ISA-95 기반의 제조실행시스템

ISA-95 기반의 제조실행시스템 A Manufacturing Execution System Based on ISA-95 이창수*, 최경일** * 한국외국어대학교 산업경영공학과(ice0232@daum.net) ** 한국외국어대학교 산업경영공학과(kichoe@hufs.ac.kr) Abstract 본 연구의 목적은 ISA(Instrumentation, Systems and Automation Society)-95의 개념을 요약하고, 이를 이용하여 (Manufacturing Execution System) 설계의 기본방향을 분석하는 것이다. ISA-95는 와 ERP(Enterprise Resource Planning) 등 기업정보시스템을 통합 운 영할 수 있는 인터페이스, 객체모델 그리고 용어 정의 등을 제공한다. 이를 이용하여 ISA-95는 설계에서 시스템 인터페이스의 표준 제공, 구성 모듈의 정의, 관련 데이터 속성 및 관 계에 대한 표준 제시 등으로 활용할 수 있다. 1. 서 론 양질의 제품 생산, 납기일 준수, 의사결정에 필요한 정보 제공 등을 목적으로 기업은 ERP(Enterprise Resource Planning) 구현에 많은 비용과 시간을 투자하고 있다. ERP 는 영업, 생산, 회계, 인사, 재고, 구매관리 등 기업 전 분야의 활 동을 통합을 목적으로 한다. 현실적으로는 ERP는 재무적 관점에서 구축되어 생산공정에 대한 추적, 감시, 제어에는 비효율적인 것이 일반적이다. 또한 계획시스템과 생산현장의 실제정보 차이, 생산현장 작업에 필요한 정보제공 수집의 한계, 현장의 변화 에 대한 유연한 대응능력 부족 등과 같은 문제 때 문에 ERP만으로 제조현장을 세밀하게 관리하는 것 은 매우 힘들다 [15]. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 (Manufacturing Execution System)가 확산되 고 있다. 는 제조현장을 중심으로 실시간 현황 파악, 작업의 계획 및 수행, 품질관리 등을 수행하 는 정보시스템을 의미한다. A(Manufacturing Enterprise Solutions Association) 는 능으로 다음과 같은 15]. 표준기 11 가지를 제시하고 있다 [4, 1. 자원할당과 상황(Resource Allocation and Status) 2. 운 영 / 상 세 일 정 계 획 ( O p e r a t i o n s / D e t a i l Scheduling) 3. 생 산 단 위 별 반 송 ( 搬 送 ) ( D i s p a t c h i n g Production Units) 4. 문서관리(Document Control) 5. 데 이 터 수 집 / 획 득 ( D a t a Collection/Acquisition) 6. 인력관리(Labor Management) 7. 품질관리(Quality Management) 8. 공정관리(Process Management) 9. 설비관리(Maintenance Management) 10. 제품이력 추적 및 구성(Product Tracking and Genealogy) 11. 성과분석(Performance Analysis) 는 반도체, LCD, 자동차, 중공업 등의 업 종부터 점차 제약, 식품, 인쇄 등 다양한 분야로 확 대되고 있다. 기업의 관점에서 ERP와 정보는 통합 되어야 한다. 하지만 상용 /ERP 패키지 들은 각자의 데이터 정의를 사용하며 서로 다른 인 터페이스로 인하여 시스템 통합이 용이하지 않다. ISA와 ANSI(American National Standards Institute) 가 위와 같은 문제를 인지하고 ABB SAP, 등과 같은 주요 시스템 업체들이 참여하여 1995년부터 개발한 표준이 ISA-95 이다. 이 표준은 ERP와 등의 시스템을 통합 운영할 수 있도록 인터페이스와 객체모델을 제시하 고 관련 용어를 정의하고 있다. ISA-95는 총 6개의 1092

