자동차 조립산업에서는 다양한 제품의 요구사항에 신속히 대응하기 위해 혼합형 모델 조립생산 방식이 널리 활용되어 왔다. 그러나 이 모델은 부품의 혼돈을 유발할 수 있는데, 혼합형 모델 조립라인에서 부품이 물리적으로 뒤바뀔 때 발생하는 조립오류의 원인이 될 수 있다. 최근 RFID와 ZigBee 무선센서네트워크와 같은 새로운 기술을 조립공정에 적용함으로써 이와 같은 생산 시스템에서 IT인프라를 통한 실시간 정보를 활용할 수 있게 되었다. 본 논문은 혼합형 모델 조립라인에서 조립공정을 위한 RFID와 ZigBee 무선센서네트워크 활용을 제안한다. 먼저, 조립공정에서 정확한 부품을 선택하기 위해, 조립라인 상의 각 칵핏모듈에 RFID 태그를 부착하고, 이러한 태그를 RFID 리더기를 사용하여 스캔한 뒤 차량의 정보를 인식하고, 칵핏모듈의 각 부품은 바코드를 부착하여 바코드 리더기를 사용하여 스캔하여, 해당 부품이 조립될 차량의 칵핏모듈의 정확한 부품임을 확인한다. 다음으로 본 논문은 자동차 회사로부터의 다양한 주문과 신차 모델에 따른 조립라인에서의 공정의 변화와 재구성에 따라 발생하는 RFID 장치들과 IT서버 시스템 사이의 유선통신용 케이블 포설과 불편함을 제거함으로써 조립오류와 비용을 줄일 수 있는 가변구조 혼합형 모델 칵핏모듈 조립생산방식을 위해 ZigBee 무선센서네트워크 기반의 응용을 제안한다. 마지막으로 제안한 방식을 적용한 수년간의 운영 결과를 제시한다.
자동차 조립산업에서는 다양한 제품의 요구사항에 신속히 대응하기 위해 혼합형 모델 조립생산 방식이 널리 활용되어 왔다. 그러나 이 모델은 부품의 혼돈을 유발할 수 있는데, 혼합형 모델 조립라인에서 부품이 물리적으로 뒤바뀔 때 발생하는 조립오류의 원인이 될 수 있다. 최근 RFID와 ZigBee 무선센서네트워크와 같은 새로운 기술을 조립공정에 적용함으로써 이와 같은 생산 시스템에서 IT 인프라를 통한 실시간 정보를 활용할 수 있게 되었다. 본 논문은 혼합형 모델 조립라인에서 조립공정을 위한 RFID와 ZigBee 무선센서네트워크 활용을 제안한다. 먼저, 조립공정에서 정확한 부품을 선택하기 위해, 조립라인 상의 각 칵핏모듈에 RFID 태그를 부착하고, 이러한 태그를 RFID 리더기를 사용하여 스캔한 뒤 차량의 정보를 인식하고, 칵핏모듈의 각 부품은 바코드를 부착하여 바코드 리더기를 사용하여 스캔하여, 해당 부품이 조립될 차량의 칵핏모듈의 정확한 부품임을 확인한다. 다음으로 본 논문은 자동차 회사로부터의 다양한 주문과 신차 모델에 따른 조립라인에서의 공정의 변화와 재구성에 따라 발생하는 RFID 장치들과 IT서버 시스템 사이의 유선통신용 케이블 포설과 불편함을 제거함으로써 조립오류와 비용을 줄일 수 있는 가변구조 혼합형 모델 칵핏모듈 조립생산방식을 위해 ZigBee 무선센서네트워크 기반의 응용을 제안한다. 마지막으로 제안한 방식을 적용한 수년간의 운영 결과를 제시한다.
Mixed-model assembly line has been widely used in automotive assembly industry to quickly respond the diverse product demands. But, this model can lead to part confusion, which is a source for assembly errors when parts are physically interchangeable in a mixed-model assembly line. With the recent a...
