- 그래프로 본 경제적 발주량(EOQ)
- 실제 재고 유지비는 직선적이지 않음. 사람 1명 타는 차와 2명 타는 차는 비용이 같지만 20명 타는 차는 비용이 달라짐.
- 근데 그래도 가장 기본적인 모델을 이해해야 하니까 간략하게 직선으로 그린 거임
선형계획 모델
선형 계획 모델은 자원 최적화에 쓴다. 이것만 기억하셔라. 더 필요하면 경영과학 책을 보셔라.
- 도시 해법(graphic solution method)
- 각 제품별 공정에 필요한 시간을 그래프로 그려 시각적으로 최대의 수익을 내는 생산량의 조합을 찾는 것.
- 보통 그 그래프들의 교점 중 하나가 최적점이 될 테지
- 심플렉스 해법(simplex method)
- 위의 도시 해법을 방정식으로 표현한 것.
- 수익이 결과값, 공정 별 소모 자원이 제약 조건이 되며 제품별 생산량이 입력값이 됨.
- 뭘 사람이 계산하니 엑셀에 넣으렴
- 수송 해법(transportation method): 강의자료 없었음
대기행렬 모델
- 기본형태
- 단열단단계: 1줄 1프로세스
- 다열단단계: n줄 1프로세스
- 단열다단계: 1줄 n프로세스
- 다열다단계: n줄 n프로세스
5장 생산전략
- 전략적 생산경영
내가 경쟁자보다 모든 것이 우월하다면? 몸이 좋으면 머리가 고생할 필요가 없다.
근데 보통 그렇지가 않으니 머리가 고생해서 전략을 짜는 거임. - 포터의 경쟁전략
- 원가 우위확보
- 차별화
- 노트북으로 예를 들자면 아수스 노트북을 사는 사람과 마이크로소프트 노트북을 사는 사람의 구매 포인트가 다르다는 거임. 아수스는 상대적으로 가격 대비 사양이 높다는 점을 차별점으로 갖는 대신 마소 노트북만큼 신뢰성을 제공하는 편은 아님. 마소는 사무용 사양이지만 5G라든가 내구성이라든가 가벼움 등등 아수스와 다른 신뢰성을 제공함
- 요약하자면 소비자가 돈을 더 주고서라도 “이걸” 사게 만드는 포인트
- 집중화
- 경쟁 전략변수
- 원가, 품질 등등 있음
- 유연성이란 커스텀이 된다는 것
- 경쟁우위요소와 생산목표 연계
- 생산을 빠르게 하고 싶어? 일단 visibility가 되어야 한다. 눈에 보여야 뭘 고치지. → MES가 visibility 때문에 만들어졌다. 다시 기억합시다.
- 품질 관리에 대한 얘기를 좀 했는데, 어떻게 요약해야 할지 잘 모르겠음
쇠는 용광로고요 유리는 용해로라고 해요. 쇠는 돌에서 쇠를 녹여내는 거고 유리는 모래 퍼다가 녹이면 되잖아요 (농담). 유리는 물엿이나 조청 정도의 농도가 되고 온도는 1600도 정도.
품질 관리는 2가지 방식이 있음. 데이터에 의한 품질관리, 비전에 의한 품질관리
- 덤(수업으로 배운 거 아님): 유리 성형 공정과 응력
- 유리 공학: 성형 공정, 비정질 동역학 및 잔류 응력 분석
- 유리 성형의 열역학적 단계
유리 제조는 단순히 녹이고 굳히는 과정이 아닌, 점도(Viscosity)와 온도($T$)의 상관관계를 정밀하게 제어하는 동역학적 과정입니다.
- 용융 및 균질화 (Melting & Refining): 원료를 $1,500^\circ\text{C}$ 이상으로 가열하여 기포를 제거하고 화학적 조성을 균일하게 만듭니다.
- 작용 범위 (Working Range): 성형이 가능한 점도 구간($10^4 \text{–} 10^8$ Poise)에서 판유리, 병, 섬유 등으로 형상을 만듭니다.
