1.서 론

2000년 이후 기업들이 설비의 자동화 내지 고도화를 활발히 추진해 오면서 기존의 품질관리활동만으로는 품 질 및 생산성 향상을 도모하는데 한계가 있음을 느끼게 되었다[5]. 이런 이유로 생산관리에 있어 설비관리는 불 량을 줄이고 생산효율을 증대시킬 수 있는 중요요소로 자리잡아 가고 있다.

금속을 절삭하고 가공하는 대부분의 중소제조 기업에 서는 고가의 CNC 설비에 대한 정확한 설비가동시간 측정 이 어려워 주요 부품교체시기를 놓치는 경우가 많다. 부 품교체시기가 늦으면 설비고장에 따른 생산중단 현상이 많아지고 불량률이 높아지게 된다. 그렇다고 고가의 부 품을 미리 교체하면 많은 비용낭비가 발생된다. 또한 신 뢰성 있는 설비종합효율, 생산종합효율 산출이 불가능하여 효율적인 설비관리가 어렵다. 이러한 문제는 중소제조기 업의 기업경쟁력 약화를 초래한다.

한편 대기업에서는 설비의 실제 가동시간과 생산수량 정보를 취득하기 위해 작업자에 의한 Paper Work 또는 해당 설비와의 통신 Interface를 수행하고 있으나 작업자 에 의한 Paper Work은 입력오류 또는 누락 발생으로 데 이터의 신뢰성이 떨어지며, 설비와의 통신 Interface는 비 용이 많이 소요되어 중소기업에서는 적용하기 어려운 방 식이다.

일반적으로 설비의 잦은 이동과 설치 공사비 부담을 줄이기 위해서는 무선방식 적용이 가장 적합하나 무선 송 수신 방식의 신뢰성과 동일 공간에 많은 설비가 배치될 경우 상호 무선간섭 문제의 해결이 선행되어야 한다.

지금까지 생산정보시스템에 관한 기존연구들은 밸브 산업, 페인트 산업, 자동차 도장공장, TFT-LCD 공장 등 에서 적용해 왔으나 가공분야에 적용한 연구는 거의 전 무한 실정이다[1, 2, 6, 7].

이에 본 연구에서는 제조설비 주요부품의 교체주기를 잘 관리하여 적은 비용으로 설비 고장률 “0”달성 및 생 산량 증대, 품질향상 등을 통해 영세중소기업의 경쟁력 을 제고할 수 있는 중소제조기업에 알 맞는 지능형 생산 정보관리시스템을 구축하고 그 기대효과를 분석하고자 한다.

본 논문은 제 1장은 서론, 제 2장은 사례기업인 S사의 현황과 현 상황에 대한 문제점, 제 3장은 지능형 생산정 보관리시스템의 구축내용과 기대효과 분석, 제 4장은 결 론으로 구성되어 있다.

2.S사의 현황 및 문제점

2.1.S사의 현황

자동차 및 전자식 계량기 관련 초정밀 샤프트를 제작 하고 있는 S사는 10여대의 CNC자동선반을 구입, 가동하 고 있다. 다양한 재질의 금속을 절삭, 가공하는 CNC 장 비의 특성상 주기적인 설비의 점검 및 소모부품의 정확한 교체주기 엄수는 설비수명 및 유지 관리비용 절감과 생 산제품의 품질향상에 매우 중요하다.

그러나 설비의 정확한 가동시간과 생산수량 측정이 어려워 적정한 설비교체 주기산정 및 실시간 생산량 측 정이 불가능하여 고가설비의 활용도가 매우 저조한 실정 이다.

2.2.문제점

S사의 주요 문제점으로는 다음과 같은 것들을 들 수 있다.

2.2.1.설비고장 및 불량발생 속출

설비의 실가동시간과 생산수량 산출불가로 인해 절삭 부품 및 소모품의 교체주기를 정확히 맞추지 못하여 잦은 설비고장 및 불량발생 등 애로사항이 지속되고 있다. 이 러한 고장은 전체 고장률의 80% 이상을 차지하고 있으며 생산 로스도 2~3일 이상 차지하고 있다. 여기서 <Figure 1>는 주요부품 교체주기 지연으로 인해 설비가 고장나게 되면 주변부품도 함께 고장나는 경우를 보여주고 있다.2

<Figure 2>는 주요부품 교체주기 지연으로 인한 불량 품 발생사례를 보여주고 있다. 이러한 불량로스율은 약 5%를 차지하고 있다.

2.2.2.핵심기능인 생산실적관리 미흡

설비 절삭부품 및 소모품의 정확한 교체주기를 산정하 기 위해 필요한 생산실적관리가 잘 이루어지고 있지 않다.

2.2.3.문제해결을 위한 비용 과다 소요

설비가동시간과 생산수량을 포함한 생산정보의 원격 전송을 위해서는 설비 공급업체의 지원을 받을 수 있는 데 장비 당 약 250만 원 정도가 소요되기 때문에 영세제 조업에서는 적용이 어려운 상황이다.

따라서 생산정보 자동취득 시스템 구축이 매우 필요한 시점이다.

