공정설계
공정설계는 제품이나 서비스를 생산하기 위한 구체적인 작업절차와 흐름을 결정하는 과정이다. 공정설계를 통해 품질 확보, 생산성 향상, 원가 절감, 납기 준수 목표를 달성할 수 있다.
공정설계, 작업절차
공정설계
공정설계(Process Design)란, 제품을 생산하기 위한 작업의 흐름(Flow), 작업장 배치(Layout), 장비, 인력, 공정 조건 등을 체계적으로 설계하는 활동이다. 제품 품질, 생산성, 원가, 유연성 등에 영향을 미치므로 생산 시스템 설계의 핵심 요소이다.
생산관리에 있어 공정을 설계하는 목적은 다음과 같다.
| 목적 | 설명 |
|---|---|
| 생산성 향상 | 작업 순서 최적화 및 병목 제거로 자원 효율 증대 |
| 품질 안정화 | 표준화된 작업 방식으로 제품 품질 확보 |
| 원가 절감 | 불필요한 공정 제거, 작업자 동선 축소 등 |
| 유연성 확보 | 소량 다품종 대응 또는 자동화 대응 |
| 안전성 확보 | 위험 작업 최소화 및 작업환경 개선 |
공정설계는 배치 형태에 따라 직렬 공정, 병렬 공정, 셀형 공정, Job Shop 공정, 연속 공정이 있다.
| 유형 | 설명 | 주요 적용 사례 |
|---|---|---|
| 직렬 공정 (Line Flow) | 공정이 일정한 순서대로 흐름 | 자동차, 가전 조립라인 |
| 병렬 공정 (Parallel Process) | 동일 작업을 여러 설비에서 동시 수행 | 반도체, 식음료 포장 |
| 셀형 공정 (Cellular Process) | 유사 제품을 하나의 셀에서 처리 | 가구, 가공 조립 |
| Job Shop 공정 | 다양한 제품을 유연하게 생산 | 기계부품 가공, 주문 생산 |
| 연속 공정 (Continuous) | 중단 없이 생산이 이루어지는 구조 | 석유화학, 시멘트, 제지 |
공정설계의 주요 요소는 공정흐름도, 작업표준서, 설비 선정 및 배치, 인력 배치, 품질 관리 지점이 있다.
| 요소 | 설명 |
|---|---|
| 공정 흐름도 (Process Flow Diagram) | 작업 순서, 이동 경로, 공정 간 관계 시각화 |
| 작업표준서 (Standard Operation Sheet) | 작업자 수행 순서 및 표준시간 명시 |
| 설비 선정 및 배치 | 생산 목적에 맞는 장비 선택 및 효율 배치 |
| 인력 배치 | 작업자 수, 숙련도 고려한 할당 |
| 품질 관리 지점 | 검사공정, 품질 Gate 설정 |
공정설계는 다음과 같은 절차에 따라 수행된다.
- 제품 분석: 제품 구조, 생산 수량, 제품군 파악
- 공정 흐름 정의: 생산 단계별 작업 정의 및 순서 구성
- 공정 시간 산출: 표준시간(작업+준비시간) 측정
- 설비 선정 및 배치 설계
- 레이아웃 설계: 작업장 배치 및 물류 흐름 설정
- 작업표준 설정 및 인력 계획
- 공정 FMEA 등 리스크 평가 및 개선
- 시범운영 및 지속적 개선
다음은 공정설계와 연계된 개념이다.
| 연계 항목 | 설명 |
|---|---|
| 생산 유형 | MTO, MTS, ATO 등 생산 전략에 따라 설계 방식이 달라짐 |
| 작업공학(EAWS, MOST) | 작업자 동선 및 시간 분석을 통해 설계 최적화 |
| 품질관리(QC) | 공정설계에 품질검사 포인트를 내재화 |
| LEAN 생산 | 낭비 제거 및 흐름 중심 공정 설계 |
| 자동화·스마트팩토리 | IoT, 센서, 로봇 등 기술을 반영한 설계 필요 |
참고자료
공정 FMEA 분석 사례
공정 FMEA(Process FMEA, Failure Mode and Effects Analysis)는 제조 또는 조립 공정에서 잠재적인 실패 모드(Failure Mode)를 사전에 식별하고, 그 영향(Effect)과 원인(Cause)을 분석하여 사전 예방 조치와 우선순위를 결정하기 위한 체계적 기법이다.