- 서냉 (Annealing): 서냉점(Annealing Point, $10^{13}$ Poise)에서 내부 응력을 이완시킨 후, 변형점(Strain Point, $10^{14.5}$ Poise)까지 서서히 냉각하여 새로운 응력 발생을 차단합니다. 2. 비정질(Amorphous) 구조와 유리 전이 ($T_g$)
유리는 열역학적으로 ‘얼어붙은 과냉각 액체(Frozen supercooled liquid)’로 정의됩니다. - 구조적 무질서: 결정질(금속)처럼 장거리 질서(Long-range order)가 없으며, $SiO_4$ 사면체가 불규칙하게 연결된 망상 구조를 가집니다.
- 유리 전이 온도 ($T_g$): 액체 상태에서 온도가 내려갈 때 원자 배열이 평형 상태를 유지하지 못하고 고체처럼 굳어지는 임계 구간입니다. 이 지점에서 비열과 팽창 계수가 급격히 변합니다.
- 가상 온도 (Fictive Temperature): 유리의 물리적 구조가 마지막으로 평형을 이루었던 온도를 의미합니다. 냉각 속도가 빠를수록 가상 온도가 높으며, 이는 더 낮은 밀도와 높은 에너지를 가진 구조를 형성합니다. 3. 잔류 응력(Residual Stress)의 역학
냉각 과정에서의 온도 구배(Temperature Gradient)는 유리 내부에 영구적인 힘의 불균형을 만듭니다. - 열응력 형성 원인: 냉각 시 겉면은 방사 냉각으로 인해 먼저 $T_g$ 이하로 떨어져 고착되지만, 중심부는 여전히 수축하려 합니다. 이 수축 차이가 고체화된 외벽에 의해 저지되면서 내부에 힘이 갇히게 됩니다.
- 응력 분포:
- 표면층: 압축 응력(Compressive Stress) 형성. 외부 균열 성장을 억제하여 강도를 높임.
- 중심부: 인장 응력(Tensile Stress) 형성. 에너지가 응축된 상태로, 파손 시 폭발적 균열 전파의 원인이 됨.
- 루퍼트 왕자의 눈물과 파괴 역학
- 응력 평형: 머리 부분은 강력한 표면 압축 응력 덕분에 외부 충격을 견디나, 내부는 극도의 인장 상태입니다.
- 파괴 분출: 꼬리의 미세 균열이 내부 인장 응력층에 닿는 순간, 저장된 탄성 에너지가 방출되며 초음속 균열 전파(Supersonic crack propagation)가 일어납니다. 5. 광탄성법을 이용한 비전 검사 (Visual Inspection)
- 복굴절 현상: 응력으로 인해 원자 밀도가 달라지면 빛의 속도가 방향에 따라 차이($n_1 \neq n_2$)를 보입니다.
- 검사 메커니즘: 두 개의 편광 필터 사이에 유리를 배치하면, 응력에 의한 위상차(Retardation)가 무지개 형태의 간섭색으로 나타납니다. 이를 통해 잔류 응력의 위치와 크기를 정밀 측정합니다.
- 유리 성형의 열역학적 단계
- 유리 공학: 성형 공정, 비정질 동역학 및 잔류 응력 분석
수요 예측
- 수요 예측이 되어야 얼마나 생산할지 계획할 수 있고, 그로부터 제조의 모든 관리 계획을 세울 수 있다.
- 수요 예측 방법
- 정성적 예측
- 시계열 분석
- 인과형 예측법
시계열 분석
- 시계열 변동의 종류: 추세, 순환, 계절, 불규칙
- 추세변동: 증가하든 감소하든 “추세선”에 기울기가 생김
- 순환변동: 주기적으로 변화하여 “추세선”에는 그다지 기울기가 없음
- 계절변동(seasonality): 순환변동이랑 생긴 건 비슷한데 그 사유가 계절임
- 불규칙변동: 이유가 없음. 그냥 변함.
