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우희 내
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1 한국CAD/CAM학회논문집 Vol. 18, No. 3, pp June 2013 Transactions of the Society of CAD/CAM Engineers DOI < 응용논문 > ISSN 시나리오기반조선실행계획평가향상을위한시뮬레이션시스템개발 패널라인개발사례를중심으로 백명기 1 김영민 1 황인혁 1 이광국 2 류철호 3 신종계 1 1 서울대학교조선해양공학과, 2 경남대학교조선해양 IT 공학과, 3 인하공업전문대학조선해양과 Design and Development of Scenario-Based Simulation System to Improve Shipbuilding Execution Scheduling Assessment A Case Study on Panel Line Myunggi Back 1, Youngmin Kim 1, Inhyuck Hwang 1, Kwang-Kook Lee 2, Cheolho Ryu 3, and Jong Gye Shin 1 1 Department of Naval Architecture and Ocean Engineering, Seoul National University 2 Department of Naval Architecture, Ocean and IT Engineering of Kyungnam University 3 Department of Naval Architecture and Ocean Engineering, Inha Technical College Received 27 September 2012; received in revised form 1 May 2013; accepted 3 May 2013 ABSTRACT Today s ever-increasingly competitive shipbuilding market makes it essential for a shipbuilding company to have more efficient production processes and higher productivity as well as better design ability to obtain its competitiveness. A well-established production execution schedule plays an indispensable role to achieve this goal. Most shipbuilding companies carry out an evaluation on their mid-term plan once it is established. However, no evaluation activity exists for a production execution schedule, because practically all the companies depend on the field workers for the production execution scheduling. In this study, a prototype of a ship production execution schedule evaluation system is developed based on the component based design (CBD) methodology. This system enables one to make a production execution schedule that reflects upto-date shipyard situation and to validate whether the schedule is feasible or not by running a production simulation according to the schedule. Users can also make use of the system as a decision supporting tool that compares several different execution schedules and evaluates which one is the best execution schedule. Key Words: Component based design, Digital manufacturing, Manufacturing execution system, Shipbuilding execution scheduling, Shipbuilding simulation 1. 서론 Corresponding Author, cheolho_ryu@inhatc.ac.kr 2013 Society of CAD/CAM Engineers 한국의조선산업은글로벌위기에도불구하고, 세계적인경쟁력을확보하고있다. 설계측면에서는유연성을바탕으로선주의다양한요구를반영

2 212 백명기 김영민 황인혁 이광국 류철호 신종계 하는부분에서경쟁력을확보하였고, 생산측면에서는해상크레인을이용한다양한건조공법을개발하여생산성을향상하였다. 하지만 1 인당생산성의경우한국은일본에비해경쟁력을확보하지못하고있는데단위 CGT 당작업시간이일본의경우 시간인데반해한국은 시간이다 [1]. 이처럼한국의조선산업은세계 1 위의경쟁력을보유하고있으나 1 인당생산성과같은질적인지표에서개선의여지를남겨두고있다. 효과적인선박건조를위한질적생산성지표향상을위해서는생산설계시점에서생산의효율성을고려한설계와공기를단축하고생산성을향상시킬수있는신공법개발및적용을통한선박건조가질적지표향상에매우중요한요소를차지한다. 하지만생산을고려한설계및신공법적용을하더라도설계와생산을연결하는역할을하는생산계획이효율적으로이루어지지않을경우충분한생산성향상을기대할수없으며조선소생산현장제약조건을반영하여효과적으로자원을사용할수있는계획수립의중요성은매우크다. 조선생산계획에서는일반적인다른제조업과는달리대상제품이선박이라는초거대복합구조물이기때문에구성하는부재가매우많고, 공정측면에서는소품종대량생산하는일반제조업체의경우개별제품생산에적합한생산라인을가지지만, 선박건조의경우복합제품을수용할수있는생산라인을가지기때문에공정이복잡하다. 또한생산계획을수립하는시점에도일부설계정보가변경되기때문에계획의불확실성을높이는요인으로작용한다. 이러한문제로인해계획초기에확정된생산계획을수립하는것은매우어렵다. 조선소에서는성격에따라대일정, 중일정, 소일정및실행계획으로분리해서생산계획을수립한다. 현재조선소에서는회사별로차이가있으나대일정과중일정의경우계획수립후조립장별부하평가를수립하지만생산현장과밀접하게연결되어있는실행계획에경우공장관리자가과거경험을기반하여수작업으로계획을수립한다 [2]. 관리자의주관적인판단으로계획이수립되고있기때문에의사결정의객관성을보장할수없으며, 주관적영역의실행계획을객관적영역으로변경하기위해서는이를지원할수있는방법이필요한실정이다. 조선소공정특성은자동화머신을활용한 Flow Shop 과주로사람이작업하는 Job Shop 의복합적형태로구성된다. 대일정이나중일정수준에서평가를수행하려면전체조선소혹은대공장수준의정보를획득하여야하기때문에 Flow Shop, Job Shop 두가지성격의공장이모두포함된다. 이런상위일정계획과달리조선소실행계획은소공장단위에서수립되고관리되기때문에계획을평가하려는소공장수준의정보를획득하면된다. 공정흐름이 Flow Shop 형식을따르는경우기계를통해주로공정을수행하기때문에개별공정의공기예측에필요한신뢰성높은정보획득이가능하다. 획득된정보를바탕으로실행계획평가를수행하는것이상대적으로용이하고, 결과에대한정확성도높다. 반면공정흐름이복잡하고, 인원관리가어려운 Job Shop 의경우작업자가주로공정을수행하기때문에불확실성이높아공기예측에필요한정보의신뢰성이떨어진다. 이로인해실행계획의평가가어렵고, 평가결과에대한정확성도떨어진다. 본연구에서는사용자가수립한실행계획의실행가능성을확인해볼수있는시나리오생성기반지원시스템에관한연구를수행하였는데정보의신뢰성이높아평가결과의정확성이높을것으로기대되는 Flow Shop 특성을가지는패널라인에우선적으로시스템을적용해보았다. 2. 관련연구동향 2.1 조선생산계획관련연구하나의제품이개발되면대량생산에들어가는다른제조업들과는달리조선산업은아주특별한경우를제외하고는모든선박이유일한제품이다. 각제품의설계가모두다르고다양한종류의선박을동시에지어야하며긴제작기간과거대한작업장등의특징을가지고있는조선산업에서일정계획은생산관리에있어매우중요한활동이다. 조선소마다조금씩다르기는하지만대체적으로선표및대일정계획, 중일정계획, 소일정계획으로일정계획을짜고있으며이에따른단기간의실행계획을수립하여생산관리를하고있다. 이러한일정계획에관한연구는초기에는생산계획에관한기초연구 [3] 에서시작해각공정별계획에대한최적화연구들 [4,5] 이이루어졌고, 일정계획의복잡성을고려하여체계적으로접근할필

