[논문]생산현장 모니터링을 이용한 중소 제조기업용 비가동 시간 수집 및 분석

이재경; 이승우

doi:10.9723/jksiis.2014.19.4.065

생산현장 모니터링을 이용한 중소 제조기업용 비가동 시간 수집 및 분석
Downtime tracking for small-medium sized manufacturing company using shop floor monitoring 원문보기

한국산업정보학회논문지 = Journal of the Korea Industrial Information Systems Research, v.19 no.4, 2014년, pp.65 - 72

이재경 (한국기계연구원 기계시스템안전연구본부) , 이승우 (한국기계연구원 첨단생산장비연구본부)

초록
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제조기업의 생산성을 높이기 위해서는 생산현장에서 발생하는 다양한 손실에 대한 분석 및 개선이 필요하다. 본 논문에서는 비가동 손실 분석을 위하여 기존에 구축한 생산현장 정보 수집 시스템을 활용한 설비/공정의 비가동 시간 수집 및 분석에 대하여 소개한다. 비가동 시간, 원인을 수집하기 위하여 생산현장 모니터링 정보, 사용자 등록 비가동 이벤트, 설비 고장진단 알고리듬, 작업자 입력을 활용하였다. 또한 수집된 비가동 시간의 분석을 수행하기 위한 웹 기반의 사용자 인터페이스를 개발하였다. 부품가공기업의 시범 적용을 통하여 시스템의 유용성을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

To improve the productivity of manufacturing company, the analysis of loss in shop floor has to be conducted and validated. This paper introduces the downtime tracking module using the pre-developed shop floor information acquisition system. To collect the downtime, it utilized shop floor monitoring information, user-registered downtime event, equipment diagnosis algorithm and operator's input. Also, it provided the user interface for the analysis of downtime. From the results of a pilot study, the usability of developed system was validated.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 생산현장 모니터링을 이용한 비가동 시간의 수집과 분석 모듈을 소개하고 적용연구를 수행하였다. 개발 모듈은 비가동 시간에 대한 정확한 시점관리와 원인 분석 기능을 제공한다.
본 논문에서는 생산현장 모니터링을 통하여 설비 및 공정의 비가동 시간, 원인 등의 정보 수집을 수행하고 수집된 정보를 활용하여 생산공정 관점에서의 비가동 손실 분석을 수행할 수 있는 방안을 소개하고자 한다.
본 논문에서는 중소 제조기업 효율성 향상을 위해 생산현장에서 발생하는 비가동 원인 및 시점 정보의 효율적인 수집하고 분석하기 위한 방안을 소개하고자 한다.
생산현장 모니터링은 설비와 작업자로부터 발생하는 정보의 실시간 수집을 통하여 생산현장 정보의 무결성, 신뢰성 보장을 목적으로 한다. 생산현장 모니터링은 [Fig.
구축된 생산현장 정보 시스템을 이용하여 생산현장 정보의 수집 및 활용이 가능하였으나, 기업이 요구하는 설비, 공정의 이상활동 분석을 위한 기능이 요구되었다. 이러한 요구에 따라 제안한 비가동 시간 수집 및 분석 기능을 탑재하여 중소 제조기업에서 쉽게 활용 가능한 비가동 손실 분석을 제공하고자 한다.