Part 로 구성된다. 2000년에 발표된 Part 1은 ERP와 의 통합운영을 위한 모델과 용어를 정의하며, 2001년에 발표된 Part 2는 객체모형을 이용하여 Part 1 의 정의된 모델들을 표현한다. 데이터 통합 표준으로는 XML(eXtensible Markup Language) 을 기반으로 한 B2MML(Business to Manufacturing Markup Language) 을 채택하였다. 2005년에 발표된 Part 3 은 제조운영(Manufacturing Operations) 관 리모형과 기본활동모형(Generic Activity Model) 을 기술한다. Part 4와 5는 진행 중이며 Part 6은 주제 만 발표되었다. ISA-95에 대한 연구는 대부분 A와 ISA 를 중심으로 이뤄지고 있다. Schneider and Scholten[10] 은 제조공정 최적화를 위해 ISA-95를 기반으로 한 As-Is/To-Be 수행 사례를 검토하여 8 단계의 분석절차를 제시하였다. Whitfield and Sahu[5] 는 ISA-95의 목적과 Part 1에 대한 개념을 요약하고 ERP와 의 통합운영을 지원할 수 있 는 통신 메카니즘에 대하여 기술하였다. Johnsson [1] 은 ISA-95 를 사용할 경우 개발자, 사용자 및 관 계자들의 이점을 중심으로 검토하였다. 그러나 ISA-95와 간의 직접적인 관계에 대한 연구는 부족하다. 우리는 ISA-95가 설 계에 어떻게 기여할 수 있는가를 검토하고자 한다. 2절에서 ISA-95의 기능계층모형과 제조운영 관리 모형을 요약한다. 3절에서는 기본활동모형을 소개 하며 4절에서는 B2MML과 ISA-95의 객체모형을 약술한다. 5절에서는 을 설계할 때 ISA-95의 이용방안을 검토한다. 결론과 향후 연구방향은 마 지막 절에 제시한다. 2. ISA-95 Framework 2.1 ISA-95 의 영역 ISA-95는 기업 활동을 1과 같이 4개 계 층으로 분류한다. 최상위 계층인 Level 4는 기업 전체 수준의 사업 계획 및 물류를 포함한다. 또한 공장단위의 생산계획 및 운영관리 등을 담당하며 ERP 의 주 대상 영역이다. Level 3은 제조운영 관 리영역으로서 제품을 생산하기 위한 활동을 포함하 며 의 대상 영역이다. Level 2와 1은 제조현장 및 실제 제조공정을 관리하는 영역으로 공정의 형 태에 따라 과 같이 3 가지 형태로 구분한다. Level 0은 생산을 수행하는 물리적 활동을 포함한 다. 기능계층과 ISA-95의 6개 Part와의 관계는 다 음과 같이 정리할 수 있다 [7, 9]. 1. 기능계층모형 [7, 9] Part 1: Level 4와 Level 3의 Interface에 해 당하며 전사적인 관점을 지향하며 ERP 및 등 시스템 통합 운영을 위한 용어 정의 및 기본 모형 제시 Part 2: Part 1에서 제시된 ERP와 간 표 준화된 정보흐름을 표현하기 위해 객체모형 과 그 속성을 제시 Part 3: 을 통해 제조운영활동 구분 및 기본활동모형 Level 3의 제조운영활동을 정의 Part 4: Part 3에서 제시된 제조운영활동에 관련된 객체모형과 그 속성들을 제시 Part 5: 생산자동화 시스템과 사무지원활동간 운영에 대한 정의로서 Level 4와 Level 3간의 Interface에 적용 가능 Part 6 : 제조공정간 운영 2.2 ISA-95의 의 제조운영관리모형 제조운영은 인력, 장비, 자재, 에너지 등을 이 용하여 원자재 및 반제품을 최종 제품으로 변환시 키는 일련의 활동을 의미한다 [9]. ISA-95의 제조 운영 관리모형은 업무 프로세스를 중심으로 기업 활동을 정의하는 것으로서 1992년 발표된 Purdue Reference Model 에 기초하고 있다. 2는 제조 운영 관리모형을 도식화한 것이다. 에서 타원 은 프로세스를, 화살표는 정보의 흐름을, 점선은 기 능계층모형의 Level 3과 Level 4의 경계를 의미한 다. 제조운영 관리는 점선 안쪽에 해당한다. 과 같이 ISA-95는 제조운영관리를 생산운 영, 설비관리, 품질관리 그리고 재고관리 등 4가지 범주(Category) 로 구분한다. 범주별 정의는 다음과 같다. 생산운영관리: 원자재, 에너지, 장비, 인력, 장 비를 이용하여 비용, 품질, 수량 등 요구되는 수준을 갖춘 제품을 생산하기 위한 일련의 활동 1093