3 시나리오기반조선실행계획평가향상을위한시뮬레이션시스템개발 213 요성에의해일정계획을위한지원시스템의개발에관한개념정립이시도된바있다 [6]. 실제조선소에서실행계획은중일정혹은소일정에따라작업반장의경험과판단에의존하여그때그때세우는경우가많았고, 그나마잦은계획의변경, 긴급물량의처리등으로선표계획이하소일정에이르는기준계획의준수가쉽지않았다고한다. 대우조선해양에서는각종데이터의부정확성, 실제작업실적의피드백의부족등의여러어려움으로인해기준계획들과실적사이의불일치가많고공기차이가크다는문제점으로부터실행계획의중요성이증대되어실행계획시스템을개발하였다 [7]. 실행계획시스템을개발하고현장에서의피드백을고려하도록하는노력들은훌륭한시도이나, 여기에서반드시고려되어야할것은과연세워진실행계획이얼마만큼제대로세워졌는가하는것에대한평가에관한부분이다. 실행계획이세워졌더라도그계획이전사적인목적에부합하고원래의도한달성목적을잘구현해낸계획인지, 실제로현장에서실행하기에는무리한계획은아닌지, 현장의상황이제때반영되지않아서현실과동떨어진계획이되어버리진않았는지, 또피드백에의한업데이트를통해새로운계획이제때나오는지하는평가가없이는그실행계획에대한신뢰도가떨어질수밖에없다. 2.2 실행계획평가를위한관련연구계획을어떻게세울것인가하는부분에대한연구는앞절에서살펴본바와같이진행되어왔으나그계획이얼마나잘세워진계획인가를어떻게평가할것인지에대한연구는많지않다. 일반적인대량생산을하는제조업의경우, 생산계획이잘세워졌는지평가하는다소정형화된기준들이존재한다. 예를들면, through put rate, waiting time, number of delayed jobs 등이있다. 그러나모든작업이정형화되지않고다목적의설비를이용하여다품종의제품믹스를제작하여야하는조선산업에서는기존의기준자체가모호하며, 평가체계가잘잡혀있지않았고, 그에관한연구도거의없는편이나, 이종무등은이에주목하고평가기준을제시하고평가체계의프레임워크를개발하였다 [2]. 이종무등의연구는전사아키텍처구현에서개 념화단계의모델들을규명하는데에활용되는자크만프레임워크 (Zachman Framework) 를응용하여조선생산계획프레임워크를제안하였다. 이프레임워크는평가항목을체계화하여평가체계를효과적으로구축할수있도록하는체계이다. 이연구는기준조차전무한상황에서거의최초로시도된연구로큰의미가있다. 그러나여기에서제시되는평가방법은계획그자체만을평가하는것으로그계획이과연현장에서제대로실행가능한계획인지는평가할수없다. 예를들어, 일별물량합계의편차라는평가항목이있다면, 계획상에서일별로물량이잘배분되었는지를평가할수는있으나, 실제현장에서그런물량을처리할수있는지에관한평가는어렵다는것이다 [2]. 이렇게실제어떤계획이실현가능한것인지에대한것을평가하기위해서는계획자체에만초점을맞추게되면적절한평가가불가능하다. 적절한계획평가를위해서는계획실행에필요한정보를충분히반영하여평가를수행하여야한다. 만약세워진계획을실제선박을건조하기전에테스트해볼수있다면정말실현가능한계획인지계획에오류가있지는않은지알수있을것이지만실제테스트는불가능하다. 따라서, 본연구에서는디지털매뉴팩처링 (DM: Digital Manufacturing) 기술을이용한시뮬레이션을통해계획실행에요구되는충분한정보를반영할수있다면실행계획의실행가능성을확인할수있을것으로보인다. MES(Manufacturing Execution System) 시스템의경우정보수집시스템인 POP(Point Of Production) 에서발전한시스템으로실제작업이수행되는수준의정보를관리한다. 해당수준의정보획득을효과적으로하기위해 ISA-95 모델을기반으로구성시스템간의인터페이스표준화및 SOA 기반서비스구축에대한표준연구를수행하였다 [8,9]. 표준화된인터페이스를바탕으로모니터링및제어시스템개발을진행하였다 [10,11]. 조선산업의경우타산업과다르게대부분의공정이 Job Shop 특성을가져자동으로정보가수집되지않아현장에서생성되는정보에기초한 MES 기술적용이쉽지않았다. 최근조선소에서는스마트기기를이용해현장실적정보를관리할수있는시스템에대한연구를수행하고있어향후 MES 시스템구축을위한기본기능인실시간실적정보획득이가능할것으로보인다. 조선소일간, 주간단위의