제안 방법

데이터 흐름도의 각 프로세스를 중심으로 장소나 기기에 구애받지 않고 기업의 생산성 및 비가동 시간 분석이 가능하도록 웹 기반의 분석 모듈을 구현하였다. [Fig.
하나의 설비 상태진단 알고리즘을 모든 설비에 적용할 수 없으며, 생산현장의 HMI에 설비 특성화된 개별 알고리듬을 탑재한다. 본 연구에서는 제안된 방법의 효율성 확인을 위해 Fanuc의 Oi 시리즈 제어기를 탑재한 터닝머신의 분석을 통해 상태진단 알고리즘을 개발하여 적용하였다.
(1) 설비 상태정보 수집: 생산현장 정보 수집 시스템의 설비 인터페이스를 통해 실시간 설비 현황 정보를 수집한다. 설비 모니터링을 통해 수집되는 설비 정보 수집 시작시점, 모니터링 주기별 설비 현황 정보, 비상정지 시점, 작업자에 의한 가동 중지 시점, 설비 정보 수집 종료 시점 등의 각 시점 정보를 저장한다. 저장된 설비 상태정보 및 각 시점 정보를 활용하여 공정별 가동시간, 설비별 가동시간 등의 통계 데이터로 가공할 수 있다.
개발 모듈은 비가동 시간에 대한 정확한 시점관리와 원인 분석 기능을 제공한다. 설비 인터페이스에서 수집되는 설비 상태정보를 이용한 정지 이벤트 감지, 상태진단 알고리듬을 HMI에 탑재하였다. 공정 중에 발생하는 비가동 시점 및 사유는 작업자가 HMI에서 입력하여 관련정보를 데이터베이스에서 저장한다.
설비 상태정보는 설비의 PMC(Programmable Machine Controller)에서 나오는 디지털 출력접점 16개와 별도 장착한 아날로그 센서 2개(센서, 전류)로부터 수집한다. 수집된 디지털 출력 접점의 정보를 모니터링 하여 설비 정지 이벤트를 검출하기 위해 [Table 1]과 같은 정지 사유를 설정하였으며 해당 출력접점의 상태(on)를 감지해 비가동 시간을 검출한다. 설비 상태진단 알고리듬은 출력접점들과 아날로그 센서 값을 이용하여 비상정지, 공정 중 문 열림, 공구교환, 테일(tail)의 초과이동, 척(chuck) 고정불량, 각종 구동모터의 오버로드 등의 세부진단 기능을 제공한다.
비가동 시간 수집 모듈을 통해 수집된 관련 정보들은 분석 모듈을 통해 기업의 효율성 향상을 위한 비가동 시간 분석 및 원인 분석 데이터로 가공된다. 수집된 비가동 시간 관련정보를 이용한 생산현장의 손실 분석은 비가동 손실이 발생하는 공정을 중심으로 수행한다.
공정 중에 발생하는 비가동 시점 및 사유는 작업자가 HMI에서 입력하여 관련정보를 데이터베이스에서 저장한다. 수집된 실가동 시간, 비가동 시간, 사유에 대한 공정 중심의 분석 기능을 제공한다.
8] 과 같이 구성하였다. 실시간 설비 모니터링을 제공하는 HMI에 개발된 비가동 시간 수집 모듈을 실장하여 비가동 시간 관련정보를 수집하고, 생산현장 정보 수집 시스템 서버에 비가동 시간 분석 모듈을 실장하였다.
설비 상태진단 알고리듬은 출력접점들과 아날로그 센서 값을 이용하여 비상정지, 공정 중 문 열림, 공구교환, 테일(tail)의 초과이동, 척(chuck) 고정불량, 각종 구동모터의 오버로드 등의 세부진단 기능을 제공한다. 이를 이용하여 공정중지, 가공 중, 가공종료, 비상정지 등에 설비 비가동 사유 및 시작시간을 검출하였다.
제안한 비가동 시간 수집 및 분석 방안은 선행연구를 통해 구축된 생산현장 정보 수집 시스템이 제공하는 생산현장 모니터링 기능을 이용하여 관련정보를 수집한다. 본 장에서는 기존에 구축된 생산현장 정보 수집 시스템을 소개하고 제안한 비가동 시간 수집 및 분석 방안에 대하여 소개한다.
6]은 구현된 제품 단위의 분석용 사용자 인터페이스에 의한 비가동 시간 분석 절차이다. 제품별 월별 생산량 그래프를 중심으로 생산수량, 불량률을 표현하였다. 분석을 수행하고자 하는 제품을 선택하면 해당 제품의 공정 가동시간, 생산수량, 불량 수량을 확인하여 이상 활동이 예상되는 공정을 선택할 수 있다.

