공업경영학 industrial engineering · 2019-10-13 · •품질관리 •제조현장관리...

Industrial Engineering

Pukyong National University

Industrial

Engineering공업경영학

제5장.

제조시스템 및 자동화

https://iepknu.webnode.kr/

Part 2. 제조 및 서비스 시스템

http://iepknu.webnode.kr/



교재의 구성과 강의 내용

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Part 1. 산업경영공

학의 기반

• 1장. 산업경영공

학 개요

• 2장. 경제성 분석

• 3장. 데이터 정리

와 해석

• 4장. 경영과학

Part 2. 제조 및 서비

스 시스템

• 5장. 제조시스템

및 자동화

• 6장. 서비스 시스

템 및 기술경영

• 7장. 기업정보시

스템

Part 3. 시스템 설계

및 운영

• 8장. 제품계획

• 9장. 공정설계 및

분석

• 10장. 생산운영관

리

• 11장. 품질개선

및 관리

• 12장. 물류경영



[참고] 제조와 생산의 개념 차이

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제조 생산

※ 단, 우리 교재에서는 제조와 생산을 굳이 구분하지 않고 상호 호환적으로 사용하고 있다.



5.1 제조시스템

• 제조(manufacturing)와 제조시스템

– 인간의 욕구를 충족시키기 위하여 필요한 제품을 생산하고 서비스를 제공하는 행위이다.

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재료

[materials]

재료를 제품으로 바꾸기 위한 여러 가지활동

기계

[machines]노동력

[men]

지식과 기술, 전력, 공업용수method

(지식,기술,…)

money

제품(유형)

[product]

cf. 서비스 시스템 : 효용을 생산/제공하는 시스템

공정(process)

제조 시스템

생산의 3요소(공학)

노동,기계,재료+방법,자본[5요소]

생산의 3요소(경제학)

토지,노동,자본



5.1 제조시스템

(1) 제조시스템의 구성요소(p.148~)

① 생산기계• 재료를 완제품으로 변환하는 데에 사용되는 각종 장치

② 자재취급시스템• 재료의 적재, 운반, 장착, 탈착 등의 기능을 수행하는 장치

③ 컴퓨터시스템• 자동화된 제조시스템에서 자동 또는 반자동 장비를 제어, 관

리하는 컴퓨터 하드웨어 및 소프트웨어

④ 작업자(인적자원)• 제조시스템에서 각 기계를 조작하여 재료를 변환하는 작업을

수행하거나 공작물(=가공물)을 장착(=설치), 탈착(=제거), 공구교환등을 수행하는 근로자

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5.1 제조시스템

– 생산기계의 유형(자동화의 수준에 따라)

• 3가지로 구분

– 수동기계

» 공작물의 장착, 탈착

» 공구의 설치, 제거

» 가공 중의 기계 운전

– 반자동기계




– 완전자동기계




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사람

재래식 공작기계(선반 ,밀링, 드릴링머신 등)

사람

기계

기계

머시닝센터

CNC 선반

용어

<작업장> 완전자동기계 작업자+기계 수공구 사용 작업자가 일련의 작업을 수행하는 장소를 말함. 공구 매거진(Tool Magazine)과 자동공구교환장치

(ATC; Automatic Tool Changer)가 필수장치

수행 주체

https://youtu.be/NoB8XivdkSU

https://youtu.be/ppj-oBYaWrw

https://youtu.be/ktn5CKkAkIg



5.1 제조시스템

– 자재취급시스템

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공작물의 장착/탈착

한 기계에서 작업이 끝난 공작물을 다음 순서의 작업장으로 이동(운반)

작업자가 직접 운반 운반장치(포크 리프트 트럭 등) 자동화된 자재취급시스템(무인

운반차, AGVs)이 수행

공작물의위치결정

공작물 운반대(팰릿)

팰릿 고정구

32

1

기계이름 : 선반

기계이름 : 드릴링 머신



5.1 제조시스템

– 기타 자재취급시스템

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팰릿 고정구(▼) 팰릿[pallet](▼)

