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문제 정의
- 본 연구에서는 주력상품인 M품목, C품목, A품목과 유효성 검증을 위한 장기 대로트 상품인 D품목에 대하여 시뮬레이션 모델을 설계하였다.
- 이에 본 연구에서는 화장품 생산라인의 공정별 작업시간을 측정하여 애로공정을 도출하고 별도의 설비증설이나 인원증원 없이 공정통합 및 작업자의 유연배치 등을 통해 애로공정의 작업시간 단축 및 라인밸런싱 효율제고 방안을 강구하고자 한다.
가설 설정
- 둘째, 작업자가 공정 및 설비 준비, 세팅을 위해 사용되는 작업시간은 제외한다. 셋째, 8시간을 작업시간으로 하여 시뮬레이션을 실시하되 휴식시간은 고려하지 않는다. 넷째, 한 달 작업일수는 21일로 한다.
제안 방법
- 3초로 측정되었다. AS-IS 모델은 제품이 공정에 들어올 때 흔들림으로 인한 실링 및 접착불량을 해소하기 위하여 2명의 검사원을 배치하였으나 TO-BE 모델은 흔들림 방지 가이드를 설치하여 검사원을 한 명으로 줄인 모델로 재설계하였다(그림 생략).
- 지금까지 살펴본 바와 같이 다양한 제조기업에서 공정개선을 실시해 왔다. 그러나 본 연구에서는 처음으로 화장품 포장공정을 대상으로 스톱워치를 이용하여 애로공정을 파악하고 ARENA Simulation Tool을 통하여 개선방안을 강구한다.
- 특히 카톤포머의 작동시간은 병목공정으로 보여 이 부분들을 집중 개선하기로 하였다. 그리고 6~7공정 통합, 11~14번 공정의 통합 및 포장공정작업방법 개선으로 작업자의 편차가 줄어드는 것을 확인하기 위하여 ARENA 시뮬레이션의 Scheduled Utilization수치를 활용하여 리포트를 실행하였다. 그 결과, 전체 포장라인의 라인밸런싱이 향상된 것으로 나타났다.
- 반력[9]은 동작 및 작업 분석(요소작업, 단위작업, 동작), 시간측정, 작업편차 도출을 통한 라인밸런스 개선모델을 제시하였다. 그리고 작업편차를 줄이기 위한 방안과 애로공정뿐만 아니라 애로공정에 영향을 미칠 수 있는 공정을 대상으로 라인편성효율 극대화방안을 제시하였다.
- 둘째, 포장공정 Line Balance 효율 제고를 위해 작업자 간포장시간 편차를 줄이기 위한 2가지 대안을 선정, ARENA Simulation Tool을 사용하여 분석하였다. 그 결과, 현재 9명이 작업을 하던 공정을 7명으로 감소시키고 동시에 간이자동화를 진행하여 총인시생산성을 257개/시에서 356개/시로 39% 향상시키는 성과를 거두었다.
- 주요 생산제품으로는 의약품의 효능을 화장품으로 재현한 저자극, 더마톨로지, 코스메슈티컬 시장의 선두주자로서 우수한 효과와 사용감으로 탈모제품의대중화를 이끈 국내 최고히트 탈모샴푸를 개발하였다. 또한 국내 최초 스킨케어 개념의 3중 기능성 BB크림 및 제품형태와 융복합 기술실현으로 도시공해와 미세먼지로부터 피부를 지켜주는 미세먼지차단지수측정 DPF(Dust Protection Factor) 기술도 개발하였다.
- 이로 인해 병목현상이 발생할 경우에는 작업시간의 여유가 있는 검사공정 작업자가 필요에 따라 개별상자 접기공정에 투입될 수 있도록 하였다. 또한 기존 라벨작업자의 위치를 개별상자 정렬작업자와 동일한 방향으로 배치하여 다음 공정의 작업자에게 도움을 받기 편리한 구조로 재설계하였다(그림 생략).
- 이정노[4]는 주형제조기업인 W사의 경영개선을 위해고가의 설비투자 없이 공정개선을 통한 생산성 향상 및기업의 이익증대 방안을 모색하였다. 브레인스토밍과 아레나 시뮬레이션을 통해 애로공정을 도출하고 전체 Loss시간 및 불량률 감소를 위한 공정개선방안을 제시하였다.
- 이를 개선하기 위한 시뮬레이션 모델은 용기를 수작업으로 세우는 7공정을 자동화하여 6~7번 공정을 통합하는 1안과 11~14번 공정을 통합하여 대기시간(wait time)과 비작업시간을 감소시키는 2안으로 설계하였다.