설비관리: 정기적인 점검계획을 수행하며 장 비가 항상 사용 가능한 상태를 유지할 수 있 도록 하는 일련의 활동 품질관리: 품질을 측정하고 보고하는 일련의 활동 재고관리: 작업장에서 장비 및 자재의 이동에 관련된 활동 우 공통 활동이기 때문에 별도로 구분되지 않았다. 이와 같은 분류는 기업의 실제 조직을 반영하 지도 않으며 모든 기능을 포함하지도 않는다. 그러 나 이와 같은 원형적(Generic) 모형은 개발에 서는 Function Map으로 기업에게는 중요한 Benchmarking 대상으로 활용할 수 있다. 실제 제 조현장의 유형과 특성, 업무, 조직 구성 등은 매우 다양하지만 Reference Model을 기준으로 제조활동 을 개선할 수 있기 때문이다. 3. 기본활동모형 2. 제조운영 관리모형 [7, 9] 활동모형은 대상 영역에 관련된 정보흐름 및 활동간 관계를 명시화하기 때문에 시스템 설계에서 중요하게 활용된다. 3에 제시된 ISA-95의 기 본활동모형(Generic Activity Model) 은 전술한 4개 범주들의 상세활동을 설명하기 위한 템플릿이다. 에서 타원은 상세 활동을 의미하고 화살표는 정보의 흐름을 표현한다. 점선 사이 영역이 의 대상 영역에 해당된다. 모든 범주의 활동은 8가지 의 기본 요소로 구성할 수 있다 ISA-95는 Request-Response Cycle 개념을 바 탕으로 활동의 흐름을 이해한다. 예를 들면, ERP, 설비제어 시스템 등과의 인터페이스도 Request -Response 관계이다. 기본활동모형은 각 활동과 주 요정보의 관계도 보여준다. 이들 관계는 각 범주의 내용에 맞게 변형할 수 있다. Data Collection의 경 4. B2MML 3. 제조실행관리의 활동모형 [9] ISA-95는 XML 기반의 B2MML을 시스템간의 통신 표준으로 제안하였다. 실제로 SAP, Simens, ABB 등의 주요 개발업체들이 B2MML을 기업정보 시스템의 통합운영 표준으로 채택하였다 [12, 14]. B2MML 스키마는 WBF(World Batch Forum) 에서 관련 파일을 제공하고 있다. 현재는 사용자 확장성 이 포함된 version 3 까지 발표되었다. B2MML은 XML을 이용하여 제품이 갖게 되는 일반적인 속성 을 정의한다. 4는 제품정의에 대한 B2MML 스키마의 예이다. 대상을 정의하기 위해 추가적인 속성이 필요하다면 다. extension.xsd를 사용할 수 있 B2MML을 적용하여 시스템 통합을 하는 경우 ISA-95에 따라 수행되는지는 다음과 같이 충족도 (Completeness), 적응도(Compliance), (Conformance) 를 통해서 확인할 수 있다 [8]. 적합도 충족도: Part 1의 7절과 Part 2의 4절에서 정 의된 객체 모형과 객체를 시스템 사양서나 구현 시 반영하는 정도로 확인할 수 있다 적응도: 구현 시 Part 1의 7절에서 정의된 용 어와 Part 2의 4절에서 정의된 속성의 사용 정도를 확인한다. 적합도: Part 2에서 정의된 내용을 바탕으로 표 3 과 같이 표현되었는지를 확인한다. 4. 제품정의와 확장성에 대한 B2MML 스키마[11] 1094

5. 설계와 ISA-95 구축 시 수행할 수 있다. ISA-95는 다음과 같은 역할을 시스템 통합 인터페이스 표준 제공 구성 모듈의 정의 제시 데이터의 속성 및 관계에 대한 표준 ISA-95의 첫 번째 역할은 시스템이 통합 운영 될 수 있도록 지원하는 것이다. 기업정보시스템 구 조는 5 와 같이 도시할 수 있다. ISA-95에서 제시된 표준 인터페이스, 기능계층모형, 제조운영관 리모형 등과 관련 데이터 정의를 활용하여 ERP와 를 설계한다면 관련 시스템의 통합이 매우 효 율적일 것이다. 6. A 표준 기능과 ISA-95 모듈 관계도 세부생산계획 수립 및 유지 생산계획 대비 진척도 비교 생산자원관리기능에 따라서 각 자원의 사 용량을 결정 설비관리, 품질관리, 재고관리 모듈로부터 관련 정보 수집 What-if 시뮬레이션 수행 5. 기업정보시스템 구조도 둘째로 ISA-95를 활용하면 모듈을 합리 적으로 정의할 수 있다. 의 모듈은 A의 11 가지 표준기능에 따라서 정할 수도 있으나, A 의 표준기능은 품질관리, 설비관리 등 상위 모듈과 운영관리의 서브모듈인 인력관리, 운영/ 상세 계획 등을 동등한 수준에서 정의하므로 불균형 문 제가 발생할 수 있다. 실제로 일반적 패키지 는 운영관리를 중심으로 구현되므로, 설비관리는 별도 시스템으로 관리하는 경우가 많다. ISA-95는 제조운영 관리모형과 기본활동모형 을 통해 표준기능을 정의하므로, 이를 이용하면 는 생산운영, 설비, 품질, 재고관리 등의 4개 기능모듈과 기준정보, 데이터 통신 등의 공통 모듈 로 구성할 수 있다. 6은 A의 11가지 표 준기능과 ISA-95의 모듈 관계를 표현한 것 이다. 