| e-비즈니스 환경구축⑧ Advanced FA / CIM으로 물품정보 변화에 유연히 대처 | |||
 
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다품종 소량생산시스템 총합적 효율적 관리와 제어 CIM으로 물품정보 변화에 유연히 대처 1. FA의 개념 FA란 직역하면 ‘공장자동화’가 되지만 그 의미와 내용에 대한 규정에 관해서는 많은 논의가 있었다. 이나바(稻葉)에 의하면 “FA는 단지 자동화라는 의미보다는 ‘지금까지 자동화할 수 없었던 종류의 공장에 대한 새로운 도전’으로 보고 그 대상으로 제품이 유체가 아닌 자동차, 항공기, 기계 등과 같은 고체일 것, 다품종 소량생산일 것, 대기업뿐만 아니고 중소기업에도 도입할 수 있을 것” 등으로 규정짓고 있다. 또한 후루카와(吉川)는 “FA는 본래 공장자동화라고 직역할 수 있지만 그 의도는 생산공정의 규모, 제품의 종류 및 생산량에 관계없이 해당 공장을 자동화하여 생산성을 향상시키는데 있다. 그러나 대량생산 공장의 자동화는 기술적인 확립과 탈 대량생산 시대의 추세를 배경으로 FA를 다품종 소량생산 공장의 종합적이고 효율적이며 경제적인 자동화를 목표로 한 기술로써 이용할 수 있다.”라고 말하고 있다. 이상의 두 가지 정의보다 더 구체적인 것으로는 변종변량 생산의 구축을 향한 하드웨어를 제조한 도시바, 히타치 등 대표적 메이커의 개념규정을 예로 들 수 있다. 히타치(日立)에서는 “FA는 수주에서부터 설계, 제조, 검사, 출하까지를 최근의 정보처리 및 메카트로닉스(mechanical+electronics) 기술을 구사하여 유연생산을 지향하는 공장일관 자동화 시스템”으로 명확히 규정하고 있다. FA에는 주로 기계공업을 대상으로 한 미캐니컬(mechanical) 오토메이션과 장치공업을 대상으로 한 프로세스(process) 오토메이션이 있지만, 현재는 주로 기계공업을 중심으로 한 가공 및 조립에 관한 예를 기준으로 하여 ‘기계공업 부분의 다품종 소량생산활동에서의 시스템 전체의 총합적·효율적인 관리와 제어를 행하는 것’으로 정의한다. 2. FA를 구성하는 장치 (1) 자동 감시장치 FA를 실현하기 위해서는 NC공작기계, 산업용 로봇, 컴퓨터 이용 등에 의한 유연성(flexcibility), 제어성(controllability)의 향상 외에 신뢰성(reliability), 안전성(safety)의 확보가 중요하다. 이를 위해 생산시스템의 신뢰성과 안전성의 확보를 위해서는 각종의 감지장치(sensor)가 필요하게 된다. 감지장치의 역할을 예를 들면 공작기계의 무인 운전시에 센서에 의해 운전상태 등을 자동 점검하여 정지시키거나, 제품의 검사단계에서 제품의 결합상태를 센서로 감지하여 공정에 정지명령을 내리는 기능을 들 수 있다. 센서에 의한 계측에는 가공 중에 하는 계측(in-process measurement)과 작업종료 후에 하는 계측(post-process measurement)의 두 종류가 있다. 정밀 가공시에는 절삭열의 영향을 받으므로 종료 후 계측을 주로 이용한다. 불량손실을 줄이기 위해서는 기계에 피드백(feed-back)하면서 가공하는 가운데 계측하는 방식이 일반적이다. 가공중 계측은 가공물 혹은 공구를 대상으로 하고 가공수치 및 형상의 계측, 공구의 감시 등을 한다. 부품가공의 조립과정에서 감시장치는 그 대상에 따라 가공 프로세스의 감시장치, 제품 또는 공작물의 정밀도 감시장치, 공작기계의 진단장치 등으로 나눌 수 있다. (2) 반송설비 대규모 생산시스템의 자동화에는 각 공정을 결합하는 반송의 자동화가 필요하게 된다. 