Mixed-model assembly line has been widely used in automotive assembly industry to quickly respond the diverse product demands. But, this model can lead to part confusion, which is a source for assembly errors when parts are physically interchangeable in a mixed-model assembly line. With the recent application of new technologies such as radio frequency identification (RFID) and ZigBee wireless sensor network (WSN) to the assembly process, real-time information has become available in this manufacturing systems through IT infrastructures. At first, this paper presents an RFID application for assembly processes, specifically, for a mixed-model assembly line. Thus, to ensure that parts be picked accurately, each cockpit module on the assembly line is attached with a RFID tag and the tag is scanned using a RFID reader and recognizes the vehicle, and each part of the cockpit module is attached with a barcode and the barcode is scanned by a barcode reader and each part is identified correctly for the vehicle. Second, this paper presents a ZigBee wireless sensor network (WSN) protocol-based application for a reconfigurable mixed-model assembly line of cockpit module to reduce the assembly errors and the cost of the change/reconfiguration on the assembly lines due to the various orders and new models from the motor company, avoiding the wiring efforts and inconvenience by wiring between the several RFID devices and the IT server system. Finally, we presents the operation results for several years using this RFID/ZigBee wireless sensor network (WSN) protocol-based cockpit module assembly line.
Mixed-model assembly line has been widely used in automotive assembly industry to quickly respond the diverse product demands. But, this model can lead to part confusion, which is a source for assembly errors when parts are physically interchangeable in a mixed-model assembly line. With the recent application of new technologies such as radio frequency identification (RFID) and ZigBee wireless sensor network (WSN) to the assembly process, real-time information has become available in this manufacturing systems through IT infrastructures. At first, this paper presents an RFID application for assembly processes, specifically, for a mixed-model assembly line. Thus, to ensure that parts be picked accurately, each cockpit module on the assembly line is attached with a RFID tag and the tag is scanned using a RFID reader and recognizes the vehicle, and each part of the cockpit module is attached with a barcode and the barcode is scanned by a barcode reader and each part is identified correctly for the vehicle. Second, this paper presents a ZigBee wireless sensor network (WSN) protocol-based application for a reconfigurable mixed-model assembly line of cockpit module to reduce the assembly errors and the cost of the change/reconfiguration on the assembly lines due to the various orders and new models from the motor company, avoiding the wiring efforts and inconvenience by wiring between the several RFID devices and the IT server system. Finally, we presents the operation results for several years using this RFID/ZigBee wireless sensor network (WSN) protocol-based cockpit module assembly line.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 논문에서는 자동차산업에서의 고객의 다양한 요구에 따른 다양한 모델의 제품을 생산하는 혼합형 모델 조립생산에서 다양한 차종생산에 따른 비용절감과 오류방지를 위하여 RFID와 ZigBee 무선센서네트워크 기술을 활용한 유연하고 가변구조형의 생산시스템을 구현하는 것을 목표로 하고 있다. 울산에 소재한 완성자동차 협력 업체인 D사의 혼합형 모델 칵핏모듈 조립생산에서 오류 방지를 위한 RFID 기반 시스템에 ZigBee 무선센서네트워크 기술을 접목한 가변구조 혼합형 모델 칵핏모듈 조립생산시스템을 개발하여, 작업 중인 실시간 작업공정을 파악함은 물론, 신차 출시 시 발생하는 공정의 변경 및 이동에 따른 생산라인의 재구성과 케이블 포설 및 이동에서 예상되는 부품의 누락, 이종부품의 설치, 그리고 지연과 같은 품질의 문제점을 해결하여 제품의 생산성 및 품질향상, 비용절감을 추구하고자 하였다.
