KR100560728B1 - 라인 최적화 모듈의 구성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표면 실장 기술이 적용되는 조립 라인에서 최적화 모듈 구성에 있어서 제약 인자(fa),기기수(M),장착점(P),공급 부품(C)의 인자를 사용하여, 라인 최적화 모듈을 구성하기 위한 목표값을 찾기 위한 결과값의 개수(Hu)가 ((fa / M) * (P * (P / C))) * M으로 계산될 수 있도록 라인상의 장비에 대한 밸런스 부분과 각각의 장비내에서의 최적화 부분을 분리하는 것에 의해 계산 시간의 단축 및 신뢰도를 높일 수 있도록한 것이다.

SMT, 마운터, 라인 밸런스, 라인 최적화 모듈

Description

라인 최적화 모듈의 구성 방법{Method for configuring of line optimizing module}

도 1은 일반적인 라인 밸런싱 과정의 일 예를 나타낸 플로우 차트

도 2는 종래 기술의 SMT 조립 라인의 라인 최적화 계통도

도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 라인 최적화 모듈을 이용한 연산 수행 및 실작업 시간의 비교 테이블

본 발명은 표면 실장 기술이 적용되는 조립 라인에 관한 것으로, 특히 라인상의 전체 장비에 대한 밸런스 부분과 하나의 장비내에서의 최적화 부분을 분리하여 결과값을 구하는 것에 의해 신뢰도를 높일 수 있도록한 라인 최적화 모듈의 구성 방법에 관한 것이다.

일반적으로 라인 밸런스(Line Balance)는 제품 생산을 위한 일련의 기능을 수행하는 장비들이 연속적으로 구성되는 생산 라인에서 최적의 결과를 도출할 수 있는 상태를 유지하는 것을 의미한다.

최적의 라인 밸런스를 유지하기 위해서는 각 단계에서의 작업량의 적정한 배 분, 제한 요소가 주는 영향의 최소화, 모니터링의 용이성 확보, 사이클 타임 또는 작업 배분이 변동되는 경우의 효율적인 변경 가능성 확보 등을 고려해야 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 라인 최적화 모듈 구성에 관하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 라인 밸런싱 과정의 일 예를 나타낸 플로우 차트이다.

단일 라인에서 공정별로 개별 장비를 편성했을 경우에 제 1 공정보다도 제 2 공정의 작업 시간이 짧은 경우 그 차이의 결과로서 제 1 공정과 제 2 공정의 사이에서 물건이 밀리는 즉, ‘정체’ 현상이 발생한다.

일의 흐름이라는 관점에서 보면 이 모든 일이 바람직한 상황은 아니다. 따라서 어떤 생산을 하면 좋을지를 검토해보면, 2가지 공정간에 일의 분배를 고려하여 각 공정의 작업 시간을 균등하게 동기화 함으로써 기다림이나 정체를 없앨 수 있다.

이상과 같이 작업자나 라인에 설치된 장비에 작업 배분을 균등하게 할당하는 기법을 라인 밸런싱이라고 한다.

도 1은 피치다이어그램을 이용하는 라인 밸런싱 방법을 나타낸 것으로, 공정을 단위 작업으로 나누어 소요 시간을 측정하는 단계 → 측정한 시간을 기초하여 목표 공정 시간,단위 작업 시간 등의 팩터를 이용하여 로스 시간을 산출하여 1차 피치다이어그램을 작성하는 단계 →1차 피치다이어그램을 이용하여 밸런스 효율과 로스를 계산하는 단계 →계산된 결과를 이용하여 우선순위도의 작성과 단위 작업의 공정 배분 단계 → 개선 후의 2차 피치다이어그램 작성 단계 →개선 후의 밸런스 효율과 로스 계산 단계 →결과값 확인 및 비교 단계의 순서로 진행한다.

라인 최적화 모듈의 구성에 있어서는 이와 같은 라인 밸런싱 이외에도 라인 효율 측면을 고려해야 한다.

