KR20090123051A - 가상의 공장 모델 구축 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 사용자로부터 요구 사항 및 공정 데이터를 입력받아 저장하고, 사용자에 의해 PPRS 정보가 입력되면, 제품별 프로세스를 구조화하고, 상기 구조화된 제품별 프로세스를 공장의 레이아웃과 매칭시켜 공장 프로세스 모델을 생성하고, 상기 생성된 공장 프로세스 모델에서 특정 변수의 값을 다르게 한 what-if 시나리오를 설계한 후 시뮬레이션 명령이 입력되면, 상기 공장 프로세스 모델을 시뮬레이션하여 현재 공장 모델의 결과 정보를 출력하고, 상기 공장 프로세스 모델에 상기 what-if 시나리오를 적용하여 시뮬레이션한 후 그 시뮬레이션 결과를 상기 현재 공장 모델의 결과 정보와 비교하고, 상기 결과 정보의 비교에 의해 상기 요구사항에 상응하는 가상 공장 모델을 확정하는 것으로 구성된 것으로서, 공장 모델 내 기본 정보들의 사전 테스트/검증 과정을 수행하여 해당 일정 내에 불필요한 자재소요를 줄이고, 물류 흐름의 유연성을 확보하여 제조비의 직/간접비를 절감할 수 있다.
공장 모델, 프로세스, 시뮬레이션
Description
본 발명은 가상의 공장 모델 구축 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용자에 의해 입력된 PPRS(Product, Process, Resource, Schedule) 정보 및 공장의 레이아웃을 이용하여 공장 프로세스 모델을 생성하고, 상기 생성된 공장 프로세스 모델에서 특정 변수의 값을 다르게 한 what-if 시나리오를 설계한 후 시뮬레이션하여 요구사항에 상응하는 가상 공장 모델을 확정하는 가상의 공장 모델 구축 방법 및 장치에 관한 것이다.
공장 시뮬레이션은 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.
특히, 생산 프로세스와 관련 정보가 부족한 라인 셋업 시기에 공장 시뮬레이션이 많이 수행되며, 이 과정에서 기업의 생산 전략과 공장 운영자의 운영전략 등 다양한 계층의 요구사항을 수행할 필요가 있다.
공장 등에서의 생산 계획의 작성을 지원 또는 자동화하는 생산 계획 시스템은 과거에 다수의 제안이 이루어져 이미 국내외에서 많은 제품이 상용화되어 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.
반도체, 액정 등으로 대표되는 하이테크롤로지 부품의 제조 공정은 매우 많은 반복 공정으로 구성되어 있고, 자동차 등과 같은 제품의 제조 공정에 비교하면 현격히 대규모이면서 복잡한 것으로 통상 그 공정수가 수백이고 제조 리드 타임은 수개월에 이른다.
또한, 이들 하이테크놀로지 부품 산업에서는 제품 경쟁력을 높이기 위해 새로운 제조 프로세스 기술이 차례차례 개발되고, 이들 최신 제조 프로세스가 곧바로 실제의 제품 생산에 적용되기 때문에 제조 현장에서 제조 프로세스가 안정적으로 가동되는 일이 드물어, 하이테크놀로지 부품의 생산 계획 입안시에는 제조 기계의 고장이나 제품의 품질 불량 등 제조에 있어서의 변동 요인을 항상 고려해야 하는 불편함이 있었다.
또한, 최근 대다수의 기업들이 ERP, SCM 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 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 공장 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 가상의 공장 모델 구축 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 기업의 기반 시스템 자체 및 기업 전략의 이해를 기반으로 공장 모델 정보와 기업 정보간의 연동이 가능한 공장 모델을 가상으로 구축하는 가상의 공장 모델 구축 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 체계적이고 구체적인 모델링 프레임워크에 따라 개별 기업의 상황에 적합하게 공장 모델 및 모델 실행 환경을 구축하여 기업의 요구사항을 만족시킬 수 있는 가상의 공장 모델 구축 방법 및 장치를 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 가상의 공장 모델 구축 방법 및 장치를 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 가상의 공장 모델 구축 방법 및 장치를 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 가상의 공장 모델 구축 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다양한 What-If 분석으로 공정 전체에 대한 통찰력과 관리포인트 제공할 수 있는 가상의 공장 모델 구축 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면, (a)사용자로부터 요구 사항 및 공정 데이터를 입력받아 저장하는 단계, (b)사용자에 의해 PPRS 정보가 입력되면, 제품별 프로세스를 구조화하는 단계, (c)상기 구조화된 제품별 프로세스를 공장의 레이아웃과 매칭시켜 공장 프로세스 모델을 생성하는 단계, (d)상기 생성된 공장 프로세스 모델에서 특정 변수의 값을 다르게 한 what-if 시나리오를 설계하는 단계, (e)시뮬레이션 명령이 입력되면, 상기 공장 프로세스 모델을 시뮬레이션하여 현재 공장 모델의 결과 정보를 출력하는 단계, (f)상기 공장 프로세스 모델에 상기 what-if 시나리오를 적용하여 시뮬레이션한 후 그 시뮬레이션 결과를 상기 현재 공장 모델의 결과 정보와 비교하는 단계, (g)상기 결과 정보의 비교에 의해 상기 요구사항에 상응하는 가상 공장 모델을 확정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 가상의 공장 모델 구축 방법이 제공된다.
