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문제 정의
- 본 연구는 모두베기 대상지의 전목수확작업시스템에서 2중 무선 클램프 반송기를 적용한 굴삭기 기반 타워야더에 의한 집재작업의 생산성 및 비용 분석을 통해 효율적인 집재작업방식을 제시하고, 집재기계를 투입하기 전에 집재작업 생산재적에 따른 손익분기점 및 최소작업량과 임목축적을 고려한 최소작업면적을 제시하여 효율적인 집재작업 및 집재기계를 선정할 수 있는 기초자료를 제공하고자 하였다.
- 일반 무클램프 반송기의 경우 되돌림줄을 고정하는 클램프 등이 적용되어 있지 않아 상·하향집재의 경우 집재거리가 길어질수록 작업줄을 당겨 가로집재 위치로 가는 작업이 어려운 점이 있었다. 본 연구에서는 2중 클램프 반송기를 적용하여 기존 무클램프 반송기와 비교하여 집재작업의 생산성 및 작업효율에 미치는 영향을 조사 분석하였다.
제안 방법
- 기계구입시 자금을 은행으로부터 융자받는 것으로 계산하여 시중은행금리나, 임업이자율 등을 적용하였고 평균 투자금액은 장비 구입가격의 1/2로 계산하였다.
- 하향집재는 견인하는 집재목의 위치를 제어하기 어렵고, 운전원의 능력에 따라 생산성 및 작업안전이 좌우되는 경우가 대부분이다. 따라서 이러한 문제점을 해결하고자 반송기에서 집재목의 위치에 따른 가로끌기와 쵸커설치, 가로집재, 집재작업 등을 효율적으로 제어하기 위한 2중 클램프 무선 반송기를 적용하여 조사 분석하였다(Figure 4). 적용된 2중 클램프 반송기의 제원은 Table 3과 같으며, 작동은 무선 송·수신기 방식으로 반송기의 상·하단에 되돌림줄과 작업줄을 고정할 수 있는 클램프를 적용하여 하향집재와 가로집재에 효율적이다.
- 따라서, 본 연구에서는 2중 무선 클램프 반송기를 적용한 굴삭기 기반의 타워야더를 이용하여 집재작업 생산성 및 비용, 집재작업 생산재적의 변화에 따른 투입비용과 수입으로 손익분기점 및 최소작업량, 임목축적을 이용한 최소작업면적을 분석하였다. 집재작업의 생산성과 비용은 기존 무클램프 반송기에서 2중 클램프 반송기를 적용함으로써 작업인원 감소와 작업이 용이한 것으로 나타났다.
- 또한, 각 작업에 투입된 인원은 벌도작업 1명, 집재작업 2명, 조재작업 1명, 상·하차 및 소운반 작업 2명, 상차 및 운재작업 2명이었으며, 조사에 사용된 각종 기계의 운전원은 최소 5 년 이상 해당 기계를 사용하여 표준 작업을 수행한 경험이 있는 전문 인력을 투입하였다.
- 이 결과는 본 연구와 유사한 전목수확작업지에서의 하향집재를 통한 기존 연구(Kim and Park, 2013)의 작업비용 18,265 won/㎥보다 낮게 나타났으며, 이는 모두베기 작업과 집재목 크기에 따른 결과로서 작업조건 등을 고려하여도 다소 낮은 집재작업비용이라고 판단된다. 또한, 기계이용률 변화에 따른 집재 작업의 영향력을 분석하기 위해 집재순수작업생산성 (㎥/PMH)과 기계비용(won/hr)을 고정시키고, 기계이용률을 변화시켜 집재 전체작업생산성(㎥/SMH)과 작업비용에 대한 민감도를 분석하였다(Figure 6). 집재작업에서 사전작업준비 및 작업숙련도에 따라 반송기 재위치, 목재 및 와이어 걸림, 반송기 수리작업 등의 지연시간이 감소되면 기계이용률이 최대 88.