4 214 백명기 김영민 황인혁 이광국 류철호 신종계 실행계획을검증하기위해서는해당작업장에서작업되고있는 MES 수준에서관리되는실시간현장상황정보를반영하는것이중장기계획검증과달리매우중요하며결과에영향을크게미친다. 본연구에서는향후조선소현장상황정보가실시간으로수집이가능할것으로보고해당정보를활용한응용연구로써현장정보와계획정보를바탕으로조선실행계획평가를수행할수있는시스템을설계하고, 프로토타입을패널라인에적용하여시스템효과를확인해보았다. 3. 시뮬레이션기반조선실행계획평가방안 3.1 시뮬레이션기반조선실행계획평가방법론조선소계획시스템은계획의범위, 상세, 수립시기등을기준으로크게선표계획, 중일정계획, 소일정및실행계획으로구성된다. 실행계획에서공정별주간혹은월별평균작업량을제약조건으로수립된중일정을만족할수있도록실제현장조건을고려하여현장에서실행가능한작업계획이수립된다. 선박건조공정이대부분공정흐름이복잡한 Job Shop 이기때문에생산현장조건이급변하고매우복잡한데반해, 이러한특성을반영해서수립해야하는실행계획의경우대부분의작업현장에서실행계획을수립하는관리자개인의역량과경험에따라결정되며별도의평가및지원시스템이없는실정이다. 앞서밝힌바와같이이종무등의연구에서계획평가시스템과평가체계가부재한상황을개선하기위해계획평가기준을결정하는연구를수행하였으나계획평가를하기위해요구되는정보구조와정보를획득하고관리할수있는방법에대한연구는수행하지못하였다. 본연구에서는평가방법론은생산현장을반영하는가상환경구축을통해계획실행가능성을검토해볼수있는디지털매뉴팩처링 (DM: Digital Manufacturing) 기술을활용하여계획평가를수행한다. 계획평가수행절차는 Fig. 1 과같이총 5 개의과정으로구성된다. Step 1 에서는사용자가실행계획을수립하기전에관련기본실행정보와특수실행정보로구성된정보를확인한다. 기본실행정보는제품을생산하기위해사용하는정반, 크레인과같은자원정보, 생산해야하는대상인제품 Fig. 1 Procedure of Shipyard Execution Scheduling Assessment 정보, 제품을생산하는방법인공정정보, 제품생산과정에서만족시켜야하는제약조건인일정정보로구성되고특수실행정보는현장운영상황을확인할수있는실적정보, 제품제작과정에서추가작업결정의기준이되는품질정보로구성된다. Step 2 에서는수립한실행계획과기본, 특수실행정보를바탕으로구성한시뮬레이션시나리오정보를구성한다. Step 3 에는디지털매뉴팩처링기술을활용하여사전구축된시뮬레이션모델과모델환경변수인상세작업규칙정보를결정하고시뮬레이션을활용한해당시나리오평가를요청한다. Step 4 에서는시뮬레이션모델을활용하여사용자가요청한시나리오를평가한결과를확인하고, Step 5 에서수정이필요한경우권한이있는관리자에게변경을요청할수있게고안하였다. 3.2 시뮬레이션기반조선실행계획평가시스템구성시뮬레이션기반조선실행계획평가시스템구성은 Fig. 2 와같이크게솔루션클라이언트 (Solution Client), 솔루션서버 (Solution Server), 시뮬레이션엔진 (Simulation Engine), 시뮬레이션모델 (Simulation Model) 로이루어진다. 솔루션클라이언트의주요기능중시뮬레이션시나리오관리기능 (Simulation Scenario Management) 에서는제품을언제생산하는가와관련된계획정보와관련된일정케이스 (Scheduling Case), 제품을제작하기위해필요한자원에대한정보를관리하는자원케이스 (Resource Case), 공장의현재상황을반영할수있는실적케이스 (Actual Output Case) 로이루어지는시뮬레이션입력정보를생성및관리하고, 시뮬레이션모