- 시계열 변동 예시
- 연도별 판매추세: 내가 맨날 코드 돌려서 그리던 추세선
- 분기별 계절지수: 1년 안에서도 계절마다 가중치가 다르기 마련
- 추세선 그리기
- 지수 평활법(Exponential Smoothing): 최근의 데이터에 더 가중치를 주어 추세선을 그리는 방법. 과거일수록 적게 반영됨.
- 인과형 예측법: 수요와 영향 인자의 관계를 수리적으로 나타냄.
예를 들면 온도와 따뜻한 음료 판매량의 관계
제품의 개발과 설계
- 제품의 개발과 설계에 관련된 프로그램/플랫폼/등등: CAD, CAE, PDM, PLM, E-BOM
- 연구개발(R&D): 연구 + 개발
- 우리는 개발을 중심으로 본다
- 개발 ← 개발연구
제품/서비스 수명주기(PLC)의 단계: 도입기 - 성장기 - 성숙기 - 쇠퇴기
도입기 성장기 성숙기 쇠퇴기 품종 수 적음 적음 늘어남 줄어듦 생산량 적음 늘어남 많음 줄어듦 플레이어(경쟁사) 적음 늘어남 많음 줄어듦 경쟁의 정도 적음 적음 많음 줄어듦 - 의외로 최후의 생존자 두셋이 롱런하기도 한다. 경쟁도 없고 새로 뭐 투자할 것도 없어 강철밥통이 되기 때문.
- 일반적인 신제품 개발 과정
- 개발 대상 탐색
- 사업성 평가
- 예비설계
- 원형제작/시험
- 최종설계
- 신제품 생산
- 요인평정법: 평가 항목을 미리 정해두고 아이디어를 평가하는 것
- 동시공학(CE)의 제품개발 과정
- 동시공학은 이어달리기 같은 거임. 왜 조금씩 병행하나? 속도 높이려고. 처음부터 끝까지의 이 시간 간격을 리드 타임이라고 함.
- 제품설계 > 예비설계 > 최종설계 > 생산준비 > 생산 > 판매/AS
- 설계 단계라고 해도 꼭 전부 완료되어야만 다음으로 넘어가지 않아도 가능한 파트가 있다. 제품 설계를 해도 전부 동시에 설계가 완료되는 게 아니라 중간에 먼저 끝나는 부분이 있을 것이니, 그것만 먼저 다음 단계로 넘어가면 됨.
- 대신 이게 가능하려면 각 단계가 유기적으로 연결되어야 함, IT 기술 반드시 필요.
서비스의 전략과 설계
- 서비스 전략변수
- 서비스 참여자: 일반적으로 서비스에 고객을 참여시키면 만족도가 향상되는 경우가 더 많음
- 서비스 제공과정
- 서비스 과업환경
- 서비스 시스템의 유형
- 고접촉 서비스와 저접촉 서비스
- 저접촉 서비스는 고객과 직접 닿는 면을 제외한 나머지를 공장처럼 운영해도 됨
- 고접촉 서비스는 좀 더 일반적으로 생각하는 “서비스업”의 형태를 보여야 함.
- 인간중심 서비스와 장비중심 서비스
- 유형/무형 + 대인/대물
- 유형적 대인서비스: 형태/물리력이 있고 사람에게 제공됨. 물리치료, 미용, 수영장.
- 무형적 대인서비스: 형태/물리력이 없고 사람에게 제공됨. 교육, 방송
- 유형적 대물서비스: 물리력이 있고 사람이 아닌 것에 적용됨. 세탁, 화물운송, 집수리
- 무형적 대물서비스: 물리력이 없고 사람이 아닌 것에 적용됨. 보험, 건물등기
- 고접촉 서비스와 저접촉 서비스
- 서비스 접점
- 만남
- 서비스는 서비스 제공자와 고객과의 만남으로 발생
- 고객은 서비스를 제공받는 순간에 평가
- 서비스 접점
- 서비스 조직이 정한 환경 내에서 서비스요원과 고객 사이를 통제하는 삼각관계. 서비스 조직, 제공자, 고객 간에 갈등이 없어야 서비스 효율(만족)이 높다
- 내과와 치과를 생각해봅시다
내과는 고객을 굳이 편안하게 만들려고 애쓸 필요가 없어요. 안 해도 다들 오거든. 치과는 고객을 최대한 편안하게 안심시킬 필요가 있어요. 안 그럼 안 와. 그게 내과와 치과에게 요구되는 서비스의 차이다.