- 연료비는 사용연료의 시간당 비용으로 계산하고 한국석유공사의 2015년 7～8월 평균유가를 기준으로 분석하였다(KNOC, 2015). 또한, 윤활유 비용은 윤활유 계수를 이용하여 구하며 보통 장비일 경우 윤활유계수는 0.1이나 본 연구에서는 유압시스템으로 장비로 0.4를 적용하였다.
- 작업시간의 일일 작업은 전체작업시간(Cycle time), 순수작업시간(Delay-free cycle time) 및 작업지연시간(Delay time)으로 구분하여 분석한 후, 기계이용률을 산출하였다. 또한, 작업생산성(SMH; Schedule Machine Hour, ㎥/hr)은 벌도작업 전에 입목에 번호를 표기하면서 전수 매목조사를 실시하여 임목재적을 산출 한 후, 입목을 벌도 집재한 후에 이를 바탕으로 집재작업의 생산성을 산출하였다.
- 본 연구결과를 기존의 연구결과와 비교해 보기 위해 조사대상지 등 조건이 비슷한 연구결과와 비교 분석해 보았다. 즉, 리기다소나무 인공림지역에서 3인 1조 및 4 인 1조의 작업원에 의한 13톤 급 스윙야더를 이용한 전목 수확작업지의 집재작업공정이 각각 0.
- 15 ha 기준) + 장비 운송비용 1,400,000 won)이고, 변동비는 전목수확작업시스템의 총 작업비용 44,713 won/㎥이다(Table 9). 수입은 Table 10에서 제시한 주요 수종 2종(리기다소나무, 신갈나무)의 등급에 따른 원목매각단가와 원목재적을 변화시켜 검토하였다. 또한 원목을 매각 시 발생되는 종합소득세의 경우 입목계 약금액이 1억원 미만일 경우 발생되지 않으며, 조사지의 계획비용은 입목계약금액에 포함되어 있다.
- 또한, 수종별 원목의 등급 구분은 특용재급, 1등급, 2 등급, 3등급, 원주재급, 원료재급으로 분류된다(KOFPI, 2015). 수입은 식 7과 같이 원목 등급 구분에 따른 주요 수종 2종(리기다소나무, 신갈나무)을 대상으로 생산재적 (㎥)과 원료재급의 원목매각비용(원/㎥)을 적용하였다 (Table 10). 식 6과 7을 이용하여 생산재적(㎥)의 변화에 따른 투입비용(TC)과 수입(TI)으로 손익분기점 및 최소 작업량(㎥)을 분석하였으며, 연구대상지의 임목축적(137 ㎥/ha)을 이용하여 최소작업면적(ha)을 산출하였다.
- 장비에 대한 손해보험과 대인, 대물보험 비용 등을 고려하였다. 연간 보험료는 장비구입비의 1.4 %를 적용하였으며, 창고 보관비용은 장비의 보관에 필요한 창고 임대비용으로 대체하고 경우에 따라서는 기계에 대한 관리비용을 계산하여 비용에 편입할 수도 있지만 본 연구 에서는 적용하지 않았다.
- 작업시간의 일일 작업은 전체작업시간(Cycle time), 순수작업시간(Delay-free cycle time) 및 작업지연시간(Delay time)으로 구분하여 분석한 후, 기계이용률을 산출하였다. 또한, 작업생산성(SMH; Schedule Machine Hour, ㎥/hr)은 벌도작업 전에 입목에 번호를 표기하면서 전수 매목조사를 실시하여 임목재적을 산출 한 후, 입목을 벌도 집재한 후에 이를 바탕으로 집재작업의 생산성을 산출하였다.
- 즉 장비의 활용도가 일정한 기준 이하일 때는 감가상각비가 증가하는 방식을 사용하였다. 장비구입 가격이 P, 장비의 경제적 수명이 H시간, 장비내구년수가 N년, 실제 연간 가동시간이 J 시간일 경우에는 이 장비는 최소한 년 간 H/N 이상 사용하여야 하는데 실제 연간 가동시간 J가 H/N보다 적을 때의 감가상각비 D는 다음과 같이 적용하였다.
- 장비를 다른 작업장소로 이동시키는데 소요되는 비용과 운전원의 인건비, 숙박비 등을 고려하여 계산하였다.
