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문제 정의
- 국내 A사에서는 현재까지 흐름생산방식 위주로 생산 시스템을 설계하고 있다. 따라서 본 연구에서는 복수의 작업장에서 작업자들이 작업장에 할당된 후 차량이 흘러가는 기존의 흐름방식과 복수의 작업장에 대해 차량이 투입되면 공정이 완료될 때까지 차량은 이동하지 않고 작업자가 이동하는 고정위치형 방식의 생산성 차이를 시뮬레이션 실험을 통하여 비교하고자 한다.
- 즉, 공장에서는 8개 작업장에서 차량을 조립하는데 필요한 공정할당을 작업장별로 평균 16시간이 되도록 이미 라인밸런싱을 해 놓은 상태다. 따라서 본연구에서는 기존의 라인밸런싱이 된 결과를 변경하지 않고 흐름라인에서의 생산을 고정위치방식의 생산으로 변경하는 내용만을 다룬다.
- 하지만 모든 작업이 수작업이기 때문에 실제 작업장의 공정소요시간은 분포를 가지고 변동한다. 본 논문에서는 공정시간의 분산이 시스템 효율에 미치는 영향을 비교하기 위해서 상수, 삼각분포, 지수분포 등 다양한 분포를 적용해 보기로 한다.
- Kim(2016)은 조선소 데크하우스(Deckhouse) 선행의장 공정을 대상으로 고정위치생산방식과 흐름생산방식의 효율성을 시뮬레이션을 이용하여 비교하였다. 이 논문에서는 기존의 고정위치형 생산을 흐름생산으로 변경하는 경우에 대해 검토를 하였는데 단순한 작업인 경우에는 흐름생산을 통한 분업이 오히려 제품의 이동과 대기로 인해 생산성이 나빠질 수도 있다고 하였다. 그리고 고정위치형 생산의 경우에는 장비와 자재 흐름에 대한 관리가 필수적이라고 하였다.
가설 설정
- 철도차량의 납품은 편성단위로 이루어지기 때문에 의장공정이 완료된 후 차량을 모아서 편성을 구성하고 주행시험 등을 실시한다. 따라서 본 연구에서는 작업장에 투입되는 차량은 편성단위로 투입되며, 투입 후 차량단위로 분할되어 1호 차량부터 순차적으로 공정이 시작되는 것으로 가정하였다. 물론 혼류생산에서 차량별 평균체류 시간 등은 투입순서에 따라 영향을 받지만 본 연구에서는 별도의 일정계획 문제를 다루지는 않는다.
- 또한 차량이 공장에 입고되면 흐름방식으로 작업장을 이동하는 것이 아니라 특정 작업장 공간에 고정이 된 채로 작업자들이 작업장을 찾아다니는 방식으로 변경한다. 부품은 해당 작업장으로 공급되는 것으로 가정하고, 결품이나 공정시간의 변동은 As-Is 시스템과 동일한 것으로 가정한다. 이 과정에서 이동대차 1대를 추가로 설치하는 투자비용에 대해서는 고려하지 않는다.
- 반면에 새로운 고정위치형 방식에서는 차량의 운반은 필요 없으며, 대신에 작업자들이 다음 작업을 수행해야 할 작업장을 찾아 이동해야 한다. 실제로 차량의 이동시간이 작업자의 이동시간보다 길지만 본 연구에서는 동일하게 1시간씩 소요되는 것으로 가정하였다.
- 따라서 추가적으로 결품시간의 평균을 1부터 5까지 변경시켜가면서 지수분포와 정규분포를 각각 적용시켜 보았다. 이 때 정규분포의 표준편차는 평균의 1/5로 가정하였다. 이 실험의 결과가 Table 3에 제시되어 있는데, 결품시간이 지수분포인 경우 평균이 1,2,3일 때는 흐름라인이 미미하게 생산량이 많았지만 평균이 4보다 크게 되면 고정위치형 방식이 좋아지는 것으로 분석되었다.
- 시뮬레이션 수행기간은 예열(warmup) 기간 2000시간을 포함하여 총 22000시간으로 하였으며, 반복회수는 10회로 하였다. 차량은 충분히 준비되어 있어서 첫 공정 수행을 위한 공간과 작업자가 사용가능하면 언제든지 투입이 가능하다고 가정하였다(No starvation). 철도차량은 1편성당 10량의 차량이 있는 것으로 가정하였다.
- 차량은 충분히 준비되어 있어서 첫 공정 수행을 위한 공간과 작업자가 사용가능하면 언제든지 투입이 가능하다고 가정하였다(No starvation). 철도차량은 1편성당 10량의 차량이 있는 것으로 가정하였다. 주요 성과지표는 차량 생산량, 차량별 평균체류시간, 편성(Fleet)별 평균체류시간으로 정하였다.
- 실제로 각 공정에 투입되어야 하는 자재는 매우 다양하며, 그들 중 한 가지라도 제때 도착하지 않는다면 공정이 지연된다. 하지만 본 연구에서는 부품이 공정당 부품이 한 종류씩만 존재하는 것으로 가정하였다. 이 때 부품이 결품되는 확률(SR)과 결품기간(SP)은 확률분포로 설정하여분석을 수행하고자 한다.
- 이렇듯 유연성 있는 버퍼의 위치가 가능한 이유는 조립작업을 수행하기 위해 필요한 고정설비들이 제약으로 작용하고 있지 않기 때문이다. 하지만 본 연구에서는 일단 버퍼의 위치가 고정된 것으로 가정하도록 하겠다.
- 반면에 고정위치형 생산방식으로 변경될 경우에는 동일한 공정을 담당하는 2개의 조는 호환성을 가질 수 있다. 하지만 이 문제는 운영상의 문제이기 때문에 배치안을 비교하는 관점에서 라인간의 호환성은 고려하지 않는 것으로 가정하였다.
- 한 작업장에 할당된 공정은 수십 종류 이상이며, 개별공정의 소요시간은 다르다. 하지만 흐름라인을 설계했다는 것은 한 작업장에 할당된 많은 공정들의 공정시간 합이 목표시간에 맞도록 이미 라인밸런싱이 되었다는 것을 가정하는 것이다. 즉, 공장에서는 8개 작업장에서 차량을 조립하는데 필요한 공정할당을 작업장별로 평균 16시간이 되도록 이미 라인밸런싱을 해 놓은 상태다.
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