생산구조와 방식(Layout)

설비배치

기출: 97-2-1, 106-2-4, 109-4-3, 112-3-6, 121-3-3

설비 배치는 설비 내에서 경제적 활동을 위해 물리적으로 설비를 배치하는 의사결정이다. 설비 배치 대상은 공간을 필요로 하는 모든 자원(작업자, 기계, 작업장, 부서, 통로, 창고 등)이 된다.

flowchart LR
설비배치 --- 유형 & 분석기법
subgraph 1["  "]
유형 --- 기본형 & 혼합형
기본형 --- 11["제품(라인)별 배치"]
기본형 --- 12["공정(기능)별 배치"]
기본형 --- 13["위치고정형(프로젝트) 배치"]
혼합형 --- 21["셀(그룹별) 배치"]
혼합형 --- 22["U자형 배치"]
end

subgraph 0[" "]
분석기법 --- 공정별 & 제품별 & 셀별
공정별 --- 도시해법 & SLP & 51[Computer 활용]
제품별 --- 52["라인 발란싱"]
end

style 1 fill:#eef
style 0 fill:#fee

설비배치 유형 및 분석 기법

설비배치 유형

특성	제품별 배치	공정별 배치	위치고정형 배치
생산제품	소품종 대량, 표준품	다품종 소량생산, 주문품	극소수 특정품(프로젝트)
가공품 흐름	제품별 연속 흐름	주문별 다양한 단속 경로	생산물 고정, 설비, 인력 이동
운반거리/비용	거리 짧고 비용 낮음	거리 길고 비용 높음	시설, 인력, 원자재 운반비 높음
시설/공간	활용률 높음	활용률 낮음	보통 수준이나 성격에 따라 다름
설비투자	고가 전용 설비	저렴한 범용 설비	이동 가능한 범용 설비
설비변경비용	매우 높음	낮음	낮음
생산비	고정비 높고 변동비 낮음	변동비 높고 고정비 낮음	고정비 낮으나 변동비는 고정별 배치보다 높음
주요관리사항	라인 발란싱	설비 배치	시방 변경 및 일정 관리

배치 유형

설비 배치는 그 특성에 따라 위치고정형 배치, 공정별 배치, 제품별 배치, 그룹별 배치 등으로 나눌 수 있다.

위치고정형 배치

프로젝트 배치라고도 하며 제품이 매우 크고 복잡한 경우 제품이나 공사 구조물을 한 장소에 고정하고 원자재, 기계설비, 작업자 등을 제품 중심으로 옮겨 가면서 생상하는 형태이다.

위치고정형 배치 장단점

장점	단점
생산물 이동을 최소한으로 줄일 수 있다. 다양한 제품, 작업을 신축성 있게 제조할 수 있다. 크고 복작한 제품, 구조물 생산에 적합하다.	제조현장까지 자재와 기계설비를 옮기는데 많은 시간과 노력, 비용이 소요된다. 기계설배 이용률이 낮다. 고도의 숙련을 요하는 작업이 많다.

공정별 배치

동일한 기능을 자는 설비를 집단으로 배치하는 형태이다. 기능별 배치라고도 하며 주로 가공 공정에 이용되며 다품종 소량생산 시스템에 적합하다. 부품이나 구성품을 표준화 하기 어렵고 범용설비를 이용하여 제품을 생산한다.

공정별 배치 장단점

장점	단점
변화에 대한 유연성이 크다 범용설비 투자 및 배치에 비용이 적게 든다. 기계고장, 작업자 결근 등에도 생산량 유지가 용이하다. 소량생산 시 유리하다. 직무만족을 증진시킨다.	대량생산 시 불리하다. 운반능률이 떨어진다. 재고나 재공품의 투자액과 저장면적이 많이 소요된다. 설비와 작업자 이용률이 낮다. 주문별로 일정계획이 달라 관리가 어렵다.

