[논문]대체장비를 고려한 항공기 부품 생산라인의 ARENATM 시뮬레이션 모델링 방법론

나상현; 문덕희

doi:10.9709/jkss.2016.25.4.001

초록
AI-Helper

항공기 엔진부품을 생산하는 제조산업은 전통적인 주문형 제조방식을 따르며, 다품종 소량생산시스템이다. 또한 생산공장의 배치는 유사한 기능을 가지는 병렬 기계들이 공정별 배치 형태로 구성되어 있고 조립공정이 포함되는 Hybrid Job Shop이다. 더 나아가 다양한 대체장비를 가지고 있으며, 공정 경로도 다양하고, 조립공정도 포함되어 있다. 이와 같은 복잡한 시스템의 생산능력을 검증하기 위해서는 시뮬레이션이 가장 우수한 방법이며, 정확한 모델의 개발을 위해 고도의 시뮬레이션 모델링기술이 필요하다. 이 논문에서는 위에서 언급한 복잡한 특성을 가진 생산시스템을 효과적으로 모델링하기 위한 방법론을 소개하고, 실제 항공기부품 생산업체를 대상으로 시뮬레이션 연구를 수행한 사례에 대해 소개한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The industry producing the parts of aircraft engines is a traditional order-made system with highly variety and small quantity, and the manufacturing system is the typical job shop with identical or non-identical multiple machines in a workstation. Furthermore, there are many alternative operations ...

The industry producing the parts of aircraft engines is a traditional order-made system with highly variety and small quantity, and the manufacturing system is the typical job shop with identical or non-identical multiple machines in a workstation. Furthermore, there are many alternative operations and alternative machines allowed in machining processes, and tremendous routings and assembly operations should be considered. Usually simulation is the most efficient technology to analyze such a complex system, and high modeling skills are required for developing the simulation models. In this paper, a case study on a company which produces the parts of aircraft engines is introduced, specially focused on simulation modeling methodologies for the complex system.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

(2014)에서는 QUEST^TM를 이용하여 시뮬레이션 모델을 개발하였는데, QUEST^TM에서는 대체장비를 반영하는 방법이 쉽지 않기 때문에 유사설비를 그룹핑하는 방식으로 모델을 개발하였다. 따라서 본 논문에서는 Rockwell사의 ARENA^TM를 이용하여 조립공정이 있는 Job-Shop 생산라인과 각 공정별로 허용되는 대체 설비를 반영하는 시뮬레이션 모델링 방법에 대해 소개하고자 한다.

제안 방법

본 논문에서는 앞에서 언급했던 시스템을 모델링하는 과정에서 가장 큰 어려움에 직면했던 공정경로와 대체장비 문제를 해결하기 위해 기존의 Resource Set을 이용하는 방법 대신에 Expression을 이용하는 방법을 제시하였다. 그 결과 본 논문에서 제시한 방법이 시뮬레이션 모델의 크기를 대폭 줄여주는 것으로 판명되었으며, 시스템의 성능에도 차이가 없음을 확인하였다.
실험은 휴일을 제외하고 1년을 268일로 하여 10회 반복 하였으며, Warm-up period는 1000 시간을 적용했다. Figure 14는 사례연구를 위한 시뮬레이션 모델 화면이다.
위에서 소개한 시뮬레이션 방법론을 이용하여 실제 항공기 엔진부품 생산 공장에 대해 시뮬레이션 연구를 수행하였다. 항공기 엔진부품의 경우 고객과의 계약이 장기적으로 이뤄지기 때문에 향후 수년간의 수요를 사전에 어느 정도 예측할 수 있다.
이 문제를 해결하기 위해 우선 현재 상황 (As-Is)에 대한 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 의 시뮬레이션 모델을 개발하였다.

대상 데이터

하지만 총 생산제품의 품목수가 800여종이고, 중요 부품의 수가 3000여종이기 때문에 이를 시뮬레이션 모델에 그대로 반영한다는 것은 무리다. 따라서 P-Q분석, ABC 분석 등을 통하여 제품 105품목, 주요 부품 747품목을 선정하였고, 설비는 338대를 선정하였다. 또한 1년간의 근무일정을 고려하여 Work Calenda를 구성하였다.
본 논문에서 대상으로 선정한 기업에서 생산하는 항공기 엔진 부품은 Figure 1에 제시된 엔진부품 (이하 제품이라 한다)을 포함하여 10여개의 제품군으로 구성된다. 또한 제품의 크기에 따라 대형제품과 소형제품으로 구분한다.