(▲) 공작물 운반구(carrier)

컨베이어(▼)

산업용 로봇(▲)



5.1 제조시스템

– 컴퓨터(제어)시스템• 파트 프로그램 D/L

• 자재취급시스템 제어

• 오류 진단

• 안전 감시 등을 수행

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자동화 공장(Automated Factory) <파트 프로그램의 예>

컴퓨터 시스템의 구체적 역할 예 AGV(Automated Guided Vehicle)

운행 제어 (경로, 강제 정지 등) 각 기계 및 장치들의 오류 감지 위험 감지 및 대처



5.1 제조시스템

– 인적 자원• 수작업 수행

• 기계를 조작하여 가공 작업 수행

• 공작물 장착 및 탈착

• 공구 교환 및 마모된 공구 재생

• 컴퓨터 운영자, 프로그래머

• CNC 공작기계의 파트 프로그래머

• 유지보수

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CNC 공작기계(반자동기계)와 머시닝센터(완전자동기계)의 차이

CNC 공작기계 : 다수의 공구를터릿(turret)에장착, 작업 순서에 따라 회전시켜 순차적으로가공공구의 교체는사람이 수행

머시닝 센터(machining center) : 공구 매거진(tool magazine)과 자동공구교환장치(ATC : Automatic Tool Changer)를 갖추고 있어 스스로 공구를 바꾸어가면서 자동적으로 가공을 수행할 수있다.



5.1 제조시스템

(2) 제조시스템의 분류(p.151~) & (3) 제조공정(p.153~)

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• 수동 작업장

• 반자동 작업장

• 완전자동 작업장

• 모델 다양성

• 단일모델 (반복,연속생산)

• 뱃치생산 (로트생산)

• 개별생산 (프로젝트,주문생산)

• 혼류생산 (로트 무의미)

• 단일 작업장

• 가변경로 다수작업장

• 고정경로 다수작업장

• 가공공정

• 형상화공정(고형화공정,분

말공정,변형공정,재료제거공

정)

• 성질향상공정

• 표면처리공정

• 조립공정

• 기타 공정

• 자재취급 및 보관

• 검사 및 시험

• 제어 및 통제

수행 공정의

유형

작업장의 수

와 배치

자동화 수준부품 및 제

품의 다양성

분류기준

(A)

(B)

(C)

(A)

(B)

(C)



5.1 제조시스템

(4) 제조지원시스템(p.156~)

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• 재고 관리

• 품질 관리

• 제조 현장 관리

• 일정 계획

• 공정 계획

• 자재 소요 계획

• 생산 능력 계획

• 설계 및 제도

• 시제품 제작 및 시험

• 3D 모델링 및 공학해석, 시뮬레이션 등

• 판매 및 마케팅

• 판매예측 및 주문처리

• 회계(원가/재무/세무)

• 수금 등

비즈니스 제품설계

생산통제생산계획

제조시스템



5.2 자재취급시스템

• 자재취급(MH : Material Handling)이란?

– 제조과정 및 자재의 소비와 폐기를 포함한 분배과정에 걸친 자재의 운반, 보관, 보호 및 통제이다.[defined by

MHIA(Material Handling Institute of America)]

• 자재취급 7 원칙

① 적은 비용으로

② 적절한 방법으로(적합한 운반 장비)

③ 필요한 시기에

④ 적절한 자재를

⑤ 적절한 양만큼

⑥ 적절한 장소에

⑦ 손상이 없이

공급하여야 한다.

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(1) 자재취급장비 유형(p.157~)

① 운반장비

• 공장 내부나 창고 또는 다른 설비에서

물자의 운반에 이용되는 장비를 통칭한다.