제품별 배치

제품이나 서비스를 생산하기 위한 작업 절차와 동일하게 설비를 배치하는 형태이다. 컨베이어와 같은 운반장치가 필요하며 특정 제품을 생산하기 위한 전용설비를 이용한다. 대표적으로 자동차, 전자제품 등의 조립생산공정이 이에 해당하며 생산능률은 높으나 설비투자비용이 커며 소요가 감소하게 되면 단위당 제조 원가가 상승하게 된다.

제품별 배치 장단점

장점	단점
단위단 생산비용이 낮다. 운반거리가 짧고 가공물의 흐름이 빠르다. 기계와 작업자 이용률이 높다. 재고와 재공품 저장면적이 적다. 일정계획이 단순하고 관리가 용이하다. 작업이 단순하여 작업자 훈련 및 감독이 용이하다.	작업에 대한 유연성이 떨어진다. 전용설비 투자와 배치에 자본이 많이 든다. 기계고장 및 작업자 결근 등은 전체 공정에 영향을 미친다. 적은 수량의 제조 시 고정비 부담이 크다. 단조로운 작업으로 직무만족족이 떨어진다. |

그룹별 배치

자재 운반, 대기 시간을 줄이는 한편 다양한 품목을 생산할 수 있도록 고안된 설비 배치 형태로 공정별 배치와 제품별 배치의 특징을 모두 갖는다. 즉, 생산공정 또는 제품 특성에 따라 생산 품목을 몇 개 그룹으로 나누어 각 그룹별로 생산설비를 배치하는 형태이다. 그룹테크놀로지(GT)의 셀형 배치와 JIT 생산 시스템의 U자형 배치가 대표적이다. 중품종 중량생산에 적합한 형태이다.

기출: 124-2-5, 130-1-4

셀형 배치

https://hbr.org/1984/07/group-technology-and-productivity

GT 배치 또는 그룹별 배치라고 하며 작업장과 기계를 유사한 생산/가공 흐름을 갖는 제품들로 그룹화하여 셀(cell) 단위로 배열하고 부품 분류별로 가공하는 형태이다. 금속가공 및 조립, 컴퓨터 칩 제조 및 조립 작업에 적용되며 유연성은 유지(공정별 배치 장점)하면서 효율성을 증대(제품별 배치 장점)시키려는 형태이다.

그룹별 배치 장단점

장점	단점
흐름이 일정하고 이동거리가 짧아 운반시간/비용이 적다. 가공물의 흐름이 원활하여 공정품이 적다. 유사부품을 가공하므로 준비시간이 짧다. 빨리 가공할 수 있어 납기가 단축된다. 반복적으로 관리와 생산자동화가 용이하다.	재배치에 추가비용이 소요된다. 가공물의 흐름균형을 이루는 것이 쉽지 않다. 부품에 따라 분류하기에 애매한 것이 있다. 다기능공 양성 및 관리가 어렵다. 공장이용률이 떨어지기도 한다.

U자형 배치

https://www.mdpi.com/2076-3417/12/7/3375

다양한 수요변화에 풀 시스템(pull system)을 전개하는 일본기업에서 흔히 U자형 조립라인을 사용한다. U자형 배치는 셀형배치와 같이 일본에서 작업단순화와 지속적 개선사상을 토대로 공정별로 배치를 개선한 것이다.

U자형 배치 원칙은 다음과 같다.

• 다공정 담당 원칙
• 작업량 공평 원칙
• 1개 만드기 원칙
• 흐름작업 원칙

U자형 배치는 다음과 같은 장점이 있다.

• 공간이 적게 소요된다.
• 운반을 최소화한다.
• 작업자 간 의사소통을 증진시킨다.
• 작업 유연성을 증가시킨다.