이와 같은 라인 최적화 방법을 표면 실장 기술(Surface Mounting Technology ;SMT)이 적용되는 조립 라인을 일 예로 하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 SMT 조립 라인이 생산할 수 있는 보드의 최대수를 제한하는 병목 현상을 제거하여 라인 최적화를 가능하도록 하기 위한 최적화 계통도를 나타낸 것이다.

표면 실장기는 표면 실장 부품(Surface Mounting Device;SMD)을 인쇄회로기판(Printed Circuit Board;PCB)에 실장하는 표면 실장 조립 장비의 핵심 장비로서 각종 표면 실장 부품을 부품 공급기로부터 공급받아 인쇄회로기판의 실장위치까지 이송시킨 다음에 인쇄회로기판상에 실장하는 장비이다.

먼저, SMT 조립 라인에서 병목 현상을 제거하여 최적화를 이루기 위해서는 다음의 두 가지의 기본적으로 다른 접근 방법을 고려한다.

먼저, 소품종 다량 생산라인에서는 특정한 기판에 대하여 최대의 생산량을 올리는데 중점을 두어야만 한다. 이러한 목적을 달성하기 위해서는 장착 프로그램과 피더의 구성은 가능한 최고 수준까지 전체 라인의 사이클 타임을 가져오도록 개별 장비에 대하여 준비해야 한다.

하지만, 다품종 소량 생산에서는 이러한 접근이 최적의 결과를 내지 않을 수 있다. 이 경우에는 긴 교체시간이 최적의 사이클 타임으로 기판을 생산하는 긍정적 인 효과를 상쇄하는 경향이 있다.

그러므로 교체시간은 생산되는 보드들에 대하여 최소화되도록 하고, 피더의 구성 및 장착 프로그램은 한 개 보드생산에서 다른 생산으로 전환되는데 필요한 시간이 최소가 되도록 준비되도록 한다.

이는 다른 기판을 운용하는 일련의 시퀸스가 전체적인 교체 시간을 줄이고 전체 보드 생산량을 최대로 하는데 중요할 수 있기 때문이다.

이와 같은 사항들을 고려하여 각각의 장비의 부하를 분산시켜 최적화를 이루기 위해서는 도 2에서와 같이 첫 단계로 관련된 장비에 규정된 부품을 배분한다.

예를 들어, 파인피치 부품은 파인피치 마운터에, 칩 부품은 칩슈터에 배분한다.

그리고 다음 단계로, 초기 부품 분포를 가지고 여러 가지 장비의 최적화 프로그램을 돌려서 장비의 사이클 타임을 계산한다. 이러한 장비최적화의 출력은 라인 최적화 모듈에 대한 입력이다.

여기서, 라인 밸런싱 모듈은 라인의 장비들에 대한 부품을 다시 할당하기 위한 여러 장비의 최적화된 사이클 타임을 사용한다.

그리고 다음 단계는 이전에 장비에 대하여 배정되지 않은 부품을 배정하는 것이다. 가장 사이클 타임이 짧은 장비에 더 많은 부품을 할당하고 가장 긴 사이클 타임을 가진 장비에 가장 적은 부품을 할당하거나 전혀 할당하지 않는다. 그리고 다시 장비를 최적화하고 사이클 타임을 계산한다.

만약, 사이클 타임이 예상된 범위안에 있지 않으면 밸런싱이 될 때까지 라인 밸런싱 모듈에 다시 부품을 나눈다. 이 공정은 기판의 복잡함이나 라인 밸런싱 모듈의 성능에 따라서 여러번 수행될 수도 있고, 여러번 반복을 하더라도 실질적인 해답이 나오지 않을 수도 있다.

이는 종래 기술의 시스템에서의 최적화를 수행하던 알고리듬은 목표값을 찾기 위해 제공되는 모든 부품(C)과 장착점(P)에 대해 라인 및 장비내에서 가질 수 있는 제약 조건 및 설정 가능 인자들을 모두 정의하여 일대일로 매칭하여 결과를 작성하고, 도출된 결과를 비교하여 최적의 상태를 구하는 형태이기 때문이다.

