KR101920372B1 - 제품 제조 자동화 라인의 설비고장과 품질불량의 가시적 예지 시스템 - Google Patents
제품 제조 자동화 라인의 설비고장과 품질불량의 가시적 예지 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 제품 제조 자동화 라인의 설비고장과 품질불량 가시적 예지 시스템에 관한 것으로, 자동화 생산라인(10)과; 트러블 및 휴먼에러 처리수단(20)과; 샵서버(30)와; 가상 퍼스널 네트워크(50)와; 회사서버(60) 및; 중앙 콘트롤타워(70)로 구성되어 제품 제조 자동화 라인에서 예상 밖의 발생하는 문제들을 철저히 배제하기 위하여 초기에 문제를 인식하고 계획되지 않은 중단(outage)을 방지하고, 근거 있는 추측이 가능하도록 계획 중단 동안 무엇을/왜/어떻게 관리하는지를 파악하고 미래 의사결정에 있어서 충동적인 직감에 기반 하지 않도록 하고, 편리성의 추구를 위하여 계획적인 주기(planning horizon)가 늘어나도록 하며 돌발 장애(고장과 불량)의 발생시 긴급 조치하도록 협업하여 수정 활동을 할 수 있으며, 불량의 경우는 자체 관리 또는 관련 엔지니어(Engineer)와 협업하도록 할 뿐만 아니라 결과보고 상황을 전파하는 낭비되는 시간의 대폭축소가 가능한 자동화된 융합보고서(integration)를 작성할 수 있을 뿐만 아니라 예지 보전과 돌발 문제의 상황이 공유되고 관련된 사람 또는 조직이 자발적으로 참여가 가능하고 발생한 문제해결 과정의 기록이 남도록 하여 사후평가가 가능하도록 한다.
Description
본 발명은 중소·중견기업을 위해 최적화된 첨단제품 제조 공장에서의 자동화 라인의 설비고장과 품질 불량의 가시적 예지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동화 라인에서 예상 밖의 발생하는 문제들을 철저히 배제하기 위하여 초기에 문제를 사전에 인식해서 계획되지 않은 중단(outage)을 방지하고, 낭비되는 수명이 없도록 유지보수 작업을 다음 계획 정지까지 최대한 늦출 수 있는 지를 판단하고 설비고장이 발생할 경우 내장된 심화학습(deep learning) 알고리즘에 의해 발생원까지 추적하여 알려주고 빠른 시간에 정상복귀가 이루어질 수 있도록 적용하는 제품 제조 자동화 라인의 설비고장과 품질불량의 가시적 예지 시스템에 관한 것이다.
최근 기업의 제조환경이 글로벌(Global) 현지화로 진행되어 오면서 품질 무한책임, 가격경쟁력이 짧은 공급 네트워크 구축은 특정기업의 대기업 내부에 국한해서만 필요에 의해서 필요한 내용만 폐쇄형 혁신(Closed-Innovation)되어 있어 국가적 큰시각에서 보면, 부분 효율화로 진행되어 자원과 인력 낭비를 넘어 기회 손실로 다가왔다.
제품과 설비기술 진화속도에 따라 종래에 개발/적용된 기간시스템은 다양하고 중복, 사용되지 않는 기능이 많고 시스템이 무거우며 거대한 운영 체계로 인한 충돌과 알 수 없는 버그(Bug)와 개발과 유지 보수 인력의 중복, 산/학간의 미스매치로 인한 고도화된 인력의 부족현상이 발생되게 됨으로써 사용자로부터 외면을 받아 가용성과 신뢰성이 현저히 낮아지게 된다.
고장예지(이하, "PHM"이라 한다.) 기술이 일부 특정 대기업에 한해 개발되고 소개되고 있으나 설비의 고장예지(알려주는)와 양산 완성 부품의 불량 정보의 제공 정도이며 실제 고장/불량 방지를 위한 행동에 대한 결과는 미지수이고 알려져 있지 않다.
일반적으로 발생되는 설비고장과 품질불량과 관련된 엔지니어(Engineer)와 관리자의 일이 급박하게 다가오면, 한꺼번에 밀려오는 다양한 일에 우선순위가 밀려지게 되므로 예지 정보에 의한 교환 기회를 놓쳐 휴먼에러(Human Error)로 이어지고 장애 시 복구에 시간이 많이 걸려 저품질 비용(COPQ; 매출액의 33%라는 보고가 있음)이 크게 발생한다.
여기서 휴먼에러(Human Error)는 부주의(不注意)ㆍ오인(誤認)ㆍ착오(錯誤)ㆍ억측(憶測：지레짐작)ㆍ태만(怠慢) 등 사람의 판단 실수와 표준 조작(標準操作)의 불이행 등으로 인해 발생하는 운전사고로, 사고방지의 일환으로써 그 대책이 중요한 과제가 된다. 사고실적의 원인 등을 상세하게 조사하여 보면, 실무의 지식이 결여(缺如)하다든지 미숙(未熟) 등으로 인한 사고의 예는 의외로 적다. 휴먼에러는 사람의 대뇌의 활동상태에 좌우되는 내적요인(內的要因)과 작업에 관계되는 여러 가지 환경 등의 외적요인(外的要因)이 복합하여 사고를 야기하는 경우가 많다.
또한, 이러한 휴먼에러는 쉬운 쪽으로 흐르기 쉬운 인간 특유의 약점과 특성이 시간적으로 동요하기 쉬운 성질에서 유래하는 것으로, 어찌할 수 없는 현상이라고도 하며, 또 대뇌의 활동상태가 정상으로 동작하고 있을 때의 인간행동의 신뢰도(信賴度)는 0.99 ∼ 0.99999 이상으로 된다. 그러나 긴급사태(緊急事態)가 발생하였을 때는 움직임이 바뀌어 주의가 일점(一點)으로 한정되어, 긴급방호반응(緊急防護反應)이 작용하여 판단능력이 정지 또는 현저하게 저하하여 그 신뢰도가 0.9이하로 된다는 연구 데이터도 있다. 그 때문에 인간의 특성(特性)과 심리(心理)를 규명하는 연구가 인간공학(人間工學) 등에서도 채택되고 있다.
