1.서 론

최근 국내의 조선 산업은 글로벌 경제위기와 신흥 조선국 의 성장으로 수요는 줄어들고 공급은 증가하는 샌드위치 형 상의 어려움에 빠져있고 경쟁력이 부족한 조선소들이 통폐 합되는 등 많은 변화를 겪고 있는 상황이다. 경쟁에서 살아 남은 조선소의 경우에도 생산성 확보 및 고부가가치 제품 수주를 통한 위기 대처 능력 강화에 힘을 기울이고 있다.

조선소의 생산성은 공정, 설비, 공간, 인력, 일정 요소에 의해 결정되며 이 중 설비, 공간, 일정 요소는 제한된 자원 으로서 생산성 향상을 위한 핵심 요소라 할 수 있다. 조선 산업은 현존하는 단일 생산품 중 가장 복잡하고 거대한 구 조물인 선박과 해양플랜트를 생산하는 노동 집약 및 장치형 산업의 성격을 갖고 있다. 또한 까다로운 선주와 선급의 요 구사항을 반영하기 위해 각 조선소 마다 고유의 설계 및 생 산 노하우를 보유하고 있다. 조선소의 생산 노하우는 각 조 선소마다 보유하고 있는 생산관리 시스템을 통해 생산 현장 에 반영되며 유연하고 효율적인 생산 환경을 구축하는 근간 이 된다.

조선소 생산관리 시스템은 조선소의 설비, 공간, 일정 정 보의 관리를 주목적으로 하고 있으며, 이는 복잡하고 광범 위한 생산 활동을 계획하고 통제하기 위한 지원도구 역할 을 수행한다. 현재까지 개발된 조선소 생산관리 시스템은 대부분 조선소에서 자체적으로 개발한 레거시 시스템 형태 로서 해당 조선소의 비전과 노하우를 반영하고 있다. 특히 최근에는 해양플랜트 시장이 높은 부가가치를 갖게 됨에 따라 선박을 중심으로 한 기존 생산관리 시스템의 기능들 이 해양플랜트의 특성에 맞추어 업그레이드되고 있는 추세 이다. 이에 IT(Information Technology), PLM(Product Lifecycle Management), M&S(Modeling and Simulation) 등 생산관리 시 스템의 기능을 향상시키기 위한 다양한 응용 기술들이 연구 되고 있다. 여기서 M&S는 새로운 제품을 생산하기 위한 설 비, 공간, 일정 요소를 결정하는 과정에 있어서, 생산 계획을 시뮬레이션하고 사전에 결과를 분석함으로써 계획 관리자 의 의사결정을 지원하는 가장 적합한 솔루션 중 하나라 할 수 있다.

즉, 본 연구에서 다루고 있는 시뮬레이션 기반 시스템은 생산관리 기준인 생산 계획(일정)을 가상의 조선소 설비와 공간 정보가 반영된 시뮬레이션 모델을 통해 최적의 의사결 정을 지원하는 것을 목적으로 한다. 시뮬레이션 환경은 이 산 사건 시뮬레이션 시스템(Discrete Event Simulation, DES)을 바탕으로 작업장 레벨의 생산 수량, 생산 용량, 물류 혼잡도, 병목 공정, 원부자재 소요 등을 파악할 수 있도록 설계하였 다. 또한 널리 사용되고 있는 상용 시뮬레이션 소프트웨어 를 이용하여 시뮬레이션 기술을 구현함으로써 보다 신뢰성 있는 결과를 도출하고자 하였다.

M&S를 기반으로 제조업의 생산성을 향상시키고자 하는 연구는 다양한 시뮬레이션 기법을 활용하는 형태로 진행되 어 왔다. 그 중에서도 DES가 생산 현장의 공정과 생산라인 을 모사하는데 널리 사용되었다. 초기 DES는 단순한 대기행 렬 모델로 시작하였으나 이후 복합 모델을 이용하여 복잡한 제조 환경을 모델링함으로써 DES의 적용범위가 확장되고 있는 추세이다(Wu and Wysk, 1989).