전체 결과값의 개수(Hu)는 (fa * (P * (P / C)))^M으로 계산될 수 있다.

여기서, fa는 제약 인자, M은 기기수, P는 장착점, C는 공급 부품이다.

이와 같은 알고리듬을 사용하는 종래 기술의 라인 최적화 모듈 구성 방법은 다수의 결과값을 도출하는 과정에서 계산 시간이 오래 걸리는 문제가 있고, 그 계산 결과의 신뢰에 영향을 미치는 제약 인자(fa)에 대한 명확한 분배가 적절하게 이루어지지 못하여 계산 결과에 대한 신뢰도가 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 라인 최적화 구현 방법의 문제를 해결하기 위한 것으로, 표면 실장 기술이 적용되는 조립 라인의 최적화 단계에서 라인상의 전체 장비에 대한 밸런스 부분과 각각의 장비내에서의 최적화 부분을 분리하여 결과값을 구하는 것에 의해 신뢰도를 높일 수 있도록한 라인 최적화 모듈의 구성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 라인 최적화 모듈의 구성 방법은 SMT 조립 라인의 최적화 모듈 구성에 있어서 제약 인자(fa),기기수(M),장착점(P),공급 부품(C)의 인자를 사용하여, 라인 최적화 모듈을 구성하기 위한 목표값을 찾기 위한 결과값의 개수(Hu)가 ((fa / M) * (P * (P / C))) * M으로 계산될 수 있도록 라인상의 장비에 대한 밸런스 부분과 각각의 장비내에서의 최적화 부분을 분리하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 제약 인자(fa)는, 피더, 트레이, 스틱피더 등의 공급 형태에 따른 제약 사항, 카메라 타입에 따른 인식 형태에 따른 제약 사항, 노즐 타입, 부품 형태, 부품 크기 등의 공급 부품에 다른 제약 사항, 부품 분리 허용 여부, 기기별 사용 가능 부품수, 기기별 작업 속도에 따른 분배 등의 분류에 대한 제약 사항을 기준으로 장비별로 분리하는 것을 특징으로 한다.

그리고 공급 부품(C)은, 부품 실장의 용이성 측면, 부품 공급기 등의 설치 여부 확인, 비젼 검사 과정, 부품 공급,부품 검사,플레이싱 측면, 부품의 사용량, 장비의 사양 및 처리 속도 항목을 고려하여 각 장비별 적용 부품을 나누어 설정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 이하에서의 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 라인 최적화 모듈의 구성 방법의 바람직한 실시예에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 라인 최적화 모듈을 이용한 연산 수행 및 실작업 시간의 비교 테이블이다.

본 발명은 라인 전체 장비에 대한 밸런스와 각각의 장비내의 최적화를 분리하여 결과값을 구하기 위한 것으로, 특정 부품이 라인 전체에서 특정의 하나의 장비에 적용되는 것을 기본적인 원칙으로 한다.

먼저, 라인을 구성하는 각각의 장비에 공급되는 부품을 다음과 같은 사항을 고려하여 셋팅한다.

즉, 부품 실장의 용이성 측면, 부품 공급기 등의 설치 여부 확인, 비젼 검사 과정, 부품 공급 위치,부품 검사,플레이싱 측면, 부품의 사용량, 장비의 사양 및 처리 속도 등을 고려하여 각 장비별 적용 부품을 나누어 설정한다.

이는 결과값을 도출하기 위한 계산량을 줄이고 제약 인자에 대한 명확한 분배가 이루어지도록 하기 위한 것이다.

그리고 본 발명은 표면 실장 기술이 적용되는 조립 라인의 최적화 단계에서 라인상의 전체 장비에 대한 밸런스 부분과 각각의 장비내에서의 최적화 부분을 분리하여 결과값을 구하기 위하여 다음 조건을 고려한다.