본 논문에서는 자동차산업에서의 고객의 다양한 요구에 따른 다양한 모델의 제품을 생산하는 혼합형 모델 조립생산에서 다양한 차종생산에 따른 비용절감과 오류방지를 위하여 RFID와 ZigBee 무선센서네트워크 기술을 활용한 유연하고 가변구조형의 생산시스템을 구현하는 것을 목표로 하고 있다. 울산에 소재한 완성자동차 협력 업체인 D사의 혼합형 모델 칵핏모듈 조립생산에서 오류 방지를 위한 RFID 기반 시스템에 ZigBee 무선센서네트워크 기술을 접목한 가변구조 혼합형 모델 칵핏모듈 조립생산시스템을 개발하여, 작업 중인 실시간 작업공정을 파악함은 물론, 신차 출시 시 발생하는 공정의 변경 및 이동에 따른 생산라인의 재구성과 케이블 포설 및 이동에서 예상되는 부품의 누락, 이종부품의 설치, 그리고 지연과 같은 품질의 문제점을 해결하여 제품의 생산성 및 품질향상, 비용절감을 추구하고자 하였다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, RFID 기반 혼합형 모델 칵핏모듈 조립생산시스템에 ZigBee 무선센서네트워크 기술을 적용한 ZigBee 무선센서네트워크 기반 가변구조 혼합형 모델 칵핏모듈 조립생산시스템을 설계, 구축하여 생산 공정의 신규생성 및 변경에 유연성 있게 대처하여 생산성과 품질을 높이고자 하였다.
예를 들어, A차종 칵핏모듈에 조립되어야 할 A부품이 아닌 그와 유사한 다른 부품을 작업자의 착오나 실수로 조립하고자 할 경우에는 대상 부품 여부를 확인하여 주는 것이다. 이는 공용기를 통해 조립라인으로 입고되는 다양한 차종의 칵핏모듈을 조립하는 작업자들의 혼선이 많이 발생할 수 있기 때문에 이를 효과적으로 방지하고자 함이다.
제안 방법
GM은 RFID 기술을 사용하여 조립라인에서 부품을 식별하고 정렬하며, 완성차를 추적한다. 엔진, 샤시, 차체, 의자와 기타 조립품들에 대해 태그를 부착하여 신속하게 조립공정의 진행을 기록하고, 잠재적인 품질보증문제들을 추적한다.
1의 10)은 자동차의 운전석과 조수석을 구성하는데, 엔진룸 부위와 차량 실내 부위를 구분하는 인스트루먼트 패널에는 운전에 필요한 차량의 정보를 운전자가 인식할 수 있는 각종 계기판이 설치되어 차실내의 쾌적한 환경을 위한 난방과 환기 및 공조시스템들이 장착되어진다. 칵핏모듈은 인스트루먼트 패널과 이에 장착되는 여러 장치들의 조립을 위해 우선적으로 카울바와 다양한 형상의 브라켓들과 패널들을 미리 결합하게 되고, 이를 위해 카울바가 장착될 수 있는 공용기(Fig. 1의 11)를 이용해 고정된 상태에서 작업자가 장착할 여러 부품들을 조립하도록 한다. 공용기에 장착된 칵핏모듈은 컨베이어(Fig.
따라서 이러한 문제점들, 모듈관리 및 이종방지를 처리하기 위해 RFID 기반 혼합형 모델 칵핏모듈 조립생산시스템을 도입하게 되었는데, 우선 차량의 칵핏모듈을 식별하기 위해 RFID 태그를 공용기(Fig. 1의 11)에 설치하고, 설치된 RFID 태그로부터 RFID 신호를 수신하기 위한 RFID 수신부는 컨베이어의 적정 위치에 설치하여, 칵핏모듈의 입고, 조립, 검사 및 출고의 생산 공정 전 과정에서 RFID 신호를 수신하여 칵핏모듈의 해당 차량식별정보(8자리 숫자로 이뤄진 일련 번호)를 확인해 가면서 조립생산 공정을 수행한다. 즉, 완성자동차로부터 받은 작업지시서의 사양과 조립부품의 사양이 일치하는지 확인하기 위하여, 부품 랙으로부터 각 칵핏모듈에 장착될 부품들의 바코드와 칵핏모듈의 RFID 태그 정보를 사용하여 각 공정에서 오류검사를 하는데, 이때 오류가 발생되면 경광등으로 오류발생을 작업자에게 알리는 등 조립부품을 정확하게 조립하기 위한 칵핏모듈 생산제어 장치 및 그 방법을 제공한다[7, 14].
