A Study on the Development and Application of a Small Shipyard Customized Production Process Planning and Management System

소형조선소 맞춤형 생산공정 계획관리 시스템 개발 및 적용에 관한 연구

Abstract

In general, since the types and types of ships, so complex and various variables are included to measure the amount of construction work. In addition, it is mot easy to predict the schedule or the number of working hours before ship construction, and it is also mostly inaccurate. As a result, the master plan is manually drawn up by the expert's experience, but there are limitations due to various factors. Medium and large shipyards are operating APS(Advanced Planning and Scheduling) system that reflects industrial characteristics to improve productivity in the planning stage, and utilize information from systems such as ERP(Enterprise Resource Planning) system and MES (Manufacturing Execution System). On the other hand, small shipyards rely mostly on manual work such as Excel work based on the experience of the workers. Therefore, this study intends to develop a master plan management system that can efficiently manage the production process from the business planning stage in consideration of the characteristics of small shipyards.

1. 서론

일반적으로 선박은 주문제품으로 건축물보다 규모가 크고 복잡한 공정을 거치며 수많은 부재와 기자재가 조립되어 하나의 움직일 수 있는 제품으로 건조된다. 선주는 신조 발주시 선종, 선형, 항로와 속도, 국적 및 인증 선급 등을 정해놓고 여러 조선소에 납기와 가격을 의뢰한다. 조선소는 자사의 생산능력과 수주잔량 등을 검토하여 구체적인 사양서, 납기 및 가격을 선주측에 제시하는 과정으로 계약에 이른다. 그래서 조선소 건조과정에서 도출되는 각종 데이터를 활용한 생산공정관리 등 경영관리시스템에 대한 연구는 지속되고 있다[1] 특히 대형조선소를 중심으로 생산성 향상 및 원가절감에 대한 관심이 2000년대 들어와 높아졌다[2][3]. 그 결과 대형조선소에서는 다양한 기법과 축적된 데이터로 사업선표(사업계획)에 의한 여러 가지 시뮬레이션을 경영계획수립에 활용하고 있다[4][5]. 그러나 소형조선소는 한정된 인력, 설비, 공간 등의 제약으로 즉흥적인 영업방식에 의존하는 경향이 높다. 또한 신규의 작업물량 투입시 생산공정의 부하 등에 대한 사업계획을 전문가의 경험과 직감 등 수작업에 의존하는 경향이 있어 경영관리상의 한계가 있다. 특히 선박건조, 블록제작 및 철의장품 제작 등 다양한 작업이 병행하여 진행되는 경우에는 효율적인 생산계획 관리는 더욱 어렵게 된다.

이에 본 연구에서는 소형조선소의 신규작업 물량 투입시 사전에 사업계획에 대한 시뮬레이션을통하여 최적의 경영목표 달성을 위한 사업계획 선표를 도출해내는 사업계획 시스템을 활용하여 최적의 사업계획선표를 도출하고자 한다. 또한 소형 조선소가 갖추고 있는 생산 공종별 역량 특성 기반의 사업계획시스템에서 요구하는 각종 데이터를 표준화하여 소형조선소에 활용할 수 있도록 한다. 이를 통해 소형조선소에서 추가 프로젝트 투입에 따른 사업계획시 한정된 자원으로 최적의 경영목표 달성 가능성을 향상시키고자 한다.

2. 사업계획시스템

2.1 사업계획시스템의 개념

사업계획시스템이란 기업이 확보하고 있는 한정된 자원, 즉 시수, 물량 및 자금을 통해 최고의매출과 이익을 달성할 수 있는 선표를 다양한 방법으로 시뮬레이션을 할 수 있는 시스템을 의미한다. 사업계획 시스템은 회사의 경영목표와 생산성 향상을 위한 장기적인 목표를 반영하는 경영자의 의사결정을 지원하는 시스템으로 수립한 사업선표를 통해 도크회전율, 공정매출액 및 현금흐름을 파악하는데 활용하는 플랫폼 성격의 특성도 있다.

그래서 일반적으로 사업계획의 작성시점은 Fig. 1에서 보는 바와 같이 경영기획상 수주전략을 수립하는 단계와 생산준비단계에서 수립하게 된다. 생산준비 단계를 거치면 실제 생산 공정으로 시작되는 강재의 조립을 통한 블록 형성, 도크 내의 블록 탑재 및 결합, 그 이후 안벽공사 등이 순차적으로 진행된다.

Fig. 1 Business Planning for production in shipyard

일반적으로 Table 1과 같이 조선소의 선표에는 사업선표, 영업선표, 건조선표 등이 있다.

Table 1. Types and Scope of Business Planning

2.2 사업계획 작성의 기본 방향

조선소에서 사업계획의 작성시 고려해야할 기본방향으로 다음과 같다. 첫째, 매출의 극대화로 정해진 도크/선대 및 설비, 한정된 인원, 주력 선종의 변화에 따른 여건 하에서 최대의 매출과 이윤을 창출할 수 있도록 사업계획을 수립해야 한다.