- 장비에 대한 손해보험과 대인, 대물보험 비용 등을 고려하였다. 연간 보험료는 장비구입비의 1.
- 6 m의 길이로 조재작업이 실시되었다. 조재된 원목은 굴삭기 우드그랩+궤도형 임내차에 의한 소운반 작업과 굴삭기 우드그랩+25톤트럭에 의한 운재작업으로 이루어졌다. 또한, 각 작업에 투입된 인원은 벌도작업 1명, 집재작업 2명, 조재작업 1명, 상·하차 및 소운반 작업 2명, 상차 및 운재작업 2명이었으며, 조사에 사용된 각종 기계의 운전원은 최소 5 년 이상 해당 기계를 사용하여 표준 작업을 수행한 경험이 있는 전문 인력을 투입하였다.
- 집재작업에 따른 최소작업량 및 최소작업면적 분석에 필요한 인자를 고려하여 투입비용(고정비, 변동비)과 수입을 이용하였다. 투입비용은 식 6을 적용하였으며 (Ahn et al.
- 집재작업에 따른 최소작업량 및 최소작업면적 분석은 투입비용(고정비, 변동비)과 수입을 구분하여 검토하였다. 투입비용의 고정비는 11,270,833 won(임목계약 금액 9,870,833 won(1.
- 집재작업에 있어서 요소작업은 2인 1조로 반송기 보내기 (Carriage out), 가로끌기(Lateral wire traction), 쵸커설치 (Hooking), 가로집재(Lateral yarding), 집재작업(Yarding), 쵸커풀기(Unhooking), 총 작업지연시간(Total operation delay time)으로 구분하였다. 총 작업지연시간은 휴식 및 작업자 간의 대화 등과 같은 작업자지연시간(Personal delay time), 주변정리, 와이어걸림, 나무걸림, 작업대기, 반송기 위치조정, 반송기걸림 등의 작업적 지연시간(Operational delay time), 반송기 점검 등 기계적 지연시간(Mechanical delay time)으로 구분하여 조사하였다.
- 집재작업의 민감도 분석은 집재순수작업생산성(㎥/PMH) 과 기계비용(won/hr)을 고정하고 기계이용률을 변화시키면서 산출하였다(Oh et al., 2017).
- 집재작업에 있어서 요소작업은 2인 1조로 반송기 보내기 (Carriage out), 가로끌기(Lateral wire traction), 쵸커설치 (Hooking), 가로집재(Lateral yarding), 집재작업(Yarding), 쵸커풀기(Unhooking), 총 작업지연시간(Total operation delay time)으로 구분하였다. 총 작업지연시간은 휴식 및 작업자 간의 대화 등과 같은 작업자지연시간(Personal delay time), 주변정리, 와이어걸림, 나무걸림, 작업대기, 반송기 위치조정, 반송기걸림 등의 작업적 지연시간(Operational delay time), 반송기 점검 등 기계적 지연시간(Mechanical delay time)으로 구분하여 조사하였다.
대상 데이터
- 인건비는 대한건설협회의 2015년 하반기 적용 임금보고서를 기준으로 분석하였다(CAOK, 2015).
- 본 연구 조사지 및 조사지 개요는 Figure 1 및 Table 1과 같다. 조사지는 경기도 이천시 호법면 매곡리 17임반 3소반에 위치한 모두베기 작업지로 전체면적은 7.2 ha이며, 전목수확작업시스템을 적용한 면적은 1.15 ha이다. 집재대상 수종은 리기다소나무(Pinus rigida) 및 신갈나무(Quercus mongolica) 등으로 구성되어 있다.
- 15 ha이다. 집재대상 수종은 리기다소나무(Pinus rigida) 및 신갈나무(Quercus mongolica) 등으로 구성되어 있다. 조사지의 개요는 Table 1과 같으며, 조사지의 평균경사는 40 %, 조사지 내의 리기다소나무 및 신갈나무의 집재목 평균수고는 각각 15 m 및 14 m, 집재목 평균직경은 22 cm 및 20 cm, 조사지의 전체 평균임목축척은 평균임목축척은 137.