성능/효과

본 논문에서는 앞에서 언급했던 시스템을 모델링하는 과정에서 가장 큰 어려움에 직면했던 공정경로와 대체장비 문제를 해결하기 위해 기존의 Resource Set을 이용하는 방법 대신에 Expression을 이용하는 방법을 제시하였다. 그 결과 본 논문에서 제시한 방법이 시뮬레이션 모델의 크기를 대폭 줄여주는 것으로 판명되었으며, 시스템의 성능에도 차이가 없음을 확인하였다. 특히 대상 시스템의 규모가 커질수록 제시한 방법이 효과적이라는 것을 확인하였다.
제시한 방법을 이용해 국내 A사의 실제 생산시스템을 시뮬레이션 모델로 개발하여 미래 수요 증가에 대비한 적정 설비확장계획을 성공적으로 수립할 수 있었다. 다만 시뮬레이션 사례 결과에 제시된 수치는 기업의 기밀사항에 속하기 때문에 논문의 목적을 위배하지 않는 범위 내에서 일정한 규칙에 따라 가공하였음을 밝혀둔다.
그 결과 본 논문에서 제시한 방법이 시뮬레이션 모델의 크기를 대폭 줄여주는 것으로 판명되었으며, 시스템의 성능에도 차이가 없음을 확인하였다. 특히 대상 시스템의 규모가 커질수록 제시한 방법이 효과적이라는 것을 확인하였다.

후속연구

Resource Set을 이용한 방법의 경우 시스템의 Route 수에 대응하여 Station 모듈 수가 증가하며 제품 수, Route 수의 증가에 영향을 받는 것이 특징이다. Expression을 이용한 모델링 방법의 경우 Station Module 수는 제품 수나 Route 수의 증가에는 크게 영향을 받지 않으며, 공정(설비) 수에 대응하여 증가하며 추가적으로 시작, 출하,조립 Station의 수만 추가로 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	시뮬레이션 기술을 활용하면 어떤 것을 할 수 있는가?	이와 같은 가상생산의 핵심기술은 시뮬레이션 기술인데, 시뮬레이션 기술을 활용하면 각 구성요소의 상호 관련성을 효과적으로 모델링할 수 있고, 구성요소 사이의 관계를 모델로 구축함으로써 전체 시스템의 거동을 분석할 수 있다. 더 나아가 모수의 간단한 변경으로 상황의변화를 반영할 수 있으므로, 제조공정에 관련된 여러 응용분야에 있어서 시뮬레이션 기법은 매우 실용성이 높은 기법이라고 할 수 있다.
	가상생산은 어떤 모의환경인가?	가상생산은 제품설계 및 생산 전 과정에 걸쳐서 의사결정의 질을 향상시키기 위한 통합화된 모의환경이다.이는 실제 제조환경과 흡사한 컴퓨터 모델을 구축하고, 이를 이용하여 실제 제조환경을 수정하고 제어함으로써,제품의 개발 및 제조시간을 줄이기 위한 방법이라고 할 수 있으며, 제품의 설계 및 생산을 지원하기 위해 컴퓨터모델이나 시뮬레이션을 사용하는 것을 말한다 (Iwata etal.
	Flow Shop과 Job Shop 시스템에 각각의 적합한 제조 시스템 배치방법은 무엇이 있는가?	일반적으로 제조 시스템은 특성에 따라 Flow Shop과 Job Shop으로 크게 구분한다. 이 때 각각의 시스템에 적합한 배치방법은 공정별 배치(Process Layout)와 제품별 배치(Product Layout)의 두 가지 배치방법이다(Tompkins et al., 2010).

참고문헌 (15)

Abdin, M.F. (1986) "Solution of scheduling problems of job-shop type FMS with alternative machine tools", Computers & Industrial Engineering, 11(1-4), 241-245.

상세보기
Chaudhry, I.A. (2012) "Job shop scheduling problem with alternative machines using genetic algorithms", Journal of Central South University, 19(5), 1322-1333.

상세보기
Doh, H.H., J.M. Yu, Y.J. Kwon, J.H. Shin, H.W. Kim, S.H. Nam, and D.H. Lee (2014) "Decision tree based scheduling for flexible job shops with multiple process plans", International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering, 8(3), 621-627.
Iwata, K.M., O.K. Teranmoto and S, Osaki (1997) "Virtual manufacturing systems as advanced information infrastructure for integrating manufacturing resource and activities", Annals of the CIRP, 46(1), 335-338.