- C사의 화장품 생산량은 2018년 완제품 기준 6,400만 개였으며, 2019년 9월 기준 7,100만 개 생산이 예상되어 2018년 대비 10% 이상의 생산성 향상이 필요하다. 이에 2018년 화장품 실제생산 데이터를 분석하여 작업시간과 비작업시간을 산출하고 생산이 실제로 진행될 때 스톱워치를 활용하여 포장작업공정과 Loss시간을 파악 하였다. 포장공정은 특히 수작업이 많은 부분으로 화장품 포장작업 간 작업자의 작업방법 및 속도에 따라 병목공정이 발생하는 것으로 분석되었다.
- 시뮬레이션 결과, 현재 불필요하게 공정에 작업자가 많이 배치되어 있어 라인밸런싱 효율이 저하되는 것으로 나타났다. 이에 ARENA를 활용하여 [Figure 3]과 같이 AS-IS공정을 모델링하였으며, TO-BE모델의 경우 라인밸런싱 효율개선을 위해 [Figure 4]와 같이 작업자의 공정통합을 실시하여 작업자를 감소시키는 모델로 설계하였다.
- C사의 화장품 제조공정은 생산품목에 따라 설비 및 작업자 배치가 다르고 품목별 주문시기가 일정치 않으며 생산주기가 짧아 개별적인 시뮬레이션이 필요한 실정이다. 이에 주력품목인 M, C, A품목의 포장공정 개선을 위한 시뮬레이션을 수행하고 시뮬레이션 결과의 유효성을 검증하기 위해 장기생산 가능한 D품목의 현 공정데이터와 시뮬레이션 데이터를 비교하였다.
- 각 단위공정별 자동화 가능 여부를 판단하여 자동조립의 경우 조립 메커니즘(mechanism)에 따라서 설비를 선택하였다. 조립라인의 라인밸런싱을 극대화하여 목표생산량을 달성할 수 있도록 작업자의 수를 결정하였다.
- C사는 화장품 충전, 포장을 하는 업체로서 스킨케어, 메이크업, 튜브, 마스크팩 제품과 스프레이, 파우치제품을 생산하고 있다. 주요 생산제품으로는 의약품의 효능을 화장품으로 재현한 저자극, 더마톨로지, 코스메슈티컬 시장의 선두주자로서 우수한 효과와 사용감으로 탈모제품의대중화를 이끈 국내 최고히트 탈모샴푸를 개발하였다. 또한 국내 최초 스킨케어 개념의 3중 기능성 BB크림 및 제품형태와 융복합 기술실현으로 도시공해와 미세먼지로부터 피부를 지켜주는 미세먼지차단지수측정 DPF(Dust Protection Factor) 기술도 개발하였다.
- 문정수[8]는 증가하는 수요대비 수익 창출의 어려움을 겪고 있는 다이싱 블레이드 제조공정의 병목공정을 찾아 라인밸런스의 효율을 높이는 연구를 하였다. 즉, ARENA시뮬레이션을 활용하여 생산성 향상을 위한 개선방안을 찾고 개선된 공정과 비교, 기대효과를 분석하였다.
- ARENA 시뮬레이션 실행결과, [Figure 6]과 같이 개별상자를 닫는 공정에 2명의 작업자 배치는 다른 공정의 작업시간 대비 불합리해보였다. 특히 카톤포머의 작동시간은 병목공정으로 보여 이 부분들을 집중 개선하기로 하였다. 그리고 6~7공정 통합, 11~14번 공정의 통합 및 포장공정작업방법 개선으로 작업자의 편차가 줄어드는 것을 확인하기 위하여 ARENA 시뮬레이션의 Scheduled Utilization수치를 활용하여 리포트를 실행하였다.
- 포장공정의 작업자 간 포장편차를 줄이기 위해 시뮬레이션을 이용하여 라인밸런싱 분석과 모델링을 실시하고 실제현장 포장라인에 적용하였다. 본 시뮬레이션을 위한 D공정 데이터는 스톱워치기법을 통해 [Table 2]와 같이 수집하였다.
대상 데이터
- 공정 시뮬레이션의 유효성을 검증하기 위해 현재의 화장품 D 포장공정 자료와 시뮬레이션 자료가 일치하는지를 확인하기 위해 2019년 03월부터 05월까지 동일한 품목의 생산실적 30개의 데이터를 발췌하고 다음과 같이 조건 하에서 시뮬레이션을 실행하였다.
- 포장공정의 작업자 간 포장편차를 줄이기 위해 시뮬레이션을 이용하여 라인밸런싱 분석과 모델링을 실시하고 실제현장 포장라인에 적용하였다. 본 시뮬레이션을 위한 D공정 데이터는 스톱워치기법을 통해 [Table 2]와 같이 수집하였다. 특히, 포장공정의 라인이 불합리하게 나타나는 구간은 6~7번 포장구간으로 6공정에서는 1.
데이터처리
- 만약 작업자가 필요한 공정만을 대상으로 라인밸런스 효율을 비교하면 현재 79%에서 82%로 향상되는 효과를 거두는 것으로 나타났다. 또한 결과의 차이가 통계적으로 유의한 지 알아보기 위하여 현공정과 개선공정의 사이클 타임을 통계패키지 SPSS 21을 이용하여비교분석해 보니 [Table 4]에서 보는 바와 같이 분산이 동일하며 평균에 유의미한 차이가 없었다. 따라서 작업자 2명이 감축된 개선공정의 사이클 타임은 14.
이론/모형
- 목학수 등[7]은 생산성 향상을 위한 공정라인 구축 및 라인밸런싱에서 전체 공정을 각각의 단위공정으로 분류하였다. 각 단위공정별 자동화 가능 여부를 판단하여 자동조립의 경우 조립 메커니즘(mechanism)에 따라서 설비를 선택하였다. 조립라인의 라인밸런싱을 극대화하여 목표생산량을 달성할 수 있도록 작업자의 수를 결정하였다.
성능/효과
- 공정개선을 위해 6~7공정, 11~12공정을 통합하고 2인의 작업인원을 감축한 시뮬레이션 결과는 [Table 3]과 같다. 개선공정의 라인밸런스 효율은 84%로 현 공정과 동일하여 시뮬레이션의 유효성이 입증되었다. 만약 작업자가 필요한 공정만을 대상으로 라인밸런스 효율을 비교하면 현재 79%에서 82%로 향상되는 효과를 거두는 것으로 나타났다.
- 그리고 6~7공정 통합, 11~14번 공정의 통합 및 포장공정작업방법 개선으로 작업자의 편차가 줄어드는 것을 확인하기 위하여 ARENA 시뮬레이션의 Scheduled Utilization수치를 활용하여 리포트를 실행하였다. 그 결과, 전체 포장라인의 라인밸런싱이 향상된 것으로 나타났다.
- 둘째, 포장공정 Line Balance 효율 제고를 위해 작업자 간포장시간 편차를 줄이기 위한 2가지 대안을 선정, ARENA Simulation Tool을 사용하여 분석하였다. 그 결과, 현재 9명이 작업을 하던 공정을 7명으로 감소시키고 동시에 간이자동화를 진행하여 총인시생산성을 257개/시에서 356개/시로 39% 향상시키는 성과를 거두었다.
- 그 원인은 먼저 작업자별 숙련도 차이가 발생하고 작업의 표준이 명확하지 않기 때문에 작업자가 변경될 때 마다 병목공정이 발생하였다. 그리고 부자재 BOM의 다양화와 까다롭게 바뀌는 공정으로 라인밸런싱 효율이 점점 감소되었다. 또한 제품이 변경될 때 설비개선 및 교체 사전준비 미흡, 원터치교체 불가, 설비 Operator숙련도 저하 등의 이유로 충전설비 준비교체시간의 Loss가 과다하게 발생하였다.
- 넷째, 한 달 작업일수는 21일로 한다. 다섯째, 포장작업자의 작업시간은 정규분포를 따른다.
- 개선공정의 라인밸런스 효율은 84%로 현 공정과 동일하여 시뮬레이션의 유효성이 입증되었다. 만약 작업자가 필요한 공정만을 대상으로 라인밸런스 효율을 비교하면 현재 79%에서 82%로 향상되는 효과를 거두는 것으로 나타났다. 또한 결과의 차이가 통계적으로 유의한 지 알아보기 위하여 현공정과 개선공정의 사이클 타임을 통계패키지 SPSS 21을 이용하여비교분석해 보니 [Table 4]에서 보는 바와 같이 분산이 동일하며 평균에 유의미한 차이가 없었다.
- 셋째, Loss시간, 작업방법, 간이자동화 등의 개선을 진행함으로써 작업장 전체의 LOB 평균은 전년대비 70%에서 82%로 12%p 향상되었다. 이 결과 작업장 전체적으로 9명의 작업자를 감소시켜 총인시생산성이 112개/시에서 137개/시 23%의 생산성향상 효과를 거두었다.
- 자동충전설비와 비교하였을 때 수동충전 생산능력은 1분에 12~15개를 생산한 반면 자동충전설비는 1분에 22~40개까지 생산이 가능하였다. 수동충전 생산하는 제품을 자동충전설비에 적용하기 위해 개선이 꼭 필요한 것으로 확인되었다.