5 시나리오기반조선실행계획평가향상을위한시뮬레이션시스템개발 215 Fig. 2 Composition of Shipyard Execution Scheduling Assessment Using Digital Manufacturing 델관리기능 (Simulation Model Management) 에서는시뮬레이션모델라이브러리에서모델정보를관리하고시뮬레이션실행및결과관리기능 (Simulation Execution and Result) 에서는시뮬레이션을실행을요청하고결과정보를보여준다. 솔루션서버의주요기능중시뮬레이션클라이언트와시뮬레이션엔진을연결하는역할을주로수행하는시뮬레이션미들웨어 (Simulation Middleware) 에서는시나리오정보를시뮬레이션엔진에서사용하는언어로변환해주는변환모듈, 시뮬레이션수행을통해도출된결과를 XML 형태로반환하고시뮬레이션결과를분석해주는시뮬레이션결과분석모듈 (Simulation Result Module), 생성된물리파일을관리하는파일전송모듈 (File Transfer Module), 시뮬레이션엔진에해당명령어를전달하고시뮬레이션을제어하는시뮬레이션제어모듈 (Simulation Engine Control Module) 로구성된다. 디지털매뉴팩처링기술을바탕으로구성된시뮬레이션엔진 (Simulation Engine), 시뮬레이션엔진을활용해구축한대상공장라이브러리 (Simulation Model Library) 와공장내작업규칙라이브러리 (Work Rule Library) 를포함한시뮬레이션모델 (Simulation Model) 로구성된다. 시스템기능은실행계획계획자가작성한초기생산실행계획, 단기시뮬레이션에서큰영향을미치는현장에서수집된실적정보, 생산현장의실시간자원정보로구성된시뮬레이션시나리오정보를구성하여디지털매뉴팩처링기술을기반으로구축한시뮬레이션모델을통해계획을평가하며, 시뮬레이션을통해사용자는실행계획대비가상생산의결과를비교할수있으며이를계획의실행가능성을평가하는데활용할수있다. 이를좀더자세히살펴보면조선실행계획평가시스템의워크플로우를 UML(Unified Modeling Language) Activity Diagram 을사용해서 Fig. 3 과같이정의하였다. Fig. 3 에서확인할수있는시스템주요기능을살펴보면사용자는시스템을통해 Fig. 1 에서언급한중장기일정계획데이터와조선실행계획시스템으로부터획득된단기실행계획데이터및실시간실적데이터로구성된생산현장실행정보를조회할수있다. 또시스템은사용자가시뮬레이션을수행할대상일정및기준데이터확인후기준정보수정및변경이가능하며일정계획액티비티별시작일을변경, 가용자원속성변경, 실시간실적데이터를활용을통한시뮬레이션입력케이스를작성할수있는기능을제공하며시뮬레이션이수행된결과를확인하여수립된단기생산계획을평가할수있다. 그리고시스템은사용자가시뮬레이션결과와기존일정계획을비교하여계획대비시뮬레이션결과달성정도를확인할수있으며, 사용자가작성한다수의단기일정계획의케이스결과를비교할수있는기능을제공하며, 4. 시뮬레이션기반조선실행계획평가시스템설계 4.1 시뮬레이션기반조선실행계획평가시스템기능요구사항정의현장작업자인터뷰, 조선실행정보자료분석을통해본연구에서정의한조선실행계획평가 Fig. 3 Work Flow of Shipyard Execution Scheduling Assessment Process: Activity Diagram

216 백명기 김영민 황인혁 이광국 류철호 신종계 복수의시뮬레이션을수행하여실행계획변경이필요하거나해당작업장에서보유한자원이아닌공유자원의추가할당이필요한경우이를요청할수기능을제공한다. 해당 work flow 에서총 14 개의기능사용자요구사항과 3 개의비기능요구사항을추출하였다. Fig.

6 216 백명기 김영민 황인혁 이광국 류철호 신종계 복수의시뮬레이션을수행하여실행계획변경이필요하거나해당작업장에서보유한자원이아닌공유자원의추가할당이필요한경우이를요청할수기능을제공한다. 해당 work flow 에서총 14 개의기능사용자요구사항과 3 개의비기능요구사항을추출하였다. Fig. 3 에서분석된워크플로우를참고하여조선실행계획평가시스템기능유스케이스 (Use Case) 를구체화하였다. 분석된기능유스케이스는로그인, 기준일정계획정보조회, 실행계획정보조회, 가용자원정보조회, 제품정보조회, 공정정보조회, 실적정보조회, 시뮬레이션입력 Case 생성, 실행계획 Case 생성, 실적 Case 생성, 가용자원케이스생성, 시뮬레이션입력정보반영, 시뮬레이션실행, 시뮬레이션결과조회, 실행계획변경요청, 사용자관리총 16 개로구성된다. 개별유스케이스는시스템설계를효과적으로수행하기위해 MVC(Model, View, Controller) 패턴을바탕으로시스템간의전달하는정보 (Model) 사용자인터페이스를의미하는화면 (View), 시스템기능을구현하는관리자 (Controller) 로분리하여 UML 시퀀스다이어그램 (Sequence Diagram) 을정의하였다. Fig. 4 는 16 개의유스케이스중시뮬레이션 시나리오케이스생성유스케이스에대한시퀀스다이어그램의일부이다. 사용자가입력케이스생성화면에서사용자가소속된작업장을기준으로생성되어있는자원, 실적, 실행계획단위입력 Case 목록을요청하는데해당시퀀스다이어그램에정보혹은정보목록요청시포함해야하는정보를기술함으로써시스템설계단계에서데이터베이스 (DBMS : Data Base Management System), 정보전달객체 (DTO : Data Transfer Object) 를작성하기위한기초자료로활용할수있게하였다. 4.2 시뮬레이션기반조선실행계획평가시스템아키텍처설계시스템설계방법론으로는프로그램을컴포넌트로분할하여설계및개발을수행하여단위컴포넌트별로단위기능을수행할수있어프로그램재활용성을높인컴포넌트기반개발방법론 (CBD:Component Based Development) 을바탕으로조선실행계획평가지원시스템을설계하였다 [12]. Fig. 5 는조선실행계획평가시스템의배포뷰 (Deployment View) 로클라이언트시스템, 웹서버시스템, 애플리케이션서버시스템, 데이터베이스서버시스템, 컨텐츠저장소시스템으로구 Fig. 4 Example of Simulation Scenario Management Use Case using Sequence Diagram

애플리케이션서버시스템은진입점역할을하는비즈니스퍼사드 (Business Façades), 시스템기능을구현하는비즈니스컴포넌트 (Business Components), 데이터베이스에서정보입출력을수행하는데이터엑세스컴포넌트 (Data Access Components) 로구성된다.

