[논문]효율적 설비관리를 위한 지능형 생산정보시스템 구축

심황용; 이동형

doi:10.11627/jkise.2014.37.3.16

효율적 설비관리를 위한 지능형 생산정보시스템 구축
Construction of Intelligent Production Information System for Efficient Plant Engineering 원문보기

Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering = 한국산업경영시스템학회지, v.37 no.3, 2014년, pp.16 - 23

심황용 (한밭대학교 산업경영공학과) , 이동형 (한밭대학교 산업경영공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Most of metal cutting and processing companies are going through the difficulties such as frequent downtime and high failure rates by missing times to replace parts of CNC equipment. The reason is that the correct operation times of expensive CNC equipment can't be calculated. In this paper, to solve this problem, we try to construct the intelligent production information system for a case company and analyze its expected effects. The effects are as follows. First, it saves money about 3 million won each year during the useful life of three years by reducing downtime and failure rates, and increasing production rates etc. Second, it makes easily find and fix the cause of faulty through traceability of the production process, and enables to perform a systematic facility management through the calculation of reliable equipment's overall efficiency. This case can be easily applied in similar industries, and will contribute greatly to enhancing the competitiveness of related industries.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

S사의 CNC선반 운영환경을 분석해본 결과, 생산지장을 최소화하면서 CNC선반의 가동시간 및 생산수량을 효율적으로 관리하기 위하여 다음과 같은 해결책이 고려되었다.
본 논문에서는 고가의 CNC설비를 사용하는 중소제조기업에 있어 지능형 생산정보시스템의 구축사례와 그 기대효과를 분석하였다. 사례기업과 유사한 업종에서 비교적 저렴한 비용으로 지능형 생산정보시스템을 구축한다면 제조설비 주요부품의 교체주기를 잘 관리하여 설비고장 및 불량발생이나 미흡한 생산실적관리 등의 문제를 해결할 수 있으며 경제적으로도 많은 큰 효과가 있는 것으로 나타났다.
이에 본 연구에서는 제조설비 주요부품의 교체주기를 잘 관리하여 적은 비용으로 설비 고장률 “0”달성 및 생산량 증대, 품질향상 등을 통해 영세중소기업의 경쟁력을 제고할 수 있는 중소제조기업에 알 맞는 지능형 생산 정보관리시스템을 구축하고 그 기대효과를 분석하고자 한다.

가설 설정

1) 동일 CNC선반에서의 생산제품이 다양하다. 여러 CNC선반에서 동일 제품을 생산하는 경우, 하나의 CNC선반에서 여러 종류의 제품을 생산하는 경우 등 CNC선반을 사용한 제조 패턴이 생산계획에 따라 다양하다.

제안 방법

단말기 설치에 따른 생산지장을 최소화하기 위해 설비 운영계획을 참조하여 설비가 비가동일 일정에 맞춰 나눠 설치하였다.
설비가동시간 원격 모니터링 및 관리를 위해 DB를 구축하고 UI 프로그램을 개발한다.
(2) Wireless DAQ 설치

설비가동시간, 생산수량을 CNC 컨트롤러에서 취득하기 위해 1단계 모든 대상 CNC 컨트롤러 접점에 릴레이 설치작업을 완료한 후 2단계로 Wireless DAQ를 설치하였다([Figure 7] 참조).
이로써 무선수신기에 Serial 통신이 아닌 Ethernet 기능을 추가함으로써 별도의 구성없이 Direct로 생산정보를 실시간 전송할 수 있는 기반을 구축하였다. 또한 무선수신기의 네트워크 자동 Researching 기능을 구현함으로써 신뢰성 있는 무인 운영체계 확립하였다(타 분야에도 적용할 수 있는 방식임).

