2. 공정설계

공정설계

공정설계(Process Design)는 제품 또는 서비스를 생산하기 위하여 필요한 생산공정(Process)을 설계하고 작업 순서, 생산 방식, 설비, 작업장 배치 및 자원 활용방법을 결정하는 활동이다. 제품설계(Product Design)가 무엇을 만들 것인가에 대한 활동이라면 공정설계는 어떻게 만들 것인가에 대한 활동이다.

공정설계 주요 목적

공정설계 목적은 생산목표(QCD)를 가장 효율적으로 달성할 수 있는 생산시스템을 구축하는 것이다.

생산성(Productivity) 향상
원가(Cost) 절감
품질(Quality) 확보
납기(Delivery) 준수
생산능력(Capacity) 최적화
설비 및 인력 효율적 활용

공정설계 의결사항

공정설계에서는 일반적으로 다음 사항을 결정한다.

구분	결정 내용
공정(Process)	어떤 공정을 거칠 것인가
작업순서(Routing)	공정을 어떤 순서로 수행할 것인가
생산방식(Process Choice)	개별생산, 배치생산, 반복생산, 연속생산 중 무엇을 선택할 것인가
설비(Machine Selection)	어떤 설비를 사용할 것인가
공장배치(Layout)	설비를 어떻게 배치할 것인가
작업방법(Method)	어떤 작업방법을 사용할 것인가
표준시간(Standard Time)	작업시간은 얼마인가
검사방법(Inspection)	품질을 어디서 어떻게 검사할 것인가

공정설계 절차

공정설계는 일반적으로 다음과 같은 절차로 진행된다.

flowchart LR
    classDef process fill:#E3F2FD,stroke:#1976D2,stroke-width:2px,color:#000,font-weight:bold;
    classDef final fill:#E8F5E9,stroke:#2E7D32,stroke-width:2px,color:#000,font-weight:bold;

    A["제품설계<br/>(Product Design)"]:::process
    B["생산공정 결정<br/>(Process Selection)"]:::process
    C["작업순서 결정<br/>(Routing)"]:::process
    D["설비 선정<br/>(Machine Selection)"]:::process
    E["공장배치<br/>(Layout)"]:::process
    F["작업표준 설정<br/>(Standardization)"]:::process
    G["생산준비"]:::final

    A --> B
    B --> C
    C --> D
    D --> E
    E --> F
    F --> G

    %% 피드백 루프 추가
    D -. 제약조건 발생 시 .-> B
    E -. 공간 제약 시 .-> C

제품설계(Product Design)

고객의 요구사항과 시장 분석을 바탕으로 제품의 사양, 기능, 외관, 재질 등을 확정하는 단계이다.
- 주요 작업
  부품 도면 작성, 3D 모델링, 재질 및 규격 선정, BOM(자원명세서) 초안 작성
- 핵심 결과물
  제품 도면, 제품 사양서, 초기 BOM
생산공정 결정(Process Selection)

제품을 생산하기 위한 전체적인 가공 방식과 조립 형태를 결정하는 단계이다. 생산 형태(대량 생산, 다품종 소량 생산 등)에 맞는 시스템을 선택한다.
- 주요 작업
  가공 및 조립 기술 검토, 연속 생산 / 배치(Batch) 생산 / 셀(Cell) 생산 방식 결정
- 핵심 결과물
  공정 계통도, 공정 방식 결정서
작업순서 결정(Routing)

원자재가 최종 완제품으로 변환되기까지 거치는 세부 공정의 순서와 경로를 정의하는 단계이다.
- 주요 작업
  투입 자재별 가공·조립·검사 순서 체계화, 표준 공정 공수(작업 시간) 산정
- 핵심 결과물
  라우팅 공정표, 공정 흐름도(PFD)
설비 선정(Machine Selection)

작업순서(Routing)에 따라 각 공정을 수행하는 데 필요한 최적의 기계, 공구, 치공구(Jig), 제어 설비를 선정하는 단계이다.
- 주요 작업
  설비 사양 확정, 필요한 설비 수량 산정(소요 공수 기준), CAPEX(초기 투자비) 및 OPEX(운용비) 검토
- 핵심 결과물
  설비 도입 사양서, 설비 소요량 산정서
공장배치(Layout)

선정된 설비, 작업자 동선, 자재 이동 경로, 창고 공간 등을 공장 건물 내에 최적으로 배치하는 단계이다.
- 주요 작업
  자재 흐름 및 물류 동선 분석, 작업 공간 및 이동 통로 확보, 설비 및 레이아웃 도면 작성
- 핵심 결과물
  공장 레이아웃 도면(2D/3D CAD), 물류 동선도
작업표준 설정(Standardization)**

작업자가 안전하고 균일한 품질로 작업을 수행할 수 있도록 세부 작업 방법과 조건, 주기를 표준화하는 단계이다.
- 주요 작업
  표준 작업 시간(ST) 측정, 작업 동선 및 가공 조건(온도, 속도 등) 정의, 검사 기준 수립
- 핵심 결과물
  표준작업지도서(SOP), QC 공정표, 표준 공수표
생산준비(Production Readiness)

본격적인 양산에 들어가기 전 시운전과 시제품 생산을 통해 문제점을 점검하고 교정하는 최종 단계이다.
- 주요 작업
  라인 시운전, 시제품 생산(Pilot Production), 공정 능력 지수(\(C_p, C_{pk}\)) 평가, 작업자 교육
- 핵심 결과물
  시제품 검사 보고서, 공정 능력 평가서, 양산 승인서

주요 내용

공정선택(Process Selection)
공정선택은 제품 특성과 생산량에 적합한 생산방식을 선택하는 과정이다. Hayes & Wheelwright가 제시한 제품-공정 행렬(Product-Process Matrix)가 대표적인 이론이다.

생산방식	특징	대표 사례
프로젝트(Project)	소량·고품종	조선, 건설
개별생산(Job Shop)	다품종 소량	금형, 특수기계
배치생산(Batch)	중품종 중량	의약품, 식품
반복생산(Repetitive)	소품종 대량	자동차 조립
연속생산(Continuous)	대량 연속	정유, 제철

작업순서 결정(Routing)
제품이 생산되는 동안 거쳐야 하는 공정 순서와 경로를 결정하는 활동이다. Routing은 공정계획에 있어 핵심 요소이다.

flowchart LR
classDef process fill:#E3F2FD,stroke:#1976D2,stroke-width:2px,color:#000,font-weight:bold;
classDef final fill:#E8F5E9,stroke:#2E7D32,stroke-width:2px,color:#000,font-weight:bold;

A["원자재"]:::process
B["절삭"]:::process
C["열처리"]:::process
D["연삭"]:::process
E["검사"]:::process
F["조립"]:::final

A --> B
B --> C
C --> D
D --> E
E --> F

설비선정(Machine Selection)
생산량과 제품 특성에 따라 적절한 설비를 선정한다. 생산 능력, 정밀도, 자동화 수준, 경제성, 유지보수성 등을 고려해야 한다.

공장배치(Layout)
공정을 효율적으로 운영하기 위해 설비를 배치한다. 대표적인 배치 방식은 다음과 같다.

배치 방식	특징
고정위치 배치(Fixed Position Layout)	대형 제품 생산
기능별 배치(Process Layout)	다품종 소량생산
제품별 배치(Product Layout)	대량생산
셀 배치(Cellular Layout)	유사 제품군 생산

작업표준(Standardization)
공정을 표준화하여 품질과 생산성을 확보한다. 작업표준에는 작업방법(Standard Method), 표준시간(Standard Time), 표준작업(Standard Work)과 같은 내용이 있다.