초판 2023.9.20

연구실에서 바라보는 광교산 자락은 삭풍이 몰아치는 엄동설한에 앙상한 가지만 남기고 흰눈으로 뒤덥혀 있다. 지난 여름의 뜨거운 태양과 때없이 쏟아지는 장마와 태풍에 살아남은 나무들은 언제 그랫냐는 듯 변함없이 그 자리에서 또 다른 새로운 모습으로 우리에게 다가온다. 이제는 한겨울의 혹독한 추위를 이겨내고 생명이 잉태하는 따뜻한 봄을 기다리고 있으리라.

처음에는 일년에 한 권씩 책을 쓰리라 작정했지만, 해가 갈수록 그 기간이 조금씩 길어져 간다. 나의 게으름과 나태함을 탓하면서도 이 또한 자연의 섭리라 스스로 위로하면서 집필하였다. 한여름의 뜨거운 태양과 장마가 지나가고, 한겨울의 혹한을 2번 거치며 이 책은 다시 세상에 나오게 되었다. 그동안 감추어져 있던 우리만의 생산방식에 대하여 고민해보고 모르던 것들을 하나씩 찾아내어 세상 밖으로 내보낸다. 부족하지만 이 분야를 공부하는 학생들과, 흥망의 기로에서 변화를 열망하는 기업들에게 조금이나 도움이 된다면 더 할 나위없는 큰 선물이 되리라 믿으며 힘을 내어 원고를 집필하였다.

오늘날 우리가 살아가고 있는 세상은 무서운 속도로 변화하고 있다. 그중에서도 특히 제조업의 급격한 변화는 기업의 생존과 직결되는 문제로 더 심각하게 다가오고 있다. 4차 산업혁명으로 대표되는 인공지능(AI), 빅데이터(Big Data), 사물인터넷(IoT), 스마트팩토리(Smart Factory), 스마트제조(Smart Manufacturing) 등 변화의 큰 물결앞에 많은 제조기업들이 조금이라도 경쟁력을 높이기 위하여 치열한 변신을 해나가고 있다.

최근 대형은행들은 코로나로 창구에 내방하는 고객은 줄고 온라인 고객이 늘어나면서 점포를 통합하고, 이에 더하여 AI 행원을 만들어서 창구에 배치하여 그 영역이 영업점을 넘어 앱까지 진출한다고 발표하였다. 국내 자동차 회사에서는 실제 공장과 똑같은 메타팩토리(메타버스&스마트팩토리)를 만들어서 가상공장에서 고객이 주문하는 제품의 사양을 먼저 만들어보고 실제 공장에서 제품을 생산한다고 발표하였다. 가전제품 회사에서도 인공지능(AI) 기반의 통합 가전솔루션 ‘스마트싱스홈라이프’를 통하여 맞춤형 제품을 출시한다고 발표하였다. 이와 같이 제조의 패러다임은 개인화 & 맞춤형 생산시대로 변화하고 있고, 그에 따른 운영시스템의 중요성은 점점 더 높아지고 있다. 이러한 시대적인 변화와 혁신의 요구에 발빠르게 대응해나가고 준비하는 기업들은 살아남아서 그 열매를 따먹고, 제대로 대응하지 못하는 기업들은 점점 경쟁력을 상실해가고 있는 것이 오늘의 냉혹한 현실이다.

또한 오늘날 대학을 졸업한 학생들의 취업 문제는 얼마나 심각한가. 대기업, 공기업의 입사경쟁율은 수십대일에서 수백대일에 달하고, 그 경쟁률을 뚫고 입사하기란 낙타가 바늘구멍을 통과하는 것만큼이나 어려워졌다. 그러다보니 재수·삼수는 기본이고 삼포(연애, 결혼, 출산)세대가 사회의 신조어로 떠오른 지 오래되었다. 이러한 삼포세대가 나오게 된 배경은 안정된 일자리를 구하지 못한 데서 비롯된 것임은 두말할 필요가 없다. 이와 같이 기업은 기업대로 시장에서 생존하기 위하여 지속적인 변화와 혁신을 해야 하고, 또 그 과정에서 직장인들은 아무런 준비 없이 거리로 내몰리고 있다.

필자는 기업의 제조현장에서 경쟁력을 끌어올리기 위한 스마트팩토리, 스마트매뉴팩처링 구축 업무를 추진하였고, 몸담고 있는 기업의 눈부신 발전을 함께 하였다. 그러한 성장의 가장 큰 비결은 사원들의 열정도 중요하지만, 기업의 빠른 변화와 혁신 그리고 정보시스템을 활용한 기업 경쟁력의 확보라는 것을 결코 부인할 수 없다.

본 저서는 크게 생산방식, 생산공정관리, 운영시스템, 프로세스 및 사례연구 순으로 구성되어 있다. 첫째, 생산방식의 변천과정 및 주요 생산방식, 동기화생산에 대한 이해와 기법들에 대하여 살펴보고, 둘째, 생산공정관리 및 필요한 핵심기술들에 대하여 다루었다. 초일류기업에서 사용하는 최신 공정관리 및 설비관리, 그리고 품질관리 기법 위주로 기술하였다. 셋째, 운영시스템에서는 전체 공장운영의 중요한 역할을 담당하는 Factory Integration 및 자동화에 대하여 정리하였다. 마지막으로 생산프로세스 및 프로세스혁신, 그리고 생산시스템 사례에 대하여 기술하였다.