상기 요구 사항은 환경, 목표, 프로젝트 범위 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 공정 데이터는 공정 특성, 설비 데이터, 자재/부자재/제품 데이터, 주문/공급 정책 및 작업자 운영 규칙 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 (b)단계는 제품, 프로세스, 리소스 및 스케줄을 포함하는 PPRS 정보를 입력받는 단계, IDEFO를 이용하여 상기 PPRS 정보에서 제품별 프로세서를 구조화하는 단계를 포함한다.
상기 (c)단계는 상기 구조화된 제품별 프로세스를 공장의 레이아웃에 표시된 라우팅 경로를 중심으로 표시하는 단계, 상기 레이아웃 기반 프로세스에 리소스 및 스케줄이 표시된 테이블이 추가된 공장 프로세스 모델을 생성하는 단계를 포함한다.
상기 (d)단계에서, 특정 변수는 공장 프로세스간 라우팅, 레이아웃, 공정/설비/작업자 할당, 공정 운영 계획 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 (e)단계는 상기 시뮬레이션 명령이 입력되면, 상기 공장 프로세스 모델에 PPRS, 입력 변수, 공정 데이터를 맵핑시켜 가상 공장 모델로 시뮬레이션하는 단계, 상기 시뮬레이션 가상 공장 모델에 설비 및 작업자의 키네메틱스를 적용시켜 작업 처리량을 산출하는 단계, 상기 산출된 작업 처리량을 분석하여 그 결과 정보를 출력하는 단계를 포함한다.
상기 산출된 작업 처리량은 제품 또는 반제품의 UPH, 비가동(고장 또는 순간 정지) 및 불량률을 반영한 병목, 라우팅 경로의 교체에 따른 병목, 생산량 중 적어 도 하나를 포함하는 설비 및 작업자 가동률, 제품 및 반제품의 산출 상황, 설비의 고장률 및 제품 불량률, 자재 공급 주기 및 자재 소진 사항 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 가상 공장 모델 구축 장치에 있어서 요구사항 및 공정 데이터를 입력받아 저장하는 조건 설정 모듈, 상기 조건 설정 모듈을 통해 입력된 요구사항, 공정 데이터 및 PPRS 정보를 이용하여 제품별 프로세스를 구조화하고, 상기 구조화된 제품별 프로세스를 공장의 레이아웃과 매칭시켜 공장 프로세스 모델을 생성하는 프로세스 모델링 모듈, 시뮬레이션 명령이 입력되면, 상기 프로세서 모델링 모듈에서 생성된 공장 프로세스 모델을 시뮬레이션하여 현재 공장 모델의 결과 정보를 출력하고, 상기 공장 프로세스 모델에 what-if 시나리오를 적용하여 시뮬레이션하는 시뮬레이션 모듈, 상기 시뮬레이션모듈에 의해 출력되는 현재 공장 모델의 결과 정보와 what-it 시나리오에 대한 결과 정보를 비교하여 상기 요구사항에 상응하는 가상 공장 모델을 확정하는 결과 분석 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 가상의 공장 모델 구축 장치가 제공된다.
상기 프로세스 모델링 모듈은 현실의 공장에서 생산하고자 하는 제품, 각 제품 생산을 위한 프로세스, 각 제품 생산을 위한 설비 및 자재, 스케줄, 목표 생산량 중 적어도 하나를 포함하는 PPRS 정보를 입력받는 PPRS 정의부, 상기 PPRS 정의부를 통해 입력된 PPRS 정보를 이용하여 제품별 프로세스를 구조화하는 프로세스 구조화부, 상기 프로세스 구조화부에서 생성된 제품별 프로세스를 공장의 레이아웃 도면과 매칭시켜 공장 프로세스 모델을 생성하는 프로세스 모델링부 및 상기 프로 세스 모델링부에서 생성된 공장 프로세스 모델에 대해 특정 변수의 값을 달리한 what-if 시나리오를 설계하는 what-if 시나리오 설계부를 포함한다.
상기 프로세스 구조화부는 상기 PPRS 정보를 이용한 각 제품에 대한 프로세스를 기능/활동 중심의 ICOM(Input, Control, Output, Mechanism)으로 분석하고, 그 분석 결과를 이용하여 프로세스를 구조화한다.
상기 프로세스 모델링부는 상기 제품별 프로세스를 공장의 레이아웃에 표시된 라우팅 경로를 중심으로 표시하여 레이아웃 기반 프로세스를 생성하고, 상기 생성된 레이아웃 기반 프로세스에 리소스 및 스케줄 정보가 표시된 테이블이 추가된 공장 프로세스 모델을 생성한다.
상기 시뮬레이션 모듈은 상기 공장 프로세스 모델에 PPRS, 입력 변수, 공정 데이터를 맵핑시켜 가상 공장 모델로 시뮬레이션하고, 상기 시뮬레이션된 가상 공장 모델에 설비 및 작업자의 키네메틱스를 적용시켜 작업 처리량을 산출한다.