둘째, 공정의 안정화이다. 선박의 납기일은 선주의 요구사항으로서, 조선소는 생산공정 상황을 충분히 고려하여 도크 및 건조시기를 결정해야 한다. 특히 확정된 건조선표의 변경은 설계의 진행상황과 자재의 준비상태 등을 고려해야 하는데, 부득이하게 건조선표의 변경시 생산공정 혼란을 최소화해야 할 것이다.

셋째, 공정 부하의 평준화이다. 건조선표는 모든 생산계획의 기준이 되는 계획으로서 건조선표에서 부하 평준화가 되면 중일정단계에서 부하를 평준화하기 용이하며 나아가 각 생산부서에서 상황에 따른 변동성만 반영하여 작업계획을 수립할 수 있게 된다.

넷째, 연속 건조의 효과로 2척 이상의 동일 선주 및 동일 선형에 대해 건조도크 선정시 시리즈 효과를 낼 수 있도록 가능한 동일한 도크에 배치해야 한다.

다섯째, 건조기간의 설정이다. 계약에서 인도까지 총선박건조 기간은 설계기간, 자재준비기간, 블 록준비기간, 탑재기간, 후행의장기간 등으로 구분되는데, 사업계획 결정시 생산 부하평준화의 측면에서 이러한 기간들이 충분히 검토되어야 한다. 특히, 유사한 시기에 2개 이상의 도크가 Keel-Laying 또는 Launching 하는 경우에는 일정기간 생산부하(Load)가 급격히 상승하므로 주의해야 한다.

2.3 사업계획시스템의 구성과 구동방식

사업계획시스템은 예비선주로부터 선박건조를 위한 견적서와 건조기간 등의 제시를 요구받았을 때, 조선소의 건조 실적 정보를 근간으로 하여 생산부서, 설계부서의 건조 능력과 건조예산, 자금계획 등을 조합하여 가장 빠른 시간 내에 결론을 얻어 입찰에 응하도록 준비하는 것이다. 또한 계약 이후에는 각종 생산계획의 근간이 되는 기본 계획으로도 사용된다.

이러한 사업계획시스템의 작업순서는 Fig. 2와 같다. 우선 소형조선소에서 작업하는 공종의 정의, 공종별 표준정보, 공종별 인원투입계획 등 기준정보를 토대로 추가되는 프로젝트의 정보, 예를 들면 프로젝트의 사업계획용 정보, 공종별 정보 등이 작성된다. 마지막으로 추가 프로젝트의 선표작성 및 분석을 통해 소형조선소 전체 작업에 대한 사업계획을 최적화해 나갈 수 있다.

Fig. 2 The work sequence program of business planning system

소형조선소 전체의 진행되는 모든 프로젝트들은 사업계획상의 프로젝트정보 화면에서 상세한 정보의 확인이 가능하다(Fig. 3). 여기에는 Table 2와 같이 프로젝트별로 프로젝트 주제, 도크/안벽/작업단계별 일정정보, 선주, 선급, PM 정보 등 모든 기초정보를 확인할 수 있다.

Fig. 3 Detailed project information screen in the business planning system

Table 2. Information of the project

본 연구에서는 실제 H사의 현재 확보된 인력, 설비, 공종, 제품타입 등의 기초 정보자원를 토대로 현재 진행중인 프로젝트의 사업계획 정보를 등록하여 경영목표를 달성하는 최적화된 생산 일정을 도출해 보았다.

사업계획시스템의 구동방식은 다음과 같다. 제1단계로 선표를 작성하는데 여기서는 주일정계획을 바차트( )형태의 도식으로 기본선표를 작성한다.

제2단계로 계획된 기본선표에 기존 부하된 업무량과 신규 추가 부하 업무량을 프로젝트별/공종별로 구분하여 계획기간 내에서 투입시수와 주요공정(Key Event)을 조절하면서 시뮬레이션을 통해 최적의 인원분포 상태를 찾아낸다. 여기서 주요공정(Key Event)로는 Steel Cutting(S/C), Keel Laying(K/L), Launching(L/C), Delivery(D/C) 등이 있다. 이 시스템은 일정과 자원들이 연계되어움직이도록 구성되어 있어 사업계획을 차트로 작성하도록 되어 있다.

3. 사업계획 프로젝트 관리

3.1 신규 프로젝트 관리

상기의 소형조선소 전체 프로젝트에 대한 정보를 기반으로 사업계획시스템에 추가될 프로젝트를 관리하기 위하여 Fig. 4와 같이 정보관리를 한다.

Fig. 4 Project business management screen

기본적인 정보는 프로젝트 정보와 동일하다. 여기에서는 시뮬레이션을 위하여 필요한 작업장소인도크와 안벽 정보, 프로젝트별 주요 공종별 일정정보 등이 사업계획안별로 관리한다(Fig. 5, Fig. 6).

