1.1 생산시스템(Production System)

제조실행시스템(MES)은 제조 현장의 생산 프로세스를 실시간으로 모니터링하고 제어하는 소프트웨어 기반 시스템입니다. 생산 계획, 작업 지시, 자재 관리, 품질 관리, 생산 실적 분석 등 다양한 기능을 제공하여 제조 효율성을 높이고 생산 비용을 절감하는 데 도움을 줍니다.

제조실행시스템

1.1.1 생산시스템의 개요, 특징

기업이 경영활동을 유지하기 위해서는 개발(R&D), 구매, 제조, 물류, 마케팅, 판매, 서비스, 경영관리의 다양한 기능을 수행해야 한다. 비즈니스 모델에 따라 특정 기능만을 수행하는 기업이 있을 수는 있지만, 전통적으로 최고의 이익을 얻기 위해 기업의 최소한 다음 4개의 목적을 가져야 한다.

• 최상의 고객 서비스 제공
• 가능한 적은 생산 비용
• 가능한 적은 재고 투자
• 가능한 적은 유통 비용

판매의 목적은 수입을 관리하고 증가시키기 위해 가능한 최상의 고객 서비스를 제공해야 한다. 이 목적을 달성하기 위한 방법은 다음과 같다.

• 고객이 원하는 제품이 항상 준비될 수 있게 많은 재고 유지
• 재고가 없는 품목을 빨리 생산하기 위해 진행 중인 다른 생산을 중지
• 제품을 고객에게 빨리 전달하기 위해 광범위하고 비싼 물류시스템 구축

 
제조는 가능한 운영 비용을 최소화해야 한다.

• 적은 제품을 한 번에 많이 생산하기 위해서는 장비 교체를 적게 하고 전용 장비를 사용하여 제품을 만드는 비용을 최소화
• 원자재와 재공재고(WP)를 많이 보유하여 자재 결품에 따른 생산의 중단을 방지

 
경영관리는 투자와 비용을 최소화해야 한다.

• 재고 비용이 최소화되도록 재고 절감
• 공장과 창고의 수 축소
• 장기간 생산을 통해 많은 양을 생산
• 고객의 주문이 있을 때만 제조

 
생산시스템이란 기업 내의 제조공정을 효율적으로 수행하기 위한, 사람과 설비 및 일하는 방법인 업무 프로세스의 집합을 일컫는다. 부품이나 제품 등의 제조공정에 시스템이란 용어를 사용하는 이유는 제품이 복잡해졌고 제조공정도 과거에 비해 복잡도가 커졌기 때문이다.
 
또한 작업자의 수가 늘고 수작업이 아닌 설비에 의한 자동화의 수준도 높아진 연유이다. 아울러 고객에게 최상의 서비스를 제공하기 위해 더욱더 신속한 계획의 수립 및 변경이 요구되고 공정 간의 조화가 필요하다. 앞으로도 제조공정의 자동화 수준이 높아질수록 시스템적인 접근이 더욱더 필요하리라 예상된다.
 
지금까지의 대표적인 생산시스템으로는 PUSH 방식으로 미국에서 많이 활용되는 MRP와 PULL 방식으로 일본에서 많이 사용하는 JIT가 있다. 미국은 지난 120년 동안 제조업을 통하여 국가경쟁력을 향상했고, 일본 또한 제조업을 통하여 제2차 세계대전 후 부흥의 기회를 맞이했다. 도요타 생산시스템이 대표적인 JIT의 활용 예이다.
 
이제는 우리나라도 제조업에 있어서 무서운 경쟁자로 떠올랐고 최근에는 중국이나 인도가 경제발전을 바탕으로 제조업의 강국으로 떠오르고 있다. 우리나라를 비롯한 이런 나라들에 최적화된 생산시스템이 소개될 날도 멀지 않아 보인다.
 
현대 제조공정에서 생산시스템은 대부분 설비엔지니어, 공정엔지니어, 작업자 등 인간이 포함되며, 공정에 인간이 개입되는 수준에 따라 수작업시스템(manual), 반자동시스템(semi-auto), 자동시스템(auto)으로 나뉜다.
 

수작업시스템

자재의 운반도 사람에 의해 이루어지며, 인간의 힘과 기술로 조작되는 공구를 사용한다. 하나 이상의 작업을 수행하는 한 명 또는 그 이상의 작업자로 구성된 시스템이다. 자재나 반제품을 고정해 주는 지그 등이 사용될 수 있으며, 조립라인에서 각자의 공구를 가지고 작업을 하는 경우가 해당된다.
 