DES를 조선 산업에 적용한 대표적인 연구 사례로는 가상 조선소 연구를 꼽을 수 있다. 이 연구는 공정중심의 조선소 생산 환경을 모델링하여 이를 가상 조선소(Virtual Shipyard) 혹은 디지털 조선소(Digital Shipyard)라 정의 하였으며, 이를 통해 조선소의 가상 생산(Virtual Manufacturing)을 실현하고 자 하였다(Alfeld et al., 1998). 2000년대 들어서는 국내 조선 소를 중심으로 DES 기반의 시뮬레이션 소프트웨어를 이용 하여 가상 생산 기술을 대형 조선소의 공정에 적용하는 연 구가 활발히 진행되었다. 이와 관련하여 조선소 시스템을 제품, 공정, 자원, 일정으로 구분하여 체계화한 모델이 제안 된 바 있으며(Shin et al., 2004; Lee et al., 2009), 이후 DES 를 이용하여 조선소의 투자 및 일정 계획을 지원하는 응용 도구를 개발한 연구 사례, 블록 물류 지원 시스템, 전과정평 가(Life Cycle Assessment, LCA) 등을 적용한 다양한 응용 연구들이 수행되었다(Krause et al., 2004; Woo et al., 2010; Lee et al., 2012).

본 논문에서는 DES를 이용한 조선소 생산 계획 검증을 위한 가상 조선소 환경을 연구하였다. 이를 위해 조선소 생 산 특성과 계획 시스템에 대한 상세한 분석을 수행하였으 며, 선표 계획을 중심으로 이를 검증하기 위한 시뮬레이션 모델을 개발하고 웹 기반의 기존 조선소 생산관리 시스템과 쉽게 통합 가능한 형태의 시뮬레이션 기반 시스템 설계를 수행하였다.

2.조선소 생산관리 시스템

2.1.조선소 생산 정보 모델

조선소 생산관리 시스템의 구성은 크게 제품, 공정, 공간, 설비, 작업자, 일정 요소로 구분할 수 있다. Fig. 1은 조선소 의 생산관리 시스템 요소를 가상 생산 관점에서 도식화한 것으로 이는 시뮬레이션의 데이터 모델인 PPR3-S(Product, Process, Facility-Resource, Human-Resource, Space-Resource and Schedule)을 기반으로 구성되어 있다. 이러한 정보 구조는 생 산관리 시스템을 분석하는 기준인 PPR(Product, Process and Resource) 구조를 조선 산업 특성에 맞게 확장하여 설계한 내 용이다.

일반적인 가상 생산 분야의 정보 모델에서는 Fig. 2와 같 이 PPR을 중심으로 기술을 분류하고 있으며, 이러한 분류 기준은 자동차나 반도체 산업과 같이 라인 생산이 일반화되 고 가상 생산 기술이 보편화된 산업군에 널리 적용된다. 이 와 달리 조선소의 생산관리 및 생산관리 시스템은 제품, 공 정, 일정을 중심으로 구성되어 있기 때문에 기존 PPR 모델 에 일정을 추가적으로 고려한 PPR-S(Product, Process, Resource and Schedule) 모델이 주로 적용되어 오고 있다.

하지만 프로젝트 단위의 제품을 생산하는 조선 산업의 특 성상 조선소에서는 다양한 장비와 설비 등이 필요하며, 다 른 산업에 비하여 공정의 자동화율이 낮고 작업자에 대한 비중이 높기 때문에 자원 요소에 대한 고려가 더욱 중요하 다. 이에 본 논문에서는 자원을 세분화하여 설비와 작업자, 공간으로 구분한 정보 모델인 PPR3-S 모형을 고안하고 이를 조선소 생산 정보 모델이라 정의하였다.

조선소 생산 정보 모델 관점에서 조선소의 생산 요소를 분석해 본다면, 공정 요소는 선박, 해양구조물과 같은 제품 을 실제로 생산하는 공간에서 발생하는 활동을 준비하고 관 리하는 물리적인 환경요인을 포함하는 것이라 정의할 수 있 다. 또한 생산성을 극대화하기 위한 기술과 공법을 설계하 고 관리하는 생산 환경 역시 포함된다.

설비, 작업자, 공간은 모두 자원 요소의 속성을 갖고 있으 며, 자원의 능력과 활용 정도는 해당 조선소의 공정 능력과 밀접한 관계를 갖고 있다. 공정 능력은 곧 조선소의 생산 능 력을 의미하며 주력 생산 제품 구성에 대한 생산량을 결정 하는 요인이 된다.

다음으로 일정 요소는 조선소의 공정 및 자원 요소의 운 영 기준이 되는 토대로서, 선박과 해양구조물의 설계 정보 를 바탕으로 공정 및 자원의 능력을 기반으로 수립된다. 특 히 조선소의 일정 정보는 생산 제품과 자원을 모두 반영하 고 있으며 조선소 생산관리 시스템에서 가장 중요한 부분이 라 할 수 있다. 이러한 이유로 대형 조선소들은 높은 생산성 을 확보하기 위해 조선해양 특성에 적합한 고유의 APS (Advanced Planning and Scheduling) 시스템을 운용하고 있으며, ERP(Enterprise Resource Planning) 시스템, MES(Manufacturing Execution System) 등과 같은 시스템의 정보는 모두 계획 수 립 단계에서 신뢰성 높은 계획 수립을 위해 활용된다.

