[논문]유리창 청소작업의 자동화 장비 도입에 대한 타당성 분석

김균태

doi:10.5762/kais.2020.21.12.612

초록
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최근에 외부 유리창 청소에 대한 수요는 증가하고 있으나, 이 청소는 매우 위험한 인력 의존형 작업이다. 또한 청결을 중시하는 업장에서 원하는 빈도로 자주 청소하는 것도 용이하지 않다. 따라서 이 작업을 자동화 할 필요가 있다. 본 연구에서는 특정 유리창에 부착하여, 그 유리창을 지속적으로 청소하는 장치의 개념을 제시하고, 이 장치의 경제적 타당성을 분석하였다. 분석 결과, 장비의 예상 제작비 1천만 원 수준이나, 투자 가능비용은 내구연한 5년 기준으로 최소 9.8백만 원, 내구연한 10년 기준으로 최소 103백만 원 수준이었다. 따라서 장비비 보다 예상 절감액이 충분히 커서, 경제적 타당성이 있는 것으로 평가 되었다. 본 연구에서는 정량적 지표만으로 분석하여, 안전성 향상에 의한 노무자 안전 사고 감소, 생산성 향상, 공기 단축, 품질 향상 등으로 인한 원가 절감 기대 값은 고려되지 않았다는 한계가 있다. 따라서 향후 고려되지 않은 기대 값을 추가하여 자동화 장비에 의한 원가절감 효과를 산출하면 경제성이 보다 정확하게 산정될 것으로 예상된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In recent years, the demand for external window cleaning has increased, but the process is a very dangerous manpower-dependent operation. In addition, it is difficult to clean at the desired frequency in a business that values cleanliness. Therefore, there is a need to automate this work. This paper...

In recent years, the demand for external window cleaning has increased, but the process is a very dangerous manpower-dependent operation. In addition, it is difficult to clean at the desired frequency in a business that values cleanliness. Therefore, there is a need to automate this work. This paper presents the concept of a device that can be attached to a specific window and clean the window continuously. The economic feasibility of this device was analyzed. The estimated manufacturing cost of the equipment was approximately 10 million won, but the possible investment cost was at least 9.8 million won for five years of endurance and 103 million won for 10 years of endurance. Therefore, the expected savings well exceed the equipment cost, and it was evaluated as having economic feasibility. Since this study analyzed only quantitative indicators, the expected cost reduction due to a reduction in safety accidents, productivity improvement, construction time reduction, and quality improvement was not considered. Therefore, it is expected that the calculated economic feasibility will be more accurate if the cost reduction effect by the automation equipment is calculated by adding the expected values not considered in this study.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. Windows cleaning method by workers (a) Wet process using scaffolds[2] (b) Dry process using a gondola[3]
그림 Fig. 2. Windows cleaning work process using rope[4]
그림 Fig. 3. A concept of a guide rail fixed cleaning device (a) Outer view (b) Inner view
표 Table 1. Function by component
그림 Fig. 4. Initial investment available cost by annual operating days
그림 Fig. 5. Initial investment available cost according to changes in labor cost increase rate (52 days/year operation)

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 건축물 유리창 청소작업 자동화와 관련하여, 장비개발 이전 단계에서 장비도입의 타당성을 예측하기 위한 수치모델을 유도하고, 이 예측모델을 이용하여 장비의 경제적 타당성을 분석하는 것을 목적으로 한다.
본다[7]. 따라서 본 연구에서도 유사한 기계에 대한 운전 경험 등을 근거로 자동화 장비의 운영 및 유지관리 비용을 도출하였다.
타당성 예측모델을 도출한다. 또 예측모델에 필요한 여러 변수의 값을 다양하게 산정하여, 각각의 상황에 대한 경제적 타당성을 예측하고자 한다.
본 연구에서는 실제 현장에 투입될 수 있는 청소 장치의 경제성 있는 투자비용(I)을 예측하기 위하여 다음과 같이변수값을 산정하였다. 우선 노무절감인원(L)은 1인으로 설정하였다.
본 연구에서는 특정 유리창에 부착하여, 해당 유리창을 지속적으로 청소할 수 있는 장치의 개념을 제시하고, 그 경제적 타당성을 분석하였다. 분석 결과, 장비의 예상 제작비 1천만원 수준이나, 투자 가능비용은 내구연한 5 년 기준으로 최소 9.
일반적으로 표면오염도를 측정하는 방법은 육안검사, 색차계, IR센서 등 다양한 방법이 있다. 하지만 투과성이 있는 유리의 오염도를 자동으로 측정해야 한다는 점을 감안하여, 본 연구에서는 색차계 이용하고자 한다. 색차계는 반사 혹은 투과된 빛의 길이 (wavelength)와 반사율(reflectance) 등을 측정하여 노랑(yellow), 빨강(red), 파랑(blue), 그린(green) 색에 대한 데이터 값(L, a, b)을 추출하는 것으로, 추출된 데이터로 물체 본연의 색과의 차이를 알아내는 방식이다.