CMS

기출: 106-1-7, 118-2-6, 127-3-1

CMS(Cellular Manufacturing System)는 셀 제조 방식으로, 생산 공정에서 여러 작업을 하나의 작은 생산 단위인 ’셀’로 구성하여 각 셀에서 다양한 작업을 독립적으로 처리하는 방식을 의미한다. CMS는 생산 효율성 향상과 품질 개선을 목표로 하는 방식으로, 기존의 배치 생산 방식이나 작업 분담 방식을 개선하기 위해 등장했다.

flowchart TB
00["CMS 등장 배경"]
10("대량생산 한계")
20("다양화된 소비자 요구")
30("이동과 대기 낭비")
40("린 생산 도입")
50("유연생산 필요")

00 --- 10 & 20 & 30 & 40 & 50

CMS 등장 배경

1. 대량 생산의 한계
   • 대량 생산 시스템(Mass Production)은 20세기 초, 헨리 포드의 조립라인 방식에 의해 대표되는 방식으로, 효율성을 높이기 위해 설계되었다. 그러나 대량 생산은 대규모 생산에 유리하지만, 다양한 제품을 유연하게 생산하거나 생산 라인의 전환에 대응하기에는 한계가 있었다.
   • 또한 대량 생산 방식은 제품의 품질이나 낭비 문제(불필요한 이동, 대기 시간 등)가 발생할 수 있었다.
2. 다양화된 소비자 요구
   • 소비자 요구가 다양해짐에 따라, 기업은 제품의 맞춤화와 빠른 생산 전환이 필요해졌다. 이를 위해서는 생산 공정이 더 유연하고 효율적으로 변화해야 했다.
   • 다양한 모델이나 소량 생산이 증가하면서 기존의 대량 생산 방식은 유연성과 효율성에서 한계에 부딪혔다.
3. 불필요한 이동과 대기 시간 문제
   • 전통적인 생산 방식에서는 각 작업 단계가 분리되어 있거나 먼 거리에 있어 작업 간 이동이 많았다. 이로 인해 대기 시간과 이동 시간이 발생해 비효율성이 증가했다.
   • 이러한 문제를 해결하기 위해, 셀이동형 생산방식(Cellular Manufacturing System)이 필요하게 되었다.
4. 린 생산(Lean Production)의 도입
   • 1980년대 도요타 생산 시스템(TPS)에서 발전한 린 생산(Lean Production) 방식은 낭비를 최소화하고, 유연하고 효율적인 생산 시스템을 구축하는 방법론으로 주목받았다.
   • 린 생산에서 강조되는 낭비 제거와 효율성은 CMS의 핵심 요소로 자리 잡았다. 특히, CMS는 셀 단위로 작업을 분할하고, 각 셀이 독립적으로 작업을 처리하여 공정 흐름을 개선하고, 작업자들이 다양한 기술을 수행할 수 있도록 하여 유연성을 높였다.
5. 유연한 생산 시스템 필요성
   • 다품종 소량 생산이 대세로 자리 잡으면서 공정의 유연성이 매우 중요해졌다. 제품이 자주 변경되거나 수요가 예측 불가능할 경우, CMS는 빠르게 제품을 전환하고 생산 효율성을 극대화할 수 있는 방법이 되었다.
   • CMS는 각 셀에서 다기능을 수행할 수 있는 팀워크와 전문성을 강조하고, 소규모로 독립된 셀 내에서 효율적인 작업을 할 수 있도록 하여 유연성과 생산성을 동시에 높였다.

flowchart TB
00["CMS 핵심 특징"]
10("셀 이동형 구조")
20("다기능 작업자")
30("낭비 제거")
40("품질 향상")

00 --- 10 & 20 & 30 & 40

CMS 핵심 특징

CMS의 등장과 핵심 특징

• 셀이동형 구조: 생산 라인을 셀 단위로 나누어, 각 셀이 독립적으로 작업을 수행하도록 하여 유연성과 효율성을 증대시켰다.
• 다기능 작업자: 각 셀에서 작업자는 다양한 작업을 동시에 할 수 있도록 교육받고, 기술을 습득하여 유연한 생산이 가능하도록 했다.
• 낭비 제거: 생산 과정에서의 대기 시간, 이동 시간, 불필요한 재작업 등을 줄이기 위해 셀 내부에서 모든 작업이 최적화되도록 구성되었다.
• 품질 향상: 셀 단위의 작업자가 품질 관리를 담당하며, 문제가 발생하면 빠르게 해결할 수 있도록 시스템화되었다.