특히 자동화가 진행되는 중소, 중견기업은 인재육성과 환경구축에 시간과 비용이 많이 들며 인재의 잦은 교체(중소기업 경우는 이직율이 상당히 높음)로 기술축적이 되지 않는 상태이고, 경영자는 현장의 기술자를 신뢰하기 못해 외국 또는 외부기술을 그대로 도입하며 가용성(Availability)이 낮아 도입에 주저하고 관련한 정보가 없는 상태이고, ISO9001과 14001의 요구사항(경영시스템, 책임, 자원관리, 제품실현, 측정 및 분석)을 만족하여 기관으로부터 인증서를 받고 유지관리 한다고 하나 운영 자체가 보여주기 식이거나 형식적이어서 고장 및 품질은 고질화(원인을 아는데 재발)추세이다.
그리고, 설비관리 효율화 도구인 종합생산관리(TPM; Total Productive Main tenance)와 휴먼(Human) 효율화, 산업공학(I.E; Industrial Engineering)과 TPS기법 등의 혁신기법을 기업의 문화 조직과 특성을 고려하지 않고 질풍노도처럼 도입하여 정착, 효과를 내는 과정에서 고장과 불량의 발생원이 근본적으로 제거되지 않고 많은 시간과 자원이 필요하고, 다시 불합리가 발생하는 문제와 시스템을 구축하는 과정에서 밀어내기식 생산과정에서 여지 문리적 흐름생산 방식으로 바꿈으로써 어느날 갑자기 넓은 공간이 생기다든지, 설비고장이 줄어들면, 경영자 이하 관계된 사람들이 놀리든지, 자랑을 한다든지, 보여주기 식으로 하게 되는데 인지의 사람이 없어지게 되면 그 시각부로 시스템 및 체제 붕괴는 급속하게 시작되고 흔적조차 없이 사라지는 경우가 많고, 고유기술이 없는 무늬만 복수인 ERP/공정관리/Sap R/3 시스템을 도입하더라도 유지, 보수, 개선하는 인력이 없어 시스템 붕괴가 이어지고 있었다. 또한 추진하는 사무국은 목적과 수단을 혼동하여 관료적으로 변하거나 해당분야에 비전문가가 포진되어 전문적인 업무를 수행하지 못하고 일반 복덕방과 같은 업무만 진행하는 경우가 있다.
그에 따라 인재육성과 정신(Moral) 형성에 많은 시간이 걸리고 관리유지가 어려우며 관련자 이직으로 인한 정착율 저조와 부서 이동이 잦아 지식재산으로 형성이 되지 않고 있는 현실이다.
그러므로 일반 설비 예비부품(Spare Parts)과 주문형 예비부품(Spare Parts)을 개별 또는 각 사별로 장기 보유하여 불용성 재고[관리 잘못, 버젼(Version)이 안 맞음, 부품 수는 많은데 필요한 것이 없음]이거나 이를 구입 하는데 시간이 걸려 고장간격 시간(MTBF;Mean Time Between Failure)이 늘어나 생산차질로 고객 납기에 지장을 주는 경우가 많았다.
뿐만 아니라 설비 각 부품의 교체주기(수명)의 표준이 없거나 기술 축적이 안 되어 적정 교체의 기간을 결정하기가 어려워 돌발 고장이 발생하는 경우가 많아 예비부품(Spare Parts)과 함께 정비사의 적정 인원보유와 관리가 곤란하여 경영에 영향을 주는 경우가 많았다.
종래에 개발된 예지 시스템과 관련된 해외 선행기술 IBM(Internati onal Business Machines Corporation)의 예지정비 솔루션 및 지멘스(SIEMENS)의 예지정비 솔루션을 보면,
- 지멘스(SIEMENS)의 Sap R/3를 기반으로 한 패케이지
그 시스템 운영 체계는 IT/OT 데이터 통합 컨디션 모니터링, 원격서비스, 고장패턴 분석, 기기상태 예측, 정비서비스 오더 발행, 오더 스캐쥴링, 모바일기기에서 오더의 실행 어플(Apple)을 활용한 비주얼(Visual) 방식으로 지원하고 있다.
ㆍIBM 예지정비 솔루션을 보면,
특정자산의 유형과 고장이나, 이벤트의 문제를 파악하고, 자산정보, 정비이력, 정밀검사, 보고서, RFID(radio frequency identification) 등의 다양한 출처의 데이터에 의한 검토가 이루어지며 고장속성과 동작속성을 종합하는 방식의 데이터 취합, 기존의 데이터와 별도의 부품의 고장발생 여부를 의미하는 "I" 또는 "O"를 기재하는 방법이나 부품당 평균 비용을 산정하는 방법으로 공식화 하며 가장 적합한 예측 변수를 찾아서 자신의 경험을 토대로 이전 단계에 완성한 모형을 평가하여 모형화의 정확도와 논리를 단기간에 테스트하여 지시에 가장 효과적인 적용 방법에 자산관리, 인적관리시스템, 예측시스템을 연구하고 정확도 유지와 개선을 위한 정보 생성 실제 반응의 피드백을 받을 수 있는 프로세스 사이클을 적용하고, 예지한 상황을 예지하고 모니터링과 추적하면서 최적화시키는 시스템이 있다.
그러나 지멘스(SIEMENS)는 관련 기술과 데이터가 산업과 사회 전반에 공유되고 알려져 있는 개방형 혁신(open innovation) 환경에서 제공되는 클라우드 오픈 플렛폼이며, 국내의 폐쇄형 혁신(closed innovation)과 중소.중견기업의 특성상 데이터가 축적되거나 표준화가 되어 있지 않은 기업이 대부분이기 때문에 적용하는 기업이 거의 전무한 상태이고 또한 시스템의 기반이 되는 Sap R/3 시스템은 무늬와 구조만 남아 있어 그 실용성에 의문이 있다.
ㆍIBM 예지정비 솔루션은 반복적으로 발생하는 장비 이력을 취합하여 악몽같은 리사이클 사태를 막기 위한 목적으로 개발되었으며, 대기업.중소 중견기업이 적용하기에는 기투자된 설비기술과 시스템 인력 간의 마찰과 중복이 발생되어 도입과 운영에 상당한 거부감 문제로 확산되지 못하는 문제를 보유하고 있다.