공장 전체의 FA를 추진할 경우, 컨베이어, 무인 반송차 등은 물류의 중심축으로서 컴퓨터에 의한 제어와 연결되어 생산시스템의 자동화에 일조를 기하고 있다. 가) 컨베이어 컨베이어(Conveyor)는 일반적으로 생산공장 자동화 라인에 사용되는 가장 기본적인 설비로 가격이 저렴하고 응용에 다양성을 지닌 반송설비이다. 방향전환 컨베이어, 턴테이블, 승강기, 파렛트 매거진(pallet Magazine), 디스펜서(empty pallet dispensor) 등의 기능을 추가함으로써 컨베이어는 다양한 물류의 해결방안을 제시한다. 컨베이어는 일반적으로 PLC(Programmable Logic Controller)에 의해서 제어되고, PLC와 상위 컴퓨터와 링크하여 운반물을 무인으로 이송하는 설비로 가장 많이 사용한다. 물동량이 많은 경우에도 사용이 가능한 컨베이어는 경량물 및 중량물에 상관없이 이용이 가능하다. 자동화 창고의 입출고 라인, 분류시스템(sorting), DPS, DAS 등 다양하게 적용할 수 있는 장점이 있다. 나) RGV RGV(Rail Guided Vehicle)는 컨베이어의 복잡하고 경직된 설비의 배치를 배제함으로써 간단하고 보전이 용이한 운반 시스템을 실현하고, 컨베이어에 대한 양호하고 경제적인 대안으로 사용된다. 운반에 대한 요구에 따라 하나의 시스템에 여러 대의 대차를 운영할 수 있다. RGV 시스템은 주행레일, 대차, 제어장치로 구성되어 있으며, RGV레일은 직선형 또는 원형으로 구성할 수 있다. 분산시스템으로 제어되며 시스템의 변화에 따라 확장이 용이한 장점을 갖고 있다. 다) AGV AGV(Automated Guided Vehicle)란 일반적으로는 『무인 운반차』라 번역한다. 무인 운반차란 사람손 또는 자동에 의해 화물을 적재, 또는 그 대차를 견인해서 지정된 장소까지 자동 주행하고 수동 또는 자동에 의해 짐을 내리게 하는 무궤도 대차를 말하며, 무인 견인차, 무인 포크리프트 등을 총칭하여 말한다. 주로 축전지 에너지를 이용하여 움직이며 지정된 경로를 변환 검출소자에 의해 안내 받아 운반하는 시스템의 일종이다. 컨베이어나 RGV와는 달리 자유로운 궤도 설정이 가능하고 목적에 맞는 이재장치를 쉽게 결합할 수 있으므로 주변기기와 연결 및 시스템 확장시 수정이 용이한 장점을 지니고 있다. (3) 자동화 창고(AS/RS; Automatic Storage-Retrieval System) 자동화 창고(AS/RS:Automatic Storage-Retrieval System)란 FMS에서 자주 사용되는 정보창고, 다시 말하면 컴퓨터에 의해 자동제어되는 입체창고이다. 자동화 창고의 주요 구성요소로서는 물건을 보관하는 랙(Rack)과 랙간을 이동하면서 팔레트에 적재된 물건을 넣고 꺼내는 역할을 하는 스태커 크레인(Stacker Crane), 그리고 이들을 제어하는 컴퓨터의 세 부분으로 구성된다. 스태커 크레인은 목적지 제어 등을 행하는 마이크로 컴퓨터가 탑재되어 있으며, 창고 전체의 관리용 컴퓨터는 광통신 등에 의해 결합되어 있다. 소재, 반제품, 부품의 입출고가 발생할 때는 비어 있는 상태, 출입의 빈도, 그 밖의 여러 조건을 고려하여 관리용 컴퓨터가 적합한 랙을 스태커 크래인에 지시하게 되므로 작동을 시작한다. 스태커 크래인은 일반적인 크래인에 비해 고속도, 정지위치의 정확성, 고 신뢰성 등이 요구된다. 제어방식은 스태커 크래인에 운전자 탑승하여 조작하는 매뉴얼 컨트롤 방식과 설정기에 의해 조작하는 리모트 컨트롤 방식이 있는데, 자동화 창고 시스템의 경우는 컴퓨터 컨트롤 방식이 주로 사용된다. 