대한산업공학회/한국경영과학회 1992년도 춘계공동학술대회 발표논문 및 초록집; 울산대학교, 울산; 01월 02일 May 1992
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pp.149-155
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1992
본 사례연구는 자동차용 스프링 제조업체의 생산합리화를 위하여 조립라인에서의 효율적인 조립을 위한 전 생산공정의 평준화 생산 방안에 관한 것이다. 조립라인에서 조립작업의 지연 및 불균형은 그 근본 원인이 애로공정인 열간작업 및 열처리공정에서의 모델별.낱장로트별로 작업공정 구성과 작업처리속도에서 불균형을 이루기 때문이다. 결국 열간작업과 열처리공정이 전공정에서의 생산량과 공정간재고를 통제한다. 위와 같은 문제를 해결하기 위해서는 모기업의 수요를 기점으로하여 필요한 제품을 필요한 양만큼 필요할 때에 공급할 수 있는 마케트인(market in)방식의 인출(pull)시스템을 구축하여야 한다. 따라서 전 생산공정을 크게 압연공정, 열간작업공정, 열처리.조립공정으로 나누어서 용량(capacity)측면에서가 아니라 흐름(flow)측면에서 주문품목에 대하여 모델별.낱장별로 그룹화하고 모델별 조립작업순서와 열처리공정의 투입순서 및 투입량, 열간작업에 대한 작업순서를 결정하여 전체의 생산공정이 평준화 될 수 있는 생산통제방안을 제시한다. 아울러 이 생산통제 방안들의 타당성을 평가하기 위하여 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 분석도 행하였다.
최근 선진국을 중심으로 제조기술의 산업혁명이라고 불릴 정도로 큰 파급효과가 기대되는 자기조립기반의 산업공정기술을 확보하기 위한 많은 노력과 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 자기조립(Self-Assembly) 현상은 자연에서 일어나는 자발적인 힘으로 원자 또는 분자 단위까지 구조물을 제어하고 bottom-up 방식(상향식: 원자/분자 스케일의 나노구조를 배열/조립하여 원하는 형태의 패턴을 만들어 내는 방식)으로 원하는 구조물을 설계/제작할 수 있는 능력을 가지고 있다. 기초적인 과학으로부터 출발한 자기조립기술은 최근 자기조립 응용개발에서 많은 성과를 이루어내면서 산업화 가능성을 크게 하고, 과학계와 산업계의 많은 관심을 불러일으키고 있다. 반도체 산업기술을 예측하는 ITRS 로드맵(2005년)에 의하면 directed self-assembly 방법이 새로운 미래 패터닝 기술로 개발되어 2016년경에 사용되고, 자기조립소재로 제작된 다양한 응용소자들은 새로운 미래소자로 개발될 것으로 예상하고 있다. 이에 맞추어 국내 기업들도 diblock copolymer를 이용한 나노패터닝 기술 확보를 위한 연구를 진행하고 있다. 또한 IBM은 자기조립기술을 반도체공정에 실험적으로 적용하여 자기조립기술이 생산 공정에 부분적으로 적용될 가능성이 크다는 것을 보여주었다. 산업계와 함께 학계의 연구센터에서는 산업화를 위한 자기조립 집적화 공정(Integrated process) 개발을 이루기 위하여 체계적으로 연구를 실시하고 있다. 미국의 Northeastern 대학의 CHN(Center for high-rate Nanomanufacturing) 연구센터는 자기조립 집적화에 용이한 새로운 개념의 소자를 제안하고 이를 집적화하기 위한 다양한 공정을 개발하고 있으며, Wisconsin 대학의 NSEC(Nanosacle Science and Engineering Center) 연구센터는 diblock copolymer를 이용한 나노패터닝 기술 개발에서 획기적인 결과를 도출하여 산업계에 적용될 가능성을 높이고 있다. 이와 같은 결과들로부터 앞으로의 자기조립기술에 대한 연구는 3차원 구조물을 제작할 수 있는 집적화 공정에 집중될 것이고, 이를 위하여 새로운 개념의 단순한 구조의 응용소자개발도 함께 추진될 것으로 판단된다. 또한 실용 가능성이 큰 집적화 공정으로 개발하기 위하여 기존의 top-down 방식을 접목한 bottom-up 방식의 자기조립 집적화 공정이 개발될 것으로 예상하고 있다. 이와 함께 자기조립공정은 반복되는 구조를 쉽게 제작할 수 있는 장점을 가지고 있어 다양한 응용소자 [태양전지(solar cell), 연료전지(fuel cell), 유연성 있는 전자기기(flexible electronics), 화면표시 장치(display device)] 제작에 쉽게 이용되어 새로운 산업을 창출할 수 있는 가능성을 보이고 있다. 본 자기조립 연구 센터에서는 이와 같은 자기조립 특성을 제조공정에 적용하여 혁신적인 제조공정기술을 확보하고자 연구를 진행하고 있다. 그러므로 본 발표에서 이와 같은 연구 흐름과 함께 본 센터에서 진행하고 있는 자기조립 제조방법을 소개하고자 한다. 이와 함께 자기조립방법을 이용하여 제작된 다양한 응용소자 개발 결과를 발표하고, 이를 top-down 방식과 접목하여 집적화공정으로 개발하는 전략을 함께 소개하고자 한다.