가설 설정

그러나 현실적으로 특정층의 특정 사무실 유리창을 수평적으로 청소하는 경우가 거의 없는 상황에서, 2인이 절감된다고 가정하는 데에 무리가 있어 보인다. 따라서 본 연구에서는 청소작업원 1인 만을 절감하는 것으로 가정하였다. 인당 노무비(C)는 청소현장 인터뷰를 통해 조사하였으며, 하루일당은 평균 20만원/인 수준인 것으로 파악되었다.
또 운반 및 설치비용(S)은 초기에 설치한 후에는 이동하는 경우가 거의 발생하지 않으므로 실질적으로 0에 가깝다. 따라서 본 연구에서는 청소장치의 운전비용(O), 유지관리 비용(M), 운반 및 설치비용(S)을 모두 합하여, 1~5년은 장비 가격의 5%, 6~10년은 장비 가격의 10% 정도인 것으로 가정하였다. 그리고 기계관련 정부 출연연구원에서 20년간 건설자동화장비 연구를 수행한 책임연구원 1인, 21년간 건설자동화장비 연구개발을 수행한 기계설계 제작 업체의 대표 1인 및 동 기업 건설기계 제작 담당인 21년 경력의 공장장 1인 등 3인의 전문가와 인터뷰하였다.

제안 방법

따라서 본 연구에서는 청소장치의 운전비용(O), 유지관리 비용(M), 운반 및 설치비용(S)을 모두 합하여, 1~5년은 장비 가격의 5%, 6~10년은 장비 가격의 10% 정도인 것으로 가정하였다. 그리고 기계관련 정부 출연연구원에서 20년간 건설자동화장비 연구를 수행한 책임연구원 1인, 21년간 건설자동화장비 연구개발을 수행한 기계설계 제작 업체의 대표 1인 및 동 기업 건설기계 제작 담당인 21년 경력의 공장장 1인 등 3인의 전문가와 인터뷰하였다. 그 결과, Fig.
(1)에서, 노무비 증가률(j)이나 물가 상승률(α)이 작아지면, 투자가능 비용(I)도 작아진다. 따라서 본 연구에서는 주 1회 작동을 기준으로 하여, 변동가능성이 큰 노무비 상승률을 6~4%로 변화시키면서, 초기투자비에 대한 민감도를 분석하였다. 그 결과, 내구연한 10년일 때, 투자 가능비용은 89백만원(4%)에서 103백만원 (7.
에 도출된 청소장치의 개념을 구현하기 위해서는 본체 이동용 모터 1개, 상/하부 브러시 이동용 모터 각 1개, 상/하부 브러시 회전용 모터 각 1개, 상/하부 와이퍼 이동용 모터 각 1개, 창틀 등 돌출부 회피 구동용 모터 1개 등 총 8개의 모터와 베이스, 축, 기어, 컨트롤러 등의 주요부품이 필요한 것으로 파악되었다. 본 연구는 설계 전 단계에서 투자여부를 판단하는 것이므로, 주요 부품비와 이에 부가되는 비용을 개략 산정하였다. 산정 결과, 청소장치의 제작비용은 1천만원 이내일 것으로 추정되었다.
본 연구에서는 건축물 유리창 청소에 자동화 장비를 활용하는 경우에 대해, 생산성, 품질, 안전성 등 정성적 요인보다는, 노무인원, 작업일수 등 정량적 변수를 적용하여 타당성 예측모델을 도출한다. 또 예측모델에 필요한 여러 변수의 값을 다양하게 산정하여, 각각의 상황에 대한 경제적 타당성을 예측하고자 한다.
제안된 장치는 유리창의 상부 및 하부에 장착되는 고정형 가이드 레일과, 이 레일을 따라 좌측 또는 우측으로 수평 이동하는 본체를 포함한다(Fig. 3. 및 Table 1.). 건물 외벽면의 좌측부와 우측부는 각각 본체의 이동 경로의 시점과 종점이 된다.
청소장치의 연간 가동일수는 182일(격일), 104일(주1 회), 52일(격주1회), 12일(월1회)의 4가지 상황으로 설정하였다. 개발장비는 한번 부착하면 매일 청소할 수 있다.