- 6 m, 최대 가로집재거리는 약 30 m이며, 대부분 30 m 이내에서 가로집재가 이루어졌다. 집재된 전목은 프로세서에 의해 2.1 m, 3.6 m의 길이로 조재작업이 실시되었다. 조재된 원목은 굴삭기 우드그랩+궤도형 임내차에 의한 소운반 작업과 굴삭기 우드그랩+25톤트럭에 의한 운재작업으로 이루어졌다.
데이터처리
- 연료비는 사용연료의 시간당 비용으로 계산하고 한국석유공사의 2015년 7～8월 평균유가를 기준으로 분석하였다(KNOC, 2015). 또한, 윤활유 비용은 윤활유 계수를 이용하여 구하며 보통 장비일 경우 윤활유계수는 0.
이론/모형
- (2009)은 굴삭기 기반의 스윙야더를 이용하였고, Bruce et al.(2014; 2015) 집재윈치를 이용하여 집재작업 생산성 및 비용 연구를 수행하였다. 이와 같이, 가선집재작업의 생산성 및 비용 분석에 관한 연구가 활발히 진행되었으나, 인터락 장치가 있는 집재기계를 이용한 집재작업에서 적정작업량 산정과 생산성 향상을 위한 반송기 성능개선에 관한 연구가 필요한 실정이다.
- 본 조사지에서의 집재작업에 대한 작업시간, 요소작업 시간, 그리고 작업공정 등을 조사하기 위해 스톱워치를 이용한 연속작업의 시간 및 동작 연구(Time and motion study) 방법을 적용하였다.
성능/효과
- 4 %로 나타났다. 1 사이클당 집재작업의 쵸커 설치시간은 평균 약 71 sec/cycle(22.5 %)로 가장 많이 차지하였고, 집재작업시간이 평균 약 62 sec/cycle(19.7 %), 반송기 보내기 시간이 평균 약 39 sec/cycle(12.4 %)로 나타났으며, 총작업 지연시간은 평균 약 62 sec/cycle로 나타났다(Table 5). 또한, 본 조사에서의 1 사이클당 평균 집재거리는 68.
- 2중 무선 클램프 반송기를 이용한 굴삭기 기반 타워야더에 의한 집재작업 시간 및 생산성을 분석한 결과, 1 사이클당 전체작업시간(Total cycle time)은 평균 315 sec/cycle이고, 1 사이클당 순수작업시간(Delay-free cycle time)은 평균 253 sec/cycle이며, 이에 따른 기계이용률은 80.4 %로 나타났다. 1 사이클당 집재작업의 쵸커 설치시간은 평균 약 71 sec/cycle(22.
- 또한, 본 조사에서의 1 사이클당 평균 집재거리는 68.9 m, 평균 가로집재거리는 10.0 m, 평균 집재작업본수는 2.4 본 /cycle, 평균 집재작업공정은 0.54 ㎥/cycle이었고, 시간당약 11회를 집재하여 생산성은 6.2 ㎥/SMH, 1일 기준 49.6 ㎥/일, 1일 1인 기준 24.8 ㎥/일 ·일으로 나타났다(Table 4).
- 또한, 집재작업지연시간 분석을 통해 사전 작업준비 및 작업의 숙련도에 따라 반송기 재위치, 목재 및 와이어 걸림, 반송기 수리작업 등의 작업지연시간이 감소하면 기계이용률이 증가하여 작업생산성 향상과 비용 절감으로 집재작업이 효율적일 것으로 판단되었다. 또한, 집재 작업 생산재적의 변화에 따른 손익분기점 및 최소작업량과 임목축적을 이용한 최소작업면적 분석을 통해 굴삭기 기반 타워야더의 적용 가능성을 확인하였다. 향후, 다양한 작업현장에서 발생되는 투입비용, 수종 및 원목등급에 따른 수입, 목재수확작업시스템 방법에 따른 최소작업량과 최소작업면적에 대한 데이터가 축적되면, 전목수확작업시스템에서 집재작업의 효율적인 집재기계를 선정할 수 있을 것으로 판단된다.