반자동시스템(작업자-기계시스템)

작업자가 동력으로 구동되는 기계를 조작하는 것으로 생산시스템에서 가장 널리 사용되는 형태이다. 주문받은 부품을 가공하기 위해 선반을 조작하거나 컨베이어에 의해 작업물이 이동하고, 각 작업장에서 전동공구로 조립작업을 수행하는 작업자로 구성된 조립라인이 이에 해당한다.
 

자동시스템

작업자의 직접적인 개입 없이 설비에 의해서 공정이 수행되는 시스템을 말한다. 제어기와 결합된 프로그램을 사용하여 자동화가 이루어지며, 반자동시스템과 구분이 모호한 경우도 있다.
 
완전 자동화의 예로는 석유화학 공장이나 원자력발전소 등을 들 수 있는데, 작업자들이 능동적으로 공정에 참여하지 않고 가끔 설비를 조정하거나 주기적인 유지보수 업무를 수행하며 고장이나 이상이 발생했을 때 조치를 취하는 일을 한다.
 
기업의 생산활동은 원자재나 부품을 제품으로 전환하기 위한 인력, 설비, 자재, 에너지 등의 관리 활동이다. 크게 생산관리, 설비관리, 품질관리, 재고관리의 4가지 영역으로 이루어지며 계층구조를 이루고 있다.

• Level 0은 모터나 계측기기, 센서, 필드기기 등을 포함하는 물리적인 생산공정이다.
• Level 1은 거의 실시간(1~20㎳)으로 단위장치(액추에이터)를 제어한다. 센서 스위치나 전기신호를 통해 설비 계기에서 감지된 정보를 바탕으로 PLC나 DCS를 활용하여 단위장치를 조작함으로써 해당 동작을 수행한다. 
• Level 2는 시간, 분, 초 단위로 생산공정을 모니터링하고 제어한다. 자동화된 라인에서 공정설비제어나 물류제어의 역할을 담당한다. 생산관리는 Level 3에서 주로 수행되며 작업지시와 생산실행이 포함된다. 설비관리와 품질관리도 Level 3에서 수행되며 품질관리에는 품질보증 활동이 포함된다. 재고관리는 원자재와 재공품(WIP), 완제품관리를 포함한다.
• Level 3에서는 원하는 최종 제품을 만들기 위한 Work flow/ Recipe가 일, 시프트, 시간, 분 단위로 관리되며, 생산을 위한 모든 정보가 MES를 통하여 관리되고 활용된다.
• Level 4에서는 판가관리, 주문관리, 출하관리를 포함하는 경영계획 범위 안에서 월별 수요공급계획과 주 단위 공급계획 및 일 단위 실행계획을 수립하게 된다. 마케팅, 영업, 생산, 구매 등 물동운영 관련 부서가 참여하여 생산계획과 자재소요량, 선적을 포함한 운송 및 보유재고 수준을 결정하게 된다.

---

1.1.2 생산방식에 의한 제조업 분류

제조업의 유형은 생산방식, 재고정책, Supply Chain상의 위치 등 여러 가지로 분류할 수 있으나 산업공학에서 분류하는 공정에 따른 생산방식별 구분이 가장 일반적이라고 할 수 있다. 이는 제품의 다양성과 생산량이 기준이 되는데, 연속생산, 단속생산(Batch/Cell/Job shop), 반복생산, 프로젝트생산으로 나뉜다.
 
서로 다른 설비유형 사이에 중복영역이 존재할 수는 있지만 설비유형과 배치형태별로 구분해 볼 수 있다. 연속생산과 단속생산 중 배치(Batch), 잡숍(Job shop)은 공정별 배치형태(Process Layout)를 띠고, 셀(Cell)은 셀 배치형태를 띠고, 반복생산은 제품별 배치 형태(Product Layout)를 띤다. 공정별 배치형태를 보이는 잡숍은 고정위치 배치형태도 가질 수 있다.
 

연속생산(Continuous Production)

공정의 특성상 가동을 중지하고 새로 시작하는 데 많은 비용과 시간이 소요되므로 24시간 계속적으로 가동되어야 하며 이를 위해 필요한 정보 전반을 실시간으로 관리해야 한다. 공정 간 연결성과 연속/반복적 특성이 가장 강하며, 생산 흐름이 고정되어 있고 제품의 다양성이 최소이며 생산량이 최대이다.
 
고도로 자동화된 설비를 효율적으로 운영할 수 있는 공장운영시스템이 필수이며 작업자가 생산활동을 하는 것이 아니라 장비와 절차를 감시하는 생산형태로 실시간으로 생산현장을 감시하는 시스템 구축이 필요하다. 설비는 공장 전체 운영을 좌우하는 핵심 관리 항목이며 효율적인 공장운영을 위해 자동화와 정보를 통합할 수 있는 기간시스템이 필요하다.
 
