KR100948760B1 - 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입력된 요구 사항을 이용하여 공장 타입 및 환경 제약 요소를 결정하는 요구 분석 모듈, 상기 요구 분석 모듈에서 결정된 정보를 이용하여 기준 작업장 정보를 출력하고, 상기 출력된 기준 작업장 정보를 이용하여 공장 레이아웃 프로세스를 결정하는 공장 레이아웃 프로세스 결정 모듈, 상기 공장 레이아웃 프로세스 결정 모듈에서 결정된 각 프로세서별로 활동을 분석하여 작업장을 배치하고, 그 작업장별 설비를 배치하여 최종 공장 레이아웃 도면을 설계하는 공장 레이아웃 도면 설계 모듈 및 상기 공장 레이아웃 도면 설계 모듈에서 설계된 공장 레이아웃 도면을 시뮬레이션하여 현재 공장 모델의 결과 정보를 출력하고, 상기 현재 공장 모델의 결과 정보와 상기 공장 레이아웃 도면에 what-if 시나리오를 적용하여 시뮬레이션된 결과 정보를 비교하여 출력하는 공장 레이아웃 검증 모듈을 포함하는 것으로서, 구체적인 모델링 프레임워크에 따라 공장 시뮬레이션 모델 및 모델 실행 환경을 구축하여 고객 요구사항을 만족시킬 수 있다.

공장 레이아웃, 작업장, 프로세스, 시뮬레이션

Description

시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치 및 방법{Apparatus and Method for consulting layout of factory based simulation}

본 발명은 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용자에 의해 입력된 요구 사항 및 환경 정보를 이용하여 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 도면을 설계하고, 그 설계된 공장 레이아웃 도면을 시뮬레이션한 공장 시뮬레이션 모델을 구축하는 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치 및 방법에 관한 것이다.

공장 시뮬레이션 모델링은 공장 내 물류 흐름의 분석, 제품의 최적 생산량 도출, 자재 공급 주기 최적화, 작업자 운영 전략 검증, 설비 능력 및 공장 내 위치와 관련된 적합성 테스트 등의 목적으로 실시된다.

공장에서 생산 계획의 작성을 지원 또는 자동화하는 생산 계획 시스템은 과거에 다수의 제안이 이루어져 이미 국내외에서 많은 제품이 사용화되어 있으며, 또한 많은 제조회사가 독자적인 시스템을 개발하여 자사에서 사용하고 있다.

종래의 이러한 다수의 생산 계획 시스템은 설비 능력을 무한대로 가정하는 등 생산 공정에 있어서의 제약을 단순화하여 모델을 작성하고, 단순화된 모델에 대하여 선형 계획법 등의 수리적 최적화 수법을 적용하여 개략적인 해를 구하는 방법을 채택하고 있다.

최근 대다수의 기업들이 ERP(Enterprise Resource Planning), SCM(Supply Chain Management)시스템 등을 도입하여 기업 정보를 현실화/구체화 하고 있으며, 기업 활동 내 모든 프로세스의 통합 및 사전 검증을 통한 정보의 적합성 향상 등이 주요 요구사항으로 대두되고 있다.

본 발명의 목적은 공장 시뮬레이션 모델 내 기본 정보들의 사전 테스트/검증 과정을 수행하여 해당 일정 내에 불필요한 자재소요를 줄이고, 물류 흐름의 유연성을 확보하여 제조비의 직/간접비를 절감할 수 있는 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 체계적이고 구체적인 모델링 프레임워크에 따라 공장 시뮬레이션 모델 및 모델 실행 환경을 구축하여 고객 요구사항을 만족시킬 수 있는 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 가상 공장 모델의 시뮬레이션을 통해 기초적인 설비 개선의 문제, 병목 공정 개선, 작업자 할당 구간 변경 등 최적의 작업을 수행할 수 있는 공장 모델을 계획할 수 있는 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 가상 공장 모델의 시뮬레이션을 통해 설비 투자 비용 최소화, 라인 밸런싱 및 생산성 향상, 제조 리드 타임 감소, 공간 활용률 극대화, 물류 처리 비용 최소화, 작업자 편이성 및 안정성을 제공할 수 있는 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 3D를 통해 공장 내부에서의 복잡한 상황을 용이하게 이해할 수 있고, 발생 가능한 문제점을 사전 예측 및 해결책 제시가 가능한 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 다양한 What-If 분석으로 공정 전체에 대한 통찰력과 관리포인트를 제공할 수 있는 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 생산 라인의 개선 혹은 기업 전략 변경 사항을 검증하며, 공장 운영을 위한 마스터 데이터를 출력하는 등의 운영 정보를 도출할 수 있는 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면, 입력된 요구 사항을 이용하여 공장 타입 및 환경 제약 요소를 결정하는 요구 분석 모듈, 상기 요구 분석 모듈에서 결정된 정보를 이용하여 기준 작업장 정보를 출력하고, 상기 출력된 기준 작업장 정보를 이용하여 공장 레이아웃 프로세스를 결정하는 공장 레이아웃 프로세스 결정 모듈, 상기 공장 레이아웃 프로세스 결정 모듈에서 결정된 각 프로세서별로 활동을 분석하여 작업장을 배치하고, 그 작업장별 설비를 배치하여 최종 공장 레이아웃 도면을 설계하는 공장 레이아웃 도면 설계 모듈 및 상기 공장 레이아웃 도면 설계 모듈에서 설계된 공장 레이아웃 도면을 시뮬레이션하여 현재 공장 모델의 결과 정보를 출력하고, 상기 현재 공장 모델의 결과 정보와 상기 공장 레이아웃 도면에 what-if 시나리오를 적용하여 시뮬레이션된 결과 정보를 비교하여 출력하는 공장 레이아웃 검증 모듈을 포함하는 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치가 제공된다.