즉, 조선소 생산관리 시스템의 일정 정보는 일련의 생산 정보들을 연결하는 매개체의 역할을 수행하고 있으며 정확 하지 않은 일정은 조선소 공정 간의 부하 불균형을 야기하 며 블록 물류비용의 증가, WIP(Work In Process) 증가, 재고 불균형 등의 문제를 야기하게 된다. 이에 대다수의 조선소 생산관리 시스템은 공정과 자원 정보의 체계적인 관리를 통 하여 정확한 계획을 수립하는 것을 주목적으로 하고 있으 며, 생산 계획의 정보는 조선소의 경쟁력과 직결되는 요소 로서 계획 정확성 확보를 위해 많은 투자와 연구가 진행되 고 있다. 이러한 조선소 생산관리 시스템의 세부적인 기능 은 조선소의 생산 환경에 따라 차이가 있지만 전반적인 시 스템의 구성과 기능간의 연계성, 입출력 정보의 형태, 기능 의 알고리즘 등은 유사한 형태를 갖고 있다.

2.2.조선소 생산 계획 시스템

앞서 언급한 바와 같이 조선소 생산관리 시스템에서 일정 을 수립하는 일은 매우 중요한 요소이다. 따라서 대부분의 조선소에서는 생산 계획을 고도화하기 위한 다양한 연구를 진행하고 있다. 조선소의 계획 영역은 Planning과 Scheduling 으로 구분할 수 있다. Planning은 조선소의 생산전략이나 정 책을 반영하여 장기적인 계획을 수립할 때 사용하는 생산 계획 영역을 의미하며, 언제(when), 무엇(what)을 만들지를 결 정하게 된다. 반면 Scheduling은 설비나 작업자와 같이 공정 에 직접적으로 제약이 되는 사항들을 계획수립 과정에 반영 하여 실제 현장에서 작업을 진행할 수 있는 단기 작업 계획 을 수립하는 것을 의미한다. Planning 영역에서는 주어진 작 업을 수행하는데 필요한 자원(where, who)을 할당하는 활동 을 수행한다(Lee, 2007). 본 논문에서는 Planning 영역의 결과 를 개선하는 방향으로 연구를 수행하였으며 여기서 시뮬레 이션 모델은 계획 담당자의 의사결정을 지원하기 위한 역할 을 수행한다고 볼 수 있다.

제조업의 계획 활동은 전통적으로 총괄 계획(Aggregate production Plan, APP), 주 생산 계획(Master Production Schedule, MPS), 자재 소요 계획(Material Requirement Planning, MRP)으 로 구분할 수 있다. 조선소 생산 계획 중 선표 계획과 대일 정 계획은 APP의 일종으로 생산 목표 및 비전을 생산 활동 에 반영시키는 것이 주된 목표이다. 선표 계획과 대일정 계 획은 주로 3년에서 7년 정도의 기간을 내다보는 계획이라 할 수 있다. 중일정 계획은 MPS 성격의 계획으로 실제 선박 이나 해양구조물에 대한 상세한 월별 생산 일정을 포함하고 있다. MRP에 해당하는 조선소의 생산 계획은 소일정 계획 이며, 여기서는 공정 및 주요 생산 자원을 기준으로 세부계 획을 수립하며 세부 작업별 부하 분석을 수행한다.

조선소의 모든 계획 활동은 상위 계획을 기준으로 실제 생산 현장의 자원 능력을 고려하여 수립된다. 각 계획은 상 위 계획을 최대한 준수하는 것을 원칙으로 하며 계획의 정 도를 높이는 것을 가장 중요한 목표로 삼고 있다. 따라서 수 립된 계획을 검증하기 위해서는 조선소 공정과 자원 능력이 정확하게 모사된 시뮬레이션 모델이 필요하다. 조선소의 공 정은 일반적으로 주문 설계형 생산의 특징을 가지므로 규정 화된 절차를 수립하기 어렵고 이에 정형화된 시뮬레이션 모 델을 구축하는데 많은 어려움이 있다(Woo et al., 2006). 또한 검증하는 대상 계획이 보통 1년 이상 기간의 정보를 갖고 있어 방대한 데이터 처리를 고려한 모델링이 요구된다(Song et al., 2009).

이에 본 논문에서는 시뮬레이션 적용 범위를 선표 계획으 로 한정하고, 이를 기준으로 조선소 생산 계획의 특성을 분 석하고 이를 검증하기 위한 방안을 연구하였다. 선표 계획 은 생산 계획 중 가장 초기에 수립되는 계획으로 이후 모든 생산 계획이 선표 계획을 바탕으로 수립되기 때문에 정확도 가 높은 선표 계획 결과가 필요하다. 하지만 역설적으로 수 립 당시의 기준 정보는 실적 정보 및 예상치 만을 사용하기 때문에 계획 수립에 많은 어려움을 겪고 있는 실정이다.