본 저서는 제조패러다임의 변화에 맞추어 현장의 생산방식과 운영시스템에 초점을 맞추었고, 이에 필요한 핵심 기술들을 살펴보고 나아갈 방향을 제시하고자 하였다. 핵심적으로 필요한 기술들은 이론적인 내용과 독자의 이해를 돕기 위하여 현장 사례들을 추가하여 기술하고, 일정계획·설비지능화 등 기업에서 많이 이슈가 되고 있는 분야는 이론적인 내용 위주로 최대한 자세하게 기술하였다. 또한 현장에서 활용할 수 있는 알고리즘 및 예제를 추가하여 학생들이 실무와 이론을 같이 학습할 수 있도록 배려하였다.

필자는 그동안 제조현장에서 생산·기술·품질·스마트제조 업무를 수행하면서, 현장의 프로세스이노베이션(process innovation)·생산시스템·무인자동화에 이르는 전 과정을 선도적으로 추진하였다.

무인화된 스마트제조 라인을 구현하려면 제조현장의 생산·기술·품질·설비관리 등 전체 공장운영(smart operation system)에 필요한 각 부분의 프로세스혁신 작업이 선행되어야 하고, 운영시스템에는 현장의 업무(process & know-how)가 그대로 녹여져 들어가 있어야 한다. 그리고 이러한 제조 패러다임의 변화가 제조경쟁력의 원천이 되고, 이러한 활동들이 기업이 초일류기업으로 도약하는 데 핵심 요소가 된다는 것을 직접 경험하였다. 아울러 초일류기업으로 성장하려면 관련된 분야의 최신기술에 대한 지속적인 벤치마킹, 끊임없는 혁신 활동이 전제되어야 한다는 것은 두말할 필요가 없을 것이다.

그동안 국내 대기업의 제조경쟁력은 세계 최고의 수준에 올라섰지만, 그 위상에 걸맞은 우리만의 독자적인 생산방식이 없다는 것에 대하여 이 분야를 연구하는 학자로서 항상 아쉽고 안타까운 마음을 지울 수 없었다. 특히 생산방식·
스마트팩토리·스마트제조 분야의 이론적 정리된 내용들이 많지 않지만, 최대한 관련 자료들을 체계적으로 정리하여 전반적인 이해를 도울 수 있도록 기술하였다. 현재 우리의 경쟁우위를 지속적으로 확보해나가고, 우리의 후세대에 선배들이 이룩한 우수한 생산방식(know-how)을 전수해 줌으로써 선진 제조강국으로 도약하는 계기가 되리라 믿으며, 그동안의 실무경험과 강의 및 자료들을 정리하여 이 책을 집필하게 되었다.

마지막으로 생산방식에 대한 체계적인 연구가 부족한 상황에서 강의용 교재로 출간하다 보니 그 내용이 다소 미약하고 일부 순서가 맞지 않는 부분들이 있을 수 있다는 것을 미리 말씀드리며, 앞으로 빠른 시일내에 더 나은 내용으로 독자들에게 보답할 것을 약속한다.

본 교재를 출간할 수 있기까지 저의 영원한 스승이신 사랑하는 부모님, 그리고 가정에서 많은 응원과 후원을 아끼지 않은 사랑하는 아내와 우진이, 윤옥이가 있기에 이 책이 나오게 되었습니다. 그리고 물심양면으로 지원해 주신 경기대 산업경영공학과 교수님과, 집필 과정에 처음부터 함께 해준 경기대 조유진 양에게도 진심으로 감사의 말씀을 드립니다.

끝으로 본 도서가 나오기까지 오랫동안 많은 도움과 지원을 아끼지 않으신 박영사 안종만 회장님, 안상준 대표님, 영업부 정연환 과장, 편집부 탁종민 대리께도 깊은 감사를 드립니다.

2023년 봄

광교산자락 연구실에서

玄 岩

심현식

스마트제조경영 학자 / 연세대학교 공학박사.

경기대학교 산업시스템공학전공 교수로 재직 중이며,

한국반도체디스플레이기술학회 편집이사 및 “스마트제조경영연구회” 회장으로 활동하고 있다.

관심 분야는 지능형제조, 스마트팩토리, 스마트제조경영이며,

지능형제조시스템, 제조경영 연구 및 컨설팅과, 연구회 & 아카데미를 연 2회 진행하고 있다.

주요 저서로는 “실전경영학(2018)”, “스마트제조시스템(2020)”, “실전경영학 개정판(2022)” 등이 있다.

주요 경력은 삼성전자 반도체사업부(그룹장), 삼성전기 생산기술연구소(그룹장)에서 근무하였고, 연세대학교 정경대학에서 실전경영학을 강의하였다.