이하의 설명에서 라인 밸런스 모듈은 표면 실장기(Mounter Machine)에서 사용하는 작업파일(Job file)을 각각의 SMT 조립 라인에 최상의 효과를 발휘 할 수 있게 최적화하여 생성 시켜주는 모듈을 의미한다.

첫째, SMT 조립 라인의 작업을 최적화하기 위하여 개별 마운터의 동작 모델을 정확히 정의한다.

즉, 다양한 모델에 공통적으로 적용할 수 있는 알고리즘을 적용하기 위해 모델별로 기계적인 차이를 보이는 부분과 동작상의 차이를 보이는 부분을 설정 가능한 파라메터로 변환하여 S/W 내부적으로 이를 처리한다.

둘째, 사용자의 다양한 요구사항을 만족시키며 최대의 효율을 낼 수 있도록 라인상의 개별 기기에 대한 특징을 파악하여 작업 가능성을 판단하고 작업을 분배한다.

셋째, 라인을 구성하는 일반적인 형태는 다수의 공용기(Chip Shooter)와 하나 이상의 이형기로 구성되어 있는데, 공용기에서 사용 할 수 있는 작업과 이형기에서 사용 할 수 있는 작업을 분리한다.

넷째, 각각의 마운터는 개별적인 제약 사항을 가지고 있는데, 이러한 제약 사항들을 기준으로 사용할 수 있는 기기와 사용할 수 없는 기기로 분리한다.

여기서, 제약 사항은 공급 형태에 따른 제약 사항, 부품 인식 형태에 따른 제약 사항, 공급 부품에 따른 제약 사항, 공급 부품의 분류에 대한 제약 사항으로 크게 나눌 수 있다.

공급 형태에 따른 제약 사항은 피더, 트레이, 스틱피더 등에 의해, 인식 형태에 따른 제약 사항은 카메라 타입에 따라 분리될 수 있다.

그리고 공급 부품에 따른 제약사항은 노즐 타입, 부품 형태, 부품 크기 등에 따라 분리될 수 있고, 분류에 대한 제약사항은 부품 분리 허용 여부, 기기별 사용 가능 부품수, 기기별 작업 속도에 따른 분배 등에 따라 분리될 수 있다.

다섯째, 개별 마운터 내에서의 작업 분배 방식은 우선 다수개의 헤드 블록을 갖는 마운터에 대해 헤드 블록간 충돌을 회피할 수 있으며 또한 효율적인 작업이 이루어지도록 헤드 블록간에 작업 분배 및 작업 시퀀스(sequence)가 정해져야 한다.

즉, 각 헤드 블록은 독립적인 제어축을 가지므로 움직임(moving) 조건이 각기 다르며 또한 충돌 회피 및 기계 구조적인 조건으로 인해 작업 영역(피더 base 영역, 카메라, 노즐 스테이션)에 제한이 가해지므로 이 또한 만족시키는 구조가 되어야 한다.

본 발명은 이와 같은 조건들을 만족시킬 수 있도록 라인 밸런스 모듈 구성 작업을 진행하고 결과값 도출에 필요한 계산량 및 계산 시간을 줄이기 위하여 다음과 같은 방법으로 목표값을 찾는다.

즉, 부품 실장의 용이성 측면, 부품 공급기 등의 설치 여부 확인, 비젼 검사 과정, 부품 공급,부품 검사,플레이싱 측면, 부품의 사용량, 장비의 사양 및 처리 속도 등을 고려하여 각 장비별 적용 부품을 나누어 설정하는 것에 의해 제약 인자(fa)들을 전체 장비에 대하여 일대일 매칭하는 것이 아니고, 기기별(M)로 나누어 계산을 한다.

즉, 라인상의 장비에 대한 밸런스 부분과 각각의 장비내에서의 최적화 부분을 분리하는 것에 의해 결과값의 개수(Hu)가 ((fa / M) * (P * (P / C))) * M으로 계산된다.