조선소의 선표 계획은 용도, 단계, 제품, 생산 장소를 기준 으로 분류되며 이에 따라 선표는 전략 선표, 협업 선표, 사 업 선표, 영업 선표, 특수선 선표, 계획 검토용 선표 등의 형 태를 갖고 있다. 조선소의 생산 환경에 따라 다소 차이가 있 지만 일반적으로 선표 계획은 Fig. 3과 같은 순서로 이루어 지며, 이는 국내 조선해양업체 S사와 H사에서 운용중인 선 표 계획 프로세스를 참고하여 도출한 결과이다. 여기서 생 산 달력은 조선소의 휴무일이 포함된 일정을 의미하며 배치 (Batch)는 선박을 최종 건조하는 설비인 도크의 사용계획을 의미한다.

도크 배치 계획을 통해 선박의 키 이벤트 중 용골 거치 (Keel laying, K/L), 부분 진수(Floating, F/L), 진수(Launching, L/C)에 대한 일정이 수립된다. 이후 후행 계획법을 이용하여 기준선의 표준 작업 기간을 고려한 강재 절단(Steel Cutting, S/C) 일정이 산출되며, 산정된 기간이 조선소의 생산 능력에 부합한지 여부를 판단하여 조건을 충족할 경우 최종 선박 인도(Delivery, D/L) 일정이 결정된다. 이러한 선표 계획의 수 립절차는 기본적으로 다음과 같은 순서로 정리할 수 있다.

1. 휴무일정이 포함된 생산 달력 정보 적용

2. 도크 배치(Batch) 계획 수립 (K/L, F/L, L/C 결정)

3. 실적정보를 바탕으로 S/C 일정 수립

4. 실적정보를 바탕으로 D/L 일정 수립

선표 계획에 포함된 정보와 관련 정보를 파악하기 위해서 는 선표 계획과 관련한 생산 계획 시스템의 분석이 필요하 다. 조선소의 APS 시스템은 ERP 시스템과 밀접하게 관계되 어 있다. 이러한 선표 계획과 관련한 시스템의 기능 구성은 Table 1과 같다. 각 기능은 조선소 ERP에 축적된 생산 실적 과 계약과 관련한 각종 정보를 기반으로 하고 있다.

Table 1을 살펴보면 시스템의 기능은 기본적으로 각 카테 고리 정보의 create(C), read(R), edit(E), delete(D)를 수행하고 있다. 선표 계획은 계획 프로세스의 가장 상위에 위치하고 있으므로 한번 수립된 계획이 수정되면 많은 문제점이 발생 하게 된다. 따라서 생산 계획 시스템에서는 선표 계획 케이 스에 대한 관리가 매우 중요한 항목이라 할 수 있다. Table 1과 같이 조선소 선표 계획 시스템은 실제 계획을 수립하는 기능인 5 카테고리를 제외하고는 모두 정보의 관리에 중점 을 두고 있는 것을 확인할 수 있다. 이때 핵심 정보라 할 수 있는 선표 계획 케이스 정보는 생산 달력 ID, 생성자, 생성 일자, 프로젝트 목록, 작업 타입 코드 등을 포함하고 있다. 프로젝트 정보의 경우 호선번호로 사용되는 프로젝트 번호, 선종, 도크, 계약, 키 이벤트, 공수 등의 정보로 구성된다. 양 정보는 하나의 통합된 선표 계획 범주로서 함께 관리되고 있다. Fig. 3을 살펴보면 선표 계획과 관련한 생산 계획 시스 템의 세부 기능은 모든 과정이 시스템을 통해 구현되어 있 지는 않지만 Fig. 3과 Table 1의 공통항목들과 같이 많은 데 이터가 존재하거나 기간 시스템 간의 정보 교환 및 연산이 필요한 단계는 모두 시스템화 되어있음을 확인할 수 있다.

3.시뮬레이션 기반 조선소 선표 계획 검증

3.1.시뮬레이션 기반 조선소 생산 기술

본 논문에서 사용하는 시뮬레이션 기반 생산(Simulation Based Manufacturing, SBM)이란 M&S 기술의 일종으로 선박, 해양 구조물의 설계 정보, BOM(Bill Of Materials) 정보, 조선 소 야드 설비 정보, 작업장 및 공정 정보 등의 다양한 데이 터를 바탕으로 실제 생산을 수행하기 이전 단계에서 시뮬레 이션을 통해 가상으로 계획을 검증하여, 사전에 수립한 생 산 계획에 문제점이 있는지를 확인하고 개선하는 활동을 의 미한다. Fig. 4는 이러한 SBM의 활용 분야와 핵심 기술 등을 도식화하여 표현한 것이다. SBM 전략은 시뮬레이션 기술을 중심으로 최신 IT 기술 및 시스템을 응용하여 조선소의 생 산성을 강화하는 것을 목표로 한다.