상기 요구 분석 모듈은, 클라이언트로부터 요구 사항 정보를 입력받아 공장 종류, 공장 타입 및 공장 크기를 결정하는 고객 요구 사항 분석부, 상기 고객 요구 사항 분석부에서 결정된 공장 타입 및 공장 크기를 부지 환경과 비교하여 환경 제약 요소 및 공장 설계의 바운더리(boundary)를 결정하는 환경 분석부를 포함한다.

상기 공장 레이아웃 프로세스 결정 모듈은 기준 일자 내 제품 생산 개수 및 참조 공장의 작업장별 면적 비율을 이용하여 기준 작업장의 면적 및 설비 사양을 포함하는 기준 작업장 정보를 결정하는 기준 작업장 분석부, 상기 기준 작업장 분석부에서 결정된 기준 작업장 정보 및 요구 사항 정보와 상응하는 참조 공장 정보를 입력받아 다른 작업장 정보, 공장 생산 전략 및 전체 공장 면적을 결정하는 공장 면적 결정부, 상기 공장 면적 결정부에서 결정된 공장 생산 전략 및 작업장 정보를 이용하여 공장 레이아웃 프로세스를 결정하고, 상기 공장 레이아웃 프로세스를 이용하여 공장 레이아웃 도면을 생성하는 공장 레이아웃 프로세스 결정부를 포함한다.

상기 공장 레이아웃 도면 설계 모듈은 상기 공장 레이아웃 프로세스 결정 모듈에서 결정된 프로세서별로 활동을 분석하여 작업을 정의하고, 각각의 작업을 ICOM 구조로 체계화하는 작업 구조화부, 상기 작업 구조화부의 활동 분석을 통해 얻어진 작업 분석서에 작업장을 배치하는 작업장 배치부, 상기 작업장 배치부에서 배치된 작업장별 설비 리스트를 추출하고, 작업장별 면적을 결정하는 공정 능력 계획부, 상기 공정 능력 계획부에서 결정된 작업장 면적을 중심으로 ARC 기법에 근거하여 공정별 개별 위치를 결정하는 공정 위치 결정부, 상기 공정 위치 결정부에서 공정별 위치가 정해진 공장 레이아웃 도면을 공장 부지 도면에 매칭시키는 공장 부지 매칭부, 상기 공장 위치 결정부에서 위치가 결정된 각 공정에 대해 상기 공정 능력 계획부에서 추출된 설비 리스트에 해당하는 설비를 해당 공정에 배치하여 공정별 레이아웃을 설계하는 개별 공정 레이아웃 설계부 및 상기 개별 공정 레이아웃 설계부에서 설계된 공정별 레이아웃을 상기 공장 부지 매칭부에 의해 생성된 공장 레이아웃 도면에 매칭시켜 최종 공장 레이아웃 도면을 생성하는 최종 공장 레이아웃 도면 생성부를 포함한다.

상기 공장 레이아웃 검증 모듈은 상기 공장 레이아웃 설계 모듈에서 생성된 공장 레이아웃 도면에 대해 특정 변수의 값을 달리한 what-if 시나리오를 설계하는 what-if 시나리오 설계부, 시뮬레이션 명령이 입력되면, 상기 공장 레이아웃 설계 모듈에서 생성된 공장 레이아웃 도면을 시뮬레이션하여 현재 공장 모델의 결과 정보를 출력하고, 상기 공장 레이아웃 도면에 what-if 시나리오를 적용하여 시뮬레이션하는 시뮬레이션부, 상기 시뮬레이션부에 의해 출력되는 현재 공장 모델의 결과 정보와 what-if 시나리오에 대한 결과 정보를 비교하여 상기 요구사항에 상응하는 공장 레이아웃 도면을 확정하는 결과 분석부를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, (a)요구 사항 및 환경 정보를 분석하여 기준 작업장 정보를 결정하는 단계, (b)상기 결정된 기준 작업장 정보 및 상기 요구 사항에 상응하는 참조 공장 정보가 선택되면, 다른 작업장 정보, 공장 생산 전략 및 전체 공장 면적을 도출하는 단계, (c)상기 도출된 공장 생산 전략 및 작업장 정보를 이용하여 공장 레이아웃 프로세스를 결정하는 단계, (d)상기 결정된 프로세서별 로 활동을 분석하여 작업장을 배치하고, 그 작업장별 설비를 배치하여 최종 공장 레이아웃 도면을 설계하는 단계, (e)상기 설계된 최종 공장 레이아웃 도면을 시뮬레이션하여 현재 공장 모델의 결과 정보를 출력하고, 상기 현재 공장 모델의 결과 정보와 what-if 시나리오를 적용하여 시뮬레이션된 결과 정보를 비교하여 출력하는 단계를 포함하는 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 방법이 제공된다.

상기 (a)단계는 클라이언트로부터 요구 사항 정보를 입력받아 공장 종류, 공장 타입 및 공장 크기를 결정하는 단계, 상기 결정된 공장 타입 및 공장 크기를 부지 환경과 비교하여 환경 제약 요소 및 공장 설계의 바운더리(boundary)를 결정하는 단계, 기준 일자 내 제품 생산 개수 및 참조 공장의 작업장별 면적 비율을 입력받아 기준 작업장의 면적 및 설비 사양을 포함하는 기준 작업장 정보를 결정하는 단계를 포함한다.