3.지능형 생산정보관리시스템 구축 및 기대효과

3.1.구축을 위한 사전준비

3.1.1.CNC선반 운영환경의 파악

3.1.2.CNC선반 기능 분석

CNC선반은 생산중인 제품의 수량과 생산되는 모델에 대한 생산시간이 장비의 디스플레이에 표시되고 있지만 상기 데이터를 외부로 전송하여 관리하고 활용할 수 있 는 기능이 없기 때문에 CNC선반에 별도의 센서를 설치 하거나 CNC 컨트롤러로부터 가동접점과 생산수량 접점 을 접점 절연(Isolation)하여 인출하는 방식을 고려해야 한다.

3.2.구축의 기본방향

3.2.1.구축방법의 구상

3.2.2.구축 전략

S사의 CNC선반 운영환경을 분석해본 결과, 생산지장을 최소화하면서 CNC선반의 가동시간 및 생산수량을 효율적 으로 관리하기 위하여 다음과 같은 해결책이 고려되었다.

3.3.추진 절차

3.3.1관련기술 문헌조사 및 자료 검색

3.3.2.개발계획 수립

3.3.3.시스템 테스트환경 및 검증 Process 구축

3.3.4.시스템 개발 적용 및 효과분석

3.4.구체적 추진내용

3.4.1.적용제품의 선정기준 마련

3.4.2.제품성능 결정(<Figure 3> 참조)

적용기간 단축, 개발비용 대비 최적성능을 구현하기 위해서 다음과 같이 성능을 결정하였다.

3.4.3.시스템의 주요 기능

3.4.4.핵심 기술개발 내용

3.4.5.기준 데이터 생성을 위한 Process

적기 부품교체를 위한 기준 데이터 생성을 위한 프로 세스는 <Figure 6>과 같다. 이 과정을 간단히 설명하면 다음과 같다.

3.4.6.현장적용

Wireless DAQ 및 부속 제품 구매 및 성능 테스트가 완료하고 다음과 같이 현장에 적용을 하였다.

3.4.7.전체시스템 구성도

전체 시스템 구성도는 <Figure 9>와 같이 Client Module 이 설비에 장착되어 설비의 가동/비가동 접점신호와 생산 수량 접점신호를 입력 받아 무선으로 Master Module로 전 송한다. 이때 상기 설비의 가동/비가동 접점신호와 생산수 량 접점신호 인출은 설비접점과 릴레이로 완전 절연하여 인출한다. Client Module로부터 설비의 가동/비가동, 생산 수량에 대한 데이터를 수신한 Master Module은 Client Module로 수신완료 메시지를 전송하고 수신된 데이터를 Ethernet 통신으로 Server로 전송한다. Server는 Master Module 로부터 수신한 데이터를 설비별, 모델별로 구분하여 저장 관리한다.

여기서는 다음과 같은 서버를 통해 여러 사람이 동시 에 본 시스템을 활용할 수 있도록 개발하였다.

3.4.기대효과

지금까지 살펴본 고가의 CNC설비에 대한 지능형 생 산정보시스템 구축은 신뢰성 있는 설비가동시간 및 중 요 생산정보를 자동취득 및 관리함으로써 가동정지시간 감소, 생산율 증가, 불량률 감소 효과를 거둘 수 있었다. <Table1>은 CNC5, 8호기를 대상으로 하여 내용연수가 3년인 연가를 계산, 투입대비 효과를 산출한 것이다. 투 입금액은 60만 원(제품가격, 설치비, 유지비)에 대한 연가 는 220,320원이 소요된 반면 가동정지시간 감소분(월 5.4 시간)에 대한 연가 607,500원, 생산율 증가(월 7,035개× 0.2)분에 대한 연가 2,026,080원, 불량률 감소(월 360개× 0.3)분에 대한 연가 583,200원으로 연간 총 3,216,780원 의 기대효과가 나타났다. 즉, 3년간의 내용연수기간 동안 매년 약 300만 원 정도의 정량적 효과를 거둔 것으로 나 타났다. 이외에도 제품 모델별 생산공정의 추적관리를 통해 불량원인을 쉽게 찾아 해결할 수 있었으며 나아가 신뢰성 있는 설비종합효율의 산출로 체계적인 설비관리 를 수행할 수 있는 토대를 마련했다는 무형의 효과도 거 두었다.

4.결 론

다양한 재질의 금속을 절삭, 가공하는 CNC 장비의 특 성상 주기적인 설비의 점검 및 소모부품의 정확한 교체 주기 엄수는 설비수명연장 및 유지 관리비용 절감과 생 산제품의 품질향상에 매우 중요하다. 따라서 생산정보 자동취득 시스템 구축은 매우 필요하다.

본 논문에서는 고가의 CNC설비를 사용하는 중소제조 기업에 있어 지능형 생산정보시스템의 구축사례와 그 기 대효과를 분석하였다. 사례기업과 유사한 업종에서 비교 적 저렴한 비용으로 지능형 생산정보시스템을 구축한다 면 제조설비 주요부품의 교체주기를 잘 관리하여 설비고 장 및 불량발생이나 미흡한 생산실적관리 등의 문제를 해결할 수 있으며 경제적으로도 많은 큰 효과가 있는 것 으로 나타났다.

이번 지능형 생산정보시스템 구축사례는 유사업종에 서도 손쉽게 적용할 수 있을 것으로 보이며 관련업종의 경쟁력 제고에 크게 기여할 것으로 사료된다.