- 만남
공정의 설계와 혁신
- 프로세스 리엔지니어링(= PI, 프로세스 이노베이션)
- 강의자료 너무 팍팍 넘어가서 듣기만 했음
- 금형의 캐비티는 대체로 짝수
- 이중사출이라는 게 있다. 서로 다른 두 사출물을 붙인 게 아니라 한 번 부분적으로 사출하고 나머지를 한번 더 사출해서 만든 거임. 예를 들면 투톤 TV 테두리.
대부분의 사출 제품은 사용자의 눈에 직접적으로 보이게 된다. 고로 예뻐야 한다.
그래서 핫러너가 인기가 많다
핫러너 참고자료
여기 특허도 냈음 - 히든 챔피언: 대놓고 드러내지 않았지만 은근히 업계 1위 하는 플레이어
- 업계 자체가 규모가 아주 크지는 않아서 그 업계 1위가 굳이 이 업계를 장악할 필요를 못느낌
- 하지만 기술력은 꽤 갖추고 있어서, 거대자본이 그럼 내가 먹을래 하고 뛰어든다고 집어삼킬 수 있는 대상은 아님
- OEE: 설비 종합 효율
- 덤: 이중 사출용 핫 런너 시스템 (특허번호: KR102399584B1)
- 개요 및 배경
이 특허는 이중 사출(Double Injection)을 위한 핫 런너 시스템(Hot Runner System)에 관한 기술입니다.- 기본 개념: 금형 내부에 두 가지 다른 성질(재질, 색상 등)의 수지를 주입하여 하나의 플라스틱 제품을 만드는 기술입니다. 주로 제품의 내부는 저렴하거나 강도가 높은 재료(코어 수지)로 채우고, 외부는 미관이 뛰어난 재료(스킨 수지)로 감싸는 방식에 사용됩니다.
- 기존의 문제점: 서로 다른 두 수지를 동시에 쏘아 보낼 때, 껍질(스킨)이 속(코어)을 균일하게 감싸지 못하거나, 수지의 흐름 자국이 제품 표면에 남아 외관 불량을 일으키는 문제가 빈번했습니다. 또한, 수지가 멈췄을 때 압력 차이로 인해 거꾸로 흐르는 ‘역류 현상’도 주요 문제였습니다.
- 시스템의 핵심 구조: 이중 유로(Dual Channel) 설계
이 발명의 핵심은 노즐 유닛(Nozzle Unit) 내부를 두 개의 독립된 경로로 나누어 수지를 제어하는 것입니다.- 제1 경로: 코어 수지 (Core Resin, 심부)
- 유로 명칭: 제1노즐유로 (도면 부호 12a)
- 수지 역할: 제품의 속(뼈대)을 채우는 역할.
- 이동 경로: 노즐의 최중심부(핀홀)와 합류하여, 밸브핀(Valve Pin)을 따라 수직 직선으로 하강합니다.
- 특징: 가장 안쪽에서 직선으로 뻗어 나가므로, 제품의 중심을 단단하게 잡아주는 역할을 합니다.
- 제2 경로: 스킨 수지 (Skin Resin, 겉면)
- 유로 명칭: 제2노즐유로 (도면 부호 12b)
- 수지 역할: 제품의 겉면(껍질)을 형성하여 코어를 감싸는 역할.
- 이동 경로: 믹싱노즐(Mixing Nozzle)의 외곽을 타고 내려오며, 특수하게 설계된 나선형 유로(Helix)를 통과합니다.
- 특징: 직선으로 내려오지 않고 회전(Spinning)하며 내려옵니다. 이 회전 운동이 품질 향상의 핵심 열쇠입니다.