모듈의 세부 기능은 기본활동모형의 활동을 통해서 정의할 수 있다. 예를 들면 생산운영관리 모듈 중 세부생산계획은 다음과 같은 세부 활동을 갖는다. 마지막으로 ISA-95는 데이터의 속성 및 관계에 대한 표준을 제시한다. ISA-95는 7의 생산능력모형 및 Part 2에서 정의된 객체의 모형을 UML(Unified Modeling Language)을 이용하여 제 시한다. 간단하고 표준화된 표기법을 사용하고 있 기 때문에 관계 및 의미 파악이 용이하다. 또한 데 이터의 속성 명칭, 설명 및 예제를 제시함으로써 설계 및 구현 시 올바른 형태의 정보를 사용할 수 있게 한다. 6. 결론 및 향후 연구 방향 6. 생산 능력 모형 [8] 본 논문에서는 ISA-95 의 기능계층모형, 기본활 동모형 및 B2MML의 내용을 정리하고 를 구 축하는데 미치는 영향을 다음과 같이 제시하였다. 1095

시스템 통합 인터페이스 표준 제공 구성 모듈의 정의 제시 데이터의 속성 및 관계에 대한 표준 업체들은 대부분 ISA-95를 준수하고 B2MML 을 사용한다고 발표하고 있다. 하지만 45개 의 솔루션을 대상으로 2006년 초 시행된 A의 조사에 따르면 각 모듈에 대한 평균 반영비율은 생 산운영 78.6%, 설비관리 43.7%, 품질관리 55.6%, 재고관리 54.3% 등이다 [9]. 따라서 추후 개발사례 및 제품을 중심으로 생산관리에 비하여 타 부분에 적용이 저조한 원인에 대한 연구 및 적용방법에 대 한 연구가 필요하다. 참고문헌 Part 3: Activity Models of Manufacturing Operations Management", ISA, (2005). [10] M. Schneider and B. Scholten, "ISA-95 As-Is / To-Be Study", A White Paper, (2006). [11] The World Batch Forum, "B2MML : Business To Manufacturing Markup Language - Common, version 3.0", The World Batch Forum, (2005). [12] ISA, http://www.isa.org [13] S95, http://www.s95.nl [14] WBF, http://wbf.affiniscape.com [15] 차석근 최진석, 생산정보화(e-Manufacturing) 시스템, www.seri.org [16] 한국소프트웨어진흥원, [SW 시장분석] 생산관 리시스템() 시장동향,(2006) [1] C. Johnsson, ISA 95 - how and where can it be applied, IS, (2004). [2] C. Gifford and P. Dalwalla, "ISA-95 Business Case Evolves Through Applications and Methodologies", A White Paper, 17(2006). [3] C.Pipero and K.Manjunath, "ISA-95 Implementation Best Practices: Workflow Descriptions Using B2MML", A White Paper, 21(2006). [4] D. Femia, J. Kall, J, Fraser, C. Gifford, K. Newbury, and K. Kammer, "A's Next Generation Collaborative Model", A White Paper, 8(2004),. [5] E.J. Whitfield and S.N.Sahu, "ISA-95: The Enterprise-Plant Link to Achieve Adaptive Manufacturing", A White Paper, (2005). [6] Jan Snoeij, " Product Survey 2006", Research report, LogicaCMG, (2006). [7] ISA. "ANSI/ISA 95.00.01-2000, Part 1: Models and Terminology", ISA, (2000). [8] ISA, "ANSI/ISA 95.00.02-2001, Part 2: Objects Model Attributes", ISA, (2001). [9] ISA, "ANSI/ISA 95.00.03-2005, 1096