[논문]TOC 기법을 적용한 ERP 표준시간 검증 및 MES 공정실적개선

김성민; 안재경

doi:10.11627/jkise.2018.41.4.022

TOC 기법을 적용한 ERP 표준시간 검증 및 MES 공정실적개선
Verification of ERP Standard Time Using TOC Technique and Improvement of MES Routing Point 원문보기

Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering = 한국산업경영시스템학회지, v.41 no.4, 2018년, pp.22 - 33

김성민 (서울과학기술대학교 IT정책전문대학원 산업정보시스템전공) , 안재경 (서울과학기술대학교 IT정책전문대학원 산업정보시스템전공)

Abstract ▼ AI-Helper

Recently domestic manufacturing companies have been experiencing worsening profitability and stunted growth due to the long-term economic recession and the rapid rise of developing countries such as China and Southeast Asia. These difficulties force many companies to concentrate their core competencies on new value creation and innovation in order to gain momentum for new growth. Enterprise Resource Planning (ERP) has been considered as one of viable solutions. Among the various modules in ERP, shop floor control function in the production management module is rather limited. In order to overcome this problem, Manufacturing Execution System (MES) has been used as a subsystem which has a strong information gathering power and flexibility. Both systems interact closely with each other. In particular, ERP requires fast, accurate shop floor information at MES. This paper describes how to synchronize relevant information between ERP and MES with theory of constraints (TOC). The processing time information transmitted from the MES workplace is received at the ERP workplace. In the process, the received processing time is causing information distortion in ERP, when the information gathering standard of MES is different from the ERP information interpretation standard. The Drum-Buffer-Rope theory of TOC was applied to resolve this problem, therefore, information synchronization between both systems was made. As a precondition, the standard time of the upper ERP system was rearranged according to the capacity constraints resource. As a result, standard time restructuring has affected changes in labor costs. Standard labor costs have come close to actual ones, and information synchronization of MES transmission data has improved the reliability of standard product costs, such that it enabled various company-wide restructuring actions to be much more effective.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

[Table 3]의 NH 조립 공정의 경우, 각 요소작업 중 제약요소인 결선작업을 제약공정으로 정의하고 해당 제약공정의 변동요인을 도출하여 가용 생산능력 계산식을 도출한다. 가용 생산능력계산의 목적은 변동요인을 함수화하여 표준시간을 도출하는데 있다.
위와 같은 연구에서 나타난 바와 같이 ERP 도입이 반드시 긍정적인 효과만을 보이는 것이 아니며, 일부 연구에서는 오히려 역설적인 결과를 보이기도 한다는 사실이 드러났다. 따라서 본 연구에서는 사례분석을 통하여, ERP도입효과가 뚜렷하게 입증되지 않은 경우에 문제점을 진단하여 이를 해결함으로써 의도한 효과를 실현할 수 있는 방안을 모색하고자 한다.
본 논문에서는 ERP 도입 이후, 효과에 대한 생산성 역설현상이 현저한 기업을 대상으로 시스템 구축의 제반 문제점을 파악하고, 이를 해소할 수 있는 방안으로 제약 이론(Theory of Constraints, 이하 TOC)을 적용한 ERP 시스템 개선과정을 연구하였다. 구체적으로는 제조실행시스템(Manufacturing Execution System, 이하 MES)에서 공정실적집계 작업장에 TOC를 적용하여 현실에 부합하도록 재설계하였으며, 표준시간 설정에 있어서도 실제 공수를 반영하기 위하여 TOC를 적용하여 표준시간을 재설정하였다.
김우상[14]은 ERP와 APS시스템을 운영하는 제조업체에 TOC기반의 생산관리 시스템을 구축한 사례를 분석하였다. 이 연구에서는 생산계획시스템과 ERP, APS 시스템의 관계를 설명하고 최적의 생산계획을 수립할 수 있도록 TOC를 적용한 재고보충시스템을 제시하였다.
본 연구에서는 ERP, MES를 운영하는 제조업체의 공정실적 집계지점(Gathering Point)을 TOC 사상 기반으로 재정의하였다. 이에 수반하여 ERP 생산기준정보인 작업장(Work Center)정의를 CCR을 가진 작업장 중심으로 정의하였으며, 표준시간을 재정립함으로써 제조원가의 신뢰도를 향상시키고자 하였다.