본 발표에서는 고분자나 탄소나노튜브, 그래핀 등 탄소소재의 분자배열을 다양한 형태로 조절할 수있는 분자조립공정을 통해 비교적 저비용으로 대면적에서 나노구조체를 제작할 수 있는 다양한 기술들을 소개할 것이다. 특히 블록공중합체의 분자조립현상을 기존에 반도체나 디스플레이에 쓰이고 있는 ArF 리소그라피나 I-line 리소그라피와 융합하여 대면적에서 분자조립 나노패턴을 제작할 수 있는 기술들을 소개할 것이다. 또한 탄소나노튜브와 그래핀등 탄소소재를 용액공정이나 촉매나노패턴공정을 통해 3차원적인 다양한 형태로 조직화하는 신기술들도 소개할 것이다.
유기박막트랜지스터는 각 박막계면의 접촉성에 따라 그 성능이 좌우 된다는 것은 널리 알려진 사실이다. 이 때문에 계면간의 접촉성 및 결함을 최소화 하고 효율적인 패턴 형성을 위해 자기조립단분자막의 이용이 최근에 많이 시도되고 있다. 고품질 자기조립단분자막의 제작을 위해 RCA 세척을 통해 웨이퍼 표면에 OH기를 도입 보다 완벽한 단분자막의 형성을 촉진 하였으며 패턴제작은수분이엄격이조절된환경에서 alkyilsilane과 aminosilane 자기조립단분자막을 각각 ${\mu}CP$과 용액공정을 통해 시도되었다. 이 과정에서 물리적 흡착이나 OH기 부족으로 생성된 결함을 보안하기 위하여 SC1용액을 사용 단순 물리흡착된 자기조립단분자 물질의 제거와 다시 OH기 도입 용액공정을 통해 자기조립단분자막 형성을 반복적으로 실시하였다. 그 결과 자기조립단분자막의 결함이 최소화 되었고 자기조립단분자막의 질에 따라 유기전극재료 증착 시 선택적인 성장 과 형성된 유기전극재료 층의 형상이 다르게 관찰 되었다. 이런 반복적인 용액공정을 통해 결함이 최소화된 고품질 자기조립단분자막은 박막계면 간 옴성접촉을 형성하여 유기박막트랜지스터 제작 시 성능 향상이 기대되어진다.
전제제품 조립산업은 자동차 조립산업과 더불어 국내산업용 로봇 적용의 가장 큰 분야이다. 특히 우리나라의 전자제품 조립회사들의 특징으로서 대량생산을 들 수 있다. 국내 대표적인 전자제품 조립회사들의 수준은 현재 조립 자동화를 위한 1차 로봇 적용 단계를 지나 라인 합리화단계와 공장 정보통합화단계에 있다. 이와 더불어 난이도가 높은 공정의 로봇화가 완만히 진전되는 상 황으로 필자는 보고 있다. 이 원고에서는 우선 국내 기존 전자제품 조립공정에서의 로봇 응용 상황을 간단히 알아 본 후 앞으로 확장될 또는 확장되고 있는 몇 가지의 새로운 분야들에 관해 서술코자 한다.
본 논문은 TFT-LCD 모듈 조립 공정에서의 스케줄링 시스템을 제안한다. TFT-LCD 모듈 조립 공정은 선행 공정인 액정 공정에서 넘어오는 LCD 판넬과 기타 부품들을 조립하여 최종 완제품을 만드는 공정이다. 본 연구에서 다루고 있는 문제는 주문량으로부터 구해지는 일일 생산 계획량이 주어졌을 때 각 라인에서 생산되어질 제품을 배정하는 문제이다. 본 논문의 목적은 주어진 실제 공정 환경에서 일일 생산 계획량을 최대로 만족하기 위한 스케줄링 휴리스틱을 개발하는 것이다. 이를 위해 relaxed LP 모형을 제시하였고 제시된 LP 모형을 이용한 알고리즘을 개발하였다. 제안된 알고리즘은 제품 우선 배정 조건, 현 보유 자재량과 대략적인 라인의 생산 능력을 고려한 LP 프로시져 부분과 제품 간 셋업 시간을 고려한 설비 배정 휴리스틱의 두 부분으로 구분된다. 알고리즘의 성능 검사를 위해 실제 TFT-LCD 모듈 공정에서의 데이터를 이용하여 과거에 실제 이루어진 생산 결과와 비교를 하였으며 제안된 알고리즘의 효율성을 실험 결과를 통해 보였다.