- 제1 경로: 코어 수지 (Core Resin, 심부)
- 기술적 심층 분석: 왜 ‘나선형 회전(Helix)’인가?
이 시스템에서 스킨 수지를 회전시키며 사출하는 이유는 단순한 혼합 그 이상입니다. 이는 제품의 치명적인 외관 불량을 막기 위한 공학적 해결책입니다.- 이유 1: 유동 방향성(Flow Directionality) 제거 및 ‘결’ 방지
- 현상: 수지가 좁은 관을 직선으로 통과하면, 수지 분자들이 흐르는 방향으로 나란히 정렬되는 성질(배향, Orientation)을 갖습니다. 이를 ‘결’이라고 합니다.
- 문제점: 이 ‘결’이 남은 채로 제품이 굳으면, 빛이 반사될 때 각도 차이가 발생하여 우리 눈에는 줄무늬, 물결무늬, 또는 얼룩처럼 보입니다. 이를 ‘타이거 스트라이프(Tiger Stripes)’ 또는 ‘유동 자국(Flow Mark)’이라 부릅니다.
- 해결책 (나선 회전): 믹싱노즐의 나선 홈(20a)을 통과하며 강제적인 회전력이 발생합니다. 이 힘은 가지런히 정렬되려던 분자들을 흩트려 놓아(무질서화), 수지의 방향성을 제거합니다. 결과적으로 결이나 줄무늬가 없는 매끈한 표면을 얻게 됩니다.
- 이유 2: 편중 방지 및 코어 돌출(Break-through) 차단
- 현상: 스킨 수지가 한쪽 방향에서만 강하게 유입되면, 노즐 끝에서 스킨의 두께가 불균일해집니다(한쪽은 두껍고 반대쪽은 얇음).
- 문제점: 이 상태로 금형에 들어가면, 뒤따라오던 고압의 코어 수지가 얇아진 스킨 층을 뚫고 제품 표면으로 튀어 나올 수 있습니다. 이를 ‘브레이크 스루(Break-through)’라 하며 심각한 불량입니다.
- 해결책 (균일 분포): 회전을 통해 발생하는 원심력은 스킨 수지를 노즐 팁의 360도 둘레에 균일한 두께로 펴 바르는 효과를 줍니다. 즉, 금형으로 들어가기 직전, 스킨 수지를 ‘완벽한 도넛 모양의 파이프’ 형태로 만들어 코어 수지를 안전하고 균일하게 감싸 안도록 합니다.
- 이유 1: 유동 방향성(Flow Directionality) 제거 및 ‘결’ 방지
- 안전장치: 역류 방지 시스템 (Check Valve)
용융된 수지가 압력 차이에 의해 공급되던 방향 반대편으로 역류하는 것을 막기 위한 물리적 장치입니다.- 핵심 부품: 럭비공 모양의 ‘셧오프 체크핀(220)’
- 작동 원리 (도면 11 참조):
- 사출 시 (정상 흐름): 수지의 미는 힘에 의해 핀이 전진합니다. 핀에 파여 있는 세로 홈(수지홈, 223)을 통해 수지가 정상적으로 통과합니다.
- 사출 중단/역압 발생 시 (역류 차단): 역류하려는 압력이 핀을 뒤로 밉니다. 핀이 뒤로 밀리면 노즐 로케이터 부시(230)의 구멍을 쐐기(Wedge)처럼 꽉 막아버립니다(Metal-to-Metal Seal). 이로 인해 수지는 뒤로 새어 나갈 틈이 없어집니다.
- 주요 부품 구성 및 역할 요약
- 노즐 유닛(1): 전체 사출 장치. 유지보수를 위해 메인 어셈블리(1a)와 연장 어셈블리(1b)로 모듈화되어 있습니다.
- 런너노즐(10): 상부에서 두 가지 수지를 받아 아래로 전달하는 통로 역할.
- 믹싱노즐(20): [핵심] 하단 외주면에 나선형 홈(Helix)이 있어 스킨 수지에 회전력을 부여.