가설 설정

공정 실적 집계지점(Gathering Point)을 재설정하고 표준시간을 재정의하기 전에 우선적으로 해당 공정의 속성을 파악하여야 한다. 공정을 우선적으로 직렬공정, 병렬공정, 혼합공정이라고 사전에 가정하고 공정물류의 흐름을 분석하였다.
본 연구에는 위 대안 중 2안을 선택하여 각 공정의 요소작업 중 CCR을 공정실적 포인트로 선정하고, 그 외 요소작업은 공정실적 포인트 내 작업시간에 종속된다고 간주하였다. 또한 각 공정별 CCR을 기준으로 표준공수를 재산정하였다.

제안 방법

본 논문에서는 ERP 도입 이후, 효과에 대한 생산성 역설현상이 현저한 기업을 대상으로 시스템 구축의 제반 문제점을 파악하고, 이를 해소할 수 있는 방안으로 제약 이론(Theory of Constraints, 이하 TOC)을 적용한 ERP 시스템 개선과정을 연구하였다. 구체적으로는 제조실행시스템(Manufacturing Execution System, 이하 MES)에서 공정실적집계 작업장에 TOC를 적용하여 현실에 부합하도록 재설계하였으며, 표준시간 설정에 있어서도 실제 공수를 반영하기 위하여 TOC를 적용하여 표준시간을 재설정하였다. 이러한 MES 재설계와 표준시간 재설정으로 비로소 ERP와 MES 시스템의 정보동기화가 가능하게 되었다.
변동요인은 가용 생산능력에 영향을 미치는 인자(Factor)이며 길이, 면적, 체적, 수량 등으로 정의된다. 그리고 공정별 변동요인 중 CCR 공정의 변동요인을 대표 변동요인으로 결정하였다.
두 번째 ERP 시스템과 MES 시스템 간의 정보 송수신에 대한 동기화를 위하여, 제약자원인 CCR을 찾아서 공정 현장 정보의 실질적인 연계가 가능하도록 하였다. 그리고 MES 시스템 작업장 정의를 CCR 기준으로 재정비하고, 실적을 취합하고 전송하는 공정 실적 집계지점(Gathering Point)을 정의하였다.
본 연구에는 위 대안 중 2안을 선택하여 각 공정의 요소작업 중 CCR을 공정실적 포인트로 선정하고, 그 외 요소작업은 공정실적 포인트 내 작업시간에 종속된다고 간주하였다. 또한 각 공정별 CCR을 기준으로 표준공수를 재산정하였다.
또한 표준공수는 제품의 노무비, 생산능력 분석, 공정 스케쥴링에 중요한 영향을 끼치는 요소이기 때문에 각 공정별 변동요인을 동작분석을 통하여 다시 도출하였다.
해당 표준 공정도를 어떻게 정의하고 설계하느냐에 따라 공정관리에 많은 영향을 미친다. 본 논문에서는 TOC 이론을 적용하여 작업장과 표준공정도를 재정의하였다.
이러한 지속적인 성장 속에서 경영체질 개선 및 추가성장의 발판을 ERP 도입을 통하여 진행하려고 하였다. 구축 이후에 조기결산 체제 및 통합정보시스템으로서의 효과도 있었지만, 사양별 정확한 제조원가 산출과 ERP를 통한 제조공정혁신은 제한적이었다.
이에 부응하고자 표준공수생성, 변경에 대한 프로세스를 ERP 시스템의 아밥(Advanced Business Application Programming)프로그램으로 개발하였다([Figure 11] 참조).
생산관리에서는 생산계획자가 표준 대비 실적공수에 대한 생산효율을 분석한 후, 공정별 월 공수계획을 생산라인에 재배포하고, 공수효율이 낮은 CCR에 대한 관리가 가능해졌다. 즉, 생산계획 물량에 대한 잔업관리를 잔여 물량에 대한 표준시간 기준으로 통제하였다. 또한 공수효율이 좋지 않은 공정은 원인을 조사하여 공수효율을 향상하기 위한 관리가 가능하게 되었으며, 이를 통해 생산성 향상의 효과와 원가절감 효과를 도모하였다.
홍민선 외[4]는 공정별 소요비용 중 원가영향도가 높은 공정을 제약공정으로 선택하고 이것을 기준으로 공정 설계를 하였다. 즉, 제약자원을 물류 흐름상에서의 부하공정이 아닌, 설비비용 측면에서 소요비용이 높은 공정을 제약자원으로 선택하고 공정 설계를 하였다. 결론에서는 설비비용이 많이 투입 되는 공정이 물류 흐름에서 제약자원인지는 추가 검증의 필요성을 제시하였다.
즉, 해당 실적공수의 추세를 분석하여, 상승 추세나, 하강 추세를 보이면 표준공수를 재조정하고 변동요인의 가용 생산능력 계수를 조정할 수 있도록 시스템을 설계하였다.
75분이 도출된다. 최종적으로 [Figure 10]과 같은 TOC의 DBR 이론을 적용한 CCR과 Rope, 공정별 실적포인트를 전사공정에 적용하였다.
해당 회사는 2000년도 초반에 경영혁신의 일환으로 ERP를 구축하였다.
실제원가 측면에서는 MES 송신 데이터의 정보동기화로 사양별 실제원가의 신뢰도를 향상시킬 수 있었다. 해당 회사에서는 변동비와 고정비를 계획 배부율로 즉, 동일 기준으로 적용할 수밖에 없었으나, 본 개선 이후 변동비는 실적 기준율로, 고정비는 계획 배부율로 변경하였으며, 제조 공통 인건비와 경비 또한 사양별 제조시간 기준으로 배부하게 하였다. 이를 계기로 실적원가 기준의 사양별 한계이익을 ERP에서 제공할 수 있게 되었으며, 경영진과 관리자는 경영의사결정의의 도구로 사용할 수 있게 되었다.