– 산업용 트럭

– 무인운반차량(AGV: Automated Guided Vehicles)

– 모노레일과 기타 궤도를 따라 움직이는 차량

– 컨베이어

– 크레인과 호이스트

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산업용 트럭(무동력트럭)

산업용트럭(동력트럭)

무인운반차량

Overhead Trolley

ConveyorConveyorHoist

궤도를 따라 움직이는 차량

Crane




(1) 자재취급장비 유형② 보관장비 : 각종 물자(재고)를 보관하는 데에 사용되는 설비

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재료(materials)

변환 공정(processes)

제품(product)

필요한 치수로절단하기

테두리를 따라구멍 뚫기

가운데에서 구부리기

1 2 3절단작업 드릴링작업 굽힘작업

L형 판금 제작 공정

원자재 재고 완제품 재고

공정중 재고




(1) 자재취급장비 유형② 보관장비 : 각종 물자(재고)를 보관하는 데에 사용되는 설비

• 보관 방법의 종류

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산적(bulk) 보관- 팰릿, 용기에 담아 바

닥에 쌓아 보관- 보관 장비 거의 불필요- 후입선출(LIFO) 불출

서랍식 보관시스템- 서랍을 열면 물품 확인 용이- 주로 소형물품, 공구 등의 보관

자동보관시스템- 자동창고 / 회전랙의

2가지 유형

랙(rack) 시스템- 단위하물- 수직 보관 효율

향상

선반(rack)과 빈(bin)- 다양한 물품 보관- 개별품목 보관(빈)- 보관 물품 확인 불편




(1) 자재취급장비 유형③ 단위화 장비

• 개별 품목을 담아서 취급할 수 있는 컨테이너와 그 컨테이너에 개별품목을 적재(palletizing)하고 포장(wrapping)하는 장비를 지칭한다.

– 컨테이너 : 팰릿, 상자, 바스켓, 배럴, 들통, 드럼통 등

• 단위하물을 구성하는 설비이며, 효율적인 운반을 가능하게 한다.

– 단위하물(unit load) : 여러 개가 모여 하나의 취급 단위를 이루거나, 수작업으로 움직이기엔 너무 커서 장비를 이용하여 취급하여야 하는 취급 단위

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랙에 보관되어있는 단위하물

자동창고에 보관되어 있는 단위하물

단위하물을 만들어주는 단위화 장비

(palletizer)

https://youtu.be/ls59y359CWM




– 컨테이너

» 팰릿(pallet), 상자(bin), 배스킷(basket), 배럴(barrel), 들통(pail), 드럼통(drum) 등

– 단위화 장비

» 개별 품목을 담아서 취급할 수있는 컨테이너와 그 컨테이너를적재하고 포장하는 장비 일체를가리킴[즉, 단위하물화 장비].

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단위 하물의 예(unit load)

Palletizer and wrapping system




(1) 자재취급장비 유형④ 식별과 추적 장비

• 운반 중이거나 보관 중인 물품을 인식하고 위치 등을 파악하기 위한설비를 지칭한다.

• 식별 및 추적 방법

– 레이블(label)

– 바코드(bar code), QR 코드

– RFID chip

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https://youtu.be/ls59y359CWM




(2) 자동보관시스템– 자동창고시스템(AS/RS: Automated Storage/Retrieval System)

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S/R machine(Storage/Retrieval machine)일종의 크레인.

•

• 입/출고 스테이션 단위하물의 입고 및 출고 명령

을 입력(수동) 컨베이어 시스템, 무인운반차

(AGV)와 연동 운영(자동)

저장랙(storage rack)

(P/D station, Pickup-and-Deposit station)

랙 구조물과 x-y-z 3축으로 움직이는 저장/불출장치(S/R machine)로 이루어져 있다.- 작업자가 S/R 기계를 직접 조종하는 수동형과 컴퓨터에 의

해 제어되는 자동형 등 다양한 방식이 있음.




(2) 자동보관시스템– 회전랙 시스템(캐러젤: Carousel)

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수직형 캐러젤 수평형 캐러젤

주로 작은 크기의 물건을 보관하며, 공간의활용도를 극대화하기위한 목적으로 사용됨.



