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문제 정의
- 본 연구는 설계, 구매, 시공에서 프로젝트 원가 비중이 높고 공사기간에 미치는 영향력이 큰 배관 자재관리의 효율성을 높이기 위하여, 자재 코드 및 자재 관리시스템의 근간이 되는 현행 배관자재 코드 분류체계를 분석하고 문제점을 도출하여 효율적인 개선방안을 제시하는 것을 목적으로 한다.
- 본 연구에서는 배관자재 코드 분류체계의 개선을 위하여 3.3장에서 도출된 기존 배관자재 코드 분류체계의 문제점과 국내외 EPC 기업의 배관자재 코드 분류체계의 특징을 바탕으로 개선 방향을 설정 하였다. 코드 분류체계의 개선 방향을 설정하기 위하여 우선 자재 코드의 일반적 업무 흐름을 파악하였다.
- 본 연구에서는 석유화학 플랜트의 효율적 배관자재 관리를 위하여 자재 코드 및 자재관리 시스템의 근간이 되는 배관자재 코드 분류체계 개선을 통해 수행 중인 프로젝트에 적용한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.
가설 설정
- 둘째, 주요 표준 속성의 자릿수를 서로 다르게 구성하고 있다. S건설사는 바디재질 속성의 자릿수가 1자리, D건설사 3자리, H건설사와 S Eng사는 2자리이고, 트림 속성은 D건설사 1자리, H건설사와 S Eng사는 2자리로 구성되어 있고, 밸브 속성 중 3차원설계 형상에 많은 영향을 주는 디자인 스탠다드를 D건설사는 2자리, S Eng사는 1자리로 구성하고 있다.
제안 방법
- 셋째, 배관 3차원 설계 프로그램인 SP3D에 필요한 배관자재 형상 데이터인 CDB(Catalog Data Base)와의 연결을 위하여 필요한 형상 속성을 자재 코드 분류체계내의 기본 값으로 정의하여 자재 코드와 3차원설계 형상 간 데이터 일관성을 유지한다. 3차원설계 형상과 관련하여 SP3D의 필수 데이터인 밸브 유형, 디자인 스탠다드, 허용압력, 체결방법, 작동방법 등을 표준 속성으로 구성하여 SP3D 인터페이스 테이블(interface table)과 연계하여 데이터를 미리 구축하여 일관성을 확보 할 수 있도록 한다.
- 국내 기업의 코드 분류체계 특성을 알아보기 위하여 석유화학 플랜트 경험이 풍부한 국내 EPC 기업 중 H건설사, D건설사, S Eng사를 선정하였다. 각 사별로 사용하고 있는 밸브의 코드(code), 자릿수(digit), 표준 속성(standard attribute), 자재사양(material description) 등과 같은 주요 코드 분류체계를 S건설사와 비교하여 다음과 같은 특징을 파악하였다.
- 개선된 코드 분류체계는 프로젝트 적용을 위하여 설계단계에서 신규 자재 코드(commodity code) 생성, 배관자재 스펙(piping material specification) 구축, 배관자재 구매사양서(purchase description)작성, 3차원설계 배관 형상 구축 등에 적용되었다.
- 국외 기업의 코드 분류체계 특성을 알아보기 위하여 국내 기업에 비하여 오랜 기간 자재 코드 및 코드 분류체계를 각 사별 실정에 맞추어 유지 관리하고 있고, EPC 프로젝트 경험이 많은 T사, C사, K사, W사 4개 기업을 선정하였다. 국내 EPC사와의 비교 기준을 동일하게 유지하기 위하여 코드, 코드 자릿수, 표준 속성, 자재사양 등 주요 항목의 특징을 파악하였다.
- 다섯째, 코드는 설계뿐만 아니라, 구매, 시공, 원가 등 전 프로세스에 걸쳐 사용되고 있기 때문에 자재 관련 유관 부서에서 필요로 하는 정보 및 데이터 축적이 용이하도록 계층적 자재 코드 분류체계로 구축한다.