대상 데이터

본 연구에서는 ERP, MES를 운영하는 제조업체의 공정실적 집계지점(Gathering Point)을 TOC 사상 기반으로 재정의하였다. 이에 수반하여 ERP 생산기준정보인 작업장(Work Center)정의를 CCR을 가진 작업장 중심으로 정의하였으며, 표준시간을 재정립함으로써 제조원가의 신뢰도를 향상시키고자 하였다.
분석 대상 데이터는 공정활동 및 데이터발생 빈도가 많은 소성공정에서 채집하였다. 데이터는 아래와 같다([Table 2] 참조).

데이터처리

윤건구 외[32]는 플라스틱보트 제조공정의 문제점을 제약이론의 DBR과 사고프로세스를 이용하여 CCR과 개선방안을 도출 하였다. 그리고 제조 공정에서 발생하는 공정상의 문제들을 제약이론과 통계적 분석을 통해 해결방안을 제시하고 기대효과를 검증 하였다.
표준시간과 실제 공정실적 시간과의 차이를 검증하기 위하여 특정부품, 특정공정의 실적 데이터를 표본추출(sampling)하고, 취합하여 대응표본 t-검정을 실시하였다.

이론/모형

본 연구에서는 TOC의 DBR 이론을 아래와 같은 부문에 적용하였다.