상기 (d)단계는 상기 결정된 프로세서별로 활동을 분석하여 작업을 정의하고, 각각의 작업을 ICOM 구조로 체계화한 작업 분석서를 생성하는 단계, 상기 생성된 작업 분석서에 작업장을 배치하고, 작업장별 설비 리스트 및 면적을 결정하는 단계, 상기 결정된 작업장 면적을 중심으로 ARC 기법에 근거하여 공정별 개별 위치를 결정하는 단계, 상기 공정별 위치가 정해진 공장 레이아웃 도면을 공장 부지 도면에 매칭시키고, 해당 공정에 상기 추출된 설비 리스트에 해당하는 설비를 배치하는 단계 및 상기 설비가 배치된 공장 레이아웃 도면에 작업간 입출력 및 설비간 라우팅 경로를 설정하여 최종 공장 레이아웃 도면을 생성하는 단계를 포함한다.

상기 (e)단계는 상기 생성된 공장 레이아웃 도면에 대해 특정 변수의 값을 달리한 what-if 시나리오를 설계하는 단계, 시뮬레이션 명령이 입력되면, 상기 생성된 공장 레이아웃 도면을 시뮬레이션하여 현재 공장 모델의 결과 정보를 출력하고, 상기 공장 레이아웃 도면에 what-if 시나리오를 적용하여 시뮬레이션하는 단계, 상기 시뮬레이션에 의해 출력되는 현재 공장 모델의 결과 정보와 what-if 시나리오에 대한 결과 정보를 비교하여 상기 요구사항에 상응하는 공장 레이아웃 도면을 확정하는 단계를 포함한다.

본 발명은 공장 시뮬레이션 모델 내 기본 정보들의 사전 테스트/검증 과정을 수행하여 해당 일정 내에 불필요한 자재소요를 줄이고, 물류 흐름의 유연성을 확보하여 제조비의 직/간접비를 절감할 수 있는 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

또한, 구체적인 모델링 프레임워크에 따라 공장 시뮬레이션 모델 및 모델 실행 환경을 구축하여 고객 요구사항을 만족시킬 수 있는 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

또한, 가상 공장 모델의 시뮬레이션을 통해 기초적인 설비 개선의 문제, 병목 공정 개선, 작업자 할당 구간 변경 등 최적의 작업을 수행할 수 있는 공장 모델을 계획할 수 있는 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

또한, 가상 공장 모델의 시뮬레이션을 통해 설비 투자 비용 최소화, 라인 밸 런싱 및 생산성 향상, 제조 리드 타임 감소, 공간 활용률 극대화, 물류 처리 비용 최소화, 작업자 편이성 및 안정성을 제공할 수 있는 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

또한, 3D를 통해 공장 내부에서의 복잡한 상황을 용이하게 이해할 수 있고, 발생 가능한 문제점을 사전 예측 및 해결책 제시가 가능한 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

또한, 다양한 What-If 분석으로 공정 전체에 대한 통찰력과 관리포인트 제공할 수 있는 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

또한, 생산 라인의 개선 혹은 기업 전략 변경 사항을 검증하며, 공장 운영을 위한 마스터 데이터를 출력하는 등의 운영 정보를 도출할 수 있는 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 전술한 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도, 도 2는 도 1에 도시된 요구 분석 모듈의 구성을 나타낸 도면, 도 3은 도 1에 도시된 공장 레이아웃 프로세스 결정 모듈의 구성을 나타낸 도면, 도 4는 도 1에 도시된 공장 레이아웃 도면 설계 모듈의 구성을 나타낸 도면, 도 5는 도 1에 도시된 공장 레이아웃 검증 모듈의 구성을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치(100)는 요구 분석 모듈(110), 공장 레이아웃 프로세스 결정 모듈(130), 공장 레이아웃 도면 설계 모듈(150), 공장 레이아웃 검증 모듈(170)을 포함한다.

상기 요구 분석 모듈(110)은 고객 요구 사항을 입력받아 만들고자 하는 공장 종류 및 공장 타입 등을 결정하고, 환경 제약 요소를 정의한다.

상기 요구 분석 모듈(110)에 대하여 도 2를 참조하면, 요구 분석 모듈(110)은 고객 요구 사항 분석부(112)와 환경 분석부(114)를 포함한다.

상기 고객 요구 사항 분석부(112)는 고객으로부터 참조 제품, 예정 부지의 사이즈, 가용 예산 등의 고객 요구 사항 정보를 입력받아 생산하고자 하는 공장 종류, 공장 타입 및 공장 크기 등을 결정한다.

상기 환경 분석부(114)는 상기 고객 요구 사항 분석부(112)에 의해 결정된 공장 타입 및 공장 크기를 부지 환경과 비교하여 환경 제약 요소 및 공장 설계의 boundary condition를 정의한다

상기 공장 레이아웃 프로세스 결정 모듈(130)은 기준 작업장 정보를 이용하여 공장 레이아웃을 위한 프로세스를 결정하고. 상기 결정된 프로세스를 이용하여 초기 공장 레이아웃 도면을 생성하는 역할을 수행한다.

상기 공장 레이아웃 프로세스 결정 모듈(130)에 대하여 도 3을 참조하면, 공장 레이아웃 프로세스 결정 모듈(130)은 기준 작업장 분석부(132), 공장 면적 결정 부(134), 공장 레이아웃 프로세스 결정부(136)를 포함한다.

상기 기준 작업장 분석부(132)는 작업장 예정 설비 개수, 리소스의 예상 요구 수량, 기준 일자내 생산 제품 개수 등을 근거로 제품 생산 부분의 능력계획을 실시하며, 기준 작업장을 추출하여 해당 작업장에 대한 능력 계획을 실시하여 기준 작업장의 면적 및 설비 사양을 도출한다. 여기서, 상기 기준 작업장은 사용자 또는 중요도에 의해 자동으로 선택될 수 있다.