- 집재작업의 생산성과 비용은 기존 무클램프 반송기에서 2중 클램프 반송기를 적용함으로써 작업인원 감소와 작업이 용이한 것으로 나타났다. 또한, 집재작업지연시간 분석을 통해 사전 작업준비 및 작업의 숙련도에 따라 반송기 재위치, 목재 및 와이어 걸림, 반송기 수리작업 등의 작업지연시간이 감소하면 기계이용률이 증가하여 작업생산성 향상과 비용 절감으로 집재작업이 효율적일 것으로 판단되었다. 또한, 집재 작업 생산재적의 변화에 따른 손익분기점 및 최소작업량과 임목축적을 이용한 최소작업면적 분석을 통해 굴삭기 기반 타워야더의 적용 가능성을 확인하였다.
- 7 ㎥(1등급～원료재급)으로 변화하였다(Figure 9). 리기다소나무와 동일하게 원료재급 기준으로 최소작업량과 최소작업면적은 각각 433.7 ㎥, 3.2 ha 이상에서 손익분기점이 발생하는 것으로 나타났다(Table 11).
- 이 결과는 여러 가지 조건이 다르므로 다소 차이가 있겠지만, 무클램프 반송기를 사용한 기존 연구결과보다 본 연구에서 2중 무선 클램프 반송기를 적용하여 반송기의 위치 조정 및 고정, 와이어의 풀림이 쉽고, 운전자가 반송기를 무선으로 제어할 수 있어 작업이 용이하고 작업범위가 넓은 관계로 집재작업 요소작업에서의 가로끌기, 가로집재, 쵸커 풀기 시간이 감소하여 작업생산성이 높게 나타난 것으로 사료되며, 이에 2중 무선 클램프 반송기를 적용한 집재작업이 효율적일 것으로 판단된다.
- Kim and Park(2012)는 모두베기 작업 대상지 하향집재에서 인터락 장치가 있는 스윙야더와 타워야더(RME-300T)를 이용한 런닝스카이라인방식의 설치 및 해체시간이 각각 최대집재거리가 90 m 및 140 m 일 때, 소요되는 시간은 3,870초 및 6,367초이었다. 이 기존 연구결과는 본 연구에서 적용한 2중 클램프 반송기를 이용한 굴삭기 기반 타워야더가 최대집재거리 183.6 m 일 때, 동일한 런닝스 카이라인방식의 설치 및 해체시간 3,460초 보다 높은 것이다. 이는 사전에 가선설치용 견인줄(Straw line) 이용한 집재선을 선정한 후 가선설치용 견인줄과 되돌림줄을 연결하여 가선 설치함으로써 작업자의 노동작업강도를 경감하고 작업이 더욱 효율적이기 때문에 가선 설치 시간이 단축된 것으로 사료된다.
- 3 ㎥(1 등급～원료재급)로 변화하는 것으로 나타났다(Figure 8). 이에 본 연구대상지의 임목축적 137.0 ㎥/ha과 원목매각 등급이 가장 낮은 원료재급을 기준으로 최소작업량과 최소작업면적이 각각 558.3 ㎥과 4.1 ha 이상에서 손익분기점이 발생하는 것으로 나타났다(Table 11). 또한, 활엽수 종인 신갈나무 기준으로 원목등급별 손익분기점을 129.
- 집재작업 작업지연시간을 분석한 결과는 Table 7과 같다. 인위적 지연은 휴식 1,758초, 작업자간 대화가 813초로 나타났고, 작업지연은 설치 및 해체시간 3,460초, 나무걸림 2,730초, 와이어걸림 1,230초, 작업대기 546초, 반송기 위치 조정 168초, 주변정리 159초로 나타났으며, 기계적 지연은 반송기 점검으로 지연시간이 1,145초로 나타났다(Table 7). 대부분 가선 설치 및 해체시간이 작업지연시간에 많은 비중을 차지하고 있다.