컴퓨터는 자동화 창고 및 주변설비의 제어, 생산라인의 일정계획, 재고관리, 입출고 작업지시, 장표의 작성, 주변설비의 동작지시 등 외에 상위계층의 컴퓨터가 결합되어 있으면 이에 대한 정보의 입출력이 필요하며, 특히 기계가공, 조립, 운반, 공장 내 정보 네트워크 등의 각종정보의 입출력이 필요하다. 자동화 창고는 선입선출(FIFO) 및 적재율을 최대화 할 수 있는 것이 최대의 장점이다. 단지 보관만을 위한 창고보다는 생산라인과 연결되어 자동 입/출하 시스템, 혹은 생산라인 중간에 버퍼창고로서의 기능으로 구성하여 보관 및 작업연계를 정확/신속하게 할 수 있다. 각종 반송설비를 적절하게 이용함으로써 다양한 방식으로 시스템을 구성할 수 있어 입/출고 방향의 다양성, 적절한 출하시점 관리 등을 실현할 수 있다. 3. FA에서의 컴퓨터 지원 기술 FA를 실행하기 위해서는 NC공작기계, 산업용 로봇 등 제조현장의 자동화 외에도 생산설계, 관리의 자동화가 요구된다. 그리고 생산설계, 관리, 가공, 조립, 시험·검사, 반송 및 보관의 각 기능 등을 네트워크 시스템에 의해 유기적으로 연결시킬 필요가 있다. 이들 기술을 결합하기 위해서는 컴퓨터에 의한 지원기술이 필요하다. FA에서의 컴퓨터 지원기술로서는 물류의 흐름을 지원하는 CAM(Computer Aided Manufacturing), 제품설계의 CAD(Computer Aided Design), CAD/CAM을 더욱 발전시킨 CAE(Computer Aided Engineering), 기술정보 흐름 중 생산계획으로서의 MRP(Material Requirement Planning) 등을 들 수 있다. ◆ CAD/CAM CAM은 CAM-I(Computer Aided Manufacturing-International)의 정의에 따르면 회사의 물적 또는 인적자원에 관하여 직접, 간접으로 컴퓨터 공유 데이터를 사용하여 제조의 특징인 관리 및 통제작업을 효율화하는 컴퓨터 이용기술이라고 말할 수 있다. CAM에서의 컴퓨터 적용기술은 다음과 같이 크게 두 가지로 구분할 수 있다. =직접이용 컴퓨터를 제조작업의 감시 및 제어에 직접적으로 이용한다. =간접이용 컴퓨터와 제조공정 및 설비가 직접적으로 연결되어 있지 않으므로 생산관리, 일정계획, 작업표준 개발을 컴퓨터에 의해 설비 및 제조작업에 직접적으로 이용한다. CAD는 설계의 고안 및 수정을 행하기 위해 컴퓨터를 유효하게 이용하는 설계활동을 말하며 그 역할은 설계자의 생산성 향상과 제조 데이터 베이스 확립에 있다. CAD의 기능에 의해 작성된 설계정보를 기초로 CAM기능에 의한 테이프를 작성하고, 이 테이프를 이용하여 NC공작기계군이 제품을 가공하는 일관된 흐름을 CAD/CAM시스템이라고 파악할 수 있다. 현재는 CAM과 CAD를 분리해 생각하기보다는 두 가지 시스템을 일체화하여 논하는 경우가 많다. CAD를 이용하여 신제품 등을 설계하는 경우 데이터 베이스에 보관된 비슷한 설계사례의 순간검색, 도면변경 작업의 간략화, 다수의 설계안에 대한 검토 등을 할 수 있다. 또한 해석을 위한 컴퓨터 시뮬레이션 등은 플롯타입(시작모델)의 작성이 필요없게 되므로 검토시간의 단축을 가능하게 한다. 결과적으로 검토단계에서의 시간, 노력 및 투자 절감에 공헌하게 된다. 그리고 생산하는 데 필요한 형상, 규격, 위치, 공차 등 정보관리에 대해서도 종래에 비해 정확하고 신속하게 처리할 수 있다. 