Fig. 5 Project schedule information screen

Fig. 6 Project quantity information screen

3.2 사업계획 프로젝트 공종별 일정 및 부하(S-Curve)

사업계획시스템에서는 각 프로젝트에 대한 공정별 일정과 부하(S-Curve)를 관리한다. 공종별 표준물량 정보, 프로젝트별 물량정보 등을 가지고 공종부하를 조정하면서 사업계획에 적합한 사업선표를 구할 수 있다.

이미 사전에 사업계획시스템에 설정되어 탑재된 표준정보를 토대로 프로젝트별 일정 정보, 공종별정보 등을 비교하여 부하 정도를 판단할 수 있다. 여기서 표준정보로는 소형조선소에서 생산하는 선 종, 선형 등을 고려한 정보로 Fig. 2에서 보는 바와 같이 Step-1 기준정보에 해당된다.

여기에는 공종의 종류, 부하 및 처리가능량 등의 공정 정의와 공종별 표준정보인 표준일정, 표준물량, 표준시수, 표준예산 및 표준 작업장과 장비 등이 설정되어 있다. 또한 공종별 인원투입 계획도 포함된다. 인원투입계획에는 연단위와 월별 직영과 외주인력에 대한 현인원과 채용예정 등의 인력투입과 관련된 정보를 정의하고 있다. 이러한 표준정보는 기존의 실적 데이터를 토대로 지속적으로 수정 보완이 가능하다.

Fig. 7 Project business management screen

해당 프로젝트에 대해 표준정보를 바탕으로 공종별 일정에 대해 부하(S-curve)를 파악할 수 있다. 여기에서는 공종별 일정변경에 따라 부하가 자동적으로 계산된다.

3.3 사업관리 시뮬레이션 결과

공종별 착수 시점 및 완료 시점을 프로젝트 주요일정(Key-Event)를 기준으로 파악할 수 있다. Fig. 8의 프로젝트 공종부하 화면에서 기 입력된사업계획 관련 표준정보와 프로젝트 정보를 이용하여 총공정율 부하를 S-Curve를 통하여 시각적으로 시뮬레이션하면서 어떤 사업계획이 최고의 경영목표를 달성할 수 있는지 확인할 수 있다.

Fig. 8 Project work load analysis screen

사업계획을 위한 시뮬레이션은 시점별, 호선별, 착수시점별, 완료시점별 등 여러 가지 기준에 따라 변경이 가능하여 최적화 상태의 사업계획을 도출 할 수 있다.

시뮬레이션 과정을 보면, 우선 사업계획 시스템에서 사업계획 선표를 작성하여 공종별 표준정보에 설정된 기준일정이 반영된 초기 계획이 생성된다. 표준정보 설정된 공종별 착수기준점/시점과완료 기준점/시점을 반영하여, 프로젝트별로 해당시점을 설정하면 이에 따라 작업일정이 자동으로늘어나거나 줄어든다(Fig. 9)

Fig. 9 Project management simulation screen

해당 프로젝트가 표준정보의 작업시간 보다 길 경우에는 S-CURVE가 완만하게 늘어나고, 표준정보의 작업기간 보다 짧을 경우 S-CURVE가급하게 줄어든다. 또한 해당 공종에 대한 착수기준점/시점과 완료기준점/시점을 변경하면 기간이 자동으로 변경된다. 즉 Fig. 7에서 보는 바와 같이 마우스를 이용하여 일정 바(Schedule bar)를조정하면 시점 및 기간이 자동적으로 변경된다. 이 때 표준 S-CURVE가 적용되는 과정으로는 Fig. 10과 같은데 여기서 STEP은 주(Weekly) 단위이다.

Fig. 10 Critical pass of the standard S-CURVE

사업계획에 대한 부하분석도 가능하다. 작성된 사업계획에 대해 공종별로 작업물량, 작업시수, 예산부하를 기간별로 분석이 가능하다. 이때 시수 부하로는 소요시수대비 소요인원, 가용시수대비 가용인원, 과부족시수대비 과부족인원, 월별 능률시수 등을 확인할 수 있다(Fig. 11).

Fig. 11 Business plan of APS screen - load analysis

4. 결론

사업계획시스템에서 사업선표를 활용하여 소형조선소가 신규 프로젝트 투입에 따른 사업계획안 수립의 가능성에 대하여 알아 본 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

경영자원이 부족한 소형조선소에서 사업계획 시스템의 사업선표를 활용하여 신규 프로젝트에 대한 다양한 물량 및 일정 변화의 시뮬레이션을 통해 최적의 사업계획 선표를 도출할 수 있음을 알았다. 또한 시뮬레이션 결과를 시각화하여 볼 수 있기 때문에 사업수행의 판단 여부를 초기에 결정할 수 있다. 또한 소형조선소의 건조역량의 기초정보인 표준정보를 건조실적에 따라 업데이트가 가능하며, 각 소형조선소가 확보하고 있는 인프라자원의 변화에 따른 영향을 확인할 수 있어 경영관리 측면에서도 효율적으로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

향후에는 실적 자료를 토대로 사업계획 선표의 최적화를 통한 구체적인 경제적 효과에 대한 연구가 필요하다.