성능/효과

또한 임규찬[19]의 연구에서는 ERP 도입의 성공요인을 환경적 요인, 정보적 요인으로 구분하여 시스템 성과에 미치는 영향을 검증하였다. 결론에서는 ERP를 도입하면 기업의 생산성과 가치상승에 양의 상관관계가 있다는 것에 문제를 제기하지 않는다고 주장하였다.
해당 회사는 2000년도 초반에 경영혁신의 일환으로 ERP를 구축하였다. 구축 후 2번의 고도화를 진행하였으나, MES에서의 생산실적 송신공정과 전송 받는 ERP 작업장에서 정보의 비동기성 문제가 있다는 것이 발견되었다. 구축당시의 ERP에서 작업장은 유사 공정을 그룹화하여 정의하였다.
또한 CCR을 중심으로 재정비된 표준시간은 사양별 노무비의 변화를 가져와서, 정비 전에 비해서 표준노무비가 최소 30%에서 최대 50%까지 감소하였다([Table 4(A)], [Table 4(B)] 참조).
분석결과에서는 수익성 분석의 경우 ERP 도입 이후에 성과가 오히려 감소하는 경향을 보이고 있으며, 성장성 분석에서도 유의한 차이를 보이고 있지 않는 것으로 나타났다. 또한 재고자산의 경우에도 회전율이 오히려 감소하는 경향을 보이고 있으며, 장기 분석기간에도 명확한 투자효과가 없다는 결론으로 생산성 역설(Productivity Paradox)현상을 주장하였다.
즉 표준시간이 적절하게 산출되어있지 않으며, 집계된 실적공수 또한 표준공수보다 30% 이상 상향 추세를 보이고 있음을 알 수 있다. 반면 TOC의 DBR 이론을 적용한 표준공수와 실적공수를 비교하면 전반적으로 100%선의 공수효율을 보이고 있는 것으로 분석되었다.
본 연구에서 제시한 CCR 기반의 표준시간 재정비는 노무비 변동에 영향을 미쳤으며, 표준노무비가 기존에 비해 하향조정 되었다는 것을 알게 되었다. 실제원가 측면에서는 MES 송신 데이터의 정보동기화로 사양별 실제원가의 신뢰도를 향상시킬 수 있었다.
분석 결과, ERP 도입으로 정성적인 성과에 대한 양의 상관관계가 유의하게 나타났으며, 정량적인 경우에도 매출액, 총자산의 변수가 유의하게 분석되었다.
이장건과 정용기[17]는 ERP 도입 효과에 대한 연구를 ERP 도입 전후의 재무상황으로 조사 하였다. 분석결과에서는 수익성 분석의 경우 ERP 도입 이후에 성과가 오히려 감소하는 경향을 보이고 있으며, 성장성 분석에서도 유의한 차이를 보이고 있지 않는 것으로 나타났다. 또한 재고자산의 경우에도 회전율이 오히려 감소하는 경향을 보이고 있으며, 장기 분석기간에도 명확한 투자효과가 없다는 결론으로 생산성 역설(Productivity Paradox)현상을 주장하였다.
생산관리에서는 생산계획자가 표준 대비 실적공수에 대한 생산효율을 분석한 후, 공정별 월 공수계획을 생산라인에 재배포하고, 공수효율이 낮은 CCR에 대한 관리가 가능해졌다. 즉, 생산계획 물량에 대한 잔업관리를 잔여 물량에 대한 표준시간 기준으로 통제하였다.
세 번째 ERP 시스템의 표준시간을 CCR과 변동요인 기준으로 사양별, 용량별로 재정의하여, 현실적인 표준시간 도출이 가능하게 되었다. 정비 전에는 제품 사양별 표준시간 산출이 불가하였으며, 제품 사양별 원가 산출에 대한 신뢰도가 저하되어, 그에 수반되는 경영분석활동을 할 수 없었다.
본 연구에서 제시한 CCR 기반의 표준시간 재정비는 노무비 변동에 영향을 미쳤으며, 표준노무비가 기존에 비해 하향조정 되었다는 것을 알게 되었다. 실제원가 측면에서는 MES 송신 데이터의 정보동기화로 사양별 실제원가의 신뢰도를 향상시킬 수 있었다. 해당 회사에서는 변동비와 고정비를 계획 배부율로 즉, 동일 기준으로 적용할 수밖에 없었으나, 본 개선 이후 변동비는 실적 기준율로, 고정비는 계획 배부율로 변경하였으며, 제조 공통 인건비와 경비 또한 사양별 제조시간 기준으로 배부하게 하였다.
이에 부응하고자 표준공수생성, 변경에 대한 프로세스를 ERP 시스템의 아밥(Advanced Business Application Programming)프로그램으로 개발하였다([Figure 11] 참조). 이 프로세스에서는 변동 요인과 요인별 공정능력치, 표준공정, 공정능력치 추세를 DB에 저장하고 마스터 프로그램을 구성하여 주기적으로 가용 생산능력을 관리하게 하였다. 주요 절차는 [Figure 12]와 같다.
이러한 MES 재설계와 표준시간 재설정으로 비로소 ERP와 MES 시스템의 정보동기화가 가능하게 되었다. 이를 통해 해당 기업의 고질적인 문제점 중 하나인 제조원가의 비정합성을 해결함으로써 제조원가의 신뢰도를 제고시킬 수 있었다, 또한, 새로운 공정이 생성되거나 변경될 때 절차갱신 및 관리통제가 가능하도록 시스템을 개발하였으며, 궁극적으로 공정 환경의 변화에 따라 MES를 유연하게 ERP 시스템에 연계시킬 수 있는 토대를 마련함으로써 ERP 시스템의 효과적인 실행방안을 모색하였다.
[Table 5]에 나타난 바와 같이, 표준시간 적용 전에는 60%대의 공수효율을 보이고 있다. 즉 표준시간이 적절하게 산출되어있지 않으며, 집계된 실적공수 또한 표준공수보다 30% 이상 상향 추세를 보이고 있음을 알 수 있다. 반면 TOC의 DBR 이론을 적용한 표준공수와 실적공수를 비교하면 전반적으로 100%선의 공수효율을 보이고 있는 것으로 분석되었다.