- 6은 배관자재 중 복잡한 구조를 가지고 있는 게이트 밸브의 개선 코드 분류체계이다. 대분류, 중분류, 소분류, 기타분류 4개의 분류구조를 유지하면서 10개의 세분화된 표준 속성 분류체계를 구성하였고, 코드 자릿수는 모두 20자리로 구성 되어있다. 대분류를 그룹과 파트 2개로 구분하고, 중분류는 밸브의 중요 속성인 디자인 스탠다드, 허용압력, 바디재질 3개로 세분화하였으며, 소분류는 체결방법, 보닛형태, 트림 및 내부 재질, 작동방법 4개로 분리했고, 마지막 기타분류 1개는 추가 요구사항을 포함하는 구조로 구성되어 있다.
- 첫째, 부서 분류를 제외한 기존 대분류, 중분류, 소분류, 기타분류 4개의 표준 분류구조에서 배관 벌크 자재별 특성을 고려하여 10개로 세분화된 표준 속성을 추가한다. 대분류를 그룹과 파트 2개로 구분하고, 중분류는 밸브의 중요 속성을 고려하여 디자인 스탠다드, 허용압력, 바디재질 3개로 세분화하며, 소분류는 체결방법, 보닛 형태, 트림 및 내부재질, 작동방법 4개로 분리하고, 마지막 1개의 기타분류는 기본 속성 이외의 테스트 조건, 서비스 조건, 스페셜 조건 등을 포함한다.
- 대분류, 중분류, 소분류, 기타분류 4개의 분류구조를 유지하면서 10개의 세분화된 표준 속성 분류체계를 구성하였고, 코드 자릿수는 모두 20자리로 구성 되어있다. 대분류를 그룹과 파트 2개로 구분하고, 중분류는 밸브의 중요 속성인 디자인 스탠다드, 허용압력, 바디재질 3개로 세분화하였으며, 소분류는 체결방법, 보닛형태, 트림 및 내부 재질, 작동방법 4개로 분리했고, 마지막 기타분류 1개는 추가 요구사항을 포함하는 구조로 구성되어 있다.
- 이를 위하여 첫째, 배관자재의 종류 및 자재 코드 분류체계의 중요성에 대하여 알아보았다. 둘째, 오랜 기간 자재 코드 및 자재관리 시스템을 보유하고 운영하고 있는 국내외 EPC 기업들, 특히 S건설사의의 기존 배관자재 코드 분류체계 특징을 심도 있게 분석하여 내재된 문제점을 자세히 파악하였다. 셋째, 대형화 전문화 되어가고 있는 해외 프로젝트 특성을 고려하여 개선 방향을 설정하고 기존 배관자재 코드 분류 체계와의 장단점을 비교하여 개선안을 도출하였다.
- 배관자재 구매사양서는 표준 속성 체계에 따라 룰 베이스로 입력된 상세사양에 의하여 자동으로 작성되었다. 또한 발주처가 지정한 3차원설계 프로그램인 SP3D와 연동할 수 있도록 코드 분류체계의 표준속성인 디자인 스탠다드, 허용압력, 체결방법, 작동방법 등을 배관 자재 형상 데이터인 CDB와 연계하여 주기적으로 정보를 갱신하였다.
- 셋째, 대형화 전문화 되어가고 있는 해외 프로젝트 특성을 고려하여 개선 방향을 설정하고 기존 배관자재 코드 분류 체계와의 장단점을 비교하여 개선안을 도출하였다. 마지막으로 S건설사가 수행중인 해외 프로젝트 적용사례를 통하여 결과의 신뢰성을 입증하고 개선된 배관자재 코드분류체계의 기대효과를 제시하였다.
- 둘째, 주요 표준 속성인 바디재질과 트림의 자릿수가 다른 속성에 비하여 많은 자릿수로 구성되어 있다. 바디재질의 자릿수는 T사와 C사가 3자리, K사와 W사가 2자리이고, 밸브 트림의 자릿수는 K사 3자리, W사 2자리로 구성되어 새로운 재질 및 트림 형태를 추가 할 수 있도록 확장성을 고려하였다.
- 배관 자재관리 효율성 증대를 위하여 기존 코드 분류체계와 차별화하여 다음과 같이 크게 5가지 개선 방향을 설정하였다.
- 배관 벌크 자재는 ASME(American Society of Mechanical Engineers), ASTM(American Society of Testing Materials), API(American Petroleum Institute) 등과 같은 국제적 디자인 스탠다드(international design standard)를 적용하고 있기 때문에, 각 회사별 배관자재 코드 및 자재관리 시스템은 서로 상이할 수 있으나 코드 분류체계는 매우 유사한 형태를 가지고 있다. 배관자재 코드 분류체계의 개선안을 도출하기 전에 S건설사를 포함한 국내외 동종 8개 EPC 기업에서 사용 중인 배관자재 중 코드 분류체계가 가장 복잡한 밸브의 특징을 살펴보았다.
- 둘째, 오랜 기간 자재 코드 및 자재관리 시스템을 보유하고 운영하고 있는 국내외 EPC 기업들, 특히 S건설사의의 기존 배관자재 코드 분류체계 특징을 심도 있게 분석하여 내재된 문제점을 자세히 파악하였다. 셋째, 대형화 전문화 되어가고 있는 해외 프로젝트 특성을 고려하여 개선 방향을 설정하고 기존 배관자재 코드 분류 체계와의 장단점을 비교하여 개선안을 도출하였다. 마지막으로 S건설사가 수행중인 해외 프로젝트 적용사례를 통하여 결과의 신뢰성을 입증하고 개선된 배관자재 코드분류체계의 기대효과를 제시하였다.
- 연구방법은 기존 국내외 EPC 기업들이 운영하고 있는 배관자재 코드 분류체계에 대한 분석과 더불어 관련 문헌 분석을 위주로 하였다. 이를 위하여 첫째, 배관자재의 종류 및 자재 코드 분류체계의 중요성에 대하여 알아보았다.
- 유관부서인 구매, 원가, 시공에서는 전사 자재관리 시스템을 이용하여 개선된 코드 분류체계와 신규 자재 코드로부터 부서별 필요한 데이터를 이용하고, 축적하여 프로젝트 실행에 활용하였다.
- 연구방법은 기존 국내외 EPC 기업들이 운영하고 있는 배관자재 코드 분류체계에 대한 분석과 더불어 관련 문헌 분석을 위주로 하였다. 이를 위하여 첫째, 배관자재의 종류 및 자재 코드 분류체계의 중요성에 대하여 알아보았다. 둘째, 오랜 기간 자재 코드 및 자재관리 시스템을 보유하고 운영하고 있는 국내외 EPC 기업들, 특히 S건설사의의 기존 배관자재 코드 분류체계 특징을 심도 있게 분석하여 내재된 문제점을 자세히 파악하였다.
- 첫째, 부서 분류를 제외한 기존 대분류, 중분류, 소분류, 기타분류 4개의 표준 분류구조에서 배관 벌크 자재별 특성을 고려하여 10개로 세분화된 표준 속성을 추가한다. 대분류를 그룹과 파트 2개로 구분하고, 중분류는 밸브의 중요 속성을 고려하여 디자인 스탠다드, 허용압력, 바디재질 3개로 세분화하며, 소분류는 체결방법, 보닛 형태, 트림 및 내부재질, 작동방법 4개로 분리하고, 마지막 1개의 기타분류는 기본 속성 이외의 테스트 조건, 서비스 조건, 스페셜 조건 등을 포함한다.