여기서, fa는 제약 인자, M은 기기수, P는 장착점, C는 공급 부품이다.

이와 같이 라인 최적화 모듈을 구성하는 것에 의해 결과값을 구하기 위한 계 산 시간이 개선되고 최적화 결과에 대한 신뢰도를 높일 수 있다.

도 3a에서 보면, 결과값을 구하기 위한 연산 시간(T)이 이전 기술(가)에 비하여 본 발명의 최적화 모듈 구성 방법(나)을 적용하는 경우에 단축되는 것을 알 수 있다.

마찬가지로, 도 3b에서와 같이 실작업 시간(Pt)을 비교한 경우에도 이전 기술(가)에 비하여 본 발명에 따른 최적화 모듈 구성 방법(나)을 적용하는 경우의 실작업 시간(Pt)이 단축되는 것을 알 수 있다.

도 3a와 도 3b의 그래프에서 P는 장착점이고, M은 장비수이다.

이와 같이 라인 밸런싱 부분과 각각의 장비의 최적화 부분을 분리하는 것에 의해 짧은 시간에 최상의 결과를 구할 수 있으므로 장비 제조사의 구분없이 여러 제조 업체의 장비가 동시에 라인을 구성하는 경우에도 가장 효율적인 최적화 작업을 수행할 수 있다.

또한, 이와 같은 라인 최적화 모듈 구성 방법은 SMT 조립 라인 이외에도 다른 목적을 갖는 조립 및 생산 라인에 적용될 수 있음은 당연하다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 라인 최적화 모듈의 구성 방법은 다음과 같은 효 과가 있다.

첫째, 제약 인자(fa)들을 전체 장비에 대하여 일대일 매칭하는 것이 아니고, 기기별(M)로 나누어 계산을 하는 것에 의해 결과값을 도출하기 위한 계산 시간을 단축할 수 있다.

둘째, 라인상의 장비에 대한 밸런스 부분과 각각의 장비내에서의 최적화 부분을 분리하여 라인 최적화 모듈을 구성하는 것에 의해 신뢰도를 높일 수 있다.

셋째, 라인 최적화 모듈을 효과적으로 구성하는 것에 의해 전체적인 라인 생산량을 증가시키고 생산 현장의 경쟁력을 강화시키는 효과가 있다.

Claims (3)

1. SMT 조립 라인의 최적화 모듈 구성에 있어서 제약 인자(fa),기기수(M),장착점(P),공급 부품(C)의 인자를 사용하여,

   라인 최적화 모듈을 구성하기 위한 목표값을 찾기 위한 결과값의 개수(Hu)가 ((fa / M) * (P * (P / C))) * M으로 계산될 수 있도록 라인상의 장비에 대한 밸런스 부분과 각각의 장비내에서의 최적화 부분을 분리하는 것을 특징으로 하는 라인 최적화 모듈의 구성 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 제약 인자(fa)는,

   피더, 트레이, 스틱피더 등의 공급 형태에 따른 제약 사항, 카메라 타입에 따른 인식 형태에 따른 제약 사항, 노즐 타입, 부품 형태, 부품 크기 등의 공급 부품에 다른 제약 사항, 부품 분리 허용 여부, 기기별 사용 가능 부품수, 기기별 작업 속도에 따른 분배 등의 분류에 대한 제약 사항을 기준으로 장비별로 분리하는 것을 특징으로 하는 라인 최적화 모듈의 구성 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 공급 부품(C)은,

   부품 실장의 용이성 측면, 부품 공급기 등의 설치 여부 확인, 비젼 검사 과정, 부품 공급,부품 검사,플레이싱 측면, 부품의 사용량, 장비의 사양 및 처리 속도 항목을 고려하여 각 장비별 적용 부품을 나누어 설정하는 것을 특징으로 하는 라인 최적화 모듈의 구성 방법.

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