의무적으로 활용되도록 공감대를 형성하고 있다.
- 본 논문에서는 국내의 전자부품 회사를 대상으로 디지털 가상생산기술을 지속적으로 적용할 수 있는 e-FEED 시스템 기반의 제조라인 설계 프로세스 개발과 현업 적용을 통한 사례 및 그 효과에 대해 소개한다.
제안 방법
- 기존에는 사업부마다, 담당자마다 상이한 방법으로 CAPA 분석을 수행하였다. Excel을 기반으로 수리적 모형을 통해 비교적 단순하고 동적인 사항을 고려하지 않는 분석을 주로 수행하였다. 제조현장은 시간의 변동에 따른 불확실성으로 인해 수리적 모형을 이용한 정적인 분석은 정확도가 떨어지는 단점이 있다.
- 본 논문에서는 국내의 한 전자부품 회사를 대상으로 디지털 가상생산 기술 적용을 위한 시스템과, 신공장 설계, 제조라인 증설 및 기존 라인재설계 업무 프로세스를 정립하고 적용하였다. 기존 사람 중심의 프로세스에서 시스템 중심 프로세스로 혁신하였으며, 레이아웃 설계 기능, CAPA 분석 기능, 물류 P2P 분석 기능 및 DB / 라이브러리를 기반으로 통합적으로 동시에 공장을 설계할 수 있는 환경을 구축하였다.
- 기존에는 사업부마다, 담당자마다 상이한 방법으로 CAPA 분석을 수행하였다. Excel을 기반으로 수리적 모형을 통해 비교적 단순하고 동적인 사항을 고려하지 않는 분석을 주로 수행하였다.
- 물류(P2P) 분석은 CAPA 분석과 마찬가지로 비정형화된 업무 프로세스에 의해 수행되었다. 담당 엔지니어의 경험의 차이에 따라 분석 기간도 많은 차이를 보였으며, 정형화된 로직에 의한 평가가 아닌 경험에 의한 판단으로 과제를 수행하였다. 상용 물류분석 소프트웨어를 활용하기도 하였으나, 데이터 수집, 프로그래밍 등에 상대적으로 시간이 소요되는 단점이 있었다.
- 시스템을 통한 라인설계 업무 프로세스를 구축함으로써, 라인설계 컨트롤 타워를 통해 종합적인 의사결정과 데이터 공유가 가능해졌다. 또한 사업부와 편리하게 협업할 수 있는 프로세스를 구축하였으며, 라인설계 전문가들이 잦은 출장 대신 많은 과제에 참여할 수 있는 환경을 구성하였다. 또한, 라인설계 학습회 등을 통하여 직원들의 라인설계 능력을 상향 평준화할 수 있는 계기를 마련하였다.
- 확정된 공정을 기반으로 레이아웃 배치를 진행하고, 라인을 설계하며 목표 CAPA, 제조 L/T, 적정설비대수 도출을 통해 생산성을 분석한다. 반송, 운반, 용기, 보관 작업에 대한 설계도 진행되며, Fig. 5와 같이 제조 물류에 대한 분석을 통해 설계 검증을 수행한다. 최종적으로는 공법, 공정 모두 결정된 상황에서 제조의 전체적인 발란스를 맞추는데 집중한다.
- 본 논문에서는 국내의 한 전자부품 회사를 대상으로 디지털 가상생산 기술 적용을 위한 시스템과, 신공장 설계, 제조라인 증설 및 기존 라인재설계 업무 프로세스를 정립하고 적용하였다. 기존 사람 중심의 프로세스에서 시스템 중심 프로세스로 혁신하였으며, 레이아웃 설계 기능, CAPA 분석 기능, 물류 P2P 분석 기능 및 DB / 라이브러리를 기반으로 통합적으로 동시에 공장을 설계할 수 있는 환경을 구축하였다.
- 설계자는 PPT의 도형 그리기처럼 박스형태로 설비와 유틸리티, 통로, 기둥을 배치할 수 있다. 설비 박스들을 그룹화하여 공정을 만들고 공정들을 그룹화하여 라인을 구축한다. 기존적으로 각 객체들 간의 간섭을 체크해 주는 기능이 있으므로, 1차적인 검증은 수행할 수 있다.