본 발명은 공장 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 가상의 공장 모델 구축 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
또한, 체계적이고 구체적인 모델링 프레임워크에 따라 개별 기업의 상황에 적합하게 공장 모델 및 모델 실행 환경을 구축하므로 기업의 요구사항을 만족시킬 수 있는 가상의 공장 모델 구축 방법 및 장치를 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 가상의 공장 모델 구축 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
또한, 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 가상의 공장 모델 구축 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
또한, 3D를 통해 공장 내부에서의 복잡한 상황을 용이하게 이해할 수 있고, 발생 가능한 문제점의 사전 예측 및 해결책 제시가 가능한 가상의 공장 모델 구축 방법 및 장치를 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 가상 공장 모델 구축 장치의 구성을 나타낸 블럭도, 도 2는 도 1에 도시된 조건 설정 모듈을 상세히 나타낸 블럭도, 도 3은 도 1에 도 시된 프로세스 모델링 모듈을 상세히 나타낸 블럭도, 도 4는 도 3에 도시된 제품 프로세스 구조화부를 상세히 나타낸 블록도, 도 5는 본 발명에 따른 프로세스 구조화부에 의해 생성된 프로세스 구조화의 예시도, 도 6은 도 3에 도시된 프로세스 모델링부를 상세히 나타낸 블록도, 도 7은 본 발명에 따른 프로세스 모델링부에 의해 생성된 공장 프로세스 모델의 예시도, 도 8은 본 발명에 따른 공장 프로세스 모델을 시뮬레이션한 가상 공장 모델을 나타낸 예시도이다.
도 1을 참조하면, 가상 공장 모델 구축 장치(100)는 조건 설정 모듈(110), 프로세스 모델링 모듈(130), 시뮬레이션 모듈(150), 결과 분석 모듈(170)을 포함한다.
상기 조건 설정 모듈(110)은 클라이언트의 요구사항 및 공정 데이터를 입력받아 저장하는 역할을 수행한다.
상기와 같은 역할을 수행하는 조건 설정 모듈(110)은 도 2와 같이 요구사항 분석부(112), 공정 데이터 수집부(114)를 포함한다.
상기 요구 사항 분석부(112)는 클라이언트로부터 환경 및 목표, 프로젝트 범위 등의 정보를 입력받는다. 여기서, 환경은 구축하고자 하는 대상을 포함한 주위의 관계된 모든 것을 말하고, 관계된 요소들의 정의 기준은 공장 모델의 구축에 있어서 시뮬레이션 결과에 영향을 끼칠 수 있는 가능성을 내재한 것이다.
클라이언트는 공장 분석 요청 시점, 신규 공장 건설 시, 제품 설계/공정 설계 변경, 시장에서의 제품 수요 변화, 다수 설비의 교체/변경, 규정 및 조직 변화 등과 같은 공장 혹은 기업의 향후 일정에 영향을 줄 수 있는 요소들에 대한 영향을 알고 싶어하기 때문에 공장 모델은 이러한 클라이언트의 다양한 요구사항을 유연하게 받아들일 수 있어야 한다.
상기 공정 데이터 수집부(114)는 공정 특성 및 설비 데이터 수집, 자재/부자재/제품 데이터 수집, 주문/공급 정책 및 작업자 운영 규칙 등의 데이터를 클라이언트로부터 입력받는다.
즉, 상기 공정 데이터 수집부(114)는 공장에 있는 설비들의 기계적인 정보(예를 들면, 작동시간, 구성품의 목록, 작동 시간 등임)를 수집하고, 여러 개의 설비들이 복합적으로 구성되어 작동할 때 발생하는 공장의 공정 자체의 특성을 수집하게 된다. 상기 공정 특성은 공장 건축물의 입출구를 고려한 공정 흐름의 형태, 생산방식(셀 생산, 잡샵 생산, 흐름 생산 등임)을 포함한다.
상기 프로세스 모델링 모듈(130)은 상기 조건 설정 모듈(110)을 통해 입력된 요구사항 및 공정 데이터를 이용하여 PPRS(Product, Process, Resource, Schedule)를 정의하고, 그 정의된 PPRS를 이용하여 프로세스를 구조화 및 모델링한다.
즉, 상기 프로세스 모델링 모듈(130)은 상기 PPRS 정보에 따라 제품별 프로세스를 구조화하고, 상기 구조화된 제품별 프로세스를 공장의 레이아웃과 매칭시켜 공장 프로세스 모델을 생성한다.
또한, 상기 프로세스 모델링 모듈(130)은 상기 생성된 공장 프로세스 모델에서 특정 변수의 값을 다르게 한 what-if 시나리오를 설계하는 역할을 수행한다.
상기와 같은 역할을 수행하는 프로세스 모델링 모듈(130)은 도 3과 같이 PPRS 정의부(132), 프로세스 구조화부(134), 프로세스 모델링부(136), what-if 시 나리오 설계부(138)를 포함한다.