시뮬레이션 시스템은 가상 조선소 모델, 이산 사건 시뮬 레이션 엔진, 모델링 도구, 결과 분석 도구로 구성된다. 여기 서 가상 조선소 모델은 실제 시스템의 조선소 공정과 설비 가 모사된 시뮬레이션 모델을 의미하며, 시뮬레이션 엔진은 DEVS(Discrete Event System Specification) 형식론을 바탕으로 한 시뮬레이션 수행 장치로 정의할 수 있다. 또한 모델링 도 구와 결과 분석 도구는 사용자가 시뮬레이션 모델링을 수행 하고 결과를 분석하는 것을 지원할 수 있는 그래픽 사용자 인터페이스가 있는 소프트웨어를 의미한다.

3.2.시뮬레이션 기반 선표 계획 검증 개념

본 논문에서 제안하는 선표 계획 검증 방안은 조선소의 기간 시스템과 시뮬레이션 시스템의 통합을 전제로 하고 있 다. 일반적으로 대형 조선소에는 ERP 시스템은 주로 데이터 의 생성 및 관리, 트랜잭션과 같은 관리 기능을 담당하며 APS 시스템은 ERP에서 관리되고 있는 데이터를 이용하여 계획을 수립하는 기능을 수행한다. 대형 조선소의 시스템은 대부분 인터넷 환경에서 운용되고 있으며 사용자는 사내 인 터넷 망을 이용하여 시스템에 접근하는 구조를 가지고 있 다. 따라서 시뮬레이션 시스템은 기존 시스템과의 통합과 사용자 친숙성 등을 고려하여 RIA(Rich Internet Application)를 이용한 인터넷 기반의 사용자 인터페이스를 적용하여 설계 하였다.

다른 요소 기술은 M&S을 위한 기술로써, 한 가지는 가상 조선소 모델을 시뮬레이션 할 수 있는 엔진이며 나머지 하 나는 이를 제어할 수 있는 미들웨어인 시뮬레이션 통합기 (Simulation Integrator)이다. 시뮬레이션 통합기는 전문적인 기 술을 요하는 시뮬레이션 모델링 작업이나 모델의 수정을 쉽 게 수행할 수 있도록 지원하는 역할을 수행한다. 이는 사용 자가 입력한 정보를 해석하여 시뮬레이션 엔진에 전달하거 나 엔진의 제어 및 시뮬레이션 모델의 관리 등의 기능을 갖 고 있다.

조선소의 복잡한 생산 환경에서 발생하는 현상을 정확하 게 모사하고 시뮬레이션하기 위해서는 검증된 시뮬레이션 엔진이 필요하다. 복잡한 조선소 공장 및 생산 환경의 시뮬 레이션에는 주로 Dassault systemes의 DELMIA D5, Siemens의 Plant Simulation, Rockwell automation의 Arena 등과 같이 검증 된 상용 시뮬레이션 소프트웨어들이 사용된다. 하지만 일 반적인 상용 시뮬레이션 소프트웨어들은 시뮬레이션 관련 한 기능을 위주로만 개발되어 있기 때문에 외부 환경과의 통합이 어렵다는 단점을 갖고 있다. Caprace et al. (2011)에 따 르면 조선소의 시뮬레이션 시스템 구현시 DELMIA D5나 Plant Simulation이 통합 측면에서 우수한 기능을 갖고 있다는 것을 확인할 수 있으며, 이에 본 논문에서는 구현 대상인 S 사의 기존 시스템 호환성을 고려하여 DELMIA D5를 선정하 고 이를 통한 시뮬레이션 시스템 설계와 예제 모델 구현을 수행하였다.