대상 데이터

대상 공정은 “roughness”로 기존 작업자가 수기로 작성하던 작업일지 기반의 관리방식에서는 어려웠던 공정 단위의 실 가동시간, 비가동 사유 분석 등이 가능하였다.
적용기업은 5축 가공기를 비롯한 약 20대의 공작기계를 보유하고 있으며 대상설비는 인장시편을 가공하는 CNC 선반으로 하였다. 대상설비는 [Fig. 7]과 같이 화천기공에서 생산된 CNC 선반(Cutex-160)으로 Fanuc사의 Oi-TC 제어기가 장착되어 있다.
설비 상태정보는 설비의 PMC(Programmable Machine Controller)에서 나오는 디지털 출력접점 16개와 별도 장착한 아날로그 센서 2개(센서, 전류)로부터 수집한다. 수집된 디지털 출력 접점의 정보를 모니터링 하여 설비 정지 이벤트를 검출하기 위해 [Table 1]과 같은 정지 사유를 설정하였으며 해당 출력접점의 상태(on)를 감지해 비가동 시간을 검출한다.
개발된 시스템을 가공시편 및 부품을 가공하는 소규모 기계부품 가공기업에 시범적용 하였다. 적용기업은 5축 가공기를 비롯한 약 20대의 공작기계를 보유하고 있으며 대상설비는 인장시편을 가공하는 CNC 선반으로 하였다. 대상설비는 [Fig.

성능/효과

생산현장 모니터링을 이용한 비가동 시간 수집 및 분석 모듈을 통해 수집되는 생산현장 데이터의 효율성 및 활용성이 증대되었다. 개선된 생산현장 정보 수집 시스템은 중소 제조기업이 가지고 있는 생산현장에서의 문제점 파악 및 생산성 향상에 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.

후속연구

생산현장 모니터링을 이용한 비가동 시간 수집 및 분석 모듈을 통해 수집되는 생산현장 데이터의 효율성 및 활용성이 증대되었다. 개선된 생산현장 정보 수집 시스템은 중소 제조기업이 가지고 있는 생산현장에서의 문제점 파악 및 생산성 향상에 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다. 추후에는 다양한 생산설비 지원을 위한 상태진단 알고리듬 개발과 함께 작업자 입력을 최소화 할 수 있는 인터페이스 개발을 수행하여 생산현장에서의 시스템 활용성을 높이고자 한다.
개선된 생산현장 정보 수집 시스템은 중소 제조기업이 가지고 있는 생산현장에서의 문제점 파악 및 생산성 향상에 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다. 추후에는 다양한 생산설비 지원을 위한 상태진단 알고리듬 개발과 함께 작업자 입력을 최소화 할 수 있는 인터페이스 개발을 수행하여 생산현장에서의 시스템 활용성을 높이고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	생산현장에서 발생하는 손실을 생산효율성 측면에서 분류하면 무엇이 있는가?	생산현장에서 발생하는 손실은 생산효율성 측면에서 비조업 손실, 비부하 손실, 비가동 손실로 분류할 수 있으며, 생산 효율성을 높이기 위해서는 이에 대한 분석과 대응조치가 필요하다.
	생산현장의 손실을 최소화 하는 것은 무엇과 같은가?	기업의 생산성 향상을 위해서는 제품 생산과정에서의 이상 활동, 즉 생산에 투입하지 못하는 작업이나 작업을 방해하는 요인에 발생하는 생산손실을 최소화하여야 한다. 생산현장의 손실을 최소화 하는 것은 생산에 투입 되는 설비, 공정의 가동시간을 최대화하는 것이다.
	본 논문에서 소개한, 생산현장 모니터링을 이용한 비가동 시간의 수집과 분석 모듈의 내용은 무엇인가?	본 논문에서는 생산현장 모니터링을 이용한 비가동 시간의 수집과 분석 모듈을 소개하고 적용연구를 수행하였다. 개발 모듈은 비가동 시간에 대한 정확한 시점관리와 원인 분석 기능을 제공한다. 설비 인터페이스에서 수집되는 설비 상태정보를 이용한 정지 이벤트 감지, 상태진단 알고리듬을 HMI에 탑재하였다. 공정 중에 발생하는 비가동 시점 및 사유는 작업자가 HMI에서 입력하여 관련정보를 데이터베이스에서 저장한다. 수집된 실가동 시간, 비가동 시간, 사유에 대한 공정 중심의 분석 기능을 제공한다.

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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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