또한 CAM과의 유기적 결합에 의해 제품의 목표로 설정된 설계품질뿐만 아니라 제조된 제품의 실제품질로서 제품품질의 기간단축 효과를 올릴 수 있고, 그 결과로 제품의 시장확대에 연결될 뿐만 아니라 설비투자, 인건비 절감 등 경제적 효과도 기대할 수 있다. ◆ CAE CAD(Computer Aided Engineering)는 본래 의미로 말하면 설계에 역점을 둔 것이지만 실제는 도면 작성에 중점을 두고 있다. 여기서 디자인 시스템을 지향하는 CAE라는 통합된 개념이 등장하게 되었다. CAE개념은 기본설계에 컴퓨터를 이용한다는 좁은 의미의 설계로부터 기술정보 및 생산관리정보와 더불어 제조라인의 제어까지 포함한 컴퓨터에 의한 총괄적인 처리를 나타내는 넓은 의미까지 포함한다. 좁은 의미의 CAE는 컴퓨터 내부에 설계안을 모델링하고 이 모델을 이용하여 시뮬레이션, 해석, 평가를 내려 가장 좋은 안을 결정한다. 그리고 이 안을 CAD/CAM으로 넘겨 상세설계, 도면작성 그리고 NC테이프를 작성한다. ◆ CAPP CAPP(Computer Aided Process Planning:컴퓨터지원 공정설계)는 설계 부문에서 작성된 도면에 대해 ‘도면내용을 어디서, 어떠한 조건으로, 어떤 순서로 작성하면 좋은가’ 등의 공정순서와 작업조건을 결정하고 공정표 및 작업표준 등을 작성한다. CAPP에서 작성된 공정표와 작업표준이 MRP와 CAM으로 보내지고 생산계획과 작업계획에 사용되어 필요공구를 확보하고 필요기계의 이동계획을 만든다. 그리고 작업표준에 따라서 NC프로그램과 치공구(Jig and Tool)의 준비가 이루어지고 자동가공과 조립이 전개된다. ◆ MRP MRP(Material Requirements Planning:자재 소요량 계획)는 제품의 생산계획에 기초한 원재료 및 부품으로부터 최종제품에 이르기까지 각각의 소요량과 시기를 설정하고 계획을 세우는 방법이다. MRP의 목적은 자동화 생산시스템에 대해서 각 기간에 필요한 최적의 수요량을 정하는 것이며, 각 재고 품목에 관한 알맞은 발주(order) 또는 납품(delivery)을 위한 정보를 얻고 이에 따라 자재의 조달과 생산을 적절히 행하는 것이다. 여기서는 품목의 식별번호, 발주량, 발주일, 납기의 데이터를 기초로 해서 어떤 품목의 수량을 어느 날까지 납입해야 하는가의 오더를 발행하는 작업과, 발주량의 증가와 감소, 오더의 취소, 선납과 연기, 오더의 정지 등 미리 보낸 데이터를 수정 및 변경하는 작업 두 가지가 있다. 자동화가 부분적으로 진행된 공장이라도 어떤 재료가 언제 얼마나 필요한가 하는 계획성을 기초로 하여 생산해내지 않는다면 자동화의 의미가 없다. MRP시스템은 이러한 계획을 수립하기 위해 설계된 것이라고 할 수 있다. 4. FMS FMS(Flexible Manufacturing System:유연 생산 시스템)는 FA의 일부를 구성하고 있는 시스템으로 일반적으로 기계가공을 하기 위한 NC공작기계군, 공작물의 자동탈착과 자동반송을 행하는 설비, 이들 설비 전체를 제어하는 컴퓨터를 포함한 생산자동화 시스템이라고 할 수 있다. 이는 지금까지 기술한 FA에 관한 각종 지원기술 중에서 제조부문에만 한정한 것(CAM은 포함되지만 CAD와 CAPP는 포함되지 않는다)이라고 할 수 있다. 다만 FA와 FMS가 다른 점은 FA는 그 적용범위가 제조업 전체인데 비하여 FMS의 경우는 대량생산과 소량생산의 간격을 메우는 기계가공과 조립에 한하여 적용된다. NC공작기계와 산업용 로봇으로 구성되는 FMS의 최소단위는 FMC(Flexible Manufacturing Cell:플렉시블 가공 셀 또는 플렉시블 생산 셀)로 불린다. 