즉, 상기 기준 작업장 분석부(132)는 기준 일자 내 제품 생산 개수 및 참조 공장의 작업장별 면적 비율 등이 입력되면, 기준 작업장의 시수/프로세스/사양 등을 제어하여 기준 작업장의 설비 개수 및 목록, 기준작업장의 요구 면적, 기준 작업장의 설비 배치도 등의 기준 작업장 정보를 출력한다.

상기 공장 면적 결정부(134)는 상기 기준 작업장 분석부(132)에서 출력된 기준 작업장 정보 및 고객 요구사항과 유사한 공장 정보가 입력되면, 상기 기준작업장의 면적과 상기 공장 정보의 면적을 비교하여 전체 공장의 면적을 도출하며 확보된 공장의 토지 면적과 비교하여 실행 가능성을 검토한다.

즉, 상기 공장 면적 결정부(134)는 상기 기준 작업장 분석부(132)에서 도출된 기준 작업장 정보 및 유사 공장 정보가 입력되면, 상기 유사 공장의 작업장별 면적 비율을 제어하여 다른 작업장의 사이즈, 제품 생산/제품 조립간 생산 전략 등을 출력한다. 여기서, 상기 유사 공장 정보는 미리 저장된 공장 사양 중에서 선택된 정보일 수 있다.

상기 공장 레이아웃 프로세스 결정부(136)는 상기 공장 면적 결정부(134)에 서 출력된 공장 생산 전략 및 작업장 정보를 이용하여 공장 레이아웃을 위한 프로세스(dominant/non-dominant process)를 결정한다.

즉, 상기 공장 레이아웃 프로세스 결정부(136)는 상기 공장 면적 결정부(134)로부터 공장 생산 전략, 기준 작업장 및 다른 작업장 정보가 입력되면, 자재 입고 위치 등을 제어하여 dominant process, non-dominant process, spine road등의 프로세스를 결정한다.

상기 공장 레이아웃 도면 설계 모듈(150)은 상기 공장 레이아웃 프로세스 결정 모듈(130)에서 결정된 각 프로세스별로 활동을 분석하여 공장 레이아웃 도면을 생성하는 역할을 수행한다.

상기 공장 레이아웃 도면 설계 모듈(150)에 대해 도 4를 참조하면, 공장 레이아웃 도면 설계 모듈(150)은 작업 구조화부(152), 작업장 배치부(154), 공정 능력 계획부(156), 공정 위치 결정부(158), 공장 부지 매칭부(160), 개별 공정 레이아웃 설계부(162), 최종 공장 레이아웃 도면 생성부(164)를 포함한다.

상기 작업 구조화부(152)는 상기 공장 레이아웃 프로세스 결정 모듈(130)에서 결정된 프로세스별로 활동 분석을 실시하여 작업(operation)을 정의하며, 각각의 작업을 ICOM 구조로 체계화한다.

즉, 상기 작업 구조화부(152)는 상기 공장 레이아웃 프로세스 결정 모듈(130)에서 출력된 dominant process, non-dominant process을 이용하여 작업 목록, 작업 모듈 목록, 작업 분석서를 출력한다. 여기서, 각각의 작업은 ICOM(I,O(반제품), C(작업장) , M(설비,기자재 등)) 구조로 표현될 수 있어야 한다.

상기 작업장 배치부(154)는 상기 작업 구조화부(152)의 활동 분석을 통해 얻어진 작업 분석서에서 'C' 개념들로 구성된 작업장을 배치하여 hierarchy structure(Process-workstage BOM)를 구성한다.

상기 공정 능력 계획부(156)는 상기 작업장 배치부(154)에서 배치된 작업장을 기본으로 기준 작업장의 작업능력에 맞춰 작업장의 능력을 결정하고 작업장별 필요한 설비 리스트를 추출한 후, 작업장별 실제 면적을 결정한다.

즉, 상기 공정 능력 계획부(156)는 기준 작업장의 능력, 작업장(workstage), 작업장 모듈, 유사 공장 정보 및 작업 분석서를 입력 받으면, 개별 작업장의 시수, 개별 작업장의 P-BOM, 개별 작업장의 사양을 제어하여 작업장별 설비 목록, 작업장 모듈별 설비 목록, 작업장 면적 등을 결정한다.

상기 공정 위치 결정부(158)는 상기 공정 능력 계획부(156)에서 결정된 작업장/작업장 모듈의 설계 면적을 중심으로 ARC 기법에 근거하여 공정별 개별 위치를 확정하며, traffic road와 공정별 입출구를 정의한다.

즉, 상기 공정 위치 결정부(158)는 작업장, 작업장 모듈, 작업장 면적을 입력받으면, 초기 공장 레이아웃 도면, ARC 기법, 개별 작업장의 프로세스-BOM을 제어하여 작업장, 작업장 모듈, 작업장별 입출구, spine road를 결정한다.

상기 공장 위치 결정부(158)는 공장 레이아웃 도면에 그려져 있는 dominant process/spine road에 작업장을 추가하여 구체화한다.

상기 공장 부지 매칭부(160)는 상기 공장 위치 결정부(158)에서 수정된 공장 레이아웃 도면을 공장 부지에 배치하며 예정 부지 내에서 최대의 공장 면적/공정 능력을 확보한다.