우선, ZigBee 장비(Table 1) 테스트를 위하여 D사의 하나의 칵핏모듈 조립공정에서, ID Information System사의 ZigBee 코디네이터 ZC100에서 주기적으로 패킷을 송신하고, 센서노드인 ZD110에 수신된 패킷의 RSSI(Received Signal Strength Indication: 수신신호세기) 값과 SEQ(Sequence: 패킷순서)를 로그로 저장하고, 저장된 로그의 RSSI 값과 SEQ를 분석하여 수신감도와 패킷 누락 현황을 체크하였다.
ZigBee 무선센서네트워크를 이용한 가변구조 혼합형 모델 칵핏모듈 생산시스템은 우선, 칵핏모듈 조립을 위한 다양한 부품에 부착된 바코드를 통해 부품정보를 판독하는 바코드리더기(Fig. 3의 100), 바코드리더기를 통해 판독된 부품정보나 RFID 태그로부터 읽어 들인 차량의 칵핏모듈 정보를 제공받아 ZigBee 무선센서네트워크를 통해 무선 송신하거나 부품정보를 수신받는 ZigBee 무선디바이스(Fig. 3의 110), ZigBee 무선디바이스로부터 부품정보를 무선으로 수신받거나 송신하는 ZigBee 코디네이터(Fig. 3의 200), ZigBee 코디네이터를 통해 수신된 부품정보를 판별하고 해당 부품정보를 저장하는 부품정보서버(Fig. 3의 210), 칵핏모듈 조립을 위한 다양한 부품별 정보를 저장하고, 부품정보서버로 부품정보를 제공해 주는 부품정보관리서버(Fig. 3의 220), ZigBee 코디네이터를 통해 수신받은 부품정보를 부품정보관리 서버에서 조립대상 부품 여부를 확인하고 그에 따른 신호를 ZigBee 무선디바이스로 다시 송신하면, 작업자에게 바코드 리더기를 통해 판독한 부품이 조립 대상 부품인지 여부를 확인하기 위해 부품정보를 출력하는 모니터(Fig. 3의 121)와 조립대상이 아닌 부품의 경우 경고음을 출력하는 스피커(Fig. 3의 122)를 포함하여 구성된다[16-18].
성능/효과
테스트 결과 수신된 패킷의 평균 RSSI 값은 -73 dBm으로 IEEE 802.15.4 표준 스펙에 제시되어 있는 -85 dBm 이상이고, 패킷 누락도 없는 것으로 보여 ZigBee 테스트 장비의 현장적용에 무리가 없을 것으로 판단된다.
한편, 본 시스템에서 적용한 ZigBee 장비의 무선주파수대역(RF Frequency Range)은 기본적으로 2.4GHz를 사용하고 있어서, 800MHz-1,000MHz의 2G, 2.1GHz의 3G, 1.8GHz의 LTE와 같은 휴대폰이나 900MHz의 무선전화기와는 혼선이 발생할 가능성이 없음을 확인하였다.
Table 3에서 보는 바와 같이, 바코드시스템과 RFID 시스템을 비교할 경우(2007년-2008년), 이종오류는 바코드시스템만 적용했던 2005-2006년과 별 차이가 없고, 누락오류는 현저히 감소했음을 확인할 수 있다. 바코드시스템과 RFID 시스템에 ZigBee 무선센서네트워크시스템을 추가한 2009년을 기점으로 살펴보면, 이종오류와 누락오류 모두 서서히 감소하고 있음을 확인할 수 있다.