CMS는 대량 생산 방식의 유연성 부족과 낭비 문제를 해결하고, 다품종 소량 생산의 요구를 충족하기 위해 발전한 생산 방식이다. 린 생산 원칙을 바탕으로 효율성과 품질 향상을 추구하며, 유연하고 효율적인 생산 체제를 구축하기 위해 셀 단위의 독립적인 작업을 통해 생산 시스템을 최적화한다.

CMS 장단점

장점	단점
운반비용 감소	시설투자비 증대
공구 사용 감소	기계 이용률 감소
인간관계 개선
전문 기술 향상

CMS와 컨베이어 생산방식은 각각 다른 생산 방식으로, 각각의 특성에 따라 장단점이 존재한다. 두 방식의 차이를 이해하는 것은 특정 생산 환경에 맞는 방식을 선택하는 데 중요한 요소가 된다.

Note 2.1 컨베이어 생산방식 (Conveyor Production System)

컨베이어 생산방식은 대량 생산 시스템으로, 작업이 연속적으로 이동하는 컨베이어 벨트를 따라 각 작업 단계가 순차적으로 이루어지는 방식이다. 주로 대량 생산에 적합한 방식이다.

CMS와 컨베이어 생산방식 비교

구분	CMS	컨베이어 생산방식
유연성	다품종 소량 생산에 유리하고, 제품 변경에 빠르게 대응 가능	대량 생산에 적합하며, 제품 변경 시 유연성이 떨어짐
생산 효율성	셀 내부에서 효율적인 작업 흐름, 대기 시간과 이동 시간이 적음	대량 생산 시 효율적이나 다양한 제품 처리 시 효율성 저하
품질 관리	셀에서 품질을 직접 관리하여 문제를 즉시 해결 가능	품질 관리는 개별 작업자에 의존하며, 라인 문제가 발생할 경우 전체에 영향
설비 비용	초기 설비 비용이 높고, 셀 구성이 복잡할 수 있음	초기 설비 구축 후 생산 효율이 높지만, 설비 변경 어려움
작업자 다기능성	작업자가 다양한 작업을 수행하여 유연성이 높음	각 작업자는 특정 작업만 수행하여 다기능성 부족
적합한 생산 환경	소량 다품종 생산, 유연성 요구 시 적합	대량 생산, 고정된 제품 생산 시 적합
낭비	이동 시간, 대기 시간 등이 최소화되어 낭비가 적음	작업 대기나 이동 시간이 발생할 수 있어 낭비가 발생할 수 있음

CMS는 유연성이 뛰어나며 다품종 소량 생산에 적합하다. 작업자가 여러 가지 작업을 처리할 수 있고, 품질 관리와 낭비 최소화에 유리하다. 하지만 초기 투자 비용이 크고, 작업자 교육이 필요하며, 공정 복잡성이 증가할 수 있다.

반면 컨베이어 생산방식은 대량 생산에 최적화되어 있으며, 자동화가 용이하고, 일정한 제품을 대규모로 생산하는 데 효율적이다. 그러나 유연성이 부족하고, 설비 변경이나 다양한 제품 생산에는 어려움이 있다.

따라서, 생산 환경과 요구에 맞는 시스템을 선택하는 것이 중요하다.

기출: 103-1-1

기종장제

기종장 제도는 Cell 방식에서 업그레이드된 방식으로 같은 셀 또는 기종별 팀이 구성되어 자재조달부터 검사, 물류, 계획 등을 자율적으로 결정하는 방식이다.

기종장 제도 효과

• 모든 것을 팀 내에서 결정할 수 있어서 생산성 향상
• 원가 절감
• 재고 절감
• 직원 만족도 향상

실행과정

1. 셀 방식 라인 구성
2. 다기능공 육성
3. 동기화 생산방식 도입
4. 제품별로 기종장 조직 구성
5. 조달-검사-생산-뮬류-원가를 직접 결정하고 실행할 인력 배치

국내에서는 캐논코리아에서 셀뱅산방식을 기종장 제도로 도입한 후 생산성 향상과 원가 절감으로로해외 공장보다도 저렴한 가격으로 제품을 생산 및 제공하고 있다.