즉, 상기 공장 부지 매칭부(160)는 작업장, 작업장 모듈, traffic road, 수정된 공장 레이아웃 도면을 입력받으면, 공장 부지 도면 및 ARC 기법을 이용하여 공장 레이아웃 도면을 수정한다. 여기서, 수정된 공장 레이아웃 도면과 공장 부지 도면을 참조하여 여유 공간이 남을 경우 작업장별 설비 추가 등을 통해 계획된 공정 능력을 수정할 수 있다.

상기 개별 공정 레이아웃 설계부(162)는 공정의 위치, 면적, 설비리스트를 기준으로 개별 공정의 설비를 배치한다.

상기 개별 공정 레이아웃 설계부(162)는 상기 공장 위치 결정부(158)에서 위치가 결정된 각 공정에 대해 상기 공정 능력 계획부(156)에서 추출된 설비 리스트에 해당하는 설비를 해당 공정에 배치하여 공정별 레이아웃을 설계한다.

또한, 상기 개별 공정 레이아웃 설계부(162)는 작업장 분석(job classification)을 통해 시나리오를 설정하며, 주어진 조건하에서 MHC 최소화, 반제품 Lead time 최소화를 목적함수로 하여 시뮬레이션한다.

즉, 상기 개별 공정 레이아웃 설계부(162)는 작업장 면적, 설비 목록, 작업 분석서를 입력받아 작업 설비 설계, 작업 설비 시스템 설계, 작업장 레이아웃 설계, 운반 장비 설계 등을 수행한다. 이때, 상기 개별 공정 레이아웃 설계부(162)는 job classification 이론, ARC 기법, Flexible layout 기법을 이용하여 작업 설비 설계, 작업 설비 시스템 설계, 작업장 레이아웃 설계, 운반 장비 설계 등을 수행한다. 상기 개별 공정 레이아웃 설계부(162)는 Job classification(Job shop/Batch shop/Flow shop)에 따라 설계를 달리한다.

상기 최종 공장 레이아웃 도면 생성부(164)는 상기 개별 공정 레이아웃 설계부(162)에서 설계된 공정별 레이아웃을 상기 공장 부지 매칭부(160)에 의해 생성된 공장 레이아웃 도면에 매칭시켜 최종 공장 레이아웃 도면을 생성한다.

즉, 상기 최종 공장 레이아웃 도면 생성부(164)는 전체 공정의 레이아웃 도면을 도출하며, 공장 레이아웃 도면의 흐름 내에서 가능한 모듈 기반 작업장 배치를 실시하며, 유연 레이아웃을 지향한다.

또한, 상기 최종 공장 레이아웃 도면 생성부(164)는 상기 개별 공정 레이아웃 설계부(162)에 의해 출력된 작업 설비 설계, 작업 설비 시스템 설계, 작업장 레이아웃 설계, 운반 장비 설계를 상기 공장 부지 매칭부(160)에서 생성된 공장 레이아웃 도면에 매칭시켜 공정별 레이아웃 도면, traffic load, 작업장별 입출구, P-BOM을 도출한다.

또한, 상기 최종 공장 레이아웃 도면 생성부(164)는 공정별 최종 레이아웃을 도출한 이후 작업(operation)의 I,O 와 설비간 라우팅 경로를 통산하여 설비단위의 P-BOM(Proecss-Bill of Material)을 확정한다.

상기 공장 레이아웃 검증 모듈(170)은 공장 레이아웃 도면 설계 모듈(150)에 의해 생성된 최종 공장 레이아웃 도면을 시뮬레이션하여 현재 공장 시뮬레이션 모델의 결과 정보를 출력하고, 상기 공장 시뮬레이션 모델에 what-if 시나리오를 적용하여 시뮬레이션한다.

상기 공장 레이아웃 검증 모듈(170)에 대해 도 5를 참조하면, 공장 레이아웃 검증 모듈(170)은 what-if 시나리오 설계부(172), 시뮬레이션부(174), 결과 분석부(176)를 포함한다.

상기 what-if 시나리오 설계부(172)는 상기 최종 공장 레이아웃 도면 생성부(164)에서 생성된 공장 레이아웃 도면에 대해 공장에 관련된 변수를 달리하는 what-if 시나리오를 설계한다. 여기서, 상기 공장에 관련된 변수는 공정 프로세스간 라우팅, 공장의 레이아웃, 공정/설비/작업자 할당, 공정 운영 계획 등을 포함한다.

즉, 상기 what-if 시나리오 설계부(172)는 공장 레이아웃에 대한 사용자 요구사항(즉, 레이아웃 변경에 대한 what-if 시나리오), 공장 프로세스 분석에 대한 사용자 요구사항(즉, 병목 지점, 작업자 분석, 특정 설비　분석 등) 등을 파악하고, 상기 최종 공장 레이아웃 도면 생성부(164)에서 생성된 공장 레이아웃 도면에 대해 공장에 관련된 변수를 달리하여 what-if 시나리오를 설계한다.

상기 what-if 시나리오는 ARC, 흐름 기반 공정 분석, 활동 기반 공정 분석, 대기 규칙 기반 공정 분석과 같은 분석 기법이 활용된다.

ARC 분석의 경우, 정성적 흐름 측정에 활용되는 것으로 활용 관련 도표의 작성을 통해 각 동작의 상호 관계를 도출하여 배치하는 것이다. 공정 모듈간의 관계를 통해 레이아웃을 배치하고 공정 운영 계획에 반영할 수 있는 근거를 마련하는 것이다.

상기 시뮬레이션부(174)는 시뮬레이션 명령이 입력되면, 상기 공장 레이아웃 도면 설계 모듈(150)에서 생성된 공장 레이아웃 도면을 시뮬레이션하여 그 결과 정 보를 출력한다.