대상 데이터

2014년 11월 21일 16시35분경, 충남 천안시 ○○○ 아파트의 107동 옥상(20층)에서, 달비계를 고정하는 로프의 매듭이 풀리면서 청소작업원인 조○○(39세)이 추락하여 사망하였다. 산업안전보건법 제23조 제3항에는 ‘사업주는 작업 중 근로자가 추락할 위험이 있는 장소, .
본 연구에서 경제성 분석 대상은 건물 전체가 아닌, 깨끗해지기를 희망하는 특정 유리창만을 청소하는 장치이다. 구체적으로는 사전에 특정 유리창들의 상·하부에 수평 가이드레일을 부착하고, 그 가이드레일에 청소 장치를 설치하여, 설치된 청소장치가 대상 유리창들을 지속적으로 청소하는 것이다.
본 연구에서는 건물 전체가 아닌, 깨끗해지기를 희망하는 특정 유리창만을 청소하는 장치를 대상으로 한다. 왜냐하면 클리닉, 에스테틱, 뷰티샵 등 청결도가 중요한 특정 공간들은 자신들의 공간에 있는 유리창이 깨끗하게 관리되기를 희망하고, 이를 위해 비용을 투자할 의지를 보이기 때문이다[1].

성능/효과

그리고 기계관련 정부 출연연구원에서 20년간 건설자동화장비 연구를 수행한 책임연구원 1인, 21년간 건설자동화장비 연구개발을 수행한 기계설계 제작 업체의 대표 1인 및 동 기업 건설기계 제작 담당인 21년 경력의 공장장 1인 등 3인의 전문가와 인터뷰하였다. 그 결과, Fig. 3.에 도출된 청소장치의 개념을 구현하기 위해서는 본체 이동용 모터 1개, 상/하부 브러시 이동용 모터 각 1개, 상/하부 브러시 회전용 모터 각 1개, 상/하부 와이퍼 이동용 모터 각 1개, 창틀 등 돌출부 회피 구동용 모터 1개 등 총 8개의 모터와 베이스, 축, 기어, 컨트롤러 등의 주요부품이 필요한 것으로 파악되었다. 본 연구는 설계 전 단계에서 투자여부를 판단하는 것이므로, 주요 부품비와 이에 부가되는 비용을 개략 산정하였다.
따라서 본 연구에서는 주 1회 작동을 기준으로 하여, 변동가능성이 큰 노무비 상승률을 6~4%로 변화시키면서, 초기투자비에 대한 민감도를 분석하였다. 그 결과, 내구연한 10년일 때, 투자 가능비용은 89백만원(4%)에서 103백만원 (7.22%)로 나타났다. 또 내구연한이 5년일지라도, 투자 가능 비용은 47백만원(4%)에서 50백만원(7.
8백만원, 내구연한 10년 기준으로 최소 103백만원 수준이었다. 따라서 장비비보다 예상 절감액이 충분히 커서, 경제적 타당성이 있는 것으로 평가되었다. 본 연구에서는 정량적 지표만으로 분석하였으므로, 안전성 향상에 의한 노무자 안전사고 감소, 생산성 향상, 공기단축, 품질향상 등으로 인한 원가절감 기대 값은 고려되지 않았다.
경제적 타당성을 분석하였다. 분석 결과, 장비의 예상 제작비 1천만원 수준이나, 투자 가능비용은 내구연한 5 년 기준으로 최소 9.8백만원, 내구연한 10년 기준으로 최소 103백만원 수준이었다. 따라서 장비비보다 예상 절감액이 충분히 커서, 경제적 타당성이 있는 것으로 평가되었다.
본 연구는 설계 전 단계에서 투자여부를 판단하는 것이므로, 주요 부품비와 이에 부가되는 비용을 개략 산정하였다. 산정 결과, 청소장치의 제작비용은 1천만원 이내일 것으로 추정되었다. 따라서 Won(2002)에 따라, 운전 비용(O), 유지관리 비용(M), 운반 및 설치비용(S)의 합을 1~5년 동안은 장비비의 5%인 50만원/년, 6~10년 동안은 10%인 100만원/년으로 설정하도록 한다.