후속연구

즉, 제약자원을 물류 흐름상에서의 부하공정이 아닌, 설비비용 측면에서 소요비용이 높은 공정을 제약자원으로 선택하고 공정 설계를 하였다. 결론에서는 설비비용이 많이 투입 되는 공정이 물류 흐름에서 제약자원인지는 추가 검증의 필요성을 제시하였다.
끝으로 생산계획 수립 시 공정별 가용 생산능력 및 부하산정을 CCR 중심으로 수행하여, 공정별 부하를 고려한 생산계획수립이 가능하게 되었으나, 본 논문에서는 이에 대한 연구검증이 없기 때문에 이에 대한 효과는 배제하였다. 따라서 TOC와 공정능력계획(Capacity Requirement Planning)에 대한 연계성에 대해서 추가적인 연구계획이 필요하다고 본다. 아울러 Industry4.
따라서 TOC와 공정능력계획(Capacity Requirement Planning)에 대한 연계성에 대해서 추가적인 연구계획이 필요하다고 본다. 아울러 Industry4.0 생산공장(Smart Factory)에서 본 연구에서와 같이 TOC 이론의 적용에 대한 연구가 필요하다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	장기적인 경기침체와 중국과 동남아 등 개발도상국의 급부상으로 인해 국내의 제조 기업들이 집중하는 역량은 무엇인가?	국내의 제조 기업들은 장기적인 경기침체와 중국과 동남아 등 개발도상국의 급부상으로 기업성장의 한계와 수익성이 악화되는 상황에 처해 있다. 때문에 많은 기업들이 새로운 성장의 추진력 얻고자 새로운 가치 창출 및 혁신에 핵심 역량을 집중하고 있다. 그에 대한 혁신 활동 중에 다수의 기업들이 전사적자원관리시스템(Enterprise Resource Planning, 이하 ERP)구축을 통하여 프로세스와 시스템의 통합을 시도 하였으며, 제조물류 부문의 신 부가가치 창출과 원가회계의 신속 정합성을 꾀하고 있다.
	CCR이란 무엇인가?	제약자원은 전체 공정의 속도를 나타내며, 가장 취약한 자원을 CCR(Capacity Constraint Resource, 이하 CCR)로 정의한다[32]. CCR은 생산능력, 품질, 시장수요, 업무규정, 의사결정 기준, 정책적 갈등, 경영철학 등 기업전반에 걸친 프로세스에서 발생이 되는 중요한 제약 자원이다.
	DBR에서 Buffer는 어떤 역할을 하는가?	DBR에서 Buffer는 고장, 결근, 결품 등 예상되지 못하는 혼란으로부터 CCR을 보호하기 위해, 공정 위험 요인들을 완충하는 역할을 한다. 제약 자원을 보호하기 위한 Buffer, 출하를 지원하기 위한 출하 Buffer, 비제약 부품의 지연을 방지하는 조립 Buffer로 구성이 된다[18].

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저자의 다른 논문 :

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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