국내의 중소 중견기업의 산업 전반적으로 설비고장/품질불량에 대한 빅데이터(Big Data)가 WX-Watrix에 의해 축적되어 있지 않으므로 이 시스템의 적용에 한계가 있다.
ㆍ기존의 사전진단(predictive)은 상태 데이터를 현재 및 미래 고장위험에 적용하는 문제가 있으며, 상태기반 모니터링 체계는 예지(prognostics) 데이터 예측, 일러스테이션 그리고 비교 일람기반하고 VPN(virtual private network)을 통해 상황 공유하고 참여 안 되는 문제점이 있고,
ㆍ기존의 사전진단(predictive)은 타이밍과 관련 질문에만 답하는 문제와 예지(prognostics)는 현재 상태에 대해 질문하고 답하는 방식으로 조치 과정 또한 상황 공유하는 방식으로 채택되지 못하는 문제가 있으며,
ㆍ기존의 사전진단(predictive)은 미래 자산 상태의 고장 위험에 기반해서 결정하는 문제가 있는 자산관리의 시스템과 연동하여 관련 정보를 제공한다.
ㆍ작성 오더(order)는 기존 사전진단(predictive)인 경우 자산의 고장위험에 기반해서 작업 오더를 산정하고 우선순위를 선정함에 있어서 도움이 되도록 하지만 상태기반에는 역활과 조치과정 관리가 실시간으로 공유되지 못하는 문제를 가지고 있으며,
ㆍ사전진단(predictive)은 제품을 정의하는 정보(product definition infor mation)를 라이프 사이클 동안 효율적으로 관리할 수 없지만, 예지(prognostics)는 정확한 정보를 필요한 사람에게 빠른 시간 내에 복귀하여 사용할 수 있도록 관리되지 않고 있다.
ㆍ기존 IBM과 지멘스(SIEMENS)의 사전진단(predictive) 솔루션은 비상부품 발생에 대한 시스템과 라이브 캐스팅(Live-Casting)하는 방식 스트리밍 기술을 적용하여 언제 어디서 든지 필요시 필요한 정보를 골라서 볼 수 없게 되어 있다.
또한 종래에 개발된 예지 시스템과 관련된 기술을 보면, 실용신안등록 제0145452호의 "발광다이오드를 이용한 차량 예지장치"가 등록실용신안공보에 개시되어 있다(특허문헌 1 참조).
상기 실용신안등록 제0145452호의 "발광다이오드를 이용한 차량 예지장치"는 도 1에 도시한 바와 같이 지지부(1)에서 회전 가능하게 축지되는 회전부(2)에 외부로 노출된 발광 다이오드(3)를 다수개 장착하고, 상기의 발광 다이오드(3)가 장착된 회전부(2)가 바람을 받아서 회전 가능하게 하는 날개부(4)를 형성하며, 상기의 지지부(1)와 회전부(2)는 지지축(5)으로 연결하여 회전 가능하게 하고, 또 상기 회전부(2)에는 발광 다이오드(3)에 연결되어 전원을 공급하기 위한 회전 도전편(6)을 형성하며, 지지부(1)에는 상기의 회전 도전편(6)에 대응하는 위치에 고정 도전편(7)을 형성하고, 이 고정 도전편(7)에는 밧데리 전원이 공급되게 연결한 구성으로 이루어져 차량의 주행이나 주정차시에 그 차량을 제3자가 용이하게 인식 내지 식별할 수 있도록 해주는 것으로서, 바람개비처럼 별도의 인위적인 동력 없이 회전하는 회전부(2)에 소비전력이 매우 낮은 발광 다이오드(LED; 3)를 장착하고, 이 회전부(2)가 회전함에 따라 도전편(6, 7)에 의해서 상기 발광 다이오드(LED; 3)에 전원이 공급 또는 차단되는 동작이 자연스럽게 반복되게 하여 상기의 발광 다이오드(LED; 3)가 점멸하게 함으로써, 차량의 주행이나 주정차시 그 상태를 예지하는 것이다.
또한, 특허공개 제1997-0037929호의 "차량 선회시 위험예지경고발신 장치"가 공개특허공보에 개시되어 있다(특허문헌 2).
상기 특허공개 제1997-0037929호의 "차량 선회시 위험예지경고발신 장치"는 도 2에 도시한 바와 같이 차량의 외부 소정 위치에 장착되어 전방차량의 상대속도 및 거리를 감지하기 위한 외부감지센서(A)와; 차량내부 소정 위치에 감지되어 차량의 측방 흔들림 비율을 감지하기 위한 측방진동 감지센서(B)와; 차량내부 소정 위치에 장착되어 차량의 가속 및 감속도를 감지하기 위한 가감속 감지센서(C)와; 차량내부 소정위치에 장착되어 차량 휠의 속도를 감지하기 위한 휠 속도감지센서(D)와; 위험경고를 발신하기 위한 경고수단(F)과; 상기 각각의 센서(A, B, C, D)와 전자적으로 연결되고 상기 경고수단(F)과 전기적으로 연결되어 상기센서(A, B, C, D)들로부터 보내지는 각종 데이터를 한계치와 비교하고 위험을 판단하여 상기 경고수단(F)의 ON/OFF를 제어하는 제어부(E)로 구성되어 차량선회시 차량 선회특성을 파악하여 차량 체적을 예측하고 주위 차량과의 충돌방지를 위해 경고등을 발신할 수 있는 구성을 갖도록 한 차량 선회시 위험예지 경고발신장치에 관한 것으로, 그 목적은 차량의 선회시 운전자에게 차량궤적을 예측 및 판단하여 위험 상황시 경고를 발신시켜 운전자가 상황을 판단하여 차량을 제어할 수 있는 시간적 여유를 충분히 줄 수 있는 차량 선회시 위험예지경고발신 장치를 제공하는 것이며, 그 구성은 차량의 외부 소정 위치에 장착되어 전방차량의 상대속도 및 거리를 감지하기 위한 외부감지센서와; 차량 내부 소정 위치에 감지되어 차량의 측방 흔들림 비율을 감지하기 위한 측방진동 감지센서와; 차량 내부 소정 위치에 장착되어 차량의 가속 및 감속도를 감지하기 위한 가감속 감지센서와; 차량내부 소정위치에 장착되어 차량 휠의 속도를 