Table 3에서 보는 바와 같이, 바코드시스템과 RFID 시스템을 비교할 경우(2007년-2008년), 이종오류는 바코드시스템만 적용했던 2005-2006년과 별 차이가 없고, 누락오류는 현저히 감소했음을 확인할 수 있다. 바코드시스템과 RFID 시스템에 ZigBee 무선센서네트워크시스템을 추가한 2009년을 기점으로 살펴보면, 이종오류와 누락오류 모두 서서히 감소하고 있음을 확인할 수 있다. 다시 말해 전체적인 오류발생현황은 RFID 시스템을 구축, 적용한 2007년부터 현저한 감소세를 확인할 수 있다.
본 논문의 RFID 기반 칵핏모듈 조립생산시스템에 ZigBee 무선센서네트워크를 이용하여 가변구조형 생산시스템을 구축함에 따라 무선환경을 통한 시스템 구축이 매우 용이하고 ZigBee 무선센서네트워크의 장점을 활용할 수 있으며, 생산라인의 혼합형 모델생산에 따른 다품종 생산설비의 변경에 쉽게 대응하여 공장설비 이동으로 인한 공사비의 절감을 가능하게 함은 물론, 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 또한 칵핏모듈 생산라인 즉, 입고, 조립, 검사 및 출고의 전 과정을 생산일정대로 진행할 수 있도록 제어가 가능하고, 바코드와 RFID를 이용하여 조립부품을 정확하게 조립하여 불량률 감소와 고품질의 생산시스템을 구축할 수 있으며, 불량 제품의 원인 분석뿐만 아니라 칵핏모듈 생산시스템의 공정개선에도 유용하게 활용될 것이다.
후속연구
본 논문의 RFID 기반 칵핏모듈 조립생산시스템에 ZigBee 무선센서네트워크를 이용하여 가변구조형 생산시스템을 구축함에 따라 무선환경을 통한 시스템 구축이 매우 용이하고 ZigBee 무선센서네트워크의 장점을 활용할 수 있으며, 생산라인의 혼합형 모델생산에 따른 다품종 생산설비의 변경에 쉽게 대응하여 공장설비 이동으로 인한 공사비의 절감을 가능하게 함은 물론, 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 또한 칵핏모듈 생산라인 즉, 입고, 조립, 검사 및 출고의 전 과정을 생산일정대로 진행할 수 있도록 제어가 가능하고, 바코드와 RFID를 이용하여 조립부품을 정확하게 조립하여 불량률 감소와 고품질의 생산시스템을 구축할 수 있으며, 불량 제품의 원인 분석뿐만 아니라 칵핏모듈 생산시스템의 공정개선에도 유용하게 활용될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
혼합형 모델 조립생산방식은 어떤 환경에서 선호하는 방식인가?
혼합형 모델 조립생산방식은 단일 조립라인에서 유사한 여러 제품들을 생산하는 수많은 생산환경에서 선호하고 있는 방식이다. 이러한 조립방식의 장점은 투자비용 절감과 고객의 요구에 따른 생산에서의 변동을 줄임은 물론, 소량 다품종 생산능력을 제공한다[3-5].
혼합형 모델 조립생산방식의 장점은 무엇인가?
혼합형 모델 조립생산방식은 단일 조립라인에서 유사한 여러 제품들을 생산하는 수많은 생산환경에서 선호하고 있는 방식이다. 이러한 조립방식의 장점은 투자비용 절감과 고객의 요구에 따른 생산에서의 변동을 줄임은 물론, 소량 다품종 생산능력을 제공한다[3-5].
수동의 혼합형 모델 조립생산방식에서 나타나는 오류는 어떻게 구분될 수 있는가?
수동의 혼합형 모델 조립생산방식에서 작업자의 오류는 조립오류의 근본적인 원인이며, 의도적인 오류이거나 의도하지 않은 오류일 수 있다. 의도적인 오류는 작업자가 자신의 작업방식이 더 좋고, 빠르며, 안전하다고 믿고 표준사양을 따르지 않을 때 발생하고, 의도하지 않은 오류는 예를 들면, 작업지시서를 읽지 않았거나 잘못된 해석으로 인한 틀린 부품을 조립하는 것과 같은 사전생각 없이 행해진 행위들이다.