상기 PPRS 정의부(132)는 현실의 공장에서 생산하고자 하는 제품, 각 제품 생산을 위한 프로세스, 각 제품 생산을 위한 설비 및 자재 등의 리소스, 스케줄, 목표 생산량 등의 정보를 입력받아 저장한다.
상기 PPRS는 제품 설계, 제품 해석, 제품 공정 계획, 동작 연구, 시간 연구, 설비 배치 계획, 작업자 공정 개선, 생산 운용 방법 설계 및 검증, 공장 및 라인 시뮬레이션, 생산 관리의 기반이 되는 것이다.
상기 프로세스 구조화부(134)는 상기 PPRS 정의부(132)를 통해 정의된 PPRS를 이용하여 제품별 프로세스를 구조화한다.
즉, 상기 프로세스 구조화부(134)는 현실의 공장에서 생산하고자 하는 제품, 각 제품 생산을 위한 프로세스, 각 제품 생산을 위한 설비 및 자재 등의 리소스, 스케줄, 목표 생산량 등을 포함하는 PPRS 정보가 입력되면, 상기 PPRS를 이용하여 제품별 프로세스를 구조화한다.
또한, 상기 프로세스 구조화부(134)는 상기 PPRS 정보를 이용한 각 제품에 대한 프로세스를 기능/활동 중심의 ICOM(Input, Control, Output, Mechanism)으로 분석하고, 그 분석 결과를 이용하여 프로세스를 구조화하는 역할을 수행한다. 상기 ICOM에서 입력/출력(I/O)은 프로세스에 투입되고 반출되는 제품에 해당하고, 제어(c)는 공정 시간(제품 로드 시간, 가공 시간, 제품 언로드 시간 등임)의 가공 규칙을 포함하고, 미케니즘은 프로세스를 담당하는 설비 혹은 작업자를 말한다.
상기와 같은 역할을 수행하는 프로세스 구조화부(134)에 대하여 도 4를 참조 하여 좀더 상세히 살펴보기로 한다.
상기 프로세스 구조화부(134)는 제품 E-BOM(Engineering Bill Of Material) 분석 수단(134a), 제품 M-BOM(Manufacturing Bill Of Material)분석 수단(134b), 공정 설비 분석 수단(134c), 공정 특성 분석 수단(134d), 프로세스 ICOM 설계 수단(134e)을 포함한다.
상기 제품 E-BOM 분석 수단(134a)은 제품의 부품에 대해 hierarchy 구조로 분석한다. 예를 들어 제품이 의자라면 의자-등받이, 쿠션, 다리 - 등받이 다리 3개 , 쿠션 1개, 쿠션 받이 1개, 의자 다리 4개... 등등으로 제품을 hierarchy 구조로 제품을 분석한다.
상기 제품 M-BOM 분석 수단(134b)은 제품을 만들기 위한 생산 프로세스 순서를 구조화하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 제품이 의자라면, 나무 절삭 -> 설계 도면의 등받이, 쿠션 받이, 의자 다리 설계도에 맞추어 가공 -> 의자 나무 부품을 조립(본드, 못과 볼트) -> 쿠션 제작 -> 쿠션 장착 등의 BOM이 있으며, 각 부분에 대하여 어떠한 설비(톱, 사포, 망치, 작업자 등)가 필요한지 분석하여 생산 프로세스를 구조화한다.
상기 공정 설비 분석 수단(134c)은 상기 제품 M-BOM분석 수단(134b)에서 구조화된 각 생산 프로세스에 어떠한 설비들이 매핑되는지를 분석하고, 상기 공정 특성 분석 수단(134d)은 각 부분의 공정에 대해 어떤 특성 (작업 특성 , 작업 시수/부품 특성 등)이 있는지 분석한다.
상기 프로세스 ICOM 설계 수단(134e)은 상기 제품 M-BOM 분석 수단(134b)에 서 분석된 생산 프로세스에 대하여 상기 공정 설비 및 공정 특성 분석 수단(134c, 134d)에서 분석된 설비와 공정 특성을 매핑시켜 프로세스를 기능/활동 중심의 ICOM(Input, Control, Output, Mechanism)으로 구조화한다.
즉, 상기 프로세스 ICOM 설계 수단(134e)은 상기 제품 M-BOM 분석 수단(134b)에서 분석된 생산 프로세스에 대하여 부품 input (I, input) -> 프로세스(Activity) -> 가공된 부품 output (O, output), 공정 설비(M, mechanism), 공정 특성(C, control)으로 구조화한다.
상기 프로세스 구조화부(134)에 의한 제품별 프로세스 계층 구조는 도 5와 같이 정립된다.
상기 프로세스 모델링부(136)는 상기 프로세스 구조화부(134)에서 생성된 제품별 프로세스를 공장의 레이아웃 도면과 매칭시켜 공장 프로세스 모델을 생성한다.
즉, 상기 프로세스 모델링부(136)는 상기 제품별 프로세스를 공장의 레이아웃에 표시된 라우팅 경로를 중심으로 표시하여 레이아웃 기반 프로세스를 생성한다. 그런 다음 상기 프로세스 모델링부(136)는 상기 생성된 레이아웃 기반 프로세스에 리소스 및 스케줄 등의 정보가 표시된 테이블이 추가된 공장 프로세스 모델을 생성한다.