상세보기
Kim, H.J., J.H. Kim, S.H. Na, M.J. Song, D.S. Kim, H.J. Choi, and D.H. Moon (2014) "A simulation study for analyzing the capabilities of a factory producing parts of aircraft engine", Proceedings of 2014 Autumn Conference of the Korea Society for Simulation, Ajou University, Korea, 77-80. (김혜정, 김재훈, 나상현, 송민준, 김동수, 최해진, 문덕희 (2014) "항공기 부품 제조업체의 생산능력 분석을 위한 시뮬레이션 연구", 한국시뮬레이션학회 2014 추계학술대회 논문집, 아주대학교, 대한민국, 77-80.)
Lee, H.S., Y.S. Han, and C.G. Lee (2006) "Direct carrier system based 300 mm FAB line simulation", Journal of the Korea Society for Simulation, 15(2), 51-57. (이홍순, 한영신, 이칠기 (2006) "Direct 반송방식에 기반을 둔 300㎜ FAB Line 시뮬레이션", 한국시뮬레이션학회논문지, 제15권, 제2호, 51-57.)
Lee, G.C., J.M. Hong, J.W. Kim and S.H. Choi (2016) "A simulation study on capacity planning in reentrant hybrid flow shops", Journal of the Korea Society for Simulation, Vol. 25(1), 45-52. (이근철, 홍정만, 김정욱, 최성훈 (2016) "재투입이 존재하는 혼합흐름공정의 용량계획에 관한 시뮬레이션 연구", 한국시뮬레이션학회논문지, 제25권, 제1호, 45-52.)

원문보기 상세보기
Moon, D.H., H.I. Cho and S.G. Baek (2006) "A case study of the design of welding station in an excavator factory using 3D simulation", Journal of the Korea Society for Simulation, 15(1), 51-58. (문덕희, 조현일, 백승근 (2006) "굴삭기공장의 로봇 용접 작업장 설계에 대한 3D 시뮬레이션 사례연구", 한국시뮬레이션학회논문지, 제15권, 제1호, 51-58.)
Moon, J.H., Y.H. Lee and D.W. Cho (2012) "Object-oriented simulation modeling for service supply chain", Journal of the Korea Society for Simulation, 21(1), 55-68. (문종혁, 이영해, 조동원 (2012) "서비스 공급사슬을 위한 객체지향 시뮬레이션 모델링", 한국시뮬레이션 학회논문지, 제21권, 제1호, 55-68.)

원문보기 상세보기
Na, S.H. (2015) Simulation Modeling Method Considering Characteristics of Production Line for Aircraft Engine Parts, M.S. Thesis, Changwon National University, Korea. (나상현 (2015) 항공기 엔진부품 생산라인의 특성 을 고려한 시뮬레이션 모델링 방법론, 공학석사학위논문, 창원대학교, 대한민국.)
Nasr, N. and E. A. Elsayed (1990) "Job shop scheduling with alternative machines", International Journal of Production Research, 28(9), 1595-1609.

상세보기
Ra, H.W. and S.H. Choi (2014), "A study on the automated generation of Arena simulation models using conceptual models", Journal of the Korea Society for Simulation, 23(4), 21-29. (라현우, 최성훈 (2014) "개념 모델을 이용한 Arena 시뮬레이션 모델 자동 생성에 관한 연구", 한국시뮬레이션학회논문지, 제23권, 제4호, 21-29.)
Rajabinasab, A. and S. Mansour (2011) "Dynamic flexible job shop scheduling with alternative process plans: An agent-based approach", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 54(9), 1091-1107.

상세보기
Tompkins, J.A., J.A. White, Y.A. Bozer and J.M.A. Tanchoco (2010) Facilities Planning, 4th Ed., John Wiley & Sons, U.S.A..
Yang, G.R., Y.H. Chung, D.W. Kim and S.C. Park, "Bottleneck Detection Framework Using Simulation in a Wafer FAB", Transactions of the Society of CAD/CAM Engineers, Vol. 19, No. 3, pp. 214-223, 2014. (양가람, 정영호, 김대환, 박상철 (2014) "개념 모델 을 이용한 Arena 시뮬레이션 모델 자동 생성에 관한 연구", 한국CAD/CAM학회논문집, 제19권, 제3호, 214-223.)

원문보기 상세보기

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

대체장비를 고려한 항공기 부품 생산라인의 ARENATM 시뮬레이션 모델링 방법론
Simulation Modeling Method Using ARENATM Considering Alternative Machines in the Manufacturing System for Aircraft Parts 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (15)

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

대체장비를 고려한 항공기 부품 생산라인의 ARENATM 시뮬레이션 모델링 방법론 Simulation Modeling Method Using ARENATM Considering Alternative Machines in the Manufacturing System for Aircraft Parts 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (15)

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

대체장비를 고려한 항공기 부품 생산라인의 ARENATM 시뮬레이션 모델링 방법론
Simulation Modeling Method Using ARENATM Considering Alternative Machines in the Manufacturing System for Aircraft Parts 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper