최적 제조 환경 구축을 위한

생산시스템 시뮬레이션

한국생산성본부 지도위원

품질관리 기술사 (技術士)

대표컨설턴트 정병목 : bmchung@daum.net

CONTENTS

개요

생산시스템 시뮬레이션

주요 기능 소개

기대 효과

수행사례

CONTENTS

개요

생산시스템 시뮬레이션

주요 기능 소개

기대 효과

수행사례

4 |주| 트론

내·외부 환경

생산환경은 복잡하고 다양한 형태로 급격히 변하고 있음.

C/Time

물류강도 LOB

MTTF

Buffe

r

가동률

L/Tim

e

UPH

안전재고

외부 환경

Global 경쟁체제

선진국의 기술 대응

중국의 가격 대응

고객요구 다양화

수요예측의 어려움

신속대응

기술발전의 가속화

제품 Life cycle 단축

내부 환경

지속적인 기술혁신 요구 품질향상 원가절감

생산시스템 유연성 확보 필요성 증가

다품종 소량생산 잦은 Layout 변경 생산 Lot size 감소

생산성 향상 낭비제거 가동률 향상

Lead time 감소

재공재고 감소

생산 목표의 복잡성 증대.

1. 개요

5 |주| 트론

E-BOM

Industry4.0

- Smart Factory

- Digital화, 자동화, virtual화

- Sensor, 표준화, M2M

예) Nobile : kitchen set

연간58만set, 2500명

제품설계

Layout 설계

공정설계

MRP SCM

MES

Scheduler Monitoring

설계Simulation 장비Simulation

생산Simulation 생산Simulation

Virtual 과 Reality의 통합

Sensor

설계 생산 Streamlining Production

(설계에서 생산까지 통합) - Throughput 향상 - Lead time 단축

ERP

M-BOM

설계DB 생산DB

통합

CPS & M2M

Trend 1. 개요

6 |주| 트론

기업의

경쟁력

확보/

정보의

가치

인텔리전스 레벨

정형 분석

비정형 분석

실시간 분석

통계 분석

시계열 예측

예측 모델링

최적화

무슨 일이 발생했는가?

얼마나, 자주, 어디서 발생했는가?

원인은 무엇인가?

이 결과의 이유는 무엇인가?

이 추세가 계속되면 어떻게 될 것인가?

다음에 발생할 일은 무엇인가?

발생할 일에 대한 최선의 대안은 무엇인가?

기존 접근영역

예측

인지

보기

생산정보 활용 1. 개요

Digital

Facto

ry 활용

Digital Factory를 이용한 생산정보의 활용성 증대

7 |주| 트론

Digital Factory 이점 1. 개요

문제, 기회

문제 / 기회

Real Factory

Digital Factory 구현/검증

(생산현장)시행착오

시간/비용

문제해결

기회획득

이익 경쟁력 확보

전통적 방법

시뮬레이션 활용

Digital Factory를 이용한 시행착오의 감소

CONTENTS

개요

생산시스템 시뮬레이션

주요 기능 소개

기대 효과

수행사례

9 |주| 트론

정의 2. 생산시스템 시뮬레이션

UPH

가동률

Lead time

Takt time

LOB

물류 혼잡도

납기 준수율

…

장비대수

작업자수

작업할당

물류경로/속도

물류대수 / 이송량

스케줄링

혼류생산

Buffer크기

창고설계

…

Layout

공정설계

재공재고

물류운영

생산계획

투입 결과 시뮬레이션

투입 대비 결과를 비교 분석하여 최적의 생산조건을 찾는 것.

10 |주| 트론

제언 범위 2. 생산시스템 시뮬레이션

제품 설계 단계에서 설계자에게 생산에 필요한 정보를 사전에 제공

ex) Virtual Prototyping, Design for Manufacture, Design for Assembly, FEA

생산시스템 운영 단계에서 다양한 생산지표를 평가 하기 위한 시뮬레이션

ex) 레이아웃 계획, 생산능력/효율평가, 재공재고/안전재고, LOB

생산 실행 단계에서 장비 제어의 최적화를 위한 시뮬레이션

ex) NC가공 시뮬레이션, 로봇 시뮬레이션

제품설계

공정설계

시스템 운영

생산분야

시뮬레이션

생산시스템에서의 시뮬레이션 제언 범위

11 |주| 트론

적용 분야 2. 생산시스템 시뮬레이션

생산시스템 이슈 시뮬레이션 분석

긴급오더 및 납기변경에 대한 리스케쥴링 제품의 생산공정별 능력산정

적절한 배치 및 자원의 효율적 할당 최적배치 크기 산정

장비활용도 향상 장비의 최적화 속도 검증 장비고장의 부정적 영향 최소화 병목해소 및 장비가동률 사전관리 제조라인 발란싱 작업의 과부하 검토 공정처리시간 결정 및 향상 준비시간 및 교체시간 감소 고정 리드타임 사용의 한계

자재 및 부품소요재고 감축 재공재고 과잉 및 부족문제 제거 정체(대기)시간과 적재공간 감소 자재처리 이슈 해결 운반의 과부하 검토

부서간 정보공유 및 원활한 커뮤니케이션 비용저감계획 검토 운영측면의 의사결정관리

장비 가동률 분석

LOB 및 L/Time 분석

작업자 가동률 분석

생산계획 수립 및 검증

상호관계 분석

물류강도,가동률 분석

재공재고 분석

면적 분석

물류혼잡도 분석

시뮬레이션 모니터링

생산계획

레이아웃

생산성

사내물류

의사소통

생산현장에서의 운영 시뮬레이션 적용 분야

12 |주| 트론

추진 단계 2. 생산시스템 시뮬레이션

대안 발굴 대안 검증 대안 평가

시뮬레이션 주요 KPI 도출 원인분석/검증

Layout 정보 생산 정보 운영 정보

문제정의 자료수집

Define

Modeling

Analyze/Verify

Recommend

시뮬레이션의 목적에 따라, 방향 설정 및 추진

13 |주| 트론

추진 단계 상세 - Define 2. 생산시스템 시뮬레이션

PQRST 분석

기능 명세서 확인

(목적, 변수, 제약조건, 시스템 평가기준 등)

Goal

• 대상 시스템 이해 • 문제 정의 • 시뮬레이션 사용의 결정 • 필요 데이터 정의 • 요구되는 결과 정의 • 자료 수집

Activity

프로젝트 Scope 결정

PQ분석 Route 분석 제조 Service

분석

분석대상의 문제 정의 및 자료 수집.

14 |주| 트론

추진 단계 상세 - Modeling 2. 생산시스템 시뮬레이션

시뮬레이션 모델링

Goal

• 데이터 구조 설계 • 모델 로직 설계 • 상세 수준 설계 • 유연성과 통계적 설계 반영 • 프로세스 모델링 • 3D Model 작성 • 데이터 확인

Activity

Layout 작성 Process 작성 모델링 타당성

검증

시뮬레이션 모델 구축.

15 |주| 트론

추진 단계 상세 – Analyze/Verify

시뮬레이션 결과 분석 및 검증.

시뮬레이션 분석

시뮬레이션 모델 타당성 검토

Goal

• 목적검토 • 모델링에 따른 분석 시행 • 분석 결과 정리 • 결과의 정확성과 민감도 정의 • 검사 및 확인 • 검증 • 오류수정 • 이슈도출 • 개선방향 정리

Activity

시뮬레이션 실행 주요 평가지표

산출 분석대상 선정 시뮬레이션 분석

2. 생산시스템 시뮬레이션

16 |주| 트론

추진 단계 상세 – Recommend

이슈에 대한 대안을 발굴하여 검증/평가.

대안 발굴

대안 검증 / 평가

Goal

• 시뮬레이션 결과를 기반으로 대안 발굴

• 대안의 시뮬레이션 모델 적용 • 시뮬레이션 모델 확인 • 대안의 기대효과 도출 • 보고서 작성 • 결과보고

Activity

시뮬레이션 실행 대안 발굴 대안 검증

보고서 작성 / 결과보고

평가

2. 생산시스템 시뮬레이션

CONTENTS

개요

생산시스템 시뮬레이션

주요 기능 소개

기대 효과

수행사례

18 |주| 트론

프레임워크 3. 주요 기능

소프트웨어 구성

S-VSM

(시뮬레이션)

3D Viewer

Layout Editor

MX-Builder

Process Editor

CPMaker

VSM(Value Stream Mapping) 작성 tool

3D 화면 모니터링 Tool

생산시스템 Layout 작성

Tool

3D Model 작성 tool

공정정보 작성 Tool

모니터링 카메라 경로 작성 tool

19 |주| 트론

• 장비, 물류, 작업자 이동경로 등 공장 레이아웃 작성 도구

Layout Editor

• 공정정보 작성 및 관리 도구

Process Editor

Analyze Module • 시뮬레이션 구현에 대한 3D 모니터링 도구

3D Viewer

• 생산계획기반으로 시뮬레이션 실행 및 분석 도구

Analyzer

생산계획 기반

쉬운 사용법 (Non-Coding)

특징 3. 주요 기능

3D 시뮬레이션 구현 도구

20 |주| 트론

공정 흐름

• 생산능력 검증

• Lot size 최적화

• 공정 경로 검증

• 공정변화에 대한 대안

정보 흐름

• 생산스케줄 검증

• 공정 관리

• 생산성 평가

• 재고 평가

• 작업장 설계

• 작업시간 검증

• 작업효율 평가

• 작업자 이동경로 검증

작업자 흐름

부품 흐름

• 생산라인 검증

• 운반기기 검증

• 재고량 검증

• 레이아웃 검증

Resource Data

Product Data Factory Data

Process Data

신규 설계

개선

고급분석

최적화

생산 시스템

시뮬레이션

결과 해석 ; 평가

최적해

모델링

특징 3. 주요 기능

다양한 정보를 종합적으로 고려

21 |주| 트론

시뮬레이션 범위

소재의 입고부터 생산, 제품출하까지 시뮬레이션 적용

3. 주요 기능

부품창고

생산라인

제품창고

재공재고 분석

장비 가동률 분석

LOB 및 L/Time 분석

작업자 가동률 분석

생산계획 수립 및 검증

상호관계 분석 MH MH 물류강도,가동률 분석

재공재고 분석

공장 설계

물류 설계

공정 설계

정보 공유

면적 분석

물류 혼잡도 분석 시뮬레이션 모니터링

전 체 최 적 화

면적 분석

재공재고 분석

22 |주| 트론

시뮬레이션 기능(1) - Gantt Chart분석

생산공정의 Bottle Neck 및 대기시간의 원인을 분석하고 개선방안 예측.

3. 주요 기능

Gantt Chart

조업시간 적용

비조업시간 (예:1Shift/일)

대기시간

•전체공정의 흐름을 시간축 중심으로 쉽게 파악하고 작업순서변경의 결과를 예측함

•전체공정에서 Bottle Neck을 파악하고 이로 인한 Starving, Blocking의 대기시간 원인을 분석함

•비가동시간의 원인에 대한 해결방안을 시뮬레이션 하여 개선 결과를 예측할 수 있음

23 |주| 트론

시뮬레이션 기능(2) – Line Of Balance분석

생산모델(규격) 및 공정별 생산Capa에 대한 작업 Loss 개선

3. 주요 기능

LOB

기준 C/T

LOB : 76.4%

실적 C/T

LOB : 71.5%

장비별 실적

LOB : 85%

•부품입고에서 제품출하까지 생산모델 및 공정별 기준C/Time과 실적C/Time에 대한 편성효율 분석

•공정별 LOB 분석을 통해 병목공정 확인 및 작업 LOSS(정체, 대기 등) 개선방안에 대한 예측

•공정별(또는 장비별) 실적 예측을 통한 기준 생산Capa대비 실적Capa의 Gap분석

24 |주| 트론

시뮬레이션 기능(3) – Takt Time 분석

실적 Takt Time 예측을 통한 작업장 설계 및 작업 Loss 개선

3. 주요 기능

공정별 Takt Time

Takt Time : (400분/일)÷(10개/일) = 40분/개

Takt Time 비교

•부품입고에서 제품출하까지의 공정별 Takt Time 분석

• Takt Time대비 실적 Takt Time(최소, 최고, 평균) 예측 및 비교 분석 - 최소 Takt Time : 작업 Loss가 거의 발생되지 않은 것으로 공정 표준시간과 거의 일치함 - 최고/평균 Takt Time : 표준시간에 부품공급의 운반, 정체 및 대기의 Loss 포함

25 |주| 트론

시뮬레이션 기능(4) – Lead Time 분석

생산모델(규격)별 or 공정간 Lead Time 및 해당 분포형태 분석

3. 주요 기능

공정별 Lead Time

공정간 L/Time 분석

공정간 Lead Time 실적

•부품입고 ~ 제품출하까지 모델별 및 공정간 Lead Time 분석

•공정간 Lead Time의 List실적을 그래프 분석을 통해 이상점 확인 및 추가 원인 분석

•고정된 L/Time이 아닌 생산변수에 대한 동적분석으로 납기 등의 개선기회 획득

26 |주| 트론

시뮬레이션 기능(5) – 설비 가동실적 분석

설비배치 및 고장율에 대한 장비 가동률 분석을 통해, 쉽고 빠른 생산능력 비교

3. 주요 기능

설비 가동률

고장율 적용

•공정설계 및 공정개선의 설비배치(안)에 대한 장비 가동률 확인 및 분석이 용이 - 장비위치, 장비대수, 물류운영Rule(부품공급, 완성품 배출 등)

•설비의 고장율 및 고장수리시간 등의 설비변수에 대한 장비 가동률을 예측 비교 - 고장강도율(고장횟수÷부하시간의 백분율), MTTR

27 |주| 트론

시뮬레이션 기능(6) – 물류 종합 효율분석

물류종합효율 분석으로 물류Loss 최소화

3. 주요 기능

물류 가동률 물류종합효율

•물류작업자(물류장비 포함)별 가동률(이동, 이적재, 회수, 뒷처리 등) 및 물류종합효율 분석

•물류가동률에 따른 이동거리, 운반횟수, 운반소요시간 등 상세 내역 분석

•부품 공급 Rule(공급량, 공급주기, 공급방법 등) 및 Feeding System 설계에 활용

28 |주| 트론

시뮬레이션 기능(7) – 작업자 생산실적 분석

작업자 가동패턴과 비가동시간 원인을 분석, 개선방안 도출

3. 주요 기능

작업자 가동률

작업자 Gantt Chart

휴지시간

최대/평균 작업자 수

•생산모델별, 작업자별 가동/비가동시간의 패턴 파악 및 비가동시간의 원인을 분석함

•해당 시간대의 작업자별 가동률을 전처리/공정/후처리/이동/부재로 구분하여 분석

•최대/평균 작업자 수 분석으로 시간대별, 일자별 적정 작업자수를 대략적으로 유추함

29 |주| 트론

시뮬레이션 기능 (8) – 작업자/설비 종합실적 분석

작업자 & 설비 간의 연합작업에 대한 비가동시간을 분석하여 개선방안 도출

3. 주요 기능

Man-Machine Chart

휴지시간

이동시간

•작업자 및 설비의 대기시간을 파악하고 그 원인을 분석함

•작업자의 설비 간 이동경로패턴 및 이동시간을 파악하고 가장 효율적인 연합 작업방법 제시

•Man-Machine Chart와 작업자/설비 가동률을 연계하여 작업자당 운영장비대수 설정

30 |주| 트론

시뮬레이션 기능(9) – 재공재고 분석

설비 및 생산라인 내의 재공재고 분석, 개선 방안 도출

3. 주요 기능

Buffer 그래프

Buffer 상태

•설비 및 라인의 생산현장 입출고 분석을 통해 운전재고추이 파악

•설비 내 Buffer 및 라인사이드 현장창고의 재공재고 분석을 통해 안전재고 산정

창고 재고분석, 장비내 Buffer 분석, 공정(작업자+장비) Gantt Chart를 조합 분석

•창고 운영 Rule 수립 시 활용

31 |주| 트론

시뮬레이션 기능(10) – 재고 분석

부품/제품창고의 설계 및 재고 최소화 개선 방안 도출

3. 주요 기능

Min 재고

Max 재고

부품창고

제품창고

제품창고 재고 분석

창고 설계

부품창고 유동수 분석

재고량 : 150EA 재고기간 : 3Hr

•부품(자재)창고, 제품창고의 입출고 및 재고 분석을 통해 운전 재고 추이 파악

•부품 입출고 및 재고 분석(유동수 분석)을 통해 안전재고 산정

•창고의 보관 CAPA에 대한 설계 및 운영 Rule 수립 시 활용

32 |주| 트론

시뮬레이션 기능(11) – 물류 혼잡도 분석

물류혼잡구역의 정량적 평가 및 해소방안 도출

3. 주요 기능

물류혼잡 그래프 River Diagram

분석영역 설정

물류혼잡도

설정구역에 대한 시간대별 이동대수

•혼잡구역에 대한 시간대별 운반기기의 이동대수 현황 파악

•경로별 이동시간, 이동거리, 혼잡구역 진입횟수, 통과시간 등으로 혼잡도(횟수 or 시간 기준) 산정

• River Diagram, Locational Flow Diagram과 같이 물류 복잡성 해소 방안 수립

• 『Zone Parameter 설정』와 『Zone 그래프』 통해 분당 운반기기 대기대수 파악

CONTENTS

개요

생산시스템 시뮬레이션

주요 기능 소개

기대 효과

수행사례

34 |주| 트론

기대 효과

가시화된 시뮬레이션 결과를 토대로 혁신활동 추진.

4. 기대 효과

• 도출된 문제점을 개선할 수 있는 혁신활동 지원

• 발굴된 개선안을 시뮬레이션 모델에 적용하여 최적화 및 검증

• 생산시스템의 다양한 현상을 정량적 정보로 가시화하여 의사소통에 활용

• 시뮬레이션에서 나타나는 현상을 관련 부서 및 담당자와 공유하며 검증

• 시뮬레이션 결과를 다양한 관점의 생산지표로 진단

• 생산지표에 영향을 주는 주요 인자 / 문제점 도출

경쟁력

혁신활동

기업특성에 맞는 생산운영 개선 및 최적화

여러 관점의 평가척도를 기반으로 생산운영 진단 및 평가

복잡하고 다양한 현상을 정량적인 분석정보로 시각화 및 공유

시뮬레이션 모델 구축을 통한 생산시스템 운영 Process 확인/정비

• 생산시스템 운영 rule 점검 / 정비

• 생산 실무자가 직접 시뮬레이션 모델 구축으로 현장정보 반영

가시화

CONTENTS

개요

생산시스템 시뮬레이션

주요 기능 소개

기대 효과

수행사례

36 |주| 트론

주요 수행 프로젝트(종합)

시뮬레이션을 활용한 주요 프로젝트 수행사례

5.수행사례

회사명 국가 분야 내용

LG전자 한국 신생산라인 냉장고사업부, 세탁기사업부, MC사업부, TV사업부, Car&Media사업부, Comp사업부, C&C사업부

LG전자 한국 해외 신공장 Layout 배치, 생산성, 물류시스템 검증

M사 일본 자동차 부품제조 Cell 생산라인의 생산성, 공정개선

S사 일본 치솔공장 소재 / 재공품 / 제품의 재고관리 및 개선

K사 일본 사출기제작 조립라인 생산성 분석, 물류개선

한양정밀 한국 주물공장 신공장 Layout배치, 생산성 검증

두산인프라코어 한국 엔진공장 생산성 분석, 재공재고 관리

유라코프레이션 한국 라인변경 U라인 변경, 검토, 생산성 분석

유도 한국 핫러너, 금형 생산성 분석, 생산계획

유도썬즈 한국 로봇조립 조립라인 생산성 분석

세정 중국 굴삭기 부품 생산성 분석, 라인개선

N사 일본 건설 생산계획, 레미콘 차량배차, 작업자 인원 배당

H사 일본 식품제조 원료공급 물류시스템 검토, 창고관리

37 |주| 트론

사례 (1) – A사 창고 증설

시뮬레이션을 통한 과잉 설비투자 방지

5.수행사례

추진 사례

추진 내용 및 효과

과잉 설비투자 방지

예상 설치 규모 : 2,000 rack

원자재 창고 : 1,500 rack

제품보관 창고 : 500 rack

검증된 스토리지 규모 : 600 rack

원자재 창고 400 rack

제품보관 창고 : 200 rack

효과 : 60%감소

업종 의약품 제조업체(일본)

대상 약품 제조라인

내용 부정기적 주문에 의한 생산라인의 적정 재고와 스토리지 랙 수 결정

•원자재 재고변화분석 •완제품 재고변화분석

•원자재 시간 별 재고 증가량 : 최대 50 rack/hour

•최대 원자재 재고유지 필요량 : 400 rack

•최대 완제품 재고 유지량 : 200 rack

38 |주| 트론

사례 (2) – B사 물류설비 도입

시뮬레이션을 통한 적정 물류설비 대수 결정

5.수행사례

추진 사례

추진 내용 및 효과

과잉설비투자 방지

AGV 1대 또는 2대 운용에 따른

라인 가동률은 거의 차이 없음.

업종 식품 제조업체(일본)

대상 충진 라인의 원료공급

내용 적정 AGV 대수 결정

입하원료 : 9종 (비 정기 입하) 매일 5회, 시간대가 일정치 않음 신선함 유지가 중요 AGV운용 시간대별 bottleneck예상

•원료 입하 량 추이분석 •시간대별 AGV가동률 분석

원료입하 타이밍과 창고상황, 공정에서의 원료사용 등의 공정데이터에 의한 시간대별 AGV 가동률 시뮬레이션

•AGV 1대 가동할 경우

•AGV 2대 가동할 경우

39 |주| 트론

사례 (3) – C사 공정개선

공정개선을 통한 생산성 향상

5.수행사례

추진 사례

추진 내용 및 효과

Lead time 감소

개선 전 : 15분

개선 후 : 12분

작업자 가동률 증대

개선 전 : 50%

개선 후 : 80%

업종 자동차부품 제조업체(일본)

대상 부품조립포장 라인(셀 생산)

내용 작업자의 작업율 파악과 개선

시뮬레이션에 의한 현재 상황파악

작업자 & 장비 Gantt chart 분석

제품 1개 생산 시 Lead time = 15분

A

용착

A B C D B C A D A B C D

검사 용착 검사 용착 검사

time

Machine

Man

현재상황 결과 분석에 의한 공정 변경 후 시뮬레이션 결과

D A B C D B C A D A B C D B C D A A B C

검사 용착 검사 용착 검사 용착 검사 용착 용착

time

Machine

Man

1번째 lot 개시

2번째 lot 개시

3번째 lot 개시

4번째 lot 개시

5번째 lot 개시

40 |주| 트론

사례 (4) – H사 신공장 검토

신공장 Layout 및 Capa 시뮬레이션 검토

5.수행사례

추진 사례

추진 내용 및 효과

1. 용해로 Capa 증설

단종 7Kg일 생산에 문제가 없으나 단중

11.6Kg일 경우 주입기의 용탕이 부족하여

휴지시간이 발생함

2. G/R Machine Layout 재배치

조형기 T/T에 따라 G/R Machine 가동율이

37% ~ 100%로 차이가 크므로 G/R

Machine 재배치

3. 출하창고 Rack 증설

기존 Rack 수량 : 384개

필요 Rack 수량 : 440개

업종 자동차부품 제조업체(한국)

대상 차량 Disk 주물공장

내용 1. 용해로 Capa 시뮬레이션 검토 2. G/R Capa 시뮬레이션 검토 3. 출하창고 Rack 검토

<제품 단중 7.1Kg일 경우 주입기 Buffer 분석> <제품 단중 11.6Kg일 경우 주입기 Buffer 분석>

Buffer (60개) 휴지 시간 (25분)

<조형기 T/T : 9Sec , G/R Machine T/T : 10Sec> <조형기 T/T : 11Sec , G/R Machine T/T : 45Sec>

36.8%

100%