- 상세설계 단계에서는 공정 공법이 결정되고, 설비의 사양도 결정된다. 설비 외주 제작 시 시방서에 기술된 대로 3D 외관 설계된 설비들을 입수하여, 박스 형태로 표현된 설비들을 대체하게 된다. DB/라이브러리에 일괄 등록하면 Fig.
- 앞서 기술한 바와 같이 기존 라인 설계 방법은 사람 중심의 프로세스였다. 신공장 설계나 증설라인 설계 시 관련 전문가들로 TFT를 구성하고, 표준 프로세스에 의해서 업무를 진행하였다. 하지만, 표준 프로세스 가이드를 따르기 위한 노력에도 불구하고, 각 단계마다 업무 시 활용되는 시스템들이 각각 다르고, 데이터 교환에도 많은 시간과 노력이 필요한 것이 현실이다.
- 기존 라인설계에서 가장 문제로 지적된 사항은 협업이다. 신공장 설계는 통상 여러 팀의 전문가들을 선정하여 전담 TFT(Task Force Team)를 구축하여 진행한다. PL(Project Leader) 이하 레이아웃 설계 담당자들, 공정/공법분석 담당자들, CAPA 분석 담당자들, 물류(P2P) 분석 담당자, 모듈 설계자들 등 다양한 업무 담당자들과 이해관계자들이 실무에 참여하게 되며, 이로 인하여 서로 간의 커뮤니케이션 문제들이 수시로 발생하게 된다.
- 정형화된 Excel 양식 입력을 통해 설계된 레이아웃에서의 CAPA 분석, 물류 P2P 분석도 자동으로 수행된다. CAPA Input 데이터로는 코드, 기종, 설비 등 공정 정보, L/T(lead time), 투입, 완성 등 시간 정보, 코드, C/T(cycle time), 위치 등 설비 정보, 기종, 투입계획, LOT 정보 등 생산정보, 고장, 기종변경 등의 유실정보, 시간, 우선작업등의 작업정보가 입력된다.
- 5와 같이 제조 물류에 대한 분석을 통해 설계 검증을 수행한다. 최종적으로는 공법, 공정 모두 결정된 상황에서 제조의 전체적인 발란스를 맞추는데 집중한다. 상세설계 단계에서는 기본설계 단계보다 정확성 측면에 가중치를 주어 업무를 수행한다.
- 이 단계에서는 제작된 설비를 실 공장에 배치하고, 확정된 레이아웃, 제조물류 및 제조모듈(반송, 운반, 용기, 보관, 작업)에 대한 검증을 수행한다. 현실과 시뮬레이션의 비교를 통해 e-FEED의 정확도를 높이는 작업과 지식을 DB/라이브러리화하여 시스템에 반영하는 작업을 병행하여 진행한다.
- 확정된 공정을 기반으로 레이아웃 배치를 진행하고, 라인을 설계하며 목표 CAPA, 제조 L/T, 적정설비대수 도출을 통해 생산성을 분석한다. 반송, 운반, 용기, 보관 작업에 대한 설계도 진행되며, Fig.
대상 데이터
- 대상 회사는 2013년 10월 현재까지 신공장 설계 1건, 증설라인 설계 2건에 대해 본 논문에서 제시된 라인 설계, 분석 및 최적화 프로세스와 시스템을 부분 적용(레이아웃설계 및 물류 P2P 분석) 완료하였으며, 현재 진행 중인 V 프로젝트에는 신공장 건설 기획 단계에서부터 적용을 진행하고 있다. 통상 증설라인 같은 경우 하나의 제품에 대한 제조라인이 구축되는 경우가 많고, 한 사업부와 협업을 진행하는 것이라 비교적 어렵지 않게 업무프로세스를 적용할 수 있다.
- 2는 e-FEED 시스템의 레이아웃 설계의 방법에 대한 모습을 보여준다. 설계자는 PPT의 도형 그리기처럼 박스형태로 설비와 유틸리티, 통로, 기둥을 배치할 수 있다. 설비 박스들을 그룹화하여 공정을 만들고 공정들을 그룹화하여 라인을 구축한다.
이론/모형
- 기존 레이아웃 설계는 AutoCAD를 이용하여 2D 기반 레이아웃 설계를 하였다. 담당자들은 AutoCAD 전문가이므로 작업에는 큰 문제가 없었으나, 2D로 작성된 도면을 기반으로 관계자들과 협업 할 때는 어려움이 많았다.
