3. 작업계획수립

작업계획

작업계획(Work Planning)은 생산목표를 달성하기 위한 작업(Job)을 작업자, 설비, 작업순서 및 작업시간에 배정하여 실행 가능한 형태로 구체화하는 계획 활동이다. 주요 내용은 작업순서 결정, 작업 배정, 작업 일정, 작업 지시로 구성되며, 이를 통해 생산계획을 현장에서 실행 가능한 작업 수준으로 전개한다. 작업계획 목적은 작업 표준화와 생산성 향상, 효율적 설비 활용, 납기 준수에 있으며 공정계획이 "어떻게 생산할 것인가"를 결정한다면 작업계획은 "누가, 어디서, 언제 작업할 것인가"를 구체화 하는 역할을 수행한다.

생산계획: 무엇을 얼마나 생산할 것인가?
공정계획: 어떤 공정을 거쳐 생산할 것인가?
작업계획: 누가, 어디서, 언제, 어떤 순서로 작업할 것인가?

작업계획 주요 목적

작업계획 목적은 생산계획을 현장에서 실행 가능한 수준으로 구체화하여 생산효율을 높이는 것이다.

작업 표준화(Standardization)
설비 가동률 향상
작업자 생산성 향상
공정 간 대기시간 최소화
납기 준수
작업 부하 균형 유지

작업 계획 주요 내용

작업계획 주요 내용은 다음과 같다.

구분	주요 내용
작업순서 결정(Routing)	공정을 어떤 순서로 수행할 것인가
작업시간 결정(Standard Time)	각 작업의 표준시간 산정
작업 배정(Assignment)	작업자와 설비에 작업 배분
작업 일정(Scheduling)	언제 작업을 수행할 것인가
작업지시(Dispatching)	현장에 작업을 지시

작업계획 절차

일반적인 작업계획 절차는 다음과 같다.

flowchart TD
    classDef process fill:#E3F2FD,stroke:#1976D2,stroke-width:2px,color:#000,font-weight:bold;
    classDef detail fill:#FFF8E1,stroke:#F9A825,stroke-width:2px,color:#000;
    classDef final fill:#E8F5E9,stroke:#2E7D32,stroke-width:2px,color:#000,font-weight:bold;

    A["생산계획"]:::process
    B["공정계획"]:::process
    C["작업계획"]:::process

    D["Routing<br/>(작업순서)"]:::detail
    E["Loading<br/>(부하계획)"]:::detail
    F["Scheduling<br/>(일정계획)"]:::detail
    G["Assignment<br/>(작업배정)"]:::detail

    H["작업지시"]:::process
    I["생산실행"]:::final

    A --> B
    B --> C

    C --> D
    C --> E
    C --> F
    C --> G

    D --> H
    E --> H
    F --> H
    G --> H

    H --> I

상위 단계와의 연계

생산계획(Production Planning)
무엇을, 얼마나, 언제까지 만들 것인지 전체적인 목표 수량과 납기를 결정하는 대단위 계획 단계이다.
공정계획(Process Planning)
제품을 만들기 위해 필요한 가공 방법, 표준 공수, 필요한 설비 및 공구 등 기술적 조건을 정의하는 단계이다.
작업계획(Work Planning)
확정된 공정 조건과 생산 목표를 바탕으로, 현장의 실제 자원(설비, 인력)에 작업을 구체적으로 할당하고 시점을 확정하는 실행 계획 단계이다.

4대 핵심 구성 요소

작업계획에서 수행되는 4가지 상세 절차는 다음과 같은 목적과 역할을 가진다.

Routing (작업순서 결정)
- 개념
  원자재가 최종 제품이 되기 위해 거쳐야 하는 세부 공정의 이동 경로와 작업 순서를 지정한다.
- 주요 내용
  어떤 공정을 먼저 거치고, 어떤 설비를 경유해야 하는지 시퀀스를 결정하며 표준 공수를 제공한다.
Loading (부하계획)
- 개념
  각 작업장(Work Center)이나 설비가 보유한 생산 능력(Capacity)과 투입될 작업량(Load)을 비교·조정한다.
- 주요 내용
  특정 설비에 작업이 과도하게 몰리는 과부하(Overload)나 설비가 노는 유휴 현상을 방지하여 공정 간 균형을 맞춘다.
Scheduling (일정계획)
- 개념
  각 공정별 작업의 착수 시점(Start Time)과 완료 시점(Completion Time)을 시간축상에 구체적으로 배정한다.
- 주요 내용
  전진 스케줄링(Forward Scheduling) 또는 후진 스케줄링(Backward Scheduling) 기법을 사용하여 작업 일정표(Gantt Chart 등)를 작성한다.
  