따라서, 상기 프로세스 모델링부(136)에 의해 생성된 공장 프로세스 모델에는 개별 설비/작업자의 가공에 요구되는 자재 목록, 제품 1단위 조립 시 자재 투입 수량, 작업 규칙, 운영 형태 등의 정보가 포함될 수 있다.
상기와 같은 역할을 수행하는 프로세스 모델링부(136)에 대하여 도 6을 참조하여 좀더 상세히 설명하기로 한다.
상기 프로세스 모델링부(136)는 공장 레이아웃 분석 수단(136a) , 프로세스 구조도 맵핑 수단(136b)를 포함한다.
상기 공장 레이아웃 분석 수단(136a)은 모델링하는 공장의 출입문, 설비 위치, 자재 적치 장소, 탕비실 등등이 기록된 공장 도면을 분석한다.
상기 프로세스 구조도 맵핑 수단(136b)는 공장 레이아웃 도면에 프로세스 구조화 모듈(134)에서 작성한 프로세스 ICOM 설계도를 맵핑한다. 상기 프로세스 구조도 맵핑 수단(136b)에 의한 맵핑에 의해 각 설비들에 대한 ICOM을 파악할 수 있다.
상기 프로세스 모델링부(136)에 의해 생성된 레이아웃 기반 프로세스는 도 7과 같다.
도 7을 참조하면, 공장에서 이루어지는 각 프로세스가 레이아웃 도면에 표시된 해당 영역과 링크되어 그 순서에 따라 테이블 형태로 출력된다.
상기 what-if 시나리오 설계부(138)는 상기 프로세스 모델링부(136)에서 생성된 공장 프로세스 모델에 대해 공장에 관련된 변수를 달리하여 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(138)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 프로세스 모델링부(136)에서 생성된 공장 프로세스 모델에 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 시뮬레이션 모듈(150)은 시뮬레이션 명령이 입력되면, 상기 프로세서 모델링부(136)에서 생성된 공장 프로세스 모델을 시뮬레이션하여 그 결과 정보를 출력한다.
즉, 상기 시뮬레이션 모듈(150)은 시뮬레이션 명령이 입력되면, 상기 공장 프로세스 모델에 PPRS, 입력 변수, 공정 데이터를 맵핑시켜 도 8과 같이 가상 공장 모델로 시뮬레이션한다. 그런 다음 상기 시뮬레이션 모듈(150)은 상기 시뮬레이션된 가상 공장 모델에 설비 및 작업자의 키네메틱스를 적용시켜 작업 처리량을 산출하고, 그 산출된 작업 처리량을 분석하여 현재 공장 모델의 결과 정보를 출력한다.
그런 다음 상기 시뮬레이션 모듈(150)은 상기 공장 프로세스 모델에 상기 what-if 시나리오 설계부(138)에서 설계된 what-if 시나리오의 값을 적용하여 시뮬레이션하고, 그 시뮬레이션된 결과를 상기 현재 공장 모델의 결과 정보와 비교하여 출력한다.
좀더 상세히 살펴보면, 상기 시뮬레이션 모듈(150)은 상기 프로세서 모델링부(136)에서 생성된 공장 프로세스 모델에 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 산출된다.
상기 결과 분석 모듈(170)은 상기 시뮬레이션 모듈(150)을 통해 실행된 공장 모델 및 what-it 시나리오의 시뮬레이션에 대하여 공정의 정량적 결과들을 분석 및 평가하여 최적의 공장 모델을 선택하는 역할을 수행한다.
상기 결과 분석 모듈(170)은 공정에 연관한 작업자의 할당 분포 등의 정보를 정제하고, 제품들의 과정별 산출량을 검토한다. 또한, 상기 결과 분석 모듈(170)에 의해 정량적으로 발생하는 정보들 외에 공정 라인의 정지 상황의 요인 및 안전 재고 등의 추가적인 분석이 이루어진다.
상기와 같이 가상 공장 모델 구축 장치는 공장 모델링을 수행하기 전에 제조 프로세스 체계화, 제조 라인 최적 설계 등의 사전 작업이 필요하고, 자재 주문 비 용과 생산 고정 비용(설비 투자 등)을 시뮬레이션에 함께 고려할 것이 필요하다.
이 과정에서 공장의 생산 방식을 우선 평가해야 하며, 잡샵 생산(JOP SHOP) , 배치 생산 (BATCH PRODUCTION), 라인 생산(LINE PRODUCTION)의 공정 특성에 따라 공장 모델의 로직 설계를 달리하며, 이를 위해 공정 프로세스 구조화가 요구된다.
특히, 배치 생산의 경우 조선 등의 복잡한 프로세스에 해당하여 제품 설계부터 프로세스 구조화까지 하나로 연결되어야 할 필요성이 있고, 라인 생산의 경우는 자동차, 반도체 등의 반복생산에 해당하여 설비의 공정 능력 밸런싱의 문제가 제조 원가와 직결되는 문제로 중요하다.