- 3장에서 도출된 기존 배관자재 코드 분류체계의 문제점과 국내외 EPC 기업의 배관자재 코드 분류체계의 특징을 바탕으로 개선 방향을 설정 하였다. 코드 분류체계의 개선 방향을 설정하기 위하여 우선 자재 코드의 일반적 업무 흐름을 파악하였다.
대상 데이터
- 개선된 코드 분류체계를 적용하여 생성된 신규 배관 벌크 자재 코드는 파이프 57개, 피팅 619개, 플랜지 502개, 밸브 407개, 기타 자재 66개로 총 1,651개가 생성되었다. 신규 배관자재 코드를 이용하여 배관 자재 스펙을 구축하였으며, 구축된 배관 클래스(piping class)는 모두 65개로 구성되어 있다.
- 국내 기업의 코드 분류체계 특성을 알아보기 위하여 석유화학 플랜트 경험이 풍부한 국내 EPC 기업 중 H건설사, D건설사, S Eng사를 선정하였다. 각 사별로 사용하고 있는 밸브의 코드(code), 자릿수(digit), 표준 속성(standard attribute), 자재사양(material description) 등과 같은 주요 코드 분류체계를 S건설사와 비교하여 다음과 같은 특징을 파악하였다.
- 국외 기업의 코드 분류체계 특성을 알아보기 위하여 국내 기업에 비하여 오랜 기간 자재 코드 및 코드 분류체계를 각 사별 실정에 맞추어 유지 관리하고 있고, EPC 프로젝트 경험이 많은 T사, C사, K사, W사 4개 기업을 선정하였다. 국내 EPC사와의 비교 기준을 동일하게 유지하기 위하여 코드, 코드 자릿수, 표준 속성, 자재사양 등 주요 항목의 특징을 파악하였다.
- Table 2는 기존 코드 분류체계를 적용한 A, B, C, D, E 5개 프로젝트와 신규 코드 분류체계를 적용된 J 프로젝트의 벌크 자재류에 대한 자재 구매사양서 재 작업률을 비교한 것이다. 기존 5개 프로젝트는 공사 규모가 4억불에서 10억불 내외이고, 공사 지역은 A, B, C는 중동이고, D, E는 동남아로 과거 수행한 프로젝트를 선정하였다. 특히 자재 구매사양서가 매우 복잡한 밸브의 경우 가장 많은 재 작업률을 보였으나 기존 프로젝트 평균 7.
- 본 연구의 범위는 석유화학 플랜트에 사용되는 금속 배관자재 중 표준 속성 구축 및 국제 표준 규격 적용이 용이하고, 설계, 구매, 시공, 견적, 원가관리 등에 대한 데이터베이스(data base) 활용빈도가 높고, 배관 3차원설계(3d modeling)의 형상 제공에 반드시 필요한 파이프(pipe), 피팅(fitting), 플랜지(flange), 밸브(valve), 볼트 너트(bolt & nut), 개스킷(gasket) 등과 같은 벌크 자재류(bulk material)로 한정하였다.
- 연구대상은 국내 건설사 중 석유화학 플랜트 비중이 크고 20년 이상 동일한 배관자재 코드 및 자재관리 시스템을 사용하고 있는 S건설사의 배관자재 코드 분류체계를 대상으로 하였다.
성능/효과
- 1) 배관자재 특성을 고려하여 표준 속성을 10개로 확대하고, 자재사양 작성 시 입력방법을 개선한 결과, 배관 자재 구매사양서 작성 재 작업률이 기존 평균 4.98%에서 2.48%로 감소하였다. 배관 자재 스펙 구축 시간 단축 및 배관자재 공급업체의 구매 자재사양에 대한 명확성이 높아질 것으로 판단된다.
- 2) 배관 3차원설계 형상에 필요한 속성을 자재 코드 분류체계에 기본인자로 정의하여 자재 코드와 3차원설계 형상 간 데이터의 일관성을 유지함으로써, 배관 형상 구축 작업시간이 기존 평균 2명 6개월 2,160시간에서 1명 4개월 720시간으로 약 67% 감소하였다. 초기 코드 분류체계 구축에 시간이 걸리지만 프로젝트가 늘어날수록 장기적으로 효율성이 증가될 것으로 기대된다.