  시간 작업
  
  08:00~10:00 제품 A
  
  10:00~12:00 제품 B
Assignment (작업배정 / Dispatching 준비)
- 개념
  일정표와 부하계획을 바탕으로 특정 작업자 및 단일 설비 단위로 실질적인 작업 우선순위를 부여하고 할당한다.
- 주요 내용
  우선순위 규칙(EDD: 납기임박순, SPT: 최단작업시간순 등)을 적용하여 현장에 투입할 작업의 우선순위를 확정한다.
  
  설비 배정 작업
  
  CNC 1호기 제품 A
  
  CNC 2호기 제품 B

실행 및 관리 단계

작업지시(Dispatching)
통합된 작업지시서(Work Order)를 발행하여 현장 작업자와 설비에 실제 작업을 개시하도록 권한을 부여하는 단계이다.
예: "CNC 2호기에서 오전 9시부터 A제품 300개 가공 실시"
생산실행(Production Execution)
작업지시에 따라 실제 가공·조립·검사가 이루어지며, 실시간 생산 실적 데이터(MES 등)가 수집되는 최종 단계이다.

우선순위규칙

우선순위규칙(Priority Rules)은 동시에 여러 작업이 대기할 경우 작업순서를 결정하는 규칙이다. 단일설비, 다중설비에 따른 주요 기법은 다음과 같다.

단일설비

단일설비에서 여러 작업이 대기할 경우 우선순위를 정하는 대표적인 기법은 다음과 같다.

기법	내용	목적
FCFS (First Come First Served)	먼저 도착한 작업 우선	공정성 확보
SPT (Shortest Processing Time)	가공시간이 짧은 작업 우선	평균 흐름시간 최소화
EDD (Earliest Due Date)	납기가 가장 빠른 작업 우선	납기지연 최소화
CR (Critical Ratio)	긴급도가 높은 작업 우선	우선순위 동적 관리

FCFS

FCFS(First Come First Served)는 먼저 도착한 작업을 먼저 처리하는 규칙으로 가장 단순한 작업순서 결정 방법이다.

평가지표: 평균 흐름시간(Mean Flow Time)

\[F_i = C_i - r_i\]

\(F_i\): \(i\)번째 작업 흐름 시간
\(C_i\): 완료 작업시간(Completion Time)
\(r_i\): 작업 도착시간(Release Time)

평균흐름시간은 다음과 같이 계산하다.

\[ \bar{F} = \frac{\sum{F_i}}{n} \]

FCFS 우선순위 규치기

아래와 같이 3개 작업이 도착했다고 가정하고 FCFS를 계산하면 다음과 같다.

작업	처리시간
A	3
B	5
C	2

FCFS 순서: A → B → C

작업완료시간은 다음과 같다.

작업	완료시간	흐름시간
A	3	3
B	8	8
C	10	10

위 시간으로 평균 흐름시간을 계산하면 다음과 같다.

\[ \frac{3 + 8 + 10}{3} = 7 \]

SPT

STP(Shortest Processing Time)는 처리시간이 짧은 작업부터 수행하는 규칙이다. 이는 평균 흐름시간을 최소화하고 평균 재공픔을 감소하는 것을 목적으로 한다. 평균 흐름시간 최소화에 최적인 규칙으로 알려져 있다.

SPT 우선순위 규칙

아래와 같이 작업이 있다고 가정한다.

작업	처리시간
A	3
B	5
C	2

STP 순서: C → A → B

완료시간은 다음과 같이 계산된다.

작업	완료시간
C	2
A	5
B	10

평균 흐름시간은 다음과 같다.

\[ \frac{2+5+10}{3} = 5.67 \]

FCFS보다 평균 흐름시간이 감소한 것을 알 수 있다.