이러한 상용 시뮬레이션 소프트웨어들은 단순히 엔진 기 능 이외에도 모델링 기능도 함께 포함하고 있지만, 본 연구 에서는 조선소의 특성에 맞는 별도의 모델링 도구를 고려하 였으며 상용 소프트웨어는 시뮬레이션 엔진의 역할로 한정 하여 적용하였다. 선표 계획 검증 프로세스에 있어서 시뮬 레이션 시스템은 ERP 시스템과 APS 시스템 사이에 위치한 다고 볼 수 있으며, ERP 시스템의 실적 및 기준 정보는 시뮬 레이션 통합기를 통해 사용자가 입력한 시뮬레이션 정보와 함께 DELMIA에 필요한 형태로 변환되어 전달된다. DELMIA 는 이러한 계획 수립 소요 정보들을 바탕으로 계획된 기간 동안의 가상 생산을 수행하게 되고 가생 생산의 결과는 APS 시스템으로 전달되어 APS 시스템의 사용자인 선표 계획 담 당자에게 전달된다. 선표 계획 담당자는 가상 생산 결과를 분석하여 본인이 고려하고 있는 기준 선표 계획의 문제점 등을 정량화된 값을 통하여 파악할 수 있다. 이와 같이 시뮬 레이션 시스템을 이용하여 사전에 수립된 계획을 검증함으 로써, 계획 담당자는 기존의 실적 정보만을 바탕으로 수립 되었던 선표 계획의 정확성과 신뢰도를 향상시킬 수 있게 된다.

3.3.시뮬레이션 기반 선표 계획 검증 방법

시뮬레이션을 이용한 선표 계획 검증은 주로 선표 계획의 타당성에 초점을 맞추어 진행된다. 선표 계획의 타당성은 조선소의 설비, 공정 부하, 매출액, 키 이벤트 달성 가능성 등을 종합적으로 고려하여 판단해야 한다. 선표 계획의 부 하는 직종별 물량 부하, 도크 및 안벽의 부하, 인력 부하, 골 리앗 크레인 부하와 같은 주요 자원에 대한 부하를 포함한 다. 또한 선표 계획 단계에서는 조선소에서 가장 중요한 설 비인 도크의 회전율이 결정되므로, 선표 계획은 기업의 전 략과 매출액과도 밀접한 관계를 갖고 있다고 할 수 있다. 따 라서 선표 계획 검증을 위한 시뮬레이션 모델은 선표 계획 의 타당성, 기업 경영 관련 지표와 같은 결과 값을 도출 할 수 있어야 한다. 단, 최종 평가는 실제 선표 계획 관리자에 의해 결정되어야 하며 시뮬레이션 모델은 의사 결정권자의 의사 결정을 지원할 수 있는 구체적이고 의미 있는 결과를 보여주는 데 의의가 있다.

다음 Table 2는 선표 계획을 검증하기 위해 정의한 시뮬레 이션 모델이 고려하여야할 타당성 평가 항목이다. 부하 평 가는 도크의 탑재 블록에 대한 공간, 수량에 대한 부하, 안 벽에 계류된 선박에 대한 척수, 점유 면적에 대한 부하, 선 박 호선 및 직종별 소요되는 인력자원에 대한 부하 등에 대 한 정량적 평가를 의미한다. 매출액 평가의 경우 조선소 매 출 목표에 대한 계획 대비 매출액 달성율과 연간 도크 회전 율 등 실제 조선소 전체의 성과를 나타낼 수 있는 지표 관리 를 수행하며 마지막으로 달성가능성 평가는 선표 계획 자체 가 실제 계획된 키 이벤트 일정을 준수할 수 있는지 여부를 확인하는 과정을 의미한다.

선표 계획 검증을 위한 시뮬레이션 모델링 과정은 데이터 모델링, 리소스 모델링, 로직 모델링으로 이루어진다. 시뮬 레이션 모델에서 사용되는 데이터의 종류에는 조선소의 기 간 시스템에 저장되어 있는 정보를 입력받는 데이터, 사용 자 입력 데이터, 그리고 시뮬레이션 결과로 출력되는 데이 터 등이 있다. 데이터 모델링 과정에서는 이러한 다양한 데 이터의 규격을 결정한다.

시뮬레이션을 위해 입력하여야 하는 정보는 크게 시스템 에서 직접 얻어오는 데이터와 사용자가 별도로 입력하여야 하는 데이터로 나누어 볼 수 있다. 시스템 입력 정보는 조선 소의 생산 기준 정보로써 블록 디비전(호선별), 물량정보(호 선별/직종별), 배원정보(호선별/직종별), 도크 배치 정보, 중 일정 액티비티 기준, 대차 및 치구류 정보 등을 포함한다. 사용자 입력 정보는 시뮬레이션을 수행하고자 하는 대상 정 보를 의미하며 선표 계획에서 다루고자 하는 호선 정보와 호선별 키 이벤트 정보를 의미한다.