이메일: simhyunsik7@naver.com

CHAPTER 01 생산방식의 변화과정

01 개요 3

02 포드 생산시스템 6

2.1 과학적 관리론 6

2.2 포드시스템 9

03 린(lean) 생산방식 16

3.1 린 생산의 개요 16

3.2 7가지 낭비 17

3.3 Lean의 5가지 원칙 19

04 도요타 생산시스템 23

4.1 개요 23

4.2 JIT 생산 25

4.3 평준화 생산 26

4.4 자동화(自動化, automation) 29

05 TOC 경영 31

5.1 DBR(drum–buffer–rope) 32

5.2 CCPM(critical chain project management) 34

5.3 스루풋 회계(throughput accounting) 35

5.4 TP(thinking processes) 38

CHAPTER 02 동기화 생산방식

01 동기화 생산이란 43

02 생산운영 46

2.1 표준재공 설정 49

2.2 Device/단위공정(step)별 평균화 생산 53

2.3 Process unit 관리 55

2.4 Sync. station 운영 57

2.5 설비할당 58

03 설비운영 62

3.1 ERS(emergency response system) 62

3.2 SBM(schedule based maintenance) 71

CHAPTER 03 생산공정관리

01 생산운영관리 87

1.1 생산운영관리란 87

1.2 제품 생산과정 90

02 생산공정관리 92

2.1 생산관리 92

2.2 생산계획 및 통제시스템 93

2.3 생산계획 96

2.4 생산공정관리 100

03 선진공정제어 103

3.1 APC 개요 103

3.2 APC 주요기능 106

3.3 APC 제어 알고리즘 107

CHAPTER 04 설비관리

01 설비 생산성 121

1.1 설비 생산성의 정의 121

1.2 설비종합효율 123

1.3 설비생산성 지표 125

02 설비엔지니어링시스템 126

2.1 EES 개요 126

2.2 설비효율 관리 133

03 설비이상제어 138

3.1 설비변수와 공정변수 138

3.2 단변량 FDC(univariate FDC) 142

3.3 다변량 FDC(multivariate FDC) 152

04 EES 사례연구 161

4.1 EES 소개 161

4.2 FDC methodology 165

CHAPTER 05 초일류기업의 품질관리

01 통계적 공정관리 171

1.1 SPC 개요 171

1.2 SPC 적용사례 179

02 관리도 185

2.1 기본 개념 185

2.2 계량형 관리도 198

2.3 계수형 관리도 208

2.4 관리도의 해석 214

03 공정관리 220

3.1 공정능력의 개념 220

3.2 공정능력 지수 226

CHAPTER 06 Factory integration

01 Factory integration 개요 235

1.1 개요 235

1.2 주요과제 238

1.3 주요 기술 요소 239

1.4 경쟁력 강화 방안 245

02 Full automation 247

2.1 Automan시스템 247

2.2 계측기 자동화 253

03 Reticle 물류 자동반송시스템 257

3.1 RHS(reticle handling system)시스템 257

3.2 RMS(reticle management system)시스템 263

3.3 R–MCS(material control system)시스템 266

CHAPTER 07 자동화(automation)

01 자동화 개요 271

1.1 자동화 정의 271

1.2 자동화의 구분 272

02 물류 자동반송 개요 274

2.1 자동반송의 필요성 274

2.2 자동반송의 도입효과 및 역할 275

03 자동반송의 변천과정 277

3.1 FAB 라인 설비의 특성 278

3.2 반송업무 process 280

04 물류 제어시스템 282

4.1 MCS 개요 282

4.2 MCS 주요 기능 286

CHAPTER 08 프로세스 혁신 (1)

01 프로세스의 중요성 293

1.1 프로세스란 293

1.2 프로세스 혁신(process innovation) 298

1.3 프로세스 혁신 성공전략 302

02 생산 프로세스 311

2.1 생산 패러다임의 변화 311

2.2 단속프로세스 314

2.3 라인프로세스 315

2.4 프로젝트 318

03 유연한 생산방식 320

3.1 유연 생산방식의 필요성 320

3.2 셀(cell)생산 방식 322

3.3 U자형 생산라인 324

04 프로세스 혁신 사례 327

4.1 삼성전자 사례 328

4.2 현대위아 사례 332

CHAPTER 09 프로세스 혁신 (2)

01 MBNQA 337

1.1 MBNQA 개요 337

1.2 MBNQA 모델 338

02 6시그마 341

2.1 6시그마 개요 341

2.2 6시그마 적용사례 343

03 TPM 345

3.1 TPM이란 345

3.2 TPM 활동 347

3.3 로스개선 활동 352

04 공정관리 356

4.1 공정관리 개요 356

4.2 공정관리 목표 359

4.3 공정관리시스템 364

CHAPTER 10 생산시스템 구축사례

01 A사 MES 373

1.1 추진개요 373

1.2 MES 구축 375

1.3 MES 전략과제 378

1.4 적용효과 및 성공요인 385

02 생산시스템 사례연구 387

2.1 현황 387

2.2 생산자동화 388

2.3 물류자동화 389

2.4 품질관리 390

2.5 개발관리 392

2.6 수율관리 393

부록 395

참고문헌 396

색인 398