감지하기 위한 휠 속도감지센서와; 위험경고를 발신하기 위한 경고수단과; 상기 각각의 센서와 전자적으로 연결되고 상기 경고수단과 전기적으로 연결되어 상기 센서들로부터 보내지는 각종 데이터를 한 계치와 비교하고 위험을 판단하여 경고수단의 ON/OFF를 제어하는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그러나 상기한 종래의 기술들은 대부분 차량과 관련되어 아주 초보적인 예지 장치로서, 첨단제품 제조 자동화 라인에서 야기되는 휴먼에러(Human Error)를 보정 및 예측할 수 없다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 실정을 고려하여 종래 예지 시스템에서 야기되는 여러 가지 결점 및 문제점들을 해결하고자 발명한 것으로서, 그 목적은 첨단제품 제조 자동화 라인에서 예상 밖의 발생하는 문제들을 철저히 배제하기 위하여 초기에 문제를 인식하고 계획되지 않은 중단(outage)을 방지하고, 낭비되는 수명이 없도록 유지보수 작업이 다음 계획 정지까지 늦출 수 있는 지를 판단하고 적용하는 제품 제조 자동화 라인의 고장과 품질 가시적 예지 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 근거 있는 상태기반 예측이 가능하도록 계획 중단 동안 무엇을/왜/어떻게 관리하는지를 파악하고 미래 의사결정에 있어서 충동적인 직감에 기반 하지 않도록 하고, 편리성의 추구를 위하여 계획적인 주기(planning horizon)가 늘어나도록 하며 돌발 장애(고장과 불량)의 발생시 긴급 조치하도록 협업하여 수정 활동을 할 수 있는 제품 제조 자동화 라인의 설비고장과 품질불량의 가시적 예지 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 불필요한 소프트웨어의 사용을 가능한 자제하며 상위 레벨의 온라인 서비스를 제공하도록 하며 고장에 대한 조치에 인재의 트레이닝이 필요가 없도록 하며 불량의 경우는 자체 관리 또는 관련 엔지니어(Engineer)와 협업하도록 할 뿐만 아니라 결과보고 상황을 전파하면서 낭비되는 시간의 대폭축소가 가능한 자동화된 융합보고서(integration)를 작성할 수 있는 제품 제조 자동화 라인의 고장과 품질 가시적 예지 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 예지 보전과 돌발 문제의 상황이 공유되고 관련된 사람 또는 조직이 자발적으로 참여가 가능하고 발생한 문제해결 과정의 기록이 남도록 하여 사후평가가 가능하도록 내부의 제한된 I.O.T기술(Appls의 개발)을 전개할 수 있는 제품 제조 자동화 라인의 고장과 품질 가시적 예지 시스템을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제품 제조 자동화 라인의 고장과 품질 가시적 예지 시스템은 제품을 제조하는 자동화 생산라인(10)과; 상기 자동화 생산라인(10)에 공동으로 데이터 버스로 연결되어 상기 자동화 생산라인(10)으로부터 입력된 데이터에 의해 트러블을 교체하거나 휴먼에러를 처리하는 트러블 및 휴먼에러 처리수단(20)과; 상기 트러블 및 휴먼에러 처리수단(20)의 처리데이터를 수신하여 관리하는 샵서버(30)와; 상기 자동화 생산라인(10)에 연결되어 제품의 품질 데이터를 수집하는 가상 퍼스널 네트워크(50)와; 상기 샵서버(30)에 연결되어 데이터를 관리 및 보관하고 동작 제어 상태를 모니터링하며 고장과 결함을 진단하는 회사서버(60) 및; 상기 가상 퍼스널 네트워크(50)와 상기 회사서버(60)에 인터넷 연결되어 전체 시스템을 제어하는 중앙 콘트롤타워(70)로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 제품 제조 자동화 라인의 설비고장과 품질불량의 가시적 예지 시스템으로서, 첨단제품 제조 자동화 라인에서 예상 밖의 발생하는 문제들을 철저히 배제하기 위하여 초기에 문제를 인식하고 계획되지 않은 중단(outage)을 방지하고, 낭비되는 수명이 없도록 유지보수 작업이 다음 계획 정지까지 늦출 수 있는 지를 판단하고 적용하며, 근거 있는 추측이 가능하도록 계획 중단 동안 무엇을/왜/어떻게 관리하는지를 파악하고 미래 의사결정에 있어서 충동적인 직감에 기반하지 않도록 하고, 편리성의 추구를 위하여 계획적인 주기(planning horizon)가 늘어나도록 하며 돌발 장애(고장과 불량)의 발생시 긴급 조치하도록 협업하여 수정 활동을 할 수 있는 각별한 장점이 있다.
또한, 본 발명은 불필요한 소프트웨어의 사용을 가능한 자제하며 온라인 서비스를 제공하도록 하며 고장에 대한 조치에 특수 훈련된 전문 인력이 투입되어 조치하도록 하며 인재의 트레이닝이 필요가 없도록 하며 불량의 경우는 자체 관리 또는 관련 엔지니어(Engineer)와 협업하도록 할 뿐만 아니라 결과보고 상황을 공유하여 낭비되는 시간의 대폭축소가 가능한 자동화된 융합보고서(integration)를 작성할 수 있을 뿐만 아니라 예지 보전과 돌발 문제의 상황이 공유되고 관련된 사람 또는 조직이 자발적으로 참여가 가능하고 발생한 문제해결 과정의 기록이 남도록 하여 사후평가가 가능하도록 내부의 제한된 I.O.T기술(Appls의 개발)을 전개할 수 있는 각별한 장점도 있다.
도 1은 종래 발광다이오드를 이용한 차량 예지장치의 외관을 나타낸 도면,
도 2는 종래차량 선회시 위험예지경고발신 장치의 순서도,
도 3은 본 발명의 제품 제조 자동화 라인의 고장과 품질 가시적 예지 시스템의 블록 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 중앙 콘트롤타워(70)에서 클라이언트의 설비, 공정 예지 및 수명관리 시스템을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 중앙 콘트롤타워(70)에서 클라이언트의 예지 및 조치 내용을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 따른 고객과 지원센터 사이의 데이터 전송 관계를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명에 따른 미디어 서버 기반 스트리밍 기술을 보여주는 도면,
도 8은 본 발명에 따른 PC와 무전기의 연동상태를 보여주는 도면,
도 9는 본 발명에 따른 비상 장애 발생시 조치에 대한 기본 시스템의 순서도,
도 10은 본 발명에 따른 예지 진단평가 장애시 복구 체계의 순서도,
도 11은 과거와 현재의 부품조달 체계를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래차량 선회시 위험예지경고발신 장치의 순서도,
도 3은 본 발명의 제품 제조 자동화 라인의 고장과 품질 가시적 예지 시스템의 블록 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 중앙 콘트롤타워(70)에서 클라이언트의 설비, 공정 예지 및 수명관리 시스템을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 중앙 콘트롤타워(70)에서 클라이언트의 예지 및 조치 내용을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 따른 고객과 지원센터 사이의 데이터 전송 관계를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명에 따른 미디어 서버 기반 스트리밍 기술을 보여주는 도면,
도 8은 본 발명에 따른 PC와 무전기의 연동상태를 보여주는 도면,
도 9는 본 발명에 따른 비상 장애 발생시 조치에 대한 기본 시스템의 순서도,
도 10은 본 발명에 따른 예지 진단평가 장애시 복구 체계의 순서도,
도 11은 과거와 현재의 부품조달 체계를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제품 제조 자동화 라인의 설비고장과 품질불량의 가시적 예지 시스템을 바람직한 실시예로서 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 제품 제조 자동화 라인의 고장과 품질 가시적 예지 시스템의 블록 구성도, 도 4는 본 발명에 따른 중앙 콘트롤타워(70)에서 클라이언트의 설비, 공정 예지 및 수명관리 시스템을 나타낸 도면, 도 5는 본 발명에 따른 중앙 콘트롤타워(70)에서 클라이언트의 예지 및 조치 내용을 나타낸 도면, 도 6은 본 발명에 따른 고객과 지원센터 사이의 데이터 전송 관계를 나타낸 도면, 도 7은 본 발명에 따른 미디어 서버 기반 스트리밍 기술을 보여주는 도면, 도 8은 본 발명에 따른 PC와 무전기의 연동상태를 보여주는 도면, 도 9는 본 발명에 따른 비상 장애 발생시 조치에 대한 기본 시스템의 순서도, 도 10은 본 발명에 따른 예지 진단평가 장애시 복구 체계의 순서도, 도 11은 과거와 현재의 부품조달 체계를 나타낸 도면으로서, 본 발명의 제품 제조 자동화 라인의 고장과 품질 가시적 예지 시스템은 첨단제품을 제조하는 자동화 생산라인(10)과; 상기 자동화 생산라인(10)에 공동으로 데이터 버스로 연결되어 자동화 생산라인(10)으로부터 데이터가 입력되어 트러블을 교체하거나 휴먼에러를 처리하는 트러블 및 휴먼에러 처리수단(20)과; 상기 트러블 및 휴먼에러 처리수단(20)의 처리데이터를 수신하여 관리하는 샵서버(30)와; 상기 자동화 생산라인(10)에 연결되어 상품의 품질 데이터를 수집하는 가상 퍼스널 네트워크(50)와; 상기 샵서버(30)에 연결되어 데이터를 관리 및 보관하고 동작 제어 상태를 모니터링 하며 고장과 결함을 진단하는 회사서버(60) 및; 상기 가상 퍼스널 네트워크(50)와 상기 회사서버(60)에 인터넷 연결되어 전체 시스템을 제어하는 중앙 콘트롤타워(70)로 구성되어 있다.
상기 자동화 생산라인(10)에서 수집되는 데이터는 진동, 온도, 압력, 초음파, 오일, 속도, 흐름 데이터 등이고, 상기 트러블 및 휴먼에러 처리수단(20)은 해당 데이터를 입력받아 징후를 검지하고, 검지내용을 분석하여 심각도 분류 및 분석하며, 1차 결함과 예지, 1차 잔존 유효수명을 예측하는 진단을 하며, 확률 및 유의차를 고려하여 검증하고, 2차 결함과 예지, 2차 잔존 유효수명을 예측하는 예지를 하고, 문제해결 방안 제시 조치이행 여부 확인 수정조치를 위한 정보수정 조치결과를 확인하는 제시 및 조치를 한 다음 문제해결 및 사후 상태를 진단하는 결과분석을 한다.
또한, 상기 샵서버(30)의 관리는 시스템관리, 기준정보관리, 계획 및 일정관리, 공정관리, 자원관리, 품질관리, 추적(traceability) 관리, 생산성분석관리, 물류관리, 설비관리, 종합모니터링이며, 상기 품질 분석센터(40)에서의 품질관리의 활동은 ①소비자 수요에 적합한 품질의 제품을 경제성 있는 수준으로 설계(plan), ②이것에 준해 작업 표준을 정해서 제조를 실시(do), ③이 제품이 정해진 수준인가 아닌가를 검사하고 판매하는 단계(check), ④제품이 시장에서 소비자를 만족시키고 있는가, 새로운 요구가 있는가 등이다.
상기 가상 퍼스널 네트워크(50)는 VPN을 이용하여 공중망(public network)을 전용선으로 사용할 수 있는 방식으로, 기업들은 지사나 영업소 또는 이동근무자가 지역적 제한 없이 업무를 실행하는 것이다.
그리고, 상기 중앙 콘트롤타워(70)는 핵심 수명 품질 계측/생애관리, 공정 리모트 컨트롤 프로토콜(RCP) 나노메타(NM) 모니터, CND기계의 나노메타(NM) 모니터, 보안공정/설비 검지 요청, 행사(Event) 검지요청, 정기 검지일정 작성 등의 업무를 수행한다.
다음에는 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 제품 제조 자동화 라인의 설비고장과 품질불량의 가시적 예지 시스템의 작용을 상세하게 설명한다.