최근에는 FMS의 순서에 따라 도입하는 경향이 있다. 특히 중소기업에 있어서는 시스템의 규모, 원가 등을 고려하여 이와 같은 경향이 뚜렷이 나타나고 있는데, 어쨌든 FA에 있어서 FMS의 도입은 필수 불가결한 것이다. 제조공정의 자동화에 의해 생산효율이 향상되며, 관리정보와 기술정보가 완전히 결합되어 통합된 일괄시스템이 구축되어 정보의 일원화가 실행된다. 각 서브시스템은 유기적으로 결합되어 전체로서 시스템을 형성한다. 종래의 생산시스템과 FA간의 큰 차이는 일관된 정보가 흐르는지의 여부에 있다고 말할 수 있다. 5. FA의 실현에 필요한 기능 위의 표와 같다. 6. FA를 구성하는 기술 FA는 각종 서브시스템과 기기들이 통합됨에 따라 구성된 시스템이다. FA를 구성하고 지원하는 기술로는 ①NC공작기계 ②산업용 로봇 ③자동감시 장치 ④자동반송기 ⑤자동화 창고 ⑥CAD/CAM 등의 컴퓨터 지원 ⑦FMS(유연 제조시스템) 등을 들 수 있는데 이에 대한 구성기술은 <그림7>과 같다. 7. CIM 정보기술을 어려운 환경 속으로 끌어들여 활용하는 것은 컴퓨터를 이용한 정보시스템과 제조업의 통합을 의미한다. 이 같은 통합의 시도가 바로 컴퓨터통합생산, 즉 CIM(Computer Integrated Manufacturing)이다. 최근 CIM은 전세계적으로 높은 관심을 불러일으키고 있고, 우리나라의 많은 기업들도 그에 못지않은 투자를 아끼지 않았다. CIM은 세계의 기업환경이 요구하는 유연성 있는 생산시스템으로서 종래의 소극적인 생산방식을 탈피한 적극적인 생산방식이라 할 수 있다. 즉 수주에서 제품의 출하까지 일련의 생산활동을 유기적으로 연결하여 물품과 정보변화의 흐름을 신속하게 파악하고 적절하게 대응할 수 있는 생산방식이 CIM이다. 최근까지 NC공작기계와 산업용 로봇으로 대표되는 FA기기의 수요는 확대되어 왔다. 그 결과 많은 기업에서는 FMS로 대표되는 생산시스템의 부분적인 합리화가 상당한 수준까지 발전되었다. 그러나 세계경제와 시장요구의 변동에 대응할 필요성이 생겼으며, 고도성장을 이룩해 낸 많은 제품과 상품이 성숙기에 들어섰다. 또한 세계적으로 볼 때 공급능력이 수요량을 훨씬 상회하는 상황이 되었다. 이런 경향은 앞으로도 계속되며 제조업을 둘러싼 환경은 점점 어려워 질 것이다. 이와 같은 산업환경에서 생존하기 위해서는 제품의 성능과 가격만이 아니라 납품기일과 서비스 같은 비가격 경쟁사항도 중요하다. 이에 따라 컴퓨터 기술활용에 의한 생산시스템의 혁신 이외에 다른 대안이 없다는 인식이 일반적이다. 게다가 앞서 언급한 부분적인 합리화와 시스템화를 광범위하게 확대해 갈 필요성이 높아짐에 따라 CIM을 지향하고 있다고 생각되며, 이를 위한 필요조건으로 정보처리 기술의 진보는 필수적이라 하겠다. 또한 많은 기업들이 FMS 및 CIM을 도입하여 많은 성공사례를 만등어 냄과 동시에 최근에는 ERP(Enterprise Resource Planning)시스템을 도입하여 더욱 더 효과적으로 인적, 물적자원 및 정보의 관리를 꾀하고 있다. 구매 및 재고관리(Material Management:MM), 생산계획 및 관리(Production Planning & Control:PP) 등의 ERP시스템의 여러 가지 모듈과 연동하는 사례도 많이 등장하고 있다. (진코퍼레이션 제공) <저작권자 ⓒ 월간 물류매거진(www.ulogistics.co.kr) 무단전재 및 재배포금지> |
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