이를 위해, 제품 BOM(bill of material)와 생산 프로세스의 1:1 맵핑을 ICOM 구조로 검증한 후, 프로세스와 공장의 레이아웃, 그리고 자재와의 맵핑 테이블을 작성할 것이 공장 모델링 이전의 주요 활동으로 필요하다.
또한, 공장 모델링을 수행한 후, 요구사항을 취합한 What-if 시나리오에 대한 공장 시뮬레이션을 수행하여, 그 결과를 제조 실행에 도움이 되는 결과 테이블로 뽑아내야 함은 당연하며, 공장의 셋업시기 이전부터 셋업 완료시기까지의 시간에 가상 모델이 맞물려 구축되어야 한다.
도 9는 본 발명에 따른 가상 공장 모델 구축 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 가상 공장 모델 구축 장치는 클라이언트로부터 요구 사항 및 공정 데이터를 입력받아 저장한다(S700). 상기 클라이언트는 컴퓨터 등을 이용 하여 가상 공장 모델 구축 서버에 접속한 후, 요구 사항 및 공정 데이터를 입력한다. 상기 요구 사항 및 공정 데이터는 텍스트 등의 형태로 입력될 수 있다.
그런 다음 상기 가상 공장 모델 구축 장치는 PPRS 정보가 입력되면(S702), 상기 입력된 PPRS 정보를 이용하여 기능/활동 중심의 프로세스로 구조화한다(S704). 즉, 상기 가상 공장 모델 구축 장치는 상기 입력된 PPRS 정보에 대해 IDEF0(IDEF Function Modeling) 등을 이용하여 프로세스를 구조화한다. 여기서, 상기 프로세스의 구조화는 단독 제품을 생산하는데 있어서 프로세스간 계층 구조를 생성하는 것을 말한다.
상기와 같이 제품별 프로세스가 구조화되면, 상기 가상 공장 모델 구축 장치는 상기 제품별 구조화된 프로세스를 공장 레이아웃 도면을 이용하여 공장 프로세스 모델을 생성한다(S706).
상기 공장 프로세스 모델은 설비 혹은 작업자와 가공의 라우팅 경로를 중심으로 제품을 생산하는 과정을 그리고 개별 설비/작업자의 가공에 요구되는 자재 목록, 제품 1단위 조립시 자재 투입 수량, 작업 규칙, 운영 형태 등을 테이블 형태로 가시화하는 것을 말한다.
상기와 같이 공장 프로세스 모델이 생성되면, 상기 가상 공장 모델 구축 장치는 상기 생성된 공장 프로세스 모델에서 특정 변수의 값을 다르게 한 what-if 시나리오를 설계한다(S708). 즉, 상기 가상 공장 모델 구축 장치는 상기 생성된 공장 프로세스 모델에 대해 레이아웃, 공정/설비 작업자 할당, 공정 운영 계획 등의 변수값을 변경한 what-if 시나리오를 설계한다.
그런 다음 상기 가상 공장 모델 구축 장치는 시뮬레이션 명령이 입력되면(S710), 상기 생성된 공장 프로세스 모델이 가상의 공장이 되도록 시뮬레이션하여 현재 공장 모델의 결과 정보를 출력한다(S712).
즉, 상기 가상 공장 모델 구축 장치는 시뮬레이션 명령이 입력되면, 상기 공장 프로세스 모델에 PPRS, 입력 변수, 공정 데이터를 맵핑시켜 가상 공장 모델로 시뮬레이션한다. 그런 다음 상기 공장 모델 구축 모듈은 상기 시뮬레이션된 가상 공장 모델에 설비 및 작업자의 키네메틱스를 적용시켜 작업 처리량을 산출한다.
상기 산출된 작업 처리량은 정적 작업 처리량과 동적 작업 처리량을 포함한다. 여기서, 정적 작업 처리량은 제품 또는 반제품의 UPH, 비가동(고장 또는 순간 정지) 및 불량률을 반영한 병목, 라우팅 경로의 교체에 따른 병목, 생산량 중 적어도 하나를 포함하는 설비 및 작업자 가동률을 포함한다.
상기 동적 작업 처리량은 제품 및 반제품의 산출 상황, 설비의 고장률 및 제품 불량률, 자재 공급 주기 및 자재 소진 사항 등을 포함한다.
여기서, 상기 작업 처리량이 현재 공장 모델의 결과 정보일 수 있다.
상기 S712의 수행 후, 상기 가상 공장 모델 구축 장치는 상기 공장 모델 프로세스에 what-if 시나리오의 값을 적용하여 시뮬레이션하고(S714), 상기 시뮬레이션된 결과를 상기 현재 공장 모델의 결과 정보와 비교/분석한다(S716).
즉, 상기 가상 공장 모델 구축 장치는 현재 공장 모델의 결과 정보와 what-it 시나리오에 대한 시뮬레이션 결과 정보를 비교하여 공정의 정량적 결과들을 분석하여 평가를 한다.
또한, 상기 가상 공장 모델 구축 장치는 상기 비교/분석을 통해 공정에 연관한 작업자의 할당 분포 등의 정보를 정제하고, 제품들의 과정별 산출량을 검토, 정량적으로 발생하는 정보들 외에 공정 라인의 정지 상황의 요인 및 안전 재고 등의 추가적인 분석이 이루어진다.