7 시나리오기반조선실행계획평가향상을위한시뮬레이션시스템개발 217 Fig. 5 Deployment View of Shipyard Execution Scheduling Assessment System 성되어있다. 애플리케이션클라이언트시스템은사용자인터페이스와정보가시화기능을가지고물리적으로분리되어있는애플리케이션서버를연결하기위해웹서버시스템에구현되어있는웹서비스를이용하여정보를교환한다. 애플리케이션서버시스템은진입점역할을하는비즈니스퍼사드 (Business Façades), 시스템기능을구현하는비즈니스컴포넌트 (Business Components), 데이터베이스에서정보입출력을수행하는데이터엑세스컴포넌트 (Data Access Components) 로구성된다. MVC 중 Controller 에해당하는애플리케이션시스템솔루션은 Fig. 6 과같이총 3 개의 Layer 로구성되어있다. 개별컴포넌트에접근하는진입점역할을하는 Business Façades Layer 는조선생산실행정보입출력기능을수행하는비즈니스컴포넌트를관리하는 Shipyard Management Data Façades 와평가할실행계획시뮬레이션시나리오를생성하고시뮬레이션을수행, 결과입출력및분석기능과관련된컴포넌트를관리하는 Execution Scheduling Simulation Façades 로구성된다. 비즈 Fig. 6 Business Component Model of Shipyard Execution Scheduling Assessment System

8 218 백명기 김영민 황인혁 이광국 류철호 신종계 니스컴포넌트레이어는 12 개의인터페이스로구성된 8 개의비즈니스컴포넌트를가지며데이터엑세스컴포넌트레이어는 14 개의인터페이스로구성된 8 개의데이터엑세스컴포넌트를가진다. MVC 중정보 (Model) 에해당하는부분인비즈니스객체 (DTO: Data Transfer Objects) 는유스케이스분석과정에서각정보의상세명세를바탕으로정의된다. Fig. 7 은화면과관리자에서사용하는정보를교환하는클래스인비즈니스객체를나타내며총 3 개그룹, 20 개의정보객체로구성된다. 첫번째는시뮬레이션시나리오를관리하는정보로현장관리자가수립한실행계획케이스, 현장 에서수집된실적케이스, 현장상황을반영하여사용유무를결정할수있는자원케이스정보로이루어진다. 두번째는시뮬레이션모델을관리하는정보로시뮬레이션모델라이브러리정보, 현장작업규칙정보로구성된다. 세번째는시나리오케이스와시뮬레이션모델을바탕으로수행된시뮬레이션결과와관련된정보로시뮬레이션결과정보, 시뮬레이션결과를확인후사용자판단에따라실행계획변경을요청하는정보로구성된다. 디지털메뉴팩처링 (DM: Digital Manufacturing) 기술을이용한일정계획평가에대한연구는중 Fig. 7 Data Transfer Object of Shipyard Execution Scheduling Assessment : Class Diagram

시나리오기반조선실행계획평가향상을위한시뮬레이션시스템개발 219 일정계획레벨에서주로이루어졌으며, 월간이상으로계획을진행하는중기계획인중일정계획의경우단기계획에비해현장실적이시뮬레이션결과에주는영향이상대적으로작기때문에작업중인제품에대한실적정보를반영하지않았다 [13]. 본연구에서는단기계획평가향상을목적으로하기때문에실적정보를시뮬레이션시나리오에추가하였다.

9 시나리오기반조선실행계획평가향상을위한시뮬레이션시스템개발 219 일정계획레벨에서주로이루어졌으며, 월간이상으로계획을진행하는중기계획인중일정계획의경우단기계획에비해현장실적이시뮬레이션결과에주는영향이상대적으로작기때문에작업중인제품에대한실적정보를반영하지않았다 [13]. 본연구에서는단기계획평가향상을목적으로하기때문에실적정보를시뮬레이션시나리오에추가하였다. 시나리오정보 (InputCaseDTO) 구성을자세히살펴보면실적정보 (Product Tracking DTO) 는작업중인제품정보, 작업장정보, 현재진도율정보를포함하며, 시뮬레이션모델이현장상황을반영할수있도록정보를제공한다. 실행계획정보 (Execution Scheduling Case DTO) 의경우공장관리자가관리하는수준의상위작업계획과현장작업자가관리하는수준의하위작업계획 (Detail Execution Scheduling Case DTO) 으로구성된다. 상위작업계획의경우해당공장에할당된제품에대한중일정을실행가능한일정으로수정해서작업을지시한다. 하위작업계획의경우상위작업을수행하기위해액티비티 (ActivityDTO) 에서관리하는단위작업일정을수립하고, 작업을수행하기위해사용하는자원 (ResourceDTO) 에대한할당을수행한다. 자원정보 (ResourceDTO) 의경우현장에서일정혹은관리상태의문제로사용하지않은자원이있는경우시뮬레이션에서활용유무를결정할수있도록자원별로사용유무를결정해서시나리오를작성한다. MVC 중화면 (View) 에해당하는조선실행계획지원시스템사용자인터페이스는요구사항, 유스케이스분석과정에서분석된정보를바탕으로설 Fig. 8 User Interface Moving Map of Shipyard Execution Scheduling Assessment System: Class Diagram

220 백명기 김영민 황인혁 이광국 류철호 신종계 계되며, 총 16 개의주요화면으로구성된다. Fig. 8 은조선실행계획평가시스템을구성하는주요화면사이의이동을정의하는화면이동맵으로, UML Class Diagram 을사용하여설계하였다. 개별화면사이에이동요청이있을경우전체화면중어떤화면으로이동하는지를쉽게알수있어전체화면흐름을한눈에알수있다는장점이있다.