즉, 상기 시뮬레이션부(174)는 시뮬레이션 명령이 입력되면, 상기 공장 레이아웃 도면에 PPRS(Product, Process, Resource, Schedule), 입력 변수, 공정 데이터를 맵핑시켜 시뮬레이션한다. 그런 다음 상기 시뮬레이션부(174)는 상기 시뮬레이션된 공장 레이아웃 도면에 설비 및 작업자의 키네메틱스를 적용시켜 작업 처리량을 산출하고, 그 산출된 작업 처리량을 분석하여 현재 공장 레이아웃 도면의 결과 정보를 출력한다.

그런 다음 상기 시뮬레이션부(174)는 상기 공장 레이아웃 도면에 상기 what-if 시나리오 설계부(172)에서 설계된 what-if 시나리오의 값을 적용하여 시뮬레이션하고, 그 시뮬레이션된 결과를 상기 현재 공장 모델의 결과 정보와 비교하여 출력한다.

좀더 상세히 살펴보면, 상기 시뮬레이션부(174)는 상기 최종 공장 레이아웃 도면 생성부(162)에서 생성된 공장 레이아웃 도면에 대해 개념적/물리적 모델링, 설비 및 작업자의 키네메틱스 설정의 작업을 수행한다.

상기 개념적/물리적 모델링은 PPRS 구조, 입력 변수, 공정 관련 데이터 등을 사용하여 가상의 공장 모델을 생성하는 것을 말한다.

상기 설비 및 작업자의 키네메틱스 설정 작업은 상기 생성된 가상의 공장 모델에서의 공장 설비 배치 및 공정 흐름을 이용하여 실제 공장에서 벌어지는 설비들의 물리적인 거동, 작업자의 물리적인 거동 등을 포함하는 모델링 작업을 말한다.

상기 설비 및 작업자의 키네메틱스 설정 작업에 의해 작업 처리량이 산출된 다.

상기 결과 분석부(176)는 상기 시뮬레이션부(174)을 통해 실행된 공장 모델 및 what-it 시나리오의 시뮬레이션에 대하여 공정의 정량적 결과들을 분석 및 평가하여 최적의 공장 레이아웃 도면을 선택하는 역할을 수행한다.

상기 결과 분석부(176)는 공정에 연관한 작업자의 할당 분포 등의 정보를 정제하고, 제품들의 과정별 산출량을 검토한다. 또한, 상기 결과 분석부(176)에 의해 정량적으로 발생하는 정보들 외에 공정 라인의 정지 상황의 요인 및 안전 재고 등의 추가적인 분석이 이루어진다.

도 6은 본 발명에 따른 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 도면 설계 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 공장 레이아웃 설계 장치는 클라이언트로부터 입력된 요구 사항 및 환경을 분석한다(S600).

그런 다음 상기 공장 레이아웃 설계 장치는 상기 분석된 요구 사항과 환경 정보를 이용하여 기준 작업장 정보를 결정한다(S602). 즉, 상기 공장 레이아웃 설계 장치는 기준 작업장을 추출하고, 그 추출된 기준 작업장의 면적, 설비개수 및 목록, 요구 면적, 설비 배치도 등을 포함하는 기준 작업장 정보를 결정한다.

이때, 상기 공장 레이아웃 설계 장치는 기준 작업장의 프로세스, 시수, 사양 등을 이용하여 기준 작업장 정보를 도출하게 된다.

상기 S602의 수행 후, 상기 공장 레이아웃 설계 장치는 상기 도출된 기준 작 업장 정보 및 고객 요구 사항과 유사한 공장 정보가 선택되면, 기준 작업장이외의 다른 작업장 정보, 공장 생산 전략 및 전체 공장 면적을 도출한다(S604).

상기 공장 레이아웃 설계 장치는 상기 전체 공장 면적을 확보된 공장의 토지 면적과 비교하여 실행 가능성을 검토하고, 상기 기준 작업장 및 다른 작업장의 면적을 결정하게 된다.

상기 S604의 수행 후, 상기 공장 레이아웃 설계 장치는 상기 도출된 공장 생산 전략 및 작업장 정보를 이용하여 공장 레이아웃 프로세스를 결정하고(S606), 상기 결정된 프로세서별로 활동을 분석하여 작업을 정의하고, 각각의 작업을 ICOM 구조로 체계화한 작업 분석서를 생성한다(S608).

상기 S608의 수행 후, 상기 공장 레이아웃 설계 장치는 상기 생성된 작업 분석서에 작업장을 배치한다(S610). 이때, 상기 공장 레이아웃 설계 장치는 작업장의 배치가 완료되면, 작업장별 설비 리스트 및 면적을 결정한다. 상기 공장 레이아웃 설계 장치는 기준 작업장의 작업 능력에 맞춰 작업장의 능력을 결정하고, 설비 리스트를 추출하여 작업장별 실제 면적을 결정한다.

상기 S610의 수행 후, 상기 공장 레이아웃 설계 장치는 작업장에서의 공정별 개별 위치를 결정하고 해당 설비를 배치하여 최종 공장 레이아웃 도면을 설계한다(S612). 즉, 상기 공장 레이아웃 설계 장치는 상기 결정된 작업장 면적을 중심으로 ARC 기법에 근거하여 공정별 개별 위치를 결정하고, 상기 공정별 위치가 정해진 공장 레이아웃 도면을 공장 부지 도면에 매칭시킨 후, 해당 공정에 상기 추출된 설비 리스트에 해당하는 설비를 배치한다.