시뮬레이션 수행 결과로 출력되는 정보로는 시뮬레이션 이 수행된 선표 계획 기록, 직종 및 작업장별 점유블록 기 록, 직종별 부하 기록(주/월), 호선별 부하 기록(주/월), 작업 장 및 적치장별 부하 기록(주/월) 등이 있다. 이와 같은 시뮬 레이션 결과 데이터는 Table 2에서 언급한 선표 계획의 타당 성 평가를 위한 기준으로서 활용되며, 조선소 계획 담당자 는 이러한 정보를 바탕으로 수립한 선표 계획의 적합성을 판단하게 된다.

리소스 모델링 과정에서는 선박, 설비, 공간에 대한 구분 이 필요하다. 선박은 앞서 정의한 조선소 생산관리 시스템 요소 중 제품(Product)에 해당하는 것으로 선박 블록의 구조, 크기, 무게, 작업장 등의 정보를 포함하고 있다. 제품 정보는 제품, 반제품, 자재 등과 같은 유형의 개체를 의미하며 조선 소의 생산 공정과 물류에 직접적인 영향을 끼치는 요소이 다. 따라서 조선소의 생산 환경을 엄밀하게 모사하기 위해 서는 시뮬레이션 모델의 제품 개체가 각자의 개별 정보를 빠짐없이 담고 있어야 한다. 제품의 특성은 시뮬레이션이 수행될 때 사용되며, 이는 공정의 사이클 타임이나 물류 제 약 등 시뮬레이션의 개별 사건 및 로직을 결정하는 주요 변 수로 사용된다. Fig. 5는 조선소의 시스템 정보와 시뮬레이션 시스템간의 선박 제품 정보의 연계 관계를 보이고 있다.

이밖에도 모델링해야 할 주요 설비(Resource)는 크레인, 트 랜스포터, 치구류 등이 있다. 크레인이나 트랜스포터의 경 우, 적재 가능 한 중량이 가장 중요한 정보이며 치구류는 수 량이 가장 중요한 속성이다. 또한 설비는 기본적으로 각자 의 크기나 속도, 위치에 대한 정보를 담고 있어야 하며 시뮬 레이션 모델에서 물리적인 성격을 갖는 요소는 제품과 설비 이다. 따라서 이 두 요소는 크기, 무게와 같은 물리적인 속 성 값에 대한 상세한 모델링이 요구된다. Fig. 6은 조선소 설 비에 대한 시뮬레이션 모델 구현 사례를 보이고 있다.

반면 공정(Process)과 일정(Schedule)은 주로 시뮬레이션 로 직을 통해 구현되어야 한다. 이들은 공정 간의 블록 이동이 나 블록 배치와 같이 실제 물리적인 요소도 고려해야 하며 그밖에도 공정 시간, 세부 작업 흐름 등을 결정하는 역할을 수행한다(Woo et al., 2010; Lee, 2007). 이러한 시뮬레이션 로 직은 제품과 자원과 같은 물리적인 개체의 이동과 상태 변 화 뿐만 아니라 공정과 일정의 정보 갱신, 상황별 규칙 결 정, 부하 평가 등을 포함하고 있다(Song and Kang, 2009). 앞 서 정의한 시뮬레이션 모델의 평가 항목에 따라 시뮬레이션 로직은 조선소의 공간 자원에 대한 제약을 구현할 수 있는 직종별 작업장 및 적치장의 지번단위 배치 알고리즘과 작업 장 물량 및 옥외물류의 대차 수량을 관리할 수 있는 능력평 가(Capacity) 알고리즘을 포함하여야 한다.

조선 산업은 제한된 공간상에서 대규모의 제품을 만들기 때문에 최적 공간 배치에 대한 중요성이 매우 높고 공간을 최적으로 활용하는 방안에 대한 문제를 항상 가지고 있다 (Lee et al., 2013). 따라서 최소의 공간 관리 단위인 지번수준 배치 알고리즘의 적용이 필요하다. 지번수준의 배치 알고리 즘은 공간 자원의 산술적인 면적 부하뿐만 아니라 실제 공 간의 형상과 배치할 제품의 형상을 함께 고려하여 수행해야 한다. 또한 다른 주요 제한 설비인 트랜스포터나 크레인의 경우 단순 수량 체크 수준이 아닌 위치, 거리, 속도 등을 고 려할 수 있는 동적 체크 알고리즘이 구현되어야 한다.

4.시뮬레이션 기반 생산 기술의 적용 방안

시뮬레이션 기반 조선소 생산 기술의 성공적인 적용을 위 해서는 이에 적합한 시스템의 개발이 필요하다. 이번 장에서 는 앞서 연구한 시뮬레이션 기반 생산 계획 검증 방안을 바 탕으로 시뮬레이션 기반 조선소 생산 계획 검증 시스템을 설 계하였다. 시뮬레이션 시스템은 웹 애플리케이션을 매개체로 기존 조선소 시스템과 통합되는 형태를 갖고 있다(Fig. 7).