10 220 백명기 김영민 황인혁 이광국 류철호 신종계 계되며, 총 16 개의주요화면으로구성된다. Fig. 8 은조선실행계획평가시스템을구성하는주요화면사이의이동을정의하는화면이동맵으로, UML Class Diagram 을사용하여설계하였다. 개별화면사이에이동요청이있을경우전체화면중어떤화면으로이동하는지를쉽게알수있어전체화면흐름을한눈에알수있다는장점이있다. 화면이동맵을구성하는클래스다이어그램엔티티는화면을구성하는버튼리스트와해당화면에서수행해야하는함수리스트정보를포함한다. 주요화면으로는조선소내부적으로관리되고있거나존재하는정보인제품, 공정, 일정, 자원으로구성되는조선소실행정보조회화면, 조선소실행정보를바탕으로시뮬레이션을수행하기위한시나리오 Case 를생성하거나기존작성해둔시나리오라이브러리관리할수있는화면, 시뮬레이션모델정보나모델에서설정할수있는작업규칙을관리하고, 시뮬레이션모델라이브러리를관리하는화면, 입력한시나리오와모델정보를바탕으로시뮬레이션결과를분석해서사용자가확인할수있는화면, 시뮬레이션결과를바탕으로사용자가계획의수립가능성을판단한후수정이필요할경우계획변경권한이있는공장관리자에게요청하는화면이있다. 4.3 시뮬레이션기반조선실행계획평가시스템프로토타입구현본연구에서구현된조선실행계획평가시스템프로토타입개발환경은클라이언트및애플리케이션서버의경우 MS Visual Studio 2010, 웹서버시스템의경우 MS Windows Server 2003 OS 의 IIS 6.0, 데이터베이스는 MS 의 SQL Server 2008 에서이루어졌다. 구현된조선실행계획평가시스템프로토타입중웹서비스와애플리케이션솔루션을먼저살펴보면 Fig. 6 의비즈니스컴포넌트설계에서정의한인터페이스기능을수행할수있는컴포넌트를구현하였고, 구현된컴포넌트는웹서비스서버를통해서애플리케이션클라이언트에서비스를제공한다. Fig. 9 는개발된웹서비스인터페이스목록을보여주고있으며해당웹서비스프로토콜로는클래스와함수형식을구조적으로정의하는 SOAP(Simple Object Access Protocol) 와기본 HTTP 명령을이용하여함수를정의하는 RESTFul Fig. 9 Web service of Shipyard Execution Scheduling Assessment System (Representation State Transfer) 방식중향후시스템개발에서일부기능을추출해서모바일디바이스에서사용할수있도록개발을진행할예정이라좀더유연한프로토콜인 RESTFul 을바탕으로구현하였고, 전송데이터방식은안드로이드, C# 과같은개발언어에독립적인 XML(eXtensible Markup Language) 형식으로구현하였다. 클라이언트시스템의경우 Fig. 8 에서설계한화면정의를바탕으로사용자인터페이스를구현하였다. 메뉴는크게다섯가지의항목이있는데, 세션, 조회, 시뮬레이션, 창, 그리고도움말로구성되어있다. 세션메뉴는로그인 / 아웃등의세션정보를관리하고, 조회에서는각종자료들을조회할수있는메뉴가들어있으며, 시뮬레이션항목은시뮬레이션에필요한정보를입력하거나실행하고결과를볼수있는메뉴들로구성되고, 창과도움말항목들은일반적인 Windows 응용프로그램의그것들과동일한기능을제공한다. 각세부항목에서수행되는작업들의데이터는별도의데이터베이스에서관리되며웹서비스를통해호출되고저장된다. 본실행계획평가시스템은다른여러시스템들과연동되어사용되는데, 예를들어장비의사용가능여부등의정보는다른시스템에서입력되어실시간으로업데이트되며실행계획작성시그러한정보를반영하여시뮬레이션을수행하도록구현되었다. 구현된클라이언트시스템은최근모바일디바이스에대한관심이커짐에따라데스크탑환경에서개발된프로그램을모바일환경에서테스트할수있게응용프로그램을가상화하여구동하는방식을사용하여사용자의컴퓨팅환경에구애받지않고이용할수있도록지원해주는애플리케이션