- 3초로 측정되었다. 시뮬레이션 결과, 현재 불필요하게 공정에 작업자가 많이 배치되어 있어 라인밸런싱 효율이 저하되는 것으로 나타났다. 이에 ARENA를 활용하여 [Figure 3]과 같이 AS-IS공정을 모델링하였으며, TO-BE모델의 경우 라인밸런싱 효율개선을 위해 [Figure 4]와 같이 작업자의 공정통합을 실시하여 작업자를 감소시키는 모델로 설계하였다.
- 셋째, Loss시간, 작업방법, 간이자동화 등의 개선을 진행함으로써 작업장 전체의 LOB 평균은 전년대비 70%에서 82%로 12%p 향상되었다. 이 결과 작업장 전체적으로 9명의 작업자를 감소시켜 총인시생산성이 112개/시에서 137개/시 23%의 생산성향상 효과를 거두었다.
- 작업자가 손으로 직접 용기를 들고 충전을 하는 수동라인은 충전생산능력이 작업자에 의해 결정되고 생산능력향상에 한계와 작업자 피로도 증가로 이어진다. 자동충전설비와 비교하였을 때 수동충전 생산능력은 1분에 12~15개를 생산한 반면 자동충전설비는 1분에 22~40개까지 생산이 가능하였다. 수동충전 생산하는 제품을 자동충전설비에 적용하기 위해 개선이 꼭 필요한 것으로 확인되었다.
- C사의 화장품 포장공정 개선결과, [Table 5]와 같이 모든 지표들이 크게 상승하였다. 즉, 월 생산량은 130만 개에서 178만 개로 37% 증가, 총인시 생산성은 시간당 112개에서 25개 증가된 137개로 23% 향상, 라인밸런싱 효율은12%P나 상승된 82%로 17% 향상되었다. 또한 2018년 총인건비는 전년도 1억 8,800만 원 대비 12% 감소한 1억 6,900만 원으로 나타났고 포장제품 개당노무비는 145원에서 95원으로 50원이 감소하였다.
- 첫째, 포장작업은 충전설비의 고장 및 정지로 인해 영향 받지 않는다. 둘째, 작업자가 공정 및 설비 준비, 세팅을 위해 사용되는 작업시간은 제외한다.
- 첫째, 현재의 화장품 포장공정에 대해 스톱워치를 이용하여 애로공정과 포장작업의 Loss를 도출하고 개선방안을 적용하여 준비교체시간을 4분 단축시켰으며 수동 충전라인 개선을 통한 작업인력 감소로 총인시(human hour)생산성을 12% 향상시켰다.
- 용기에 캡을 닫아 주는 캡핑 작업과 박킹이나 외캡을 눌러서 끼워주는 작업을 작업자가 직접 손으로 작업을 할 경우 생산량이 많으면 작업자의 피로도가 쉽게 누적된다. 캡핑공정 또는 프레스공정에 작업자가 한 명씩 추가 배치되었을 경우 생산성은 12%가 감소하는 것으로 나타났다.
- 그러나 충전설비를 교체하는 과정에서 부품을 제거하고 세척하는 작업적 로스가 발생하고 있었다. 평균적 부품교체 로스시간은 5분에서 20분, 부품의 세척로스시간은 평균 1시간인 것으로 확인되었다.
- C품목은 화장품 포장작업이 총 11개의 공정으로 이루어졌다. 화장품 1개가 포장이 완료될 때까지의 시간은 충전 및 포장 설비의 작동시간을 포함하여 16.3초로 측정되었다. AS-IS 모델은 제품이 공정에 들어올 때 흔들림으로 인한 실링 및 접착불량을 해소하기 위하여 2명의 검사원을 배치하였으나 TO-BE 모델은 흔들림 방지 가이드를 설치하여 검사원을 한 명으로 줄인 모델로 재설계하였다(그림 생략).
- 화장품 포장의 BOM수가 늘어나고 종류 또한 까다롭고 다양하게 변화됨에 따라 모양, 크기, 방향 등 다양한 라벨이 늘어 작업은 어려워지고 작업의 속도는 느려져서 병목공정이 증가하다보니 자연스럽게 작업자가 추가 배치되어 공수의 증가, 생산성 및 라인밸런싱 저하가 생기는 것으로 확인되었다.
후속연구
- 따라서 향후에는 연간89,000,000원/년(개당 노무비 절감 50원×생산량 1,780천개)의 인건비 절감을 기대할 수 있다.
- 향후 연구방향으로는 시뮬레이션을 추가 진행할 부분에 대해 실제 정부의 R&D 사업인 스마트 팩토리 추진사업과 연계할 필요가 있다고 본다.
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