연속생산은 프로세스 구조에 의해 스케줄링을 하기 때문에 MRP 기능보다는 장기생산계획과 흐름생산일정계획 기능이 중요하고, 계획이 공정제어 장비와 동적으로 연계될 수 있는 구조가 필요하다.
 

단속생산(Intermittent Production)

단속생산 범위는 배치생산, 잡숍생산, 셀생산까지를 포함하며 보통 반복생산의 특징인 조립라인과 이산생산 방식인 가공 Shop으로 구성된다. 각 공정 간 일정계획 및 능력계획이 유기적으로 연계되기 위해 생산진행이 오더 단위로 트래킹(Tracking)되고 생산 리드타임(L/T)이 길고, 재공재고가 많아 정교한 작업 스케쥴링이 필요하다.
 

반복생산(Repetitive Production)

라인생산 방식이나 이산생산(discrete) 방식으로도 불리는데 라인별 반복생산으로 택트타임(Tact time) 방식에 의한 반복 생산기법을 제공한다. 소비자의 수요에 맞게 다양한 제품을 적기에 생산해야 하므로 수요예측이 필요하고, 준비 교체 및 대체공정 수행 비용이 연속생산에 비해 낮고, 생산비율을 조정해서 생산량을 조정한다. 많은 부품을 최종 제품의 납기에 맞게 조달하고, 라인을 적절히 운영하여, 최소의 생산 비용으로 소비자의 수요에 맞추어 제품을 적기에 생산하는 것이 중요하다.
 

프로젝트생산(Project Production)

제품이 각기 소비자의 욕구에 따라 다르므로, 자재 조달계획이 어렵지만 구매 또는 생산 리드타임이 긴 반제품에 대해 수요를 예측해서 생산 리드타임을 줄이는 것이 중요하다. 프로젝트 제품의 일정에 맞는 수행을 위해서 융통성 있고 신속한 프로젝트별 생산일정계획이 중요하다. 제품이 고정되고 설비가 이동하여 작업하는 형태가 많고, 특히 조선/ 항공 부문은 조립/ 가공 작업관리 기능도 중요한 요소이다.

---

1.1.3 생산전략과 납기소요시간(Delivery lead time)

기업의 모든 부서가 승리하기 위해서는 시장의 요구를 만족시키고 적시납기를 제공하기 위한 전략을 가져한 한다. 기업의 입장에서 보면 납기소요시간은 제품 오더를 받아 납품하는 데까지 걸리는 시간을 말한다. 고객 입장에서는 오더를 준비하고 운송에 소요된 시간까지를 포함할 수도 있다. 고객은 납기소요시간을 가능한 짧게 원할 것이고, 기업에서는 이것을 만족시키기 위해 4가지 기본 전략을 가진다.

• MTS: Make-to-Stock(전망생산)
• MTO: Make-to-Order(주문생산)
• ATO: Assemble-to-Order(주문조립생산)
• ETO: Engineer-to-Order(주문설계생산)

제품설계, 납기소요시간, 재고 상태에 대한 고객과의 관계는 각 전략에 따라 영향을 받는다.
 

MTS(Make-to-Stock, 전망생산)

공급자가 제품을 생산하여 완성된 상품재고를 판매하는 것을 말한다. 납기소요시간이 가장 짧다. 고객은 제품설계 단계에 거의 참여하지 않는다.
 

MTO(Make-to-Order, 주문생산)

고객의 주문이 들어오기 전에는 공급자가 생산에 들어가지 않는다. 주문 접수 후 원자재의 가공, 반제품의 생산, 완제품의 조립이 이루어지는 방식으로, 고객이 원하는 부품을 사용하여 최종 제품이 만들어지기도 하지만 대부분 표준 품목에 의해서 최종 제품이 생산된다. 설계시간이 절약되고 원자재에 대한 재고를 가져가므로 납기소요시간이 줄어든다.
 

ATO(Assemble-to-Order, 주문조립생산)

자동차 생산처럼 중요 모듈은 미리 만들어놓고 색상이나 옵션 등은 고객의 주문을 받아서 생산하는 방식을 의미한다. 납기소요시간은 제품조립을 위한 재고가 준비되어 있고 제품설계 시간이 필요 없으므로 더 줄어들 수 있다. 부품 선택사양을 위해 설계 단계로 고객의 참여가 제한된다.
 

ETO(Engineer-to-Order, 주문설계생산)

선박이나 항공기처럼 고객의 설계서가 독특한 기술적 특성이나 특수주문을 요구한 경우이다. 주문 접수 후 설계부터 시작해서 개발, 자재구매, 생산 및 조립, 유지관리를 하는 방식으로서 일반적으로 고객이 제품설계에 깊이 관여한다. 생산이 개시되는 시점까지 재고는 구매되지 않으며 제품설계의 리드타임까지 포함됨으로 4가지 생산방식 중 납기소요시간이 가장 길다.