후속연구

본 연구에서는 정량적 지표만으로 분석하였으므로, 안전성 향상에 의한 노무자 안전사고 감소, 생산성 향상, 공기단축, 품질향상 등으로 인한 원가절감 기대 값은 고려되지 않았다. 따라서 향후 고려되지 않은 기대 값들을 추가하여 자동화 장비에 의한 원가절감효과를 산출한다면 경제성이 보다 정확하게 산정될 것으로 예상된다.
따라서 장비비보다 예상 절감액이 충분히 커서, 경제적 타당성이 있는 것으로 평가되었다. 본 연구에서는 정량적 지표만으로 분석하였으므로, 안전성 향상에 의한 노무자 안전사고 감소, 생산성 향상, 공기단축, 품질향상 등으로 인한 원가절감 기대 값은 고려되지 않았다. 따라서 향후 고려되지 않은 기대 값들을 추가하여 자동화 장비에 의한 원가절감효과를 산출한다면 경제성이 보다 정확하게 산정될 것으로 예상된다.

참고문헌 (11)

K. Kim, "Study on the Potential Demand of Windows Cleaning by Survey", International Journal of Innovation, Management and Technology, Vol.10, No.3, pp133-137, June 2019. Available From: http://www.ijimt.org/index.php?mcontent&cindex&ashow&catid105&id1205 (accessed Aug. 10, 2020)

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K. Kim, J. Han, C. Kim, "An Analysis and Improvement of Exterior Wal Maintenance Works for High-raised Building", , Proceedings of 2010 Conference, Korea Institute of Construction Engineering and Management, Incheon, Korea, pp.305-360, November 2010.
J. Park, "63 Building Spring Window Cleaning", International Journal of Innovation, Management and Technology, Yunhap News, April 2009. Available From: https://news.naver.com/main/read.nhn?modeLSD&midsec&sid1102&oid001&aid0002029370 (accessed Aug. 10, 2020)
K. Kim, Y. Jun, "A Problem Deriving of the Window Cleaning Work through Current Status Analysis", Proceedings of 2015 Architectural Institute of Korea's Spring Conference, Architectural Institute of Korean, Seoul, Korea, pp.1578-1579, April 2015.
J. Choi, "Imprisonment punishment for violation of the Sanitation Act for the case of a worker who died while performing the contract cleaning of the exterior wall of an apartment", Oct 2015 Available From: https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogIdlaborpro&logNo220520679970&proxyRefererhttps:%2F%2Fwww.google.com%2F (accessed Oct. 10, 2020)
K. Kim, J. Lee, C. Han, S. Kim, "Feasibility Study for Introducing Teleoperated Pipe Manipulator", Journal of the architectural institute of Korea : Structure & construction / Vol.19 No.5, pp105-112, May 2003. UCI : G704-B00167.2003.19.5.004
K. Park, M. Kim, "A Study on the Feasibility of Introducing Robotics to the Exterior Painting Works of Highrise Apartment Houses", Journal of the architectural institute of Korea, Vol.8 No.3, pp167-176, March 1992.
Y. Won, S. Son, Y. Kim, J. LEE, "Technical & Economical Feasibility Analysis for the Development of a Hume-Pipe Laying Manipulator", Journal of The Korean Society of Civil Engineers, Vol.22 No.6-D, pp1219-1234, November 2002. UCI : G704-D00042.2002.22.6-D.026
Ministry of Economy and Finance, "General guideline for conducting preliminary feasibility study", pp1-18, April 2018.
Korea Specialty Contractors Association, "Construction wages applied in the first half of 2020", pp1-19, January 2020.
e-Korea Indicator, "Consumer price index",Available From: http://www.index.go.kr/potal/stts/idxMain/selectPoSttsIdxSearch.do?idx_cd1060 (accessed Oct. 10, 2020)

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