11 시나리오기반조선실행계획평가향상을위한시뮬레이션시스템개발 221 가상화시스템인 Citrix 을사용해서테스트하였다. 따라서, 인터넷접속이가능한데스크탑및노트북컴퓨터는물론이고각종태블릿 PC 와스마트폰등의모바일기기에서도접근이가능하다. 5. 시뮬레이션기반조선실행계획평가시스템프로토타입적용 본연구에서는조선실행계획평가시스템의적용대상으로조선소의대표적인공정의하나인패널라인을선정하였다. 패널라인은선박에서많은부분을차지하는평블록들을생산하기위해반드시거치는공정으로많은물량이처리되기때문에중요한공정이다. 패널라인은선박의평블록을만들기위한공정으로주판을제작하기위해판계, 전면용접, 턴오버, 후면용접, 텝피스제거공정을통해주판을생산한다. 그후마킹작업을수행하고, 해당보강재를조립한다. 시뮬레이션시나리오케이스를생성하기위해사용자는자원, 계획, 실적으로구성된단위케이스를 Fig. 10(A) 와같이선택한다. 만약사용자가시나리오케이스를구성하는단위케이스정보를확인하고싶은경우정보를조회하게되면 Fig. 10 (B) 와같이단위케이스상세정보확인이가능하다. 시뮬레이션모델의경우정의된프로세스를바탕으로 Dassault Systems 사의디지털매뉴팩처링엔진인 QUEST 를사용해서구현된시뮬레이션모델을사용하였다 [14]. 사용자는시스템을통해실적, 공정, 자원케이스로구성된시뮬레이션시나리오케이스를생성한후시뮬레이션모델을결정한다. 시뮬레이션실행시간을설정하여시뮬레이션엔진에시뮬레이션을요청한다. 요청한정보는개발된웹서비스를통해솔루션서버가실행되며, 시뮬레이션미들웨어를통해시뮬레이션이실행되고, 시뮬레이션결과가데이터베이스에저장된다. 개발된프로토타입시스템에서는저장된시뮬레이션결과를제품, 설비기준으로확인할수있으며, 시뮬레이션실행결과중 Fig. 10(C) 는보강재용접에사용하는 Machine 의시간별가동률을나타낸것이다. 해당시스템을통해생산관리자가얻을수있는효과로는디지털메뉴팩처링 (DM: Digital Manufacturing) 기술을적용하여사전구축한가상공장에관리자가수립한계획을가상으로수행해봄으로써실행가능성을확인할수있다. 생산관리자는가상생산결과를검토하여실행계획, 실적, 자원케이스를조합하여시스템을통해서다양한케이스시뮬레이션을수행해볼수있으며실제생산에들어가기전에가상생산결과를확인할수있다. 그리고관리자는해당결과를바탕으로기존경험과과거해당라인의처리물량정보에의존해서실행계획을결정한것과달리시뮬레이션을통한객관적인평가를바탕으로의사결정을내릴수있을것으로보인다. 6. 결론및향후연구방안 Fig. 10 User Interface of Shipyard Execution Scheduling Assessment System 본연구에서는체계적인방법론이나시스템을통해평가를수행하는조선생산대일정, 중일정

12 222 백명기 김영민 황인혁 이광국 류철호 신종계 과달리관리자의경험을바탕으로계획을수립하는실행계획수립을지원하기위해조선실행정보를바탕으로 DM(Digital Manufacturing) 을이용한시나리오기반시뮬레이션시스템을제안하였다. 시스템설계는 CBD 절차를바탕으로요구사항분석, 유스케이스분석, 사용자인터페이스설계, 비즈니스컴포넌트설계, 정보모델설계를수행하였고, 주요기능이구현된프로토타입을개발하였다. 개발된시스템프로토타입기능검증을위해공정관련정보분석및획득이용이하고 Job Shop 공정형태를가지는다른조선소공정에비해정보의신뢰성이높은패널라인에대해시스템을적용해보았다. 현장관리자가의사결정을하기전에수립한실행계획을시스템을통해가상공장에서생산가능성을확인할수있다. 이를통해과거실행계획수립에큰영향을미쳤던몇몇경험있는관리자의의존성을낮출수있을것으로보인다. 또주관적요소가많았던실행계획수립프로세스를객관적인의사결정이가능할수있도록지원할수있을것으로보인다. 시뮬레이션을수행할시나리오정보는다른공정에서도사용할수있는계획, 자원, 실적으로구성되어있기때문에커스토마이징을통해타공정에적용할수있을것으로보인다. 향후시스템을실제조선생산현장에적용해다양한공정에적용할예정이다. 적용결과정보를바탕으로공장관리자의의사결정을지원할수있을것으로보이며, 실행계획평가지원시스템기능중현장관리자추가인터뷰를바탕으로모바일환경으로개발이요구되는항목을추출하여모바일클라이언트시스템을개발하여사용자접근성을향상시킬예정이다. 감사의글 본연구는지식경제부글로벌전문기술개발사업 Smart Work 기반조선생산실행시스템개발과제 ( ), 산업원천기술개발사업시뮬레이션기반의선박및해양플랜트생산기술개발과제 ( ) 의지원을받아수행하였습니다. References 1. Bae, Y.I., Lee, C.H. and Park, C.S., 2009, Competitiveness of the Shipbuilding Industry Diagnosis of Korea, CEO Information, Lee, J.M., Cho, S.W., Choi, Y.R. and Shin, J.G., 2006, A Development of Planning Evaluation Framework for Large Scale Shipyard, Proceedings of the Korean Institute of Industrial Engineers, Fall, ( 3. Cho, K.K., Oh, S.C. and Yang, T.Y., 1985, Operations Scheduling for Multi-item, Small-sized Production, Journal of the Korean Institute of Industrial Engineers, 11(2), Dec., pp Lee, S.W. and Kim, H.J., 1995, Erection Process Planning & Scheduling using Genetic Algorithm, Transactions of the Society of Naval Architecture of Korea, 32(1), pp Koh, S.G., 1996, A Production Schedule with Genetic Algorithm in Block Assembly Shop, Journal of the Korean Operations Research and Management Science Society, 13(1), pp Yoon, D.Y. and Kim, K.C., 1993, Concept Establishment for Developing Process Planning/Scheduling Support System, Transactions of the Society of Naval Architecture of Korea, 30(4), pp Kim, H.S., Lee, D.H., Bang, K.W., Cheon, H.K. and Kwak, I.S., 2010, Establishing Execution Schedule System in Shipbuilding Industry, Proceedings of the Korean Institute of Industrial Engineers, Fall, ( 8. Panetto, H., Baina, S. and Morel, G., Mapping the IEC Models onto the Zachman Framework for Analysing Products Information Traceability: a Case Study, Journal of Intelligent Manufacturing, 18(6), pp Koronios, A., Nastasie, D., Chanana, V. and and Haider, A., Integration Through Standards - An Overview of International Standards for Engineering Asset Management. 2nd World Congress on Engineering Asset Management and the Fourth International Conference on Condition Monitoring, Harrogate, United KingDom, pp Karnouskos, S., Baecker, O., De Souza, L.M.S. and Spiess, P., Integration of SOA-Ready Networked Embedded Devices in Enterprise Systems via a Cross-Layered Web Service Infrastructure, 12th IEEE Conference on Emerging Technologies and Factory Automation, Cagliari, Italy, pp Kong, M.D., A Study on the Efficient MES Using Automation in Automotive Module Assembly Line, Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, 12(10), pp Cheon, B.S., 2004, NET Enterprise System Object- Oriented CBD Development Methodology, Young- Jin.com, Seoul, Korea, ISBN:

시나리오기반조선실행계획평가향상을위한시뮬레이션시스템개발 223 13. Woo, J.H., Lee, K.K., Jung, H.R., Kwon, Y.D. and Shin, J.G.

42(2), pp.165-174. 14. Lee, K., Shin, J.G. and Ryu, C.

년서울대학교조선해양공학학사 2006 년 ~ 현재서울대학교조선해양공학석박사통합과정관심분야 : Product Lifecycle Management, Digital Manufacturing, Systems, Systems Engineering 류철호

Naval Postgraduate School 박사후연구원 2007 년 ~2009 년인하대학교대학원선박공학과 BK21 사업팀연구교수 2009 년 ~2012 년인하공업전문대학조선해양과조교수 2012 년 ~ 현재인하공업전문대학조선해양과부교수관심분야 :

현재서울대학교조선해양공학박사과정관심분야 : Production Engineering, Product Lifecycle Management, Digital Manufacturing, Systems, Systems Engineering 이광국 2001

13 시나리오기반조선실행계획평가향상을위한시뮬레이션시스템개발 Woo, J.H., Lee, K.K., Jung, H.R., Kwon, Y.D. and Shin, J.G.., 2005, A Framework of Plant Simulation for a Construction of a Digital Shipyard, Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 42(2), pp Lee, K., Shin, J.G. and Ryu, C., 2009, Development of Simulation Based Production Execution System in a Shipyard: A Case Study for a Panel Block Assembly Shop, Production Planning & Control, 20(8), pp 백명기 2009 년서울대학교조선해양공학학사 2009 년 ~ 현재서울대학교조선해양공학석박사통합과정관심분야 : Product Lifecycle Management, Digital Manufacturing, Systems 황인혁 2006 년서울대학교조선해양공학학사 2006 년 ~ 현재서울대학교조선해양공학석박사통합과정관심분야 : Product Lifecycle Management, Digital Manufacturing, Systems, Systems Engineering 류철호 1996 년서울대학교공과대학조선해양공학과학사 1998 년서울대학교대학원조선해양공학과석사 2002 년서울대학교대학원조선해양공학과박사 2002 년 ~2005 년서울대학교공학연구소연구원 2005 년 ~2006 년 U.S. Naval Postgraduate School 박사후연구원 2007 년 ~2009 년인하대학교대학원선박공학과 BK21 사업팀연구교수 2009 년 ~2012 년인하공업전문대학조선해양과조교수 2012 년 ~ 현재인하공업전문대학조선해양과부교수관심분야 : CAD/CAM, CAGD, 선박설계및생산, Shipbuilding Modeling & Simulation 김영민 1997 년 2 월서울대학교조선해양공학학사 1999 년 2 월서울대학교조선해양공학석사 2011 년 9 월 ~ 현재서울대학교조선해양공학박사과정관심분야 : Production Engineering, Product Lifecycle Management, Digital Manufacturing, Systems, Systems Engineering 이광국 2001 년 2 월부산대학교조선해양공학과학사 2008 년 2 월서울대학교조선해양공학과석사, 박사 2011 년 2 월 STX 조선해양생산기획본부과장현재 : 경남대학교조선해양 IT 공학과조교수관심분야 : Product Lifecycle Management, Digital Manufacturing, Production Planning & Control, Shipbuilding IT Convergence 신종계 1977 년서울대학교조선해양공학학사 1979 년서울대학교조선해양공학석사 1988 년 Massachusetts Institute of Technology Ocean Engineering Ph.D 년 ~ 현재서울대학교조선해양공학과교수관심분야 : Digital Manufacturing, Discrete Event Simulation, 생산관리, 스케쥴링

THE JOURNAL OF KOREAN INSTITUTE OF ELECTROMAGNETIC ENGINEERING AND SCIENCE Nov.; 26(11),

THE JOURNAL OF KOREAN INSTITUTE OF ELECTROMAGNETIC ENGINEERING AND SCIENCE. 2015 Nov.; 26(11), 985991. http://dx.doi.org/10.5515/kjkiees.2015.26.11.985 ISSN 1226-3133 (Print)ISSN 2288-226X (Online) Analysis