- 자재 분류란 자재에 대하여 일정한 기준과 방법에 따라서 동일한 것 또는 유사한 것을 모으고 다른 것은 분리하여 그 자재에 대한 개념을 정돈하여 체계화하는 것을 말한다.[3] 자재 분류의 목적은 식별을 용이하게 하여 효율적인 자재 관리를 위한 것이다. 자재 분류의 기초인 자재코드 분류체계는 자재 코드 및 자재관리 시스템의 시발점이라 할 수 있다.
- 첫째, 마스터 자재 코드(master commodity code)관리에 대한 문제점이 나타났다. 기 구축 되어있는 마스터 자재 코드 와 자재사양을 사용하지 않고, 여러 프로젝트를 동시에 수행하다 보니 프로젝트 간 자재 코드는 동일하지만, 서로 다른 자재사양을 사용하는 것이 발견 되었다. 그 원인은 자재사양이 정확히 일치하지는 않지만 바디재질, 트림 등이 매우 유사하기 때문에 엔지니어가 편법으로 자재사양을 수정하기 때문이다.
- Table 3은 기존 코드 분류체계와 신규 코드 분류체계의 3차원설계 인터페이스에 필요한 작업시간을 비교한 것이다. 기존 코드 분류체계 사용 시 평균 작업인원 2명이 6개월 동안 2,160시간이 소요 되었으나, 신규코드 분류체계를 적용한 결과 평균 작업인원 1명이 4개월간 720시간으로 기존 코드 분류체계 대비하여 작업시간이 약 67% 감소하였다.
- 넷째, 3차원설계를 위하여 배관 형상 제공에 필요한 인터페이스 프로그램(interface program)을 사용해야 하는 불편함과 설계 시간 증가의 문제가 나타났다. 기존 배관자재 코드 분류체계는 3차원설계 배관 형상을 제공하는 디자인 스탠다드, 체결방법, 허용압력 등과 같은 표준 속성인자들이 부족하여 자재 코드와 3차원설계 프로그램 간 데이터의 일관성을 유지하지 못했다.
- 넷째, 배관 구매 자재사양을 나타내는 속성 입력방식을 기존 직접 코딩방식에서 표준 속성 데이터를 규칙적으로 미리 입력 후 이용하는 룰 베이스 방식(rule base)으로 변경한다. 룰 베이스 방식이란 표준 속성에 일치하는 상세 자재사양을 정해둔 입력방법에 따라 데이터 베이스한 후 사양에 따라 선택하는 방식이다.
- 자재 코드는 서로 상이하지만, 자재사양이 정확하게 일치하는 중복이 발견되었다. 담당 엔지니어가 배관 자재 스펙(piping material specification) 작성 시 마스터 코드를 활용하지 않고 임의로 자재 코드를 채번하여 사용한 것으로 프로젝트 간 자재 코드 비교 시 데이터의 부정확성을 가져왔다.
- 둘째, 배관 3차원설계 프로그램인 SP3D의 형상 구축에 필요한 작업시간이 기존 평균 2,160시간에서 720시간으로 단축되었다. Table 3은 기존 코드 분류체계와 신규 코드 분류체계의 3차원설계 인터페이스에 필요한 작업시간을 비교한 것이다.
- 둘째, 신규 배관자재 코드 생성 시 확장성을 고려하여 코드 자릿수를 기존 7자리에서 20자리까지 확장한다. 특히 바디재질, 밸브 트림 및 기타 특이사항과 같이 새로운 재질 및 추가 요구사항이 예상되는 속성에 대하여 코드 자릿수를 3자리까지 부여함으로써 밸브 코드의 확장성을 확보한다.