성능/효과
- 경험의 차이, 용어의 차이로 인한 소통 부재가 신속한 작업을 방해하는 요소가 된다. 동일한 프로젝트 팀이 세 곳의 공장 설계 프로젝트에 연속적으로 참여하여 시뮬레이션을 수행함으로써 의사소통의 원활해지고, 업무 수행 기간을 단축되는 효과는 있었다. 하지만 시뮬레이션 모델 생성, 데이터 수집 등 단순 작업의 반복, 생성된 모델의 낮은 재사용성, 의사결정의 과정과 지식이 공유되고 재활용되기 어려운 점은 여전히 해결해야 할 문제로 남았다.
- 둘째, 서로의 업무에 대한 이해도가 향상되며, 신입직원도 라인설계 업무를 직접 수행하며, 프로젝트에 적극 참여하여 학습 효과를 높일 수 있다. 현재도 TFT 구성을 하면 가장 경험이 많은 시니어 엔지니어가 그 프로젝트를 이끌어간다.
- 일차적으로 생산기술연구소 공장최적화 그룹을 중심으로 이 업무프로세스가 적용되고 있으며, 추후 사업부에도 의무적으로 활용되도록 공감대를 형성하고 있다. 시스템을 통한 라인설계 업무 프로세스를 구축함으로써, 라인설계 컨트롤 타워를 통해 종합적인 의사결정과 데이터 공유가 가능해졌다. 또한 사업부와 편리하게 협업할 수 있는 프로세스를 구축하였으며, 라인설계 전문가들이 잦은 출장 대신 많은 과제에 참여할 수 있는 환경을 구성하였다.
- 첫째, 업무의 효율성이 증가한다. 기존에는 각자의 업무들을 수행한 후 통합하는데 어려움이 있었다.
후속연구
- 향후 제품 생산의 전체 업무와 관련하여 발생할 수 있는 문제들을 가상의 환경에서 실제의 현장과 연동하여 예측하고, 해결(개선)하여, 관리(통제)하는 시스템인Intelligent Factory로 발전시켜 나갈 것이며, e-FEED 시스템의 내부 스키마인 SISA(Samsung electro-mechanics Interoperability schema for Simulation Automation)를 대상 회사와 관계사의 제조라인 설계 표준이 될 수 있도록 개발해 나갈 것이다. 또한, 무엇보다도 e-FEED 시스템이 라인설계 파트의 담당자와 제조라인설계 담당자뿐만 아니라 모든 사업부의 관련 엔지니어들이 활용할 수 있는 쉽고 편리한 시스템으로 발전시켜 나갈 것이다.
- 현재 V 프로젝트는 라인기획과 라인기본설계 단계가 병렬적으로 진행되고 있다. 라인기획이 최종 확정되지 않았기 때문에 (향후 5년간 증설도 고려해야 함), 기본 설계 시 다양한 이슈들이 반영되어 공장에 대한 전반적인 설계들을 수시로 변경해가면서 그 타당성을 검증하여야 한다. 또한, 라인 기획의 의사결정에 도움이 될 수 있도록 신속하게 피드백 되어야 한다.
- 현재 공정 설계 부분에 대한 표준 프로세스 구축 및 시스템화는 개발하지 못하였다. 향후 공정 설계, 작업자 분석도 디지털 환경에서 가상으로 수행할 수 있도록 표준 프로세스를 통해 시스템화할 것이며, 현재 Excel 양식으로 입력되는 제조 정보들도 MES, ERP, PLM, SCM 등과 연동하여 실시간 분석이 가능하도록 할 것이다.
- 향후 제품 생산의 전체 업무와 관련하여 발생할 수 있는 문제들을 가상의 환경에서 실제의 현장과 연동하여 예측하고, 해결(개선)하여, 관리(통제)하는 시스템인Intelligent Factory로 발전시켜 나갈 것이며, e-FEED 시스템의 내부 스키마인 SISA(Samsung electro-mechanics Interoperability schema for Simulation Automation)를 대상 회사와 관계사의 제조라인 설계 표준이 될 수 있도록 개발해 나갈 것이다. 또한, 무엇보다도 e-FEED 시스템이 라인설계 파트의 담당자와 제조라인설계 담당자뿐만 아니라 모든 사업부의 관련 엔지니어들이 활용할 수 있는 쉽고 편리한 시스템으로 발전시켜 나갈 것이다.
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