그런 다음 상기 공장 레이아웃 설계 장치는 상기 설비가 배치된 공장 레이아웃 도면에 작업간 입출력 및 설비간 라우팅 경로를 설정하여 최종 공장 레이아웃 도면을 생성한다.

상기 S612의 수행 후, 시뮬레이션 명령이 입력되면(S614), 상기 공장 레이아웃 설계 장치는 상기 생성된 최종 공장 레이아웃 도면을 시뮬레이션하여 그 결과 정보를 출력한다(S616).

즉, 상기 공장 레이아웃 설계 장치는 상기 생성된 공장 레이아웃 도면에 대해 특정 변수의 값을 달리한 what-if 시나리오를 설계한 후 시뮬레이션 명령이 입력되면, 상기 생성된 공장 레이아웃 도면을 시뮬레이션하여 현재 공장 모델의 결과 정보를 출력하고, 상기 공장 레이아웃 도면에 what-if 시나리오를 적용하여 시뮬레이션한다. 그런다음 상기 공장 레이아웃 설계 장치는 상기 시뮬레이션에 의해 출력되는 현재 공장 모델의 결과 정보와 what-it 시나리오에 대한 결과 정보를 비교하여 고객 요구사항에 상응하는 공장 레이아웃 도면을 확정한다.

또한, 상기 공장 레이아웃 설계 장치는 상기 생성된 공장 시뮬레이션 모델에 대해 작업장별 tact time 검증, 블록 생산, 블록 조립의 리드 타임, 최종 선박의 리드 타임 도출을 통한 공장/작업의 계획 능력을 산출하여 실행 가능성을 검토한다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것 을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도.

도 2는 도 1에 도시된 요구 분석 모듈의 구성을 나타낸 도면.

도 3은 도 1에 도시된 공장 레이아웃 프로세스 결정 모듈의 구성을 나타낸 도면.

도 4는 도 1에 도시된 공장 레이아웃 설계 모듈의 구성을 나타낸 도면.

도 5는 도 1에 도시된 공장 레이아웃 검증 모듈의 구성을 나타낸 도면.

도 6은 본 발명에 따른 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 도면 설계 방법을 나타낸 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치

110 : 요구 분석 모듈 112 : 고객 요구 사항 분석부

114 : 환경 분석부

130 : 공장 레이아웃 프로세스 결정 모듈

132 : 기준 작업장 분석부 134 : 공장 면적 결정부

136 : 공장 레이아웃 프로세스 결정부

150 : 공장 레이아웃 도면 설계 모듈 152 : 작업 구조화부

154 : 작업장 배치부 156 : 공정 능력 계획부

158 : 공정 위치 결정부 160 : 공장 부지 매칭부

162 : 개별 공정 레이아웃 설계부 164 : 최종 공장 레이아웃 도면 생성부

170 : 공장 레이아웃 검증 모듈 172 : what-if 시나리오 설계부

174 : 시뮬레이션부 176 : 결과 분석부

Claims (10)

1. 입력된 요구 사항을 이용하여 공장 타입 및 환경 제약 요소를 결정하는 요구 분석 모듈;

   상기 요구 분석 모듈에서 결정된 정보를 이용하여 기준 작업장 정보를 출력하고, 상기 출력된 기준 작업장 정보를 이용하여 공장 레이아웃 프로세스를 결정하는 공장 레이아웃 프로세스 결정 모듈;

   상기 공장 레이아웃 프로세스 결정 모듈에서 결정된 각 프로세서별로 활동을 분석하여 작업장을 배치하고, 그 작업장별 설비를 배치하여 최종 공장 레이아웃 도면을 설계하는 공장 레이아웃 도면 설계 모듈;및

   상기 공장 레이아웃 도면 설계 모듈에서 설계된 공장 레이아웃 도면을 시뮬레이션하여 현재 공장 모델의 결과 정보를 출력하고, 상기 현재 공장 모델의 결과 정보와 상기 공장 레이아웃 도면에 what-if 시나리오를 적용하여 시뮬레이션된 결과 정보를 비교하여 출력하는 공장 레이아웃 검증 모듈;

   을 포함하는 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 요구 분석 모듈은, 클라이언트로부터 요구 사항 정보를 입력받아 공장 종류, 공장 타입 및 공장 크기를 결정하는 고객 요구 사항 분석부;

   상기 고객 요구 사항 분석부에서 결정된 공장 타입 및 공장 크기를 부지 환 경과 비교하여 환경 제약 요소 및 공장 설계의 바운더리(boundary)를 결정하는 환경 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 공장 레이아웃 프로세스 결정 모듈은,

   기준 일자 내 제품 생산 개수 및 참조 공장의 작업장별 면적 비율을 이용하여 기준 작업장의 면적 및 설비 사양을 포함하는 기준 작업장 정보를 결정하는 기준 작업장 분석부;

   상기 기준 작업장 분석부에서 결정된 기준 작업장 정보 및 요구 사항 정보와 상응하는 참조 공장 정보를 입력받아 다른 작업장 정보, 공장 생산 전략 및 전체 공장 면적을 결정하는 공장 면적 결정부;및

   상기 공장 면적 결정부에서 결정된 공장 생산 전략 및 작업장 정보를 이용하여 공장 레이아웃 프로세스를 결정하고, 상기 공장 레이아웃 프로세스를 이용하여 공장 레이아웃 도면을 생성하는 공장 레이아웃 프로세스 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 공장 레이아웃 도면 설계 모듈은,

   상기 공장 레이아웃 프로세스 결정 모듈에서 결정된 프로세서별로 활동을 분 석하여 작업을 정의하고, 각각의 작업을 ICOM 구조로 체계화하는 작업 구조화부;