또한, 상기 가상 공장 모델 구축 장치는 상기 비교/분석을 통해 시뮬레이션 단계에서 진행된 verification 과정 뿐 아니라, 공장 시뮬레이션 모델이 현실을 얼마나 정확히 반영하고 있는지를 판단한다.
또한, 상기 비교/분석에 의해 비가동, 불량률을 반영한 병목, 라우팅 경로의 교체에 따른 병목, 생산량 중 적어도 하나를 포함하는 설비 및 작업자 가동률 분석, 제품 및 반제품의 산출 상황, 설비의 고장률 및 제품 불량률 체크, 자재 공급 주기 및 자재 소진 사항 등을 확인할 수 있다.
상기 S716의 수행 후, 상기 가상 공장 모델 구축 장치는 상기 비교 분석의 결과에 따라 상기 요구 사항에 가장 적합한 공장 모델을 선택하게 된다(S718).
만약, 상기 S710단계에서 시뮬레이션 명령이 입력되지 않으면, 상기 가상 공장 모델 구축 장치는 S702를 수행한다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 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 가상 공장 모델 구축 장치의 구성을 나타낸 블럭도.
도 2는 도 1에 도시된 조건 설정 모듈을 상세히 나타낸 블럭도.
도 3은 도 1에 도시된 프로세스 모델링 모듈을 상세히 나타낸 블럭도.
도 4는 도 3에 도시된 제품 프로세스 구조화부를 상세히 나타낸 블록도.
도 5는 본 발명에 따른 프로세스 구조화부에 의해 생성된 프로세스 구조화의 예시도.
도 6은 도 3에 도시된 프로세스 모델링부를 상세히 나타낸 블록도.
도 7은 본 발명에 따른 프로세스 모델링부에 의해 생성된 공장 프로세스 모델의 예시도.
도 8은 본 발명에 따른 공장 프로세스 모델을 시뮬레이션한 가상 공장 모델을 나타낸 예시도.
도 9는 본 발명에 따른 가상 공장 모델 구축 방법을 나타낸 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 가상 공장 모델 구축 장치 110 : 조건 설정 모듈
112 : 요구 사항 분석부 114 : 공정 데이터 수집부
130 : 프로세스 모델링 모듈 132 : PPRS 정의부
134 : 프로세스 구조화부 136 : 프로세스 모델링부
138 : what-if 시나리오 설계부 150 : 시뮬레이션 모듈
170 : 결과 분석 모듈
Claims (14)
- (a)사용자로부터 요구 사항 및 공정 데이터를 입력 받아 저장하는 단계;(b)사용자에 의해 PPRS 정보가 입력되면, 제품별 프로세스를 구조화하는 단계;(c)상기 구조화된 제품별 프로세스를 공장의 레이아웃과 매칭시켜 공장 프로세스 모델을 생성하는 단계;(d)상기 생성된 공장 프로세스 모델에서 특정 변수의 값을 다르게 한 what-if 시나리오를 설계하는 단계;(e)시뮬레이션 명령이 입력되면, 상기 공장 프로세스 모델을 시뮬레이션하여 현재 공장 모델의 결과 정보를 출력하는 단계;(f)상기 공장 프로세스 모델에 상기 what-if 시나리오를 적용하여 시뮬레이션한 후 그 시뮬레이션 결과를 상기 현재 공장 모델의 결과 정보와 비교하는 단계;및(g)상기 결과 정보의 비교에 의해 상기 요구사항에 상응하는 가상 공장 모델을 확정하는 단계;를 포함하는 가상의 공장 모델 구축 방법.
- 제1항에 있어서,상기 요구 사항은 환경, 목표, 프로젝트 범위 중 적어도 하나를 포함하는 것 을 특징으로 하는 가상의 공장 모델 구축 방법.
- 제1항에 있어서,상기 공정 데이터는 공정 특성, 설비 데이터, 자재/부자재/제품 데이터, 주문/공급 정책 및 작업자 운영 규칙 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상의 공장 모델 구축 방법.
- 제1항에 있어서,상기 (b)단계는,제품, 프로세스, 리소스 및 스케줄을 포함하는 PPRS 정보를 입력 받는 단계;상기 PPRS 정보를 이용하여 각 제품에 대한 부품의 계층 구조 및 생산 프로세스를 구조화하는 단계;상기 구조화된 생산 프로세스에 대한 공정 설비 및 공정 특성을 분석하는 단계;및상기 생산 프로세스에 상기 분석된 공정 설비 및 공정 특성을 적용하여 기능 또는 활동 중심의 ICOM으로 제품별 프로세스를 구조화하는 단계를 포함하는 가상의 공장 모델 구축 방법.
- 제1항에 있어서,상기 (c)단계는,상기 구조화된 제품별 프로세스를 공장의 레이아웃에 표시된 라우팅 경로를 중심으로 표시하는 단계;상기 레이아웃 기반 프로세스에 리소스 및 스케줄이 표시된 테이블이 추가된 공장 프로세스 모델을 생성하는 단계를 포함하는 가상의 공장 모델 구축 방법.