설비배치 분석 기법

생산운영 시스템 내 작업, 물자, 정보가 원활하게 흐르게 하여 생산 시스템 효율을 극대화하기 위한 설비 배치 분석 기법은 다음과 같다.

flowchart LR
subgraph slp[" "]
SLP
end

subgraph clp["  "]
direction LR
20[전산배치기법]
21[구성방식] --- 211(CORELAP) & 212(ALDEP) & 213(PLANET)
22[개선방식] --- 221(CRAFT) & 222(COFAD)
20 --- 21 & 22
end 

00["설비배치 분석기법"] --- SLP & 20

style SLP fill:#eef

컴퓨터를 활용한 기법, 즉 전산배치기법은 초기 또는 기존 배치안을 필요 여부에 따라 구성형과 개선형으로 나눌 수 있다.

구성형은 배치안이 불필요하며 질적 요인을 중심으로 분석한다.

이에 반해 개선형은 초기안 또는 기존 배치엔에서 양적 요인을 중심으로 분석을 진행한다.

전자가 접근 필요성을 평가 한다면 후자는 물자흐름, 총운반비용 등을 분석한다.

컴퓨터를 활용한 분석

컴퓨터를 활용한 분석 기법(Computerized Layout Technique)은 배치하고자 하는 설비와 작업 장소가 많은 경우 휴리스틱(heuristic) 방법으로 컴퓨터 탐색 기법을 통해 다양한 배치안을 제시한다.

CORELAP(Computerized Relationship Layout Planning)

• 1967년, R.S. Lee, J.M. Moore가 개발한 구성방식으로 질적 요인 중심 배치 방식
• 접근 필요성을 수치로 전환하여 각 부문 종합 근접도(TCR, Total Closeness Rating)을 산출, TCR이 큰 부분을 중심으로 배치
• 최대 70부분까지 처리 가능
• 주요 입력 자료: 부서 간 활동 관련 표, 건물 및 각 부서 면적 등

ALDEP(Automated Layout Design Program)

• 1967년 IBM이 개발한 구성 방식으로 질적 요인 중심 배치 방식
• 임의로 한 부분을 배치하는 것에서 시작, 나머지 부문은 근접도에 따라 배치하는 시행착오적 방법 적용
• 각 배치 안에 따라 총 점수를 계산하여 그 중 최대 점수를 선정하여 대안 제시
• 주요 입력 자료: 부서 간 활동 관련 도표, 부서 위치, 건물 크기 및 층수 등

CRAFT(Computerized Relative Allocation of Facilities)

• 1963년 E.S. Buffa, G.C Armour가 개발한 개선 방식
• 최초 또는 기존 배치 안을 토대로 개선안을 추구
• 물자 흐름을 중심으로 전체 운반 비용이 최소가 되는 배치안 선정
• 최대 40개 부문까지 처리 가능
• 물량-거리 모형을 컴퓨터화한 기법

COFAD(Computerized Facility Design)

• 자재취급시스템에 대한 선택을 추가적으로 고려하여 모든 설비 이용률을 계산, 이용률에 따라 설비 교환과 운반비용 계산, 설비 향상 여부 조사 배치

SLP

기출: 124-1-12

SLP(체계적 설비 배치, Systematic Layout Planning)는 설비 배치 시 효율적인 질적요인을 분석하기 위해 머더(Richard Muther)가 소개한 기법이다.

• 물자 흐름 및 상호 관계 검토 후 활동 내용 작성
• 필요한 면적에 따른 이용 가능 면적 작성
• 제약조건과 시설 등 설비 공간을 고려하여 최종 배치안 작성

부서 간 관계 밀접도와 같은 질적 기준을 사용하여 설비를 배치하는 기법이다.