- 집재대상 수종은 리기다소나무(Pinus rigida) 및 신갈나무(Quercus mongolica) 등으로 구성되어 있다. 조사지의 개요는 Table 1과 같으며, 조사지의 평균경사는 40 %, 조사지 내의 리기다소나무 및 신갈나무의 집재목 평균수고는 각각 15 m 및 14 m, 집재목 평균직경은 22 cm 및 20 cm, 조사지의 전체 평균임목축척은 평균임목축척은 137.0 ㎥/ha이다.
- 본 연구결과를 기존의 연구결과와 비교해 보기 위해 조사대상지 등 조건이 비슷한 연구결과와 비교 분석해 보았다. 즉, 리기다소나무 인공림지역에서 3인 1조 및 4 인 1조의 작업원에 의한 13톤 급 스윙야더를 이용한 전목 수확작업지의 집재작업공정이 각각 0.34 ㎥/cycle, 0.26 ㎥ /cycle이고, 집재작업 생산성이 각각 5.25 ㎥/hr(Kim and Park, 2012), 2.67 ㎥/hr(Cho et al., 2009)의 기존 연구보다 조사지의 조건이 다소 다르지만, 본 연구에서의 2중무선 클램프 반송기를 이용한 굴삭기 기반 타워야더 연구결과의 생산성이 다소 높게 나타났다(Table 5).
- 또한, 기계이용률 변화에 따른 집재 작업의 영향력을 분석하기 위해 집재순수작업생산성 (㎥/PMH)과 기계비용(won/hr)을 고정시키고, 기계이용률을 변화시켜 집재 전체작업생산성(㎥/SMH)과 작업비용에 대한 민감도를 분석하였다(Figure 6). 집재작업에서 사전작업준비 및 작업숙련도에 따라 반송기 재위치, 목재 및 와이어 걸림, 반송기 수리작업 등의 지연시간이 감소되면 기계이용률이 최대 88.0 %로 증가하고, 작업비용은 9.7%를 절감될 것으로 판단된다.
- 따라서, 본 연구에서는 2중 무선 클램프 반송기를 적용한 굴삭기 기반의 타워야더를 이용하여 집재작업 생산성 및 비용, 집재작업 생산재적의 변화에 따른 투입비용과 수입으로 손익분기점 및 최소작업량, 임목축적을 이용한 최소작업면적을 분석하였다. 집재작업의 생산성과 비용은 기존 무클램프 반송기에서 2중 클램프 반송기를 적용함으로써 작업인원 감소와 작업이 용이한 것으로 나타났다. 또한, 집재작업지연시간 분석을 통해 사전 작업준비 및 작업의 숙련도에 따라 반송기 재위치, 목재 및 와이어 걸림, 반송기 수리작업 등의 작업지연시간이 감소하면 기계이용률이 증가하여 작업생산성 향상과 비용 절감으로 집재작업이 효율적일 것으로 판단되었다.
후속연구
- 따라서 본 연구에서는 기존 무클램프 반송기에서 성능 개선된 2중 무선 클램프 반송기를 적용한 새로운 집재작업을 적용함으로써 기계이용률이 80.4%로 높게 나타난 것으로 사료되며, 향후 작업적 및 기계적 지연시간을 단축하면 작업생산성 및 작업비용이 더욱 향상되고 절감될 것으로 판단된다.
- 따라서, 분석된 결과를 바탕으로 다양한 작업현장에서 발생되는 투입비용, 수종 및 원목등급에 따른 수입, 목재 수확작업시스템 방법에 따른 최소작업량과 최소작업면적을 예상하면 전목수확작업시스템에서 집재작업의 효율적인 집재기계 선정을 위한 기초자료로 사용할 수 있을 것으로 사료된다.
- 또한, 집재 작업 생산재적의 변화에 따른 손익분기점 및 최소작업량과 임목축적을 이용한 최소작업면적 분석을 통해 굴삭기 기반 타워야더의 적용 가능성을 확인하였다. 향후, 다양한 작업현장에서 발생되는 투입비용, 수종 및 원목등급에 따른 수입, 목재수확작업시스템 방법에 따른 최소작업량과 최소작업면적에 대한 데이터가 축적되면, 전목수확작업시스템에서 집재작업의 효율적인 집재기계를 선정할 수 있을 것으로 판단된다.
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