- 제1항에 있어서,상기 (d)단계에서, 특정 변수는 공장 프로세스간 라우팅, 레이아웃, 공정/설비/작업자 할당, 공정 운영 계획 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상의 공장 모델 구축 방법.
- 제1항에 있어서,상기 (e)단계는,상기 시뮬레이션 명령이 입력되면, 상기 공장 프로세스 모델에 PPRS, 입력 변수, 공정 데이터를 맵핑시켜 가상 공장 모델로 시뮬레이션하는 단계;상기 시뮬레이션 가상 공장 모델에 설비 및 작업자의 키네메틱스를 적용시켜 작업 처리량을 산출하는 단계;상기 산출된 작업 처리량을 분석하여 그 결과 정보를 출력하는 단계를 포함하는 가상의 공장 모델 구축 방법.
- 제7항에 있어서,상기 산출된 작업 처리량은 제품 또는 반제품의 UPH, 비가동 및 불량률을 반영한 병목, 라우팅 경로의 교체에 따른 병목, 생산량 중 적어도 하나를 포함하는 설비 및 작업자 가동률, 제품 및 반제품의 산출 상황, 설비의 고장률 및 제품 불량률, 자재 공급 주기 및 자재 소진 사항 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상의 공장 모델 구축 방법.
- 가상 공장 모델 구축 장치에 있어서,요구사항 및 공정 데이터를 입력 받아 저장하는 조건 설정 모듈;상기 조건 설정 모듈을 통해 입력된 요구사항, 공정 데이터 및 PPRS 정보를 이용하여 제품별 프로세스를 구조화하고, 상기 구조화된 제품별 프로세스를 공장의 레이아웃과 매칭시켜 공장 프로세스 모델을 생성하는 프로세스 모델링 모듈;시뮬레이션 명령이 입력되면, 상기 프로세서 모델링 모듈에서 생성된 공장 프로세스 모델을 시뮬레이션하여 현재 공장 모델의 결과 정보를 출력하고, 상기 공장 프로세스 모델에 what-if 시나리오를 적용하여 시뮬레이션하는 시뮬레이션 모듈;및상기 시뮬레이션 모듈에 의해 출력되는 현재 공장 모델의 결과 정보와 what-it 시나리오에 대한 결과 정보를 비교하여 상기 요구사항에 상응하는 가상 공장 모델을 확정하는 결과 분석 모듈;을 포함하는 가상의 공장 모델 구축 장치.
- 제9항에 있어서,상기 프로세스 모델링 모듈은,현실의 공장에서 생산하고자 하는 제품, 각 제품 생산을 위한 프로세스, 각 제품 생산을 위한 설비 및 자재, 스케줄, 목표 생산량 중 적어도 하나를 포함하는 PPRS 정보를 입력 받는 PPRS 정의부;상기 PPRS 정의부를 통해 입력된 PPRS 정보를 이용하여 제품별 프로세스를 구조화하는 프로세스 구조화부;상기 프로세스 구조화부에서 생성된 제품별 프로세스를 공장의 레이아웃 도면과 매칭시켜 공장 프로세스 모델을 생성하는 프로세스 모델링부;및상기 프로세스 모델링부에서 생성된 공장 프로세스 모델에 대해 특정 변수의 값을 달리한 what-if 시나리오를 설계하는 what-if 시나리오 설계부를 포함하는 가상의 공장 모델 구축 장치.
- 제10항에 있어서,상기 프로세스 구조화부는 상기 PPRS 정보를 이용하여 각 제품에 대한 부품의 계층 구조 및 생산 프로세스를 구조화하고, 상기 구조화된 생산 프로세스에 대한 설비 및 공정 특성을 분석하여 기능 또는 활동 중심의 ICOM으로 구조화하여 제품별 프로세스를 구조화하는 것을 특징으로 하는 가상의 공장 모델 구축 장치.
- 제10항에 있어서,상기 프로세스 모델링부는 상기 제품별 프로세스를 공장의 레이아웃에 표시된 라우팅 경로를 중심으로 표시하여 레이아웃 기반 프로세스를 생성하고, 상기 생성된 레이아웃 기반 프로세스에 리소스 및 스케줄 정보가 표시된 테이블이 추가된 공장 프로세스 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 가상의 공장 모델 구축 장치.
- 제10항에 있어서,상기 프로세스 모델링부는 공장 레이아웃 도면에 상기 프로세스 구조화 모듈에서 구조화된 프로세스 ICOM 설계도를 맵핑하여 공장 프로세스 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 가상의 공장 모델 구축 장치.
- 제10항에 있어서,상기 시뮬레이션 모듈은 상기 공장 프로세스 모델에 PPRS, 입력 변수, 공정 데이터를 맵핑시켜 가상 공장 모델로 시뮬레이션하고, 상기 시뮬레이션된 가상 공장 모델에 설비 및 작업자의 키네메틱스를 적용시켜 작업 처리량을 산출하는 것을 특징으로 하는 가상의 공장 모델 구축 장치.
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