먼저 제품을 제조하는 자동화 생산라인(10)에서 진동센서(V1 ∼ V4)와 온도센서(T1 ∼ T6), 압력센서(P1 ∼ P4), 초음파센서(U1, U2), 오일센서(L1 ∼ L3), 속도센서(R1) 및 흐름센서(F1, F2)에서 측정된 각종 측정값이 데이터 버스를 통해 트러블 및 휴먼에러 처리수단(20)으로 전송됨과 동시에 샵서버(30)와 가상 퍼스널 네트워크(50)에도 전송된다.
그러면, 트러블 및 휴먼에러 처리수단(20)은 트러블을 교체하거나 휴먼에러를 처리하고, 상기 샵서버(30)는 상기 각종 센서들이 수집한 정보와 상기 트러블 및 휴먼에러 처리수단(20)의 처리데이터를 수신하여 관리하게 된다.
이와 동시에 상기 품질 분석센터(40)는 상기 각종 센서들이 수집한 정보로 상기 자동화 생산라인(10)에서 생산된 제품을 샘플링하여 상품의 품질을 평가하게 된다.
그에 따라 가상 퍼스널 네트워크(50)는 상기 각종 센서들이 수집한 정보와 상기 품질 분석센터(40)에서 평가한 상품의 품질 데이터를 입력하여 처리한 후 그 데이터를 인터넷을 통해 중앙 콘트롤타워(70)로 전송한다.
한편 상기 회사서버(60)는 상기 샵서버(30)에 연결되어 상기 샵서버(30)로부터 입력되는 데이터를 관리 및 보관하고 동작 제어 상태를 모니터링 하며 고장과 결함을 진단하게 된다.
즉, 회사서버(60)에서는 상시 단계별 예지 진단평가가 이루어지는데 그 상시 단계별 예지 진단평가 단계는 아래 표 1과 같다.
| 단계 | 대구분 | 중구분 | 비고 |
| 1 | 데이터 취득 (Data Acquisition) |
* 징후검지 (Detection & Scanning) |
* 예지 진단평가 기술 종류 |
| 2 |
분석 (Analyze) |
* 검지 내용 분석 (상관, 회귀 경향 비교) * 심각도 분류 및 분석 |
*Data 상태(정상 or 비정상) *기존(과거) Data와의 비교 *결함/증상의 비교 *원인진단기법(발표된Soft 활용 |
| 3 | 진단 (Diagnostics) |
* 1차 결함과 예지 * 1차 잔존 유효수명 예측 (Remaining Useful Life) |
|
| 4 | 검증 (Verify) |
* 확률 및 유의차 | * Six Sigma Minitap 활용 |
| 5 |
예지 (Prognostics) |
* 2차 결함과 예지 * 2차 잔존 유효수명 예측 (Remaining Useful Life) |
*확률 및 신뢰도 해석 *파손모드와 영향도 평가(FMEA) *위험도 유해성 평가 *손상시작점 및 진전도 분석 *단기경향 외삽법 *단계별 변화분석 |
| 6 | 제시 및 조치 (Presentation & Action) |
* 문제해결 방안 제시 * 조치 이행 여부 확인 * 수정조치를 위한 정보수정 * 조치결과 확인 |
*해당장비 부품 *고장/결함 유형 *심각도 수정 *권장조치 및 관련비용 |
| 7 | 결과분석 (Postmertems) |
* 문제해결 *사후 상태 진단 |
*상태결과 입력(느낀점 및기타) |
도 4는 본 발명에 따른 중앙 콘트롤타워(70)에서 클라이언트의 설비, 공정 예지 및 수명관리 시스템을 나타낸 도면으로서, 스케쥴링, 실행시스템(APCS) 및 제어시스템으로 이루어지며, 설비, 공정, 사람의 일정(Scheduler)에는 시스템관리, 기준정보관리, 계획 및 일정관리, 공정관리, 자원관리, 품질관리, 이력추적(Trace ability) 관리, 문서관리, 생산성분석, 물류관리, 설비관리, 종합모니터링 등의 일정이 포함된다.
상기 실행시스템(APCS)은 경영자 정보로서 실행작업계획이나 생산성분석, 서비스품질모형(ServQual) 현황 및 공정·설비현황을 제공하며, 공정관리 담당자에게 작업오더 정보, 검지 진척현황, 공정 및 설비현황 등을, 설비관리 담당자에게는 공정 및 설비현황정보, 이상발생정보 등을, 예비품 및 소모품 관리 담당자에게는 자재 검사정보, 도움진척정보 등을 각각 제공하며, 엔지니어에게 검지지시정보, 검지/예비품 교체진척정보, 서비스품질모형(ServQual) 정보, 공정 및 설비상태정보, 예비품 라이프 사이클 정보 등을, 품질관리 담당자에게는 서비스품질모형(ServQual)정보, 자재 검사정보, 도움과정 서비스품질모형(ServQual) 정보 등을 제공하고, 생산/공정관리 담당자에게는 검지·교체완료 지시정보, 돌발작업 조치 정보(재작업), 검사성적정보(도움작업 및 자재검사) 등을 각각 제공하게 된다.
상기 제어시스템은 PLC(Programmable Logic Controller), 분산제어시스템( DCS), 기계제어, 데이터수집 및 프로세스제어 등을 포함하게 된다. 그리고, 상기 제어시스템에서의 셀(cell) 제어나 데이터 집계/수집의 제어 및 실행시스템(APCS)에서의 각종 실행은 실시간으로 종합적으로 모니터링 되게 된다.
또한, 고객과 지원센터 사이의 데이터 전송 관계는 도 6과 같다. 즉, 고객의 모뎀서버와 지원센터의 콜 홈서버가 가상 퍼스널 네트워크(50)에 의해 연결됨으로써 가능하게 된다.
- 상시와 비상시 상황공유와 참여 방법론
(1) 라이브 캐스팅(Live-Casting)
수백, 수천의 사용자에게 영상 및 음성, 메시지를 실시간으로 전송하고 정보를 공유하는 도 7에 도시한 바와 같은 미디어 서버 기반 스트리밍 기술이다. 즉, 라이브 캐스팅(Live-Casting)은 ⓐ 사용자 정의 메시지 전송, ⓑ 실시간 영상, 음성, 메시지 전송, ⓒ 화면공유 및 VOD(video on demand), ⓓ 모바일 앱을 통한 중계화면 시청 및 참여, ⓔ 참여기록(Black Box) 및 평가 기능을 수행하게 된다.