SLP 시설 배치 절차 4단계

1. 입지계획: 시설이 배치될 지역 위치 결정
2. 기본 배치: 선정된 지역 전반적인 배치 결정
3. 상세 배치: 배치할 시설 및 설비 실제 위치 결정
4. 설치: 상세 배치도에 따라 실물 배치

Muther는 6단계 절차를 이용하여 관계가 가장 빈번하고 논리적으로 밀접한 2개 영역을 파악했다.

https://www.researchgate.net/figure/Systematic-Layout-Planning-Procedure-12_fig1_321943344

Muther 6단계 SLP

1. 도표 관계 작성
   
2. 공간 조건 설정
   • DOR, ENG, SEC, FOY, FIL, COP, STO 등
   • 활동관련도, 각 공정 관계를 한눈에 알아보기 쉽게 작성한 표
     
3. 활동 관계도 작성
   • 상호 관계도(Relationship Diagram), 자재 흐롬 분석과 부문 상호 관계 분석이 끝난 후 이 두 가지 결과를 결합하여 상호 관계도 작성
     
4. 공간 관계 설비 배치
   • 면적 상호 관계도(Space Relationship Diagram), 각 부분 면적을 산출하여 정해진 위치에 블록 형태로 배치
     
   • Block lay out case study, 현실적 제약조건과 전제조건을 반영하여 여러 가지 layout 대안 수립
     
5. 대체 배열 안 평가
   • 개인적 취향, 공급품 이동, 방문객 접견, 여연성에 관해 평가
     
6. 선정된 설비 배치 시행

활동관련도

기출: 121-1-2

공장 배치에서 활동관련도(Activity Relationship Chart, ARC)는 각 작업장이나 부서 간의 공간적 배치 필요성을 평가하는 도구다. 이를 통해 작업 흐름의 효율성을 극대화하고, 물류 및 생산 동선을 최적화한다.

근접도 기호

근접도	설명	예시
A	Absolutely Necessary (절대 필요)	조립 라인 ↔︎ 부품 공급 구역
E	Especially Important (특히 중요)	가공 라인 ↔︎ 검사 구역
I	Important (중요)	창고 ↔︎ 생산 관리실
O	Ordinary (보통)	직원 휴게실 ↔︎ 생산 현장
U	Unimportant (불필요)	사무실 ↔︎ 원자재 보관 창고

활동관련도의 5가지 근접도

1. A (Absolutely Necessary, 절대적으로 필요)
   • 두 작업장은 반드시 인접해야 하며, 떨어질 경우 심각한 비효율 발생.
     
   • 예) 조립 라인과 부품 공급 구역, 용광로와 주조 구역.
     
2. E (Especially Important, 특히 중요)
   • 인접하는 것이 매우 유리하며, 떨어질 경우 작업 효율이 크게 저하됨.
     
   • 예) 가공 라인과 검사 구역, 포장 부서와 출하 구역.
     
3. I (Important, 중요)
   • 인접하면 효율이 증가하지만, 떨어져 있어도 큰 문제가 되지 않음.
     
   • 예) 사무실과 생산 관리실, 보관 창고와 생산 구역.
     
4. O (Ordinary, 보통)
   • 인접 여부가 큰 영향이 없으며, 공간 상황에 따라 배치 가능.
     
   • 예) 직원 휴게실과 생산 현장, 기계 정비실과 생산 라인.
     
5. U (Unimportant, 불필요)
   • 두 작업장은 서로 멀리 떨어져도 문제 없음.
     
   • 예) 관리 사무실과 원자재 보관 창고, 제품 전시실과 생산 현장.

활동관련도 예시

부서/작업장	조립	가공	창고	출하	사무실
조립	-	A	E	I	O
가공	A	-	E	I	O
창고	E	E	-	A	U
출하	I	I	A	-	U
사무실	O	O	U	U	-

활동관련도는 공장 레이아웃 설계에서 공정의 효율성, 자재 흐름, 작업 동선을 개선하는 중요한 기준이다. 이를 통해 불필요한 이동을 줄이고, 생산성을 높이며, 비용을 절감할 수 있다.