공정 FMEA의 목적은 다음과 같이 정리할 수 있다.
| 목적 | 설명 |
|---|---|
| 사전 예방 | 실패 가능성을 사전에 제거 또는 완화 |
| 품질 향상 | 불량률 저감, 공정 안정성 확보 |
| 고객 클레임 방지 | 중요 특성에 대한 리스크 관리 |
| 우선순위 기반 개선 활동 | 높은 위험 항목에 자원 집중 |
| 표준화 및 지속적 개선 기반 마련 | 개선활동의 근거 확보 및 이력관리 |
분석 절차를 요약하면 다음과 같다.
- 공정 단계(Process Step) 정의
- 잠재적 실패 모드(Failure Mode) 도출
- 실패 영향(Effect), 원인(Cause), 현재 관리 방법(Current Control) 기록
- 심각도(S), 발생도(O), 검출도(D) 평가 → RPN 산출
- 개선 조치 정의 및 후속 RPN 재산정
다음은 FMEA 평가 기준 (예시)이다.
| 평가 항목 | 설명 | 점수 범위 |
|---|---|---|
| Severity (S) | 실패 시 결과의 심각도 | 1 (경미) ~ 10 (치명적) |
| Occurrence (O) | 실패가 발생할 가능성 | 1 (거의 없음) ~ 10 (매우 빈번) |
| Detection (D) | 실패 발생 시 탐지 가능성 | 1 (쉽게 검출) ~ 10 (탐지 어려움) |
| RPN | Risk Priority Number = S × O × D | 최대 1,000 |
다음은 전자 부품 조립 공정으로 공정 FMEA로 분석한 사례이다.
| 공정 단계 | 잠재 실패 모드 | 영향 | 원인 | 현재 통제수단 | S | O | D | RPN |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SMT 인쇄 | 솔더 미인쇄 | 납땜 불량, 오작동 | 스퀴지 압력 부족 | 인쇄기 설정 기준 | 7 | 4 | 5 | 140 |
| 부품 장착 | 부품 방향 오류 | 기능 불량, 고장 | 방향 인식센서 미작동 | 비전시스템, 수기 확인 | 9 | 3 | 4 | 108 |
| 리플로우 | 과열 | 부품 손상 | 온도 프로파일 오류 | 자동 온도 제어 | 8 | 2 | 3 | 48 |
| 검사 공정 | 불량 누락 | 고객 클레임 | 검사기 오작동 | AOI 검사 + 수기 확인 | 10 | 2 | 6 | 120 |
FMEA로 도출한 항목에 대한 개선 조치 예시이다.
| 실패 모드 | 조치 전 RPN | 개선 조치 예시 | 조치 후 RPN |
|---|---|---|---|
| 솔더 미인쇄 | 140 | 스퀴지 압력 자동 감지 및 경고 시스템 추가 | 7×2×3 = 42 |
| 방향 오류 | 108 | 방향 인식 비전 알고리즘 개선 + 자동 Reject 기능 | 9×2×2 = 36 |
| 검사 누락 | 120 | AOI 추가 카메라 보강 + 주기적 검교정 | 10×1×2 = 20 |
공정 FMEA를 실무 적용시 활용할 수 있는 몇가지 사항이다.
- RPN이 높더라도 Severity 점수가 9 이상이면 반드시 조치 고려
- 반복적 개선 활동 후에도 지속적 모니터링 필요
- 표준작업서(SOP), 교육훈련, 작업장 감리와 병행 활용
- FMEA는 정적 문서가 아닌 Living Document로 관리
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