(2) 인터넷기반무전기(ROIP;Radio over Internet Protocol)
PC와 무전기의 연동으로서, 다양한 업무현장에서 사용되는 통신기기로 PC의 네트워크 인프라를 결합하여 ① 지역의 사용자는 자신의 사용 무전기로 대화, ② 무전중계기는 무전신호와 음성을 받아서 PC에 전달 ③ PC에 전달된 오디오 신호는 네트워크(LAN) 구간을 거쳐서 상대방 PC에 전달, ④ 지역의 PC는 네트워크 구간의 신호를 받아서 중계기에 전달, ⑤ 지역의 중계기는 PC의 신호를 받아서 무전기 가입자들에게 신호와 음성을 전송, ⑥ 지역에 있는 사용자는 사용자의 음성을 마치 자신의 무전기 통달거리에 있는 것처럼 통화하게 된다(도 8 참조).
그리고 비상 장애 발생시 조치에 대한 기본 시스템의 순서도(휴먼 에러에 의한 시기 놓침 포함)는 도 9와 같다.
도 9에 도시한 바와 같이 설비 및 공정의 고장 및 불량 Zero 운영을 컨셉으로 하며, 예지, 수명관리를 통한 사전 조치를 우선적으로 지원하고, 만약 장애 발생시 신속한 조치를 위해서 전문 설비보전 협력회사를 운영하고 현장에 주요 부품과 전용공구를 전진 배치하여 평균수리시간(MTBT)을 최소화하고 있다.
또한, 예지 진단평가 장애시(의심 및 염려) 복구 체계는 도 10의 순서도와 같이 설비의 기본 조건을 확인하는 설비 조건 확인단계(S1단계)와; 상세한 진동을 확인하는 상세 진동 측정단계(S2단계)와; 설비/공정 상태를 평가하는 참고 평가종류 분석단계(S3단계)와; 정밀 진단을 평가하는 진단 결과 도출단계(S4단계)와; 건전성을 평가하는 건전성 평가단계(S5단계)와; 정밀진단을 실시하는 정밀 진단단계(S6단계) 및; 보고서를 작성하는 보고서 작성단계(S7단계)로 이루어진다.
그리고, 첨단제품 제조 자동화설비와 품질 가시적 예지 적용기술을 표로 나타내면 아래의 표 2와 같다.
| No. | 진단기술 | 진단내용 | 비고 |
| 1 | 온도법 | 설비 내부 또는 관로 속의 유체 또는 기체의 온도 변화를 측정하여 변위를 판독하는 방법 | |
| 2 |
유.분석법 |
설비의 작동유,윤활유, 절연유, 냉각수, 브레이크액 등의 상태를 분석하여 유체의 열화 상태를 점검하는 방법 | |
| 3 | 누설,갈림 검지법 |
초음ㅍ, 할로겐 불빛 또는 가스 등을 사용하여 갈림 또는 누수 및 누유 상태를 점검하는 방법 | 도장공정반도체 /Display Fab |
| 4 | 균열 검지법 |
자분 탐상 검사(금속재료를 자화시킨 후 자분을 뿌려 결함부위에서 집결하는 상태를 파악 하는 방법 | |
| 5 | 형광액 침투검사(광명단을 금속 표면에 도포 후 Crack 여부를 검사하는 방법 | ||
| 6 |
진동법 |
설비 각부의 진동을 측정함으로써 검지를 하는 방법으로서 변위량, 각속도를 검출하여 결함과 장애 여부를 측정하는 진단법 | |
| 7 | 음향법 | 회전, 직선 운동 부위의 상태를 파악하기 위하여 음의 크기를 진동수와 진폭을 이용하여 마이크로폰을 이용하여 결함 부위의 크기를 측정하는 방법 | |
| 8 |
부식진단 |
배관내의 금속표면의 부식 및 열화상태를 파악하는 방법 | OTDR Laser 또는 초음파로 검출하는 기법의 응용 |
| 9 | 압력진단 | 압력을 측정함으로써 설비진단을 하는 방법(압력손실, 토출압 등을 변수로함) | |
| 10 |
치수 측정법 |
설비 각부의 치수를 측정함으로써 그 변화된 값을 판독하여 이상여부를 알아내는 방법 | |
| 11 |
직진,평행,직각 측정 |
설비 각부의 직진, 평행, 직각을 측정함으로써 그 변화된 값을 판독하여 이상여부를 알아내는 방법 | 금형, 치구, 마스크의 셋팅시간의 단축과 정밀도 |
| 12 | 전기 저항법 | 전기기기의 저항치를 측정하여 전자 및 전기 기기의 이상을 측정하는 방법 | |
| 13 |
전도 측정법 |
용수 및 냉각수의 Scale 생성 방지를 위하여 전기 전도도에 의한 수질을 측정하여 비교 분석하는 방법 | |
| 14 | pH측정법 | 용수가 공급되는 설비의 부식방지를 위하여 pH(산성도)에 의한 수질을 측정하는 방법 | |
| 15 |
속도 측정법 |
설비의 직선,회전,각속도의 변화량과 내부의 유체 또는 기체의 유속 및 풍속을 측정하여 이상여부를 측정하는 방법 | 도장공정반도체 /Display Fab |
| 16 |
정전기 측정 |
정전기파가 방전하는 상황을 수신하여 가시화하여 위험 수위를 결정하고 그 위험도를 제어할 수 있도록 알아 내는 방법 | 도장공정반도체 /Display Fab |
| 17 |
공기흐름 분석 |
설비내부 Shop 내부의 공기 흐름 상태를 검지하여 정류와 난류 여부를 판단하게 하고 불량과 고장의 위험도를 알아 내는 방법 | 정전기/이물질의 흐름방지(스모크 또는 셀룰판 이용) |
| 18 | 교체주기 분석/예측 | Photo Mask, 금형, Target 등의 교체주기를 D.O.E기법으로 예측하고 최적화하는 방법 | D.O.E 기법을 응용 |
| 19 |
조건변화 분석 |
초기 설비 Recipe의 값 변화(Min/Max)와 불량을 예지하는 방법 | 변화관리(설계,조건,기본,설치)를 통한 Human 자유도 제한 |
상기한 바와 같이 작용하는 본 발명에 의하면, 고장과 불량이 반복과 재발하는 기회가 대폭 줄어들게 되고, 비상 장애 부품 조달체계(원부자재의 조달에서부터 생산을 거쳐 고객에게 판매되기까지의 전 과정에 걸친 개체간의 수용와 공급의 사슬관계 내에서 정보, 자금, 제품의 흐름을 조직뿐만 아니라 최종 고객까지 통합을 하며 공급 체인을 소유하거나 지배한다는 개념에서 자유롭게 정보공유를 통한 신뢰를 바탕으로 한 연계에 비중을 두고 있는 체계; 도 11 참조)에 의한 설비 부품 및 관련 예비(Spare) 부품을 공동 구매(Out Source)하여 경영부담을 해소하며 고정비를 최소화하여 현금 흐름을 좋게 가져 갈 수 있으며, 긴급 장애시 고장부품의 빠른 조달로 고장간격 시간을 최소화 할 수 있어 고객 납기에 영향을 줄일 수가 있고, 특수부품(주문형 부품)에 대한 개발 부담이 줄어들고 조달이 쉬워지며, 기업 해외거점화 전략에 부응이 가능(사람작업에 의한 산포를 최소화)하여 적시에 공급이 가능해지게 된다.