   상기 작업 구조화부의 활동 분석을 통해 얻어진 작업 분석서에 작업장을 배치하는 작업장 배치부;

   상기 작업장 배치부에서 배치된 작업장별 설비 리스트를 추출하고, 작업장별 면적을 결정하는 공정 능력 계획부;

   상기 공정 능력 계획부에서 결정된 작업장 면적을 중심으로 ARC 기법에 근거하여 공정별 개별 위치를 결정하는 공정 위치 결정부;

   상기 공정 위치 결정부에서 공정별 위치가 정해진 공장 레이아웃 도면을 공장 부지 도면에 매칭시키는 공장 부지 매칭부;

   상기 공장 위치 결정부에서 위치가 결정된 각 공정에 대해 상기 공정 능력 계획부에서 추출된 설비 리스트에 해당하는 설비를 해당 공정에 배치하여 공정별 레이아웃을 설계하는 개별 공정 레이아웃 설계부;및

   상기 개별 공정 레이아웃 설계부에서 설계된 공정별 레이아웃을 상기 공장 부지 매칭부에 의해 생성된 공장 레이아웃 도면에 매칭시켜 최종 공장 레이아웃 도면을 생성하는 최종 공장 레이아웃 도면 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 최종 공장 레이아웃 도면 생성부에서 생성된 최종 공장 레이아웃 도면은 작업간 입출력 및 설비간 라우팅 경로가 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 시 뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 공장 레이아웃 검증 모듈은,

   상기 공장 레이아웃 설계 모듈에서 생성된 공장 레이아웃 도면에 대해 특정 변수의 값을 달리한 what-if 시나리오를 설계하는 what-if 시나리오 설계부;

   시뮬레이션 명령이 입력되면, 상기 공장 레이아웃 설계 모듈에서 생성된 공장 레이아웃 도면을 시뮬레이션하여 현재 공장 모델의 결과 정보를 출력하고, 상기 공장 레이아웃 도면에 what-if 시나리오를 적용하여 시뮬레이션하는 시뮬레이션부;및

   상기 시뮬레이션부에 의해 출력되는 현재 공장 모델의 결과 정보와 what-if 시나리오에 대한 결과 정보를 비교하여 상기 요구사항에 상응하는 공장 레이아웃 도면을 확정하는 결과 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 장치.
7. (a)요구 사항 및 환경 정보를 분석하여 기준 작업장 정보를 결정하는 단계;

   (b)상기 결정된 기준 작업장 정보 및 상기 요구 사항에 상응하는 참조 공장 정보가 선택되면, 다른 작업장 정보, 공장 생산 전략 및 전체 공장 면적을 도출하는 단계;

   (c)상기 도출된 공장 생산 전략 및 작업장 정보를 이용하여 공장 레이아웃 프로세스를 결정하는 단계;

   (d)상기 결정된 프로세서별로 활동을 분석하여 작업장을 배치하고, 그 작업장별 설비를 배치하여 최종 공장 레이아웃 도면을 설계하는 단계;및

   (e)상기 설계된 최종 공장 레이아웃 도면을 시뮬레이션하여 현재 공장 모델의 결과 정보를 출력하고, 상기 현재 공장 모델의 결과 정보와 what-if 시나리오를 적용하여 시뮬레이션된 결과 정보를 비교하여 출력하는 단계;

   를 포함하는 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 (a)단계는,

   클라이언트로부터 요구 사항 정보를 입력받아 공장 종류, 공장 타입 및 공장 크기를 결정하는 단계;

   상기 결정된 공장 타입 및 공장 크기를 부지 환경과 비교하여 환경 제약 요소 및 공장 설계의 바운더리(boundary)를 결정하는 단계;및

   기준 일자 내 제품 생산 개수 및 참조 공장의 작업장별 면적 비율을 입력받아 기준 작업장의 면적 및 설비 사양을 포함하는 기준 작업장 정보를 결정하는 단계를 포함하는 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 방법.
9. 제7항에 있어서,

   상기 (d)단계는,

   상기 결정된 프로세서별로 활동을 분석하여 작업을 정의하고, 각각의 작업을 ICOM 구조로 체계화한 작업 분석서를 생성하는 단계;

   상기 생성된 작업 분석서에 작업장을 배치하고, 작업장별 설비 리스트 및 면적을 결정하는 단계;

   상기 결정된 작업장 면적을 중심으로 ARC 기법에 근거하여 공정별 개별 위치를 결정하는 단계;

   상기 공정별 위치가 정해진 공장 레이아웃 도면을 공장 부지 도면에 매칭시키고, 해당 공정에 상기 추출된 설비 리스트에 해당하는 설비를 배치하는 단계;및

   상기 설비가 배치된 공장 레이아웃 도면에 작업간 입출력 및 설비간 라우팅 경로를 설정하여 최종 공장 레이아웃 도면을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 방법.
10. 제7항에 있어서,

    상기 (e)단계는,

    상기 생성된 공장 레이아웃 도면에 대해 특정 변수의 값을 달리한 what-if 시나리오를 설계하는 단계;

    시뮬레이션 명령이 입력되면, 상기 생성된 공장 레이아웃 도면을 시뮬레이션하여 현재 공장 모델의 결과 정보를 출력하고, 상기 공장 레이아웃 도면에 what-if 시나리오를 적용하여 시뮬레이션하는 단계;및

    상기 시뮬레이션에 의해 출력되는 현재 공장 모델의 결과 정보와 what-if 시 나리오에 대한 결과 정보를 비교하여 상기 요구사항에 상응하는 공장 레이아웃 도면을 확정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 기반 공장 레이아웃 설계 방법.

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