- 노즐팁(30): 코어와 스킨이 합류하여 금형으로 나가는 최종 출구. 열전달이 좋은 동합금 소재 사용.
- 실캡(50): 노즐팁 끝부분의 열을 보호하고 수지 누설을 막는 캡.
- 도면 참조 가이드 (이해를 돕기 위한 지도)
특허 문서를 보실 때 다음 도면을 참고하시면 이해가 빠릅니다.- 도면 4: 빨간색(코어/직선)과 파란색(스킨/나선) 수지가 섞이지 않고 내려가는 단면도.
- 도면 5: 노즐 끝에서 두 수지가 합쳐지는 확대 단면도.
- 도면 6: 스킨 수지를 회전시키는 나선형 홈(Helix)이 파인 믹싱노즐의 입체 형상.
- 도면 11: 럭비공 모양의 체크핀이 앞뒤로 움직이며 유로를 열고 닫는 과정.
- 개요 및 배경
능력의 결정과 설비의 선정
시설 및 공장입지
- 제조공장의 입지요인
- 노동력과 노동환경: 인건비가 싼 나라에 공장 짓기
- 고객(시장)과의 근접성: 가구 공장은 고객이랑 가까울수록 좋음. 근데 서울은 땅 비싸서 조금 떨어진 곳에 있음. = 서울 주변.
- 원자재의 근접성: 생수/술 공장은 물(원자재) 좋은 곳에 있어야지
- 수송의 효율성: 화력발전소는 냉각수때문에 바다에 있기도 하지만, 석탄을 날라야 하기 때문에 대체로 서해안 쪽에 있다.
- 공업용수의 양과 질: 원자력 발전소는 강물 정도로는 부족해서 거의 다 동해안에 있다.
- 기후조건의 적합성
- 토지가격
- 서비스시설의 입지
- 입지요인: 고객 및 시장의 근접성, 경쟁자의 위치, 부지의 위치
- 서비스시설은 오히려 몰려있는 게 더 도움이 되기도 한다
- 예: 로데오거리, 부대찌개거리
시설 및 설비의 배치
- 설비 배치의 기본형
- 제품(라인)별 배치
- 생수병 같은 것. 단일 라인을 따라 제품이 이동하면서 제조됨. 생산량이 많으면 제품별로 라인 만들어서 해도 됨.
- 제품마다 필요한 공정 수만큼 기계를 사야 하니까 돈 들고 하나 고장나면 다 멈추니 손해보고 일감 없으면(조업도가 낮으면) 라인이 통으로 노니까 손해본다.
- 예방보전 혹은 예지보전이 권장됨.
- 공정(기능)별 배치
- 제품이 필요한 공정이 있는 곳에 찾아다니면서 제조됨. 다품종 소량생산. 공정마다 대기열 생김.
- 공정 하나쯤 고장나도 라인 배치만큼 치명적이진 않음. 예방보전이 반드시 권장되지는 않음.
- 근데 장비가 비싸거나 인기가 많으면 특별히 관리를 해줘야지.
- 대기열 관리가 중요
- 공정별 배치의 분석: 나중에 해보실 거예요
- 위치고정형(프로젝트) 배치: 배나 항공기처럼 제품을 옮기는 게 곤란한 경우 한 자리에서 처음부터 끝까지 만듦
- 혼합형 배치
- 제품별 배치와 공정별 배치를 섞어보려는 시도
- 제품(라인)별 배치
작업의 설계와 측정
- 무리와 낭비 없이 작업할 수 있게 기업과 작업자의 입장에서 유일최선의 작업방법을 추구하는 활동
작업공학
- 작업환경, 작업수단, 작업방법을 인간의 신체 및 심리적 특성과 연관하여 효율적 시스템을 구축/운영하려는 노력
생산계획
- 총괄생산계획 > 대일정계획(여기서부터 MES) > 생산계획(자재소요계획(MRP) + 일정계획 + 능력소요계획)
- 목표: 수요와 생산량을 일치시키는 것