5.3 제조시스템의 자동화

(1) 자동제조시스템 및 제조지원시스템

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자동조립시스템

부품 가공용 자동공작기계(머시닝센터 등)

산업용 로봇시스템 제조공정과 통합된 자동자재취급 및 창고시스템

자동검사시스템

제품설계생산계획생산통제

영업/마케팅자재구매재정지출기타 등등

제조지원시스템

자동제조시스템

CIM (Computer Integrated Manufacturing)




(2) 산업용 로봇– 정의

• 다양한 일을 수행하기 위하여 프로그램된 다양한 움직임을 통해 재료, 부품, 공구 또는 특수한 기구를 다루도록 설계된 프로그램 수정이 가능한 다기능 조작기기(미국 로봇협회)

– 주요 구성 요소

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엔드 이펙터

(gripper)

피드백

장치

조작기

(robot arm)

제어기

(controller)

동력 공급

장치

[=로봇팔]링크 기구와 관절로 이루어져 다양한 동작을낼 수 있게 해준다.

로봇팔의 끝에 부착되는 손이나집게, 도구 등을 지칭하며, 실질적인 작업을 수행하는 부분이다.

로봇팔이나 엔트 이펙터의 위치를 감지하고, 제어기에 신호를 전달한다.

로봇팔과 엔트 이펙터의움직임을 조정한다.




(2) 산업용 로봇– 로봇의 기하학적 운동 특성에 따른 종류

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직교좌표형

다관절형

로봇팔의 활동영역: 직6육면체

로봇팔의활동영역:

원기둥 로봇팔의 활동영역: 구면

로봇팔의 활동영역: 사람의 허리,어깨,팔꿈치를 구현(인간 작업자와 가장 유사한 동작 구현 가능)

원기둥좌표형 극좌표형




(2) 산업용 로봇– 로봇의 엔트이펙터 종류

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그리퍼

공구 전자석

용접봉

진공흡판

용접전극




– 수치제어(Numerical Control)• 정의

– 문자와 숫자로 이루어진 프로그램에 의하여 공작기계나 기타 장비의 동작을 제어하는 프로그램 기반 자동화 기술

• NC 기술의 대표적인 적용 분야– 공작기계(절삭가공)

– 기타 금속가공 : 프레스가공, 굽힘 가공, 용접

– 산업용 로봇

– 조립 : PCB(Printed Circuit Board) 조립

– 제도 : 플로터를 사용한 도면 출력

– 검사 및 측정 : CMM(Coordinate Measuring Machine)

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– 유연생산시스템(FMS: Flexible Manufacturing System)• 정의

– ①자동화된 자재반송시스템에 의해 서로 연결되고, 각종 ②수치제어 공작기계로 구성되며, ③컴퓨터에 의해 통제되는 생산시스템으로, ④AS/RS와 통합하여 구성된다.

• 시스템 개념도

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Machining

Centers

자동화된 자재반송시스템: 무인운반차(AGV)



5.4 컴퓨터통합생산

• CIM(Computer Integrated Manufacturing)

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정의

설계, 조달, 주문 처리,생산 계획, 관리 등을포함한 제조 및 지원 활동들을 컴퓨터 시스템을 사용하여 서로 연결,결합하여 자동화한 생산시스템이며,

이점

고객 주문이나 제품 변화에 신속하게 대응

직접 노동비 절감

고품질 제품 생산

단점

높은 초기 투자비용

완전한 실현에 한계

Computer-aided design

(설계 자동화)

Computer-aided manufacturing (가공자동화)

AGVs & Robots

(자재 취급 자동화) Robots (조립 자동화) Robots (검사 자동화)

ASRS (저장 자동화)

Office Management (생산계획,일정계획, 구매,

품질 관리, 배송 등)

Flexi

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공업경영학 industrial engineering · 2019-10-13 · •품질관리 •제조현장관리...

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