Fig. 7의 우측과 같이 시뮬레이션 시스템은 다양한 시뮬레 이션 모델을 저장하고 있는 모델 라이브러리(Model Library), 조선소 생산관리 시스템의 정보를 시뮬레이션 정보로 변환 하는 데이터 변환기(Data Converter), 시뮬레이션 결과를 수집 하여 사용자에게 전달하는 결과 수집기(Result Collector), 모 델의 시뮬레이션을 수행하는 DES 시뮬레이션 엔진으로 구 성된다. 데이터 변환기와 결과 수집기 등은 3.1절 시뮬레이 션 통합기의 기능 요소 중 하나이며, 조선소 시스템과의 통 신, 상용 시뮬레이션 엔진의 제어를 위한 기능도 필요하다.

본 연구에서 적용한 시뮬레이션 엔진인 DELMIA D5의 경 우 TCP/IP 소켓 방식을 통해 제어 및 정보 전달이 가능하며, 이를 기반으로 시스템의 개념 설계를 수행하였다. 시뮬레이 션 시스템은 조선소 특성을 고려한 웹 기반 사용자 관리도 구를 통해 구현되었으며 이는 현재 프로토타입 형태가 구현 된 상황으로 기능 테스트가 가능하다(Lee et al., 2014). 이러 한 시뮬레이션 시스템은 실제 선표 계획 부서에 적용될 경 우 Fig. 8과 같은 형태의 사용 패턴을 갖게 된다. 선표 계획 담당자는 검증하고자 하는 선표 계획의 기본 정보를 시뮬레 이션 시스템에 입력하고, 시뮬레이션 시스템은 선표 계획의 하위 단계 계획인 중일정 계획 수준의 제품, 공정, 공간, 작 업자, 설비 모델과 로직을 바탕으로 가상 생산을 수행한다. 수행된 결과는 계획 관리자에게 전달되고 관리자는 시뮬레 이션 결과를 바탕으로 키 이벤트 준수 여부, 물량 부하 등을 종합적으로 검토하여 선표 계획을 확정할 것인지, 아니면 수정하여 재계획을 지시할 것인지를 결정하게 된다.

5.결 론

본 논문에서는 조선소의 생산 계획 중 가장 초기 단계에 확정되고 가장 기본이 되는 선표 계획을 대상으로 계획을 수립할 때, 조선소의 생산 환경을 시뮬레이션하여 선표 계 획을 평가 할 수 있는 방법을 제안하였다. 이를 위해 조선소 의 생산 환경을 체계적으로 분석하기 위한 제품, 공정, 일정, 공간, 작업자, 설비의 6가지 정보를 포함한 PPR3-S 모델을 적용하였다. 이는 기존 제품, 공정, 자원 중심 모델(PPR)에 비해 조선소의 생산 특성을 반영하는데 보다 적합한 형태를 갖고 있다. 또한, 시뮬레이션 기술과 조선소 기간 시스템의 유연한 통합 및 적용을 위해 조선소의 ERP 시스템과 APS 시 스템으로부터 입출력되는 데이터와 프로세스를 분석하여 선표 계획 검증에 필요한 기본적인 타당성 평가 항목을 분 석 및 도출하였다.

도출된 결과는 시뮬레이션 시스템 형태로 구현되며, 본 논문에서는 이를 위한 기본 구조를 제안하고 가상의 모델 구현을 통해 이의 효용성을 확인하였다. 이러한 시뮬레이션 시스템의 기본 구조와 함수들은 실제 조선소 현업의 생산 계획 부서의 요구사항으로 부터 도출한 타당성 평가 항목을 바탕으로 설계되었으며, 이를 통해 조선소 특성을 고려한 선표 계획 검증을 위한 시뮬레이션 시스템 기능 및 구조를 제안하였다. 특정한 시뮬레이션 기술이나 도구가 보편적으 로 적용되어 있지 않은 현재 상황에서, 본 연구는 조선소의 생산 계획 검증 분야에 필요한 시뮬레이션 요소기술과 기존 시스템과의 호환성, 실제 활용방법 등을 고려한 적용 방안 을 도출하였다는 점에 의의가 있다. 하지만 모든 생산 계획 을 대상으로 기술 적용이 되지 못하였다는 한계점을 보이고 있다. 따라서 향후 연구에서는 중일정, 실행 계획 등 생산 계획 전반에 대한 시뮬레이션 기술을 접목하여 본 논문의 연구 결과를 보다 일반화하여 적용 할 수 있는 방안을 도출 하여야 하며 실제 조선소 시스템과의 통합 및 테스트가 요 구된다.