본 연구에서는 다품종 주문 생산 방식이 가지고 있는 여러 문제점들 중의 하나인 조립시스템에서의 소량 생산의 문제점을 해결하기 위해 효율적인 조립자동화 시스템을 통해 난점들을 해결하고자 한다. 본 연구의 내용은 첫째, 제품 및 구조의 분석으로 제거 및 통합 가능한 부품 파악을 하며 불필요하거나 생산 및 조립 용이성이 떨어지는 요소를 제거한다. 둘째, 취약 공정의 분석으로써 취약공정의 개선효과를 파악하고 근접 작업장과의 원활한 공정 흐름을 고려하여 취약공정 유무 파악 및 우선 개선 공정을 결정한다. 셋째는 조립시스템에 적합한 대안의 제시로써 자동화를 위한 적절한 메커니즘을 제시한다. 마지막으로 넷째, 제시된 대안의 평가를 통해 적합성 여부 판정한다. 즉, 미리 설정된 평가 기준에 의한 대안의 평가를 내리게 된다.
휴대폰 등에 적용되는 초소형 카메라렌즈 모듈은 정밀 소형 조립체로써 고정밀도의 조립공정이 필요하다. 또한 해상도의 증가와 줌렌즈화 등에 따라 부품 종류가 다양해지고 부품 수도 급속히 증가하고 있다. 생산량 또한 급속히 증가하고 있어 생산공정의 자동화가 절실히 요구되고 있으나 제품의 종류가 다양하고 제품수명이 짧은 관계로 아직도 맡은 부분이 수 작업으로 이루어지고 있는 실정이다. 본 연구에서는 유연하고 확장 가능한 자동화 시스템을 적용하여 렌즈 조립시스템을 구성하고자 하였다.(중략)
최근 미세가공 및 자동측정 분야가 고성능화 되어 자동화가 많이 실현되고 있다. 이러한 자동화는 고정밀도와 동시에 제품 생산에 대한 저비용, 단기납기, 고품질의 제품 창출로 이어진다. 현재 핸드폰 시장이 급성장함에 따라 핸드폰의 생산 주기가 현저하게 짧아지고 핸드폰 조립공정에 있어서 다양한 크기에 대한 핸드폰 평판표시장치인 LCD(Liquid Crystal Display)가 존재하고 있다. 핸드폰 조립공정에 있어서 이러한 다양한 LCD 표시장치(LCD, PDP, FED등)를 보호하기 위하여 보호매체인 PE/PET 필름을 부착하여 납품하도록 하고 있으며, 핸드폰 조립공정에서 발생할 수 있는 흠집 등 기타 불량을 줄이도록 노력하고 있다. 그러나 이러한 보호필름은 현재 핸드폰 조립공정 후판부에서 평판표시장치의 유리기판의 크기에 맞게 보호필름을 절단하도록 공정이 구성되어 있다. 본 논문에서는 이러한 핸드폰 조립공정을 개선하고 자동화하기 위하여 경박단소용 평판표시장치의 얇은 유리기판에 접착된 PE/PET 필름을 핸드폰의 다양한 패턴에 맞추어 하단의 유리기판에는 결함이 없도록 하여 보호필름만을 커팅 할 수 있는 커팅시스템을 제안하고 정밀계측에 대한 실험 데이터를 제시하고자 한다.
본 연구는 건설장비 차량 조립부품을 제작하는 가공공장의 계획 및 운영 시스템 개발에 대한 내용이다. 연구의 대상은 건설장비 차량인 굴삭기, 휠로더, 지게차의 조립부품을 제작하는 공장으로 제작품별 제작라인이 구성되어 있다. 그리고 각 제작라인에는 여러 개의 공정이 있으며, 일부 공정은 작업자에 의해 작업이 이루어지고, 용접 및 가공 등은 자동화된 장비 및 설비에 의해 작업이 된다. 가공공장에서 관리 및 운영의 주요 관점은 이후 공정인 조립공장의 조립 착수일에 늦지 않게 제작된 부품을 공급하는 것이다. 그리고 공장 자체적으로 제작라인 내의 재공재고 감소, 작업일간 작업부하평준화, 자동화 장비 및 설비의 효율 극대화 등이 공장의 주요 관리 사항이다. 따라서 본 연구에서는 가공공장에서 제작되는 조립부품의 납기일 준수, 재고 감소, 부하 평준화, 장비효율의 극대화를 위해 공장을 체계적으로 관리하기 위한 계획 및 운영 시스템을 개발하였다. 개발시스템에는 제작라인별 제작 착수 및 자재발주${\cdot}$입고 관리, 공정별 실적관리, 실시간 작업 진행 관리, 용접 불량 관리 기능 등이 있다. 시스템은 MSSQL 서버, 오라클과 Visual Basic, Visual C# ASP로 개발되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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