- 셋째, 4개사 모두 3차원설계의 형상 제공과 연관된 디자인 스탠다드, 허용압력, 체결방법 등을 기본 속성 분류 체계 내에 구성하고 있다. 해외 EPC 기업은 국내 기업에 비하여 3차원설계 프로젝트를 먼저 시작했고 많은 경험을 바탕으로 지속적으로 수정 보완한 것으로 판단된다.
- 셋째, 기존 배관자재 코드 자릿수가 7자리로 한정된 속성만 표시 할 수 있었기 때문에 사용자 편의에 따라 자릿수를 확장할 수 없는 문제가 발견되었다. 이 문제가 결국 신규 자재 혹은 추가 속성이 요구될 때 사용자의 임의성을 유발하는 원인이 되었으며, 이를 개선하기 위한 자재관리 시스템의 수정 보완이 불가피하게 되었다.
- 셋째, 대분류에 해당하는 밸브의 그룹(group)과 유형(part)은 유사하지만, 중분류와 소분류에 해당하는 바디재질(body material), 트림(trim), 허용압력(class), 보닛형태(bonnet type), 체결방법(end type), 작동방법(operation) 등과 같이 하위분류 구조로 내려 갈수록 각 사별 표준 속성의 중요도에 따라 분류체계가 상이한 특징을 보이고 있다.
- 셋째, 배관 3차원 설계 프로그램인 SP3D에 필요한 배관자재 형상 데이터인 CDB(Catalog Data Base)와의 연결을 위하여 필요한 형상 속성을 자재 코드 분류체계내의 기본 값으로 정의하여 자재 코드와 3차원설계 형상 간 데이터 일관성을 유지한다. 3차원설계 형상과 관련하여 SP3D의 필수 데이터인 밸브 유형, 디자인 스탠다드, 허용압력, 체결방법, 작동방법 등을 표준 속성으로 구성하여 SP3D 인터페이스 테이블(interface table)과 연계하여 데이터를 미리 구축하여 일관성을 확보 할 수 있도록 한다.
- Table 1은 S건설사의 기존 코드 분류체계와 개선된 분류체계의 장단점을 비교한 것이다. 장점은 마스터 코드와 프로젝트 코드 간 일관성을 유지 할 수 있고, 배관자재 구매사양서 작성이 자동화 되었고, 자릿수 증가로 신규 코드 확장성을 확보하였고, 유관부서에서 요구하는 충분한 정보제공이 가능해졌으며, 3차원설계 형상과의 데이터 일관성이 용이해졌다. 반면 단점은 개선 코드 분류체계와 연관된 자재관리 시스템의 수정이 동반되었으며, 늘어난 자릿수로 인하여 코드를 통한 자재사양 구별이 어려워졌다.
- 첫째, 마스터 자재 코드(master commodity code)관리에 대한 문제점이 나타났다. 기 구축 되어있는 마스터 자재 코드 와 자재사양을 사용하지 않고, 여러 프로젝트를 동시에 수행하다 보니 프로젝트 간 자재 코드는 동일하지만, 서로 다른 자재사양을 사용하는 것이 발견 되었다.
- 첫째, 배관자재 구매사양서 작성 시 재 작업률이 기존 프로젝트 평균 4.98%에서 적용 후 평균 2.48%로 감소되었다. Table 2는 기존 코드 분류체계를 적용한 A, B, C, D, E 5개 프로젝트와 신규 코드 분류체계를 적용된 J 프로젝트의 벌크 자재류에 대한 자재 구매사양서 재 작업률을 비교한 것이다.
- 기존 5개 프로젝트는 공사 규모가 4억불에서 10억불 내외이고, 공사 지역은 A, B, C는 중동이고, D, E는 동남아로 과거 수행한 프로젝트를 선정하였다. 특히 자재 구매사양서가 매우 복잡한 밸브의 경우 가장 많은 재 작업률을 보였으나 기존 프로젝트 평균 7.06%에서 3.2%로 감소되었다.
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