참고문헌 (18)
S.J. Hu, J. Ko., L. Weyand, H.A. Elmaraghy, T.K. Lien, Y. Koren, H. Bley, G. Chryssolouris, N. Nasr, M. Shpitalni, "Assembly system design and operations for product variety", CIRP Annals-Manufacturing Technology, pp.1-19, 2011.
Zhixin Yang, Wei Xu, Pak-Kin Wong, Xianbo Wang, "Modeling of RFID-enabled Real-time Manufacturing Execution System in Mixed-model Assembly Lines", Mathematical Problems in Engineering, Article ID 575402, pp.1-40, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.1155/2014/137801
Rasmus Personne, Victor Matinlassi, "Part assurance in a mixed-model assembly line", Master of Science Thesis, KTH Industrial Engineering and Management ITM, pp.1-65, 2014.
Nils Boysen, Malte Fliedner, Armin Scholl, "Sequencing mixed-model assembly lines: Survey, classification and model critique", European Journal of Operational Research No.192, pp.349-373, 2009. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ejor.2007.09.013
Jayashankar M. Swaminathan, Thomas R. Nitsch, "Managing Product Variety in Automobile Assembly: The Importance of the Sequencing Point", Interface vol.37, No.4, pp.324-333, July-August, 2007. DOI: http://dx.doi.org/10.1287/inte.1060.0278
Gaukler, Gary M. Hausman, Warren H., "RFID in mixed-model automotive assembly operations: process and quality cost savings", IIE Transactions, Nov., 2008. DOI: http://dx.doi.org/10.1080/07408170802167654
Jarok, Koo, "Error-Preventing Monitoring System using RFID in the Mixed-Model Automotive Parts Assembly Line", The Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol.10, No.12, pp.3863-3869, 2009. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2009.10.12.3863
Brent Cheldelin, Kosuke Ishii, "Mixed Model Assembly Quality: An Approach To Prevent Human Errors", Proceedings of IMECE, pp.1-12, 2004. DOI: http://dx.doi.org/10.1115/imece2004-62279
V. P. Jaganathan, N. Ganesh Kumar, "Implementation of RFID Technology in Assembly Line for Part Traceability", Proceedings of the National Conference on Manufacturing Innovation Strategies & Appealing Advancements, pp.1-8, April 19, 2013.
Suk-Keun Cha, Jeong-Hoon Lee, Han Gyu Kim, Joon Jae Yoo, Jung Hoon Kang, Dong Hoon Kim, Jun Yeob Song, "An Auto-Configuration of 4M Group Management Using Wireless Sensor Networks", Wireless Sensor Network, pp.402-410, 2010.
Hsin-Mu Tsai, Cem Saraydar, Timothy Talty, Michael Ames, Andrew Macdonald, Ozan K. Tonguz, "ZigBee-based Intra-car Wireless Sensor Network", IEEE Xplore, July, 2007
Suhas Chakravarty, Varun Jain, Nakul Midha and Prashant Bhargava, "Low-Cost Driver Assistance Using ZigBee/IEEE 802.15.4", http://www.freescale.com/beyondbits, pp.78-82.
K. Pavani, M.S. Madhan Mohan, "Implementation of CAN and ZigBee networks based industrial monitoring and control applications", International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), pp.1-5, July, 2012
Cha Jang Mok, "The Assembly Defect Preventing Monitoring System using RFID in the Cockpit Module", Master Thesis, Institute of e-Vehicle Technology, Univ. of Ulsan, 2006.
IEEE Std 802.15.4-2003, Wireless Mac and Phy Specifications for LR-WANS, pp.45-48.
Patent No.10-0783598, "Control device and method for Cockpit Module Production using RFID signals", 2007.
Patent No.10-0846453, "Cockpit Module Production Device using RFID signals", 2007.
Patent No.10-1178413, "Cockpit Module Production System and Production Methods using ZigBee Protocol", 2012.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.