성능/효과

1) CNC선반의 가동시간 및 생산수량을 작업자 입력 방식이 아닌 자동취득 및 전송방식으로 추진해야 한다.
1) CNC설비별 작업자에 의한 설비가동시간 및 생산 수량 입력방식을 지양하고 자동으로 설비가동시간 생산수량을 취득할 수 있는 방법을 찾는다.
2) 미세먼지와 기름산포에 따른 대책으로 내구성이 좋은 산업용 데이터취득 장치를 도입, 적용할 필요가 있다.
2) 상기 확정된 CNC설비에 대해서 선택된 적시에 교체해야 할 주요 부품을 신규부품으로 교체한다.
2) 현장 작업자의 평균 연령이 높아 PC와 같은 IT기기 사용능력이 많이 떨어지고 있다.
3) 상기 CNC설비로 생산을 시작하면서 실시간 가동 시간과 생산수량을 자동으로 입력 받아, CNC설비 제조사 또는 상기 부품제조사에서 추천한 교체주기에 상기 CNC설비에 신규 장착된 부품을 검사하여 교체해야 할 시점이 맞으면 CNC설비 제조사 또는 부품 제조사에서 추천한 교체주기를 실제 교체주기로 확정한다.
4) CNC선반에서 현재 생산중인 제품에 대한 정보도 관리해야 하므로 별도 바코드 스캔 입력기능이 있는 제품을 채택한다.
4) 만일 CNC설비 제조사 또는 부품 제조사에서 추천한 교체시점에 상기 부품 점검결과 상태가 양호하면 불량발생 빈도가 증가하는 시점 또는 지속적인 육안 검사를 통해 최적의 교체시점을 확인하여 상기 부품의 교체시점으로 확정한다.
4) 일정시간 사용 후 교체해야 하는 핵심부품의 교체주기를 정확히 알 수 없어 직관적으로 핵심부품의 교체 주기보다 약 20~30% 빠른 주기로 교체하거나 교체 주기를 놓쳐 설비운영비용이 크게 증대되고 있다.
본 논문에서는 고가의 CNC설비를 사용하는 중소제조기업에 있어 지능형 생산정보시스템의 구축사례와 그 기대효과를 분석하였다. 사례기업과 유사한 업종에서 비교적 저렴한 비용으로 지능형 생산정보시스템을 구축한다면 제조설비 주요부품의 교체주기를 잘 관리하여 설비고장 및 불량발생이나 미흡한 생산실적관리 등의 문제를 해결할 수 있으며 경제적으로도 많은 큰 효과가 있는 것으로 나타났다.
이와 같이 설비별 가동률 및 생산하는 제품의 모델별 가동률을 분석 및 관리할 수 있는 DB 구축으로 일별/월 별/년도별 생산공정 분석 및 관리가 가능할 수 있는 토대를 마련하였다. 또한 향후 간단한 UI 추가만으로 상기 DB의 활용도를 크게 높일 수 있는 장점이 있다.
3)분에 대한 연가 583,200원으로 연간 총 3,216,780원의 기대효과가 나타났다. 즉, 3년간의 내용연수기간 동안 매년 약 300만 원 정도의 정량적 효과를 거둔 것으로 나타났다. 이외에도 제품 모델별 생산공정의 추적관리를 통해 불량원인을 쉽게 찾아 해결할 수 있었으며 나아가 신뢰성 있는 설비종합효율의 산출로 체계적인 설비관리를 수행할 수 있는 토대를 마련했다는 무형의 효과도 거두었다.
지금까지 살펴본 고가의 CNC설비에 대한 지능형 생산정보시스템 구축은 신뢰성 있는 설비가동시간 및 중요 생산정보를 자동취득 및 관리함으로써 가동정지시간 감소, 생산율 증가, 불량률 감소 효과를 거둘 수 있었다. [Table 1]은 CNC5, 8호기를 대상으로 하여 내용연수가 3년인 연가를 계산, 투입대비 효과를 산출한 것이다.
투입금액은 60만 원(제품가격, 설치비, 유지비)에 대한 연가는 220,320원이 소요된 반면 가동정지시간 감소분(월 5.4시간)에 대한 연가 607,500원, 생산율 증가(월 7,035개×0.2)분에 대한 연가 2,026,080원, 불량률 감소(월 360개×0.3)분에 대한 연가 583,200원으로 연간 총 3,216,780원의 기대효과가 나타났다.

후속연구

5) CNC선반에서 현재 생산중인 제품에 대한 정보도 관리해야 하므로 별도 바코드 스캔입력기능이 있는 제품이 추가적으로 필요하다.
이번 지능형 생산정보시스템 구축사례는 유사업종에서도 손쉽게 적용할 수 있을 것으로 보이며 관련업종의 경쟁력 제고에 크게 기여할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	CNC 장비의 주기적인 점검은 무엇을 위해 필요한가?	다양한 재질의 금속을 절삭, 가공하는 CNC 장비의 특성상 주기적인 설비의 점검 및 소모부품의 정확한 교체 주기 엄수는 설비수명연장 및 유지 관리비용 절감과 생산제품의 품질향상에 매우 중요하다. 따라서 생산정보 자동취득 시스템 구축은 매우 필요하다.
	생산정보시스템에 관한 기존연구의 문제점은?	지금까지 생산정보시스템에 관한 기존연구들은 밸브산업, 페인트 산업, 자동차 도장공장, TFT-LCD 공장 등에서 적용해 왔으나 가공분야에 적용한 연구는 거의 전무한 실정이다[1, 2, 6, 7].
	Client Module에서 송신하는 무선데이터를 수신하여 원격서버로 전송하기 위해 해결한 사항은?	① 원격서버 간 Ethernet Interface 구현 ② Client Module간 무선송수신 Interface 구현(IEEE 802.15.4 Zigbee) ③ 무선 네트워크 영역 : 80m 이상 ④ 상호 무선간섭 해소 방안 구현

참고문헌 (8)

Jung, I.J. and Lee, Y.S., A Case of the Development of Standard Production Information System in TFTLCD Factory. Journal of Society of Korea Industrial and Systems Engineering, 2005, Vol. 28, No. 1, p 41-48.
Kim, B.H., Development of Production Control Information System for Valves Industry. Dept. of Industrial Engineering, Graduate School of Industrial Technology, Dong-Eui University, 2002.
Kim, N.R., An Empirical Study on Performance Evaluation of Production Information Systems for SMEs. Dept. of Management Information Systems, Graduate School of Dong-A University, 2008.
Kim, T.S. and Lee, J.H., A Study on Simultaneous Load Factor of Intelligent Electric Power Reduction in Korea. Journal of Society of Korea Industrial and Systems Engineering, 2012, Vol. 35, No. 1, p 24-31.

원문보기 상세보기
Lee, D.H., Plant Engineering. Ehwa Press, 2011.
Lim, Y.D., A study on the Production System for Car Body Paint Shop. Industrial Management Engineering, Graduate School of Industrial Technology, University of Ulsan, 2005.
Park, D.I., A Study for the Implementation of Manufacturing Execution System in the Paint Industry. Graduate School of Industrial Technology, University of Ulsan, 2007.
Park, J.G., A study on the Building and Practical of Production Information System for Medium and Small Businesses. The Graduate School of Business Administration, Chung-Ju National University, 2007.

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