EDD

EDD(Earliest Due Date)는 납기일(Due date)이 빠른 작업부터 처리하는 규칙이다. 이 기법은 납기 지연을 최소화 하는 것을 목적으로 한다.

납기지연(Lateness)

\[L_i = C_i - d_i\]

\(L_i\): 지연시간
\(C_i\): 완료시간
\(d_i\): 납기일

지연시간이 양수이면 납기 초과를 의미한다.

최대 지연시간

\[L_{max} = max(L_i)\]

EDD는 최대 지연시간 최소화에 효과적인 규칙이다.

EDD 우선순위 규칙

처리시간과 납기가 아래와 같은 작업이 있다고 가정한다.

작업	처리시간	납기
A	3	8
B	5	6
C	2	10

작업순서는 다음과 같다.

작업	납기
B	6
A	8
C	10

작업순서: B → A → C

CR

CR(Critical Ratio)은 납기 긴급도를 고려하는 동적 우선순위 규칙이다.

\[CR=\frac{납기일까지 남은시간}{잔여작업시간} = \frac{Due Date - 현재시간}{Processing Time}\]

CR 값에 따라 다음과 같이 판단한다.

CR	의미
CR < 1	납기 지연 위험
CR = 1	정상
CR > 1	여유 있음

EDD 우선순위 규칙

처리시간과 납기가 아래와 같은 작업이 있다고 가정한다.

작업	처리시간	납기
A	3	8
B	5	6
C	2	10

현재 시각이 0이라고 가정하면 다음과 같이 CR이 계산된다.

\[CR = (납기 - 현재시각) / 처리시간\]

작업	납기	처리시간	CR
A	8	3	( 8-0)/3 = 2.67
B	6	5	( 6-0)/5 = 1.20
C	10	2	(10-0)/2 = 5.00

따라서 CR이 가장 작은 작어빙 가장 긴급함으로 작업순서는 다음과 같다.

작업순서: B → A → C

B 작업이 완료되면 A, C 작업이 남게 되고 CR을 재계산하면 다음과 같이 된다.

B 처리시간 5일, 따라서 현재 시각 5일이므로 남은 작업은 다음과 같다.

작업 남은 처리시간 납기

A 3 8

C 2 10
CR 재개산

작업 계산 CR

A (8-5)/3 1.00

C (10-5)/2 2.50

따라서 다음 작업 순서는 A → C가 된다.

다중설비

단일 설비가 아닌 경우에는 작업이 여러 설비를 거치는 Flow Shop 또는 Job Shop에서 문제가 된다. 대표적인 방법으로 Jonhson Rule, 헝가리법, 최저고하 모형, 디스패칭 규칙 등이 있다.

존슨법

Johnson Rule(존슨법)은 2대 설비를 거치는 Flow shop에서 전체 작업 완료시간(Makespan)을 최소화하기 위한 최적 일정계획 기법으로 Johnson(1954)이 제안한 알고리즘이다.

적용조건은 다음과 같다.

작업(Job)은 동일한 순서로 설비를 통과한다.
설비는 2대이다.
모든 작업은 모든 설비를 거친다.

Johnson Rule 절차는 다음과 같다.

모든 작업의 M1, M2 처리시간 비교
가장 작은 처리 시간 선택
선택시간이 M1에 작업이면 앞쪽에 배치, M2 작업이면 뒤쪽에 배치
모든 작업 배치가 완료될 때까지 반복

Johnson Rule

작업	M1	M2
A	3	8
B	6	4
C	5	7
D	8	3

Step1: 최소값 탐색

A작업, M1 설비, 따라서 앞쪽에 배치한다. A . . .
D작업, M2 설비, 따라서 뒤쪽에 배치한다. A . . D
B작업, M2 설비, 따라서 뒷쪽에 배치한다. A . B D
C작업, M1 설비, 따라서 앞쪽에 배치한다. A C B D

Step2: 일정 결과

작업	M1 완료	M2 완료
A	3	11
C	8	18
B	14	22
D	22	25

따라서 최종 완료시간(Makespan)은 25시간이다.

시간	작업
08:00~10:00	제품 A
10:00~12:00	제품 B

설비	배정 작업
CNC 1호기	제품 A
CNC 2호기	제품 B

작업	계산	CR
A	(8-5)/3	1.00
C	(10-5)/2	2.50