Industrial Engineering
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Industrial
Engineering공업경영학
제5장.
제조시스템 및 자동화
https://iepknu.webnode.kr/
Part 2. 제조 및 서비스 시스템
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교재의 구성과 강의 내용
2019-10-13 2
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
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[참고] 제조와 생산의 개념 차이
2019-10-13 3
제조 생산
※ 단, 우리 교재에서는 제조와 생산을 굳이 구분하지 않고 상호 호환적으로 사용하고 있다.
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5.1 제조시스템
• 제조(manufacturing)와 제조시스템
– 인간의 욕구를 충족시키기 위하여 필요한 제품을 생산하고 서비스를 제공하는 행위이다.
2019-10-13 4
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
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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
2019-10-13 5
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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
» 공작물의 장착, 탈착
» 공구의 설치, 제거
» 가공 중의 기계 운전
– 완전자동기계
» 공작물의 장착, 탈착
» 공구의 설치, 제거
» 가공 중의 기계 운전
2019-10-13 6
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
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5.1 제조시스템
– 자재취급시스템
2019-10-13 7
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
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5.1 제조시스템
– 기타 자재취급시스템
2019-10-13 8
팰릿 고정구(▼) 팰릿[pallet](▼)
(▲) 공작물 운반구(carrier)
컨베이어(▼)
산업용 로봇(▲)
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5.1 제조시스템
– 컴퓨터(제어)시스템• 파트 프로그램 D/L
• 자재취급시스템 제어
• 오류 진단
• 안전 감시 등을 수행
2019-10-13 9
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
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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
2019-10-13 10
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.
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5.1 제조시스템
(2) 제조시스템의 분류(p.151~) & (3) 제조공정(p.153~)
2019-10-13 11
• 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)
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5.1 제조시스템
(4) 제조지원시스템(p.156~)
2019-10-13 12
• 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
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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.
2019-10-13 13
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5.2 자재취급시스템
(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
2019-10-13 14
산업용 트럭(무동력트럭)
산업용트럭(동력트럭)
무인운반차량
Overhead Trolley
ConveyorConveyorHoist
궤도를 따라 움직이는 차량
Crane
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5.2 자재취급시스템
(1) 자재취급장비 유형② 보관장비 : 각종 물자(재고)를 보관하는 데에 사용되는 설비
2019-10-13 15
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
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5.2 자재취급시스템
(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
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5.2 자재취급시스템
(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
2019-10-13 17
랙에 보관되어있는 단위하물
자동창고에 보관되어 있는 단위하물
단위하물을 만들어주는 단위화 장비
(palletizer)
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5.2 자재취급시스템
– 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].
2019-10-13 18
단위 하물의 예(unit load)
Palletizer and wrapping system
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5.2 자재취급시스템
(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
2019-10-13 19
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5.2 자재취급시스템
(2) 자동보관시스템– 자동창고시스템(AS/RS: Automated Storage/Retrieval System)
2019-10-13 20
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.
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5.2 자재취급시스템
(2) 자동보관시스템– 회전랙 시스템(캐러젤: Carousel)
2019-10-13 21
수직형 캐러젤 수평형 캐러젤
주로 작은 크기의 물건을 보관하며, 공간의활용도를 극대화하기위한 목적으로 사용됨.
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5.3 제조시스템의 자동화
(1) 자동제조시스템 및 제조지원시스템
2019-10-13 22
자동조립시스템
부품 가공용 자동공작기계(머시닝센터 등)
산업용 로봇시스템 제조공정과 통합된 자동자재취급 및 창고시스템
자동검사시스템
제품설계생산계획생산통제
영업/마케팅자재구매재정지출기타 등등
제조지원시스템
자동제조시스템
CIM (Computer Integrated Manufacturing)
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5.3 제조시스템의 자동화
(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
2019-10-13 23
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.
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5.3 제조시스템의 자동화
(2) 산업용 로봇– 로봇의 기하학적 운동 특성에 따른 종류
2019-10-13 24
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
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5.3 제조시스템의 자동화
(2) 산업용 로봇– 로봇의 엔트이펙터 종류
2019-10-13 25
그리퍼
공구 전자석
용접봉
진공흡판
용접전극
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5.3 제조시스템의 자동화
– 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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5.3 제조시스템의 자동화
– 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
2019-10-13 27
Machining
Centers
자동화된 자재반송시스템: 무인운반차(AGV)
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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
ble
Manufa
cturing S
yste
m
Com
pute
r In
tegra
ted M
anufa
cturing S
yste
m