또한, 인재 육성기간이 최소화로 짧아지며 불량과 고장으로 인한 저품질비용(COPQ)을 최소화 할 수 있고, 자사가 보유하고 있는 시스템이 단순해지며 가용성이 제고되며(불필요한 소프트웨어 장착을 최대한 억제한다), 설비의 수명주기를 예측하고 상태를 실시간으로 관찰하므로 고장의 징후를 즉시 발견하고 비상시 신속하게 백업(Back Up)하는 체제로 대응이 가능하며 상황파악, 분석, 원인, 대책의 보고서가 빠르게 전개되어 경영자의 전략적 판단에 도움이 되면서 설비 또는 공정의 상태를 본인의 핸드폰의 앱(Appls)으로 고장 또는 불량 상황을 실시간으로 모니터링(Monitoring)이 되며 비상조치 상황이 공개되어 언제 어디에서든지 참여가 가능(동작과 조치행동은 Out-Sourcing 기업이 실시)하고 그 과정과 결과가 공개적으로 기록되어 추후 평가에 활용이 가능하게 된다.
그리고, 교체의 긴급 작업에 대한 우선순위를 설정함에 있어서 예지 결과를 알려 주어도 개인의 가치판단 기준, 남의 눈치를 보면서 잘못된 행동을 따라하는 조직행동, 나타날 결과를 예지를 못해 행동하지 못하는 것을 지원을 해주며 관리자가 대응시 충동적인 행동의 오류를 최소화할 수 있고 과정 관리가 합리적으로 될 수 있도록 지원하며, 중소,중견기업은 필요한 시스템에 여러 가지 중복되고 부수적인 시스템을 장착하지 않아 운영 및 관리가 쉬워지고, 자사 엔지니어의 필요한 업무에만 집중할 수가 있고 외부에 위탁된(Outsource된) 관련기술은 정기적으로 보고와 축적할 수 있도록 하며 해외의 최신기술을 제공하는 기회를 만들 수가 있을 뿐만 아니라 국내 및 해외 컨설팅 기업에서 제공하는 혁신도구를 배우고 익히고 숙달시킬 필요가 없으며 관련비용도 줄일 수 있게 된다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.
10 : 자동화 생산라인 20 : 트러블 및 휴먼에러 처리수단
30 : 샵서버 40 : 품질 분석센터
50 : 가상 퍼스널 네트워크 60 : 회사서버
70 : 중앙 콘트롤타워
30 : 샵서버 40 : 품질 분석센터
50 : 가상 퍼스널 네트워크 60 : 회사서버
70 : 중앙 콘트롤타워
Claims (7)
- 제품을 제조하는 자동화 생산라인(10)과;
상기 자동화 생산라인(10)에 공동으로 데이터 버스로 연결되어 자동화 생산라인(10)으로부터 데이터를 수신하고, 상기 데이터를 분석하여 장애발생 및 사람의 운전사고에 대한 처리방안을 제시하는 트러블 및 휴먼에러 처리수단(20)과;
상기 트러블 및 휴먼에러 처리수단(20)의 처리데이터를 수신하여 관리하는 샵서버(30)와;
상기 자동화 생산라인(10)에 연결되어 상품의 품질 데이터를 수집하는 가상 퍼스널 네트워크(50)와;
상기 샵서버(30)에 연결되어 데이터를 관리 및 보관하고 동작 제어 상태를 모니터링 하며, 모니터링 결과를 토대로 상기 자동화 생산라인의 고장과 결함을 진단하는 회사서버(60) 및;
상기 가상 퍼스널 네트워크(50)와 상기 회사서버(60)에 인터넷 연결되어 전체 시스템을 제어하는 중앙 콘트롤타워(70)를 포함하며,
상기 샵서버(30)의 관리는 시스템관리, 기준정보관리, 계획 및 일정관리, 공정관리, 자원관리, 품질관리, 추적(traceability) 관리, 생산성분석관리, 물류관리, 설비관리이고,
상기 중앙 콘트롤타워(70)는 핵심 수명 품질 계측/생애관리, 공정 리모트 컨트롤 프로토콜(RCP) 나노메타(NM) 모니터, CND기계의 나노메타(NM) 모니터, 보안공정/설비 검지 요청, 행사(Event) 검지요청, 정기 검지일정을 제어하는 것을 특징으로 하는
제품 제조 자동화 라인의 설비고장과 품질불량의 가시적 예지 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 자동화 생산라인(10)에서 수집되는 데이터는 진동, 온도, 압력, 초음파, 오일, 속도, 흐름 데이터인 것을 특징으로 하는
제품 제조 자동화 라인의 설비고장과 품질불량의 가시적 예지 시스템.
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