제조실행시스템(MES, Manufacturing Execution System)

출처

1. MES 란?

• 제조실행시스템(MES, Manufacturing Execution System)은 제조업체의 공장 관리를 위한 개념이자 구현 도구다. 이는 1990년대 초 미국의 매사추세츠주 보스턴 시에 소재한 컨설팅회사 AMR(Advanced Manufacturing Research)에서 최초로 소개

• 제조업의 시스템 계층 구조를 계획–실행–제어의 3계층으로 구분

  • 그중 실행의 기능을 MES로 정의했다.

• 국제 MES협회인 MESA(Manufacturing Execution System Association)에 의하면, MES는 주문에서 제품 생산에 이르기까지 관련 정보를 제공해 가장 효과적으로 활용할 수 있도록 하며, 현장의 정확한 데이터를 사용함으로써 데이터들이 발생할 때마다 현장의 활동을 관리, 착수, 응답, 보고하는 생산실행관리시스템이다.

• MES는 제품의 주문 단계에서 완성 단계까지 모든 생산 활동의 최적화를 가능하게 지원한다.

  • 이를 위해 MES는 실시간으로 정확한 데이터를 이용해 공장 내에 존재하는 모든 작업 활동을 가이드하고 착수하며 응답하고 보고한다.

  • 또한 상태 변화에 대한 신속한 응답과 값어치 없는(Non- value-added) 작업 활동의 감소에 초점을 맞추어 공장 내 작업과 공정들의 효율화를 높여준다.

• 생산라인의 조건 변화에 대한 빠른 응답은 비부가가치 행위의 감소에 초점을 맞추는 것과 더불어 현장 작업과 공정을 효과적으로 운용하고, 양방향 통신에 의한 공급 체인과 기업의 전반적인 생산 활동에 관한 중요한 정보를 제공하고 있다.

  • MES는 자동차, 반도체, 전자, 식품 제조, 약학, 항공, 의료 기기, 타이어, 철강 및 직물 제조 등 제조업 등의 부문에서 폭넓게 사용되고 있다.

• MES는 제품의 주문을 받고 난 후 제품이 완성될 때까지 생산의 최적화를 위한 정보를 제공하며 생산 현장에서 발생하고 있는 최신의 정보를 현장 실무자나 관리자에게 보고하고, 신속한 응답을 통해 생산 조건을 변화시키며, 가치 없는 요소를 감소시켜줌으로써 생산 공정과 기능을 개선하도록 유도한다. 따라서 MES는 기업이 가지고 있는 자산의 효율화는 물론 정확한 납기, 재고의 순환, 전체적 순이익, 자금 흐름 능력 등을 향상시켜 준다.

MES의 도입 효익을 정리하면 다음과 같다.
먼저, 제조현장과 주변 시스템의 통합, 최적화한 생산 활동 지원, 생산 현장의 실시간(real time) 정보 통합, 통합 정보의 활용으로 최적의 의사결정 지원 등에 의한 통합화와 최적화한 생산 활동을 지원하게 된다.
둘째, 생산성 지표 향상, 품질 향상, 원가 절감과 가격경쟁력 제고, 납기(delivery) 단축과 준수, 유연성(flexibility) 증대 등에 의한 생산성 개선으로 기업경영에 기여하게 된다.


한편 MESA 인터내셔널에서는 정량적 자료를 이용해 MES의 도입 효과를 분석했다. 이에 따르면, MES 도입으로 기업들은 데이터 입력 시간 평균 75% 이상, 제조 사이클 시간 평균 45%, 생산 과정에 있는 재공품 재고 25%, 문서 작업 시간 평균 61%, 문서 작업 손실률 평균 56%, 업무 지연 시간 평균 27%, 제품 결합률 평균 8%씩 감소하는 효과를 보고 있는 것으로 나타났다

MES의 기능

• MESA 인터내셔널에서 정의하는 MES는 다음과 같은 일반적인 기본 기능 11개를 포함하고 있다.

1. 자원 할당과 상태 관리(resource allocation status)

• 자원 할당과 상태 관리 기능은 자원의 상세한 이력을 제공하고 장비의 상태를 실시간으로 제공해 장비가 작업에 적절히 설치·작동되고 있는지를 확인한다. 즉 기기, 도구, 작업자 숙련도, 자재, 문서 등 작업자가 작업 시 사용하는 모든 자원을 관리한다. 이와 같은 자원 관리 작업 일정 목표에 부합하기 위한 예약과 분배를 포함한다.

2. 작업과 상세 일정 관리(operation/detail scheduling)

• 작업과 상세 일정 관리 기능은 적절히 순서가 정해졌을 때 셋업을 최소화하는 작업에서 특별한 생산 단위와 연관된 처방, 우선 순위, 속성과 특성에 기초한 순서를 제공한다. 일정 관리란 정확한 시간, 장비적재와 시프트(shift) 유형 등을 상세히 계산하기 위한 중복·병렬 작업과 대안을 파악한다.

3. 생산 단위 분배(dispatching production units)

• 작업 내용, 일괄 작업(batch), 작업 단위(lot) 및 작업 지시서(work order) 등과 같은 작업 형태에서 생산 단위의 흐름을 관리한다. 분배 정보는 공장 현장에서 사건이 발생함으로써 수행되어야 할 작업과 실시간 변화의 순서에 의해 제공된다.

4. 문서 제어(document control)

• 문제 제어 기능은 작업 지시, 처방, 도면, 표준 작업 절차, 부분 프로그램, 일괄 작업(batch) 기록, 기술적 변경 요구 사항, 조(shift)와 조 간 의사소통과 ‘계획된 것(as planned)’과 ‘이루어진 것(as built)’의 정보에 대한 편집 능력을 포함해 생산 단위와 함께 관리되어야 할 기록 형태를 제어한다. 문서 제어 기능은 작업자에게 데이터를 제공하거나 장치 제어에 대한 처방을 제공함으로써 작업 지시를 현장으로 할당한다.

5. 데이터 집계와 취득(data collection/acquisition)

• 생산 단위 별로 수집되어야 하는 데이터를 정의하고 이 데이터들을 수집하는 인터페이스를 제공한다. 여기에서 데이터는 공장 현장에서 수동적으로 수집되거나 장비로부터 분 단위까지 자동적으로 수집될 수 있다.

6. 근로 관리(labor management)

• 근로 관리 기능은 분 단위로 작업자의 상태와 이력 데이터를 제공한다. 시간 대비 출석 보고, 검증 추적 및 활동 기반(Activity-based)의 비용 기준으로 자재와 공구 준비작업 같은 간접적인 행위의 추적 능력을 포함한다. 이 기능은 최적의 자원 할당 기능과 상호작용할 수 있다.

7. 품질 관리(quality management)

• 품질 관리 기능은 지표상의 품질 제어를 확인하기 위해서나 문제를 구분하기 위해서 제조 현장에서 수집한 측정치들을 실시간으로 분석·제공한다. 그것은 원인을 보여주는 징후, 행동과 결과에 대한 상호작용을 포함해 문제를 수정하기 위한 행동양식을 제공한다. 또한 실험실정보관리시스템(LIMS, Laboratory Information Management System)에서 오프라인 검사와 분석 관리, 통계적 공정관리/통계적 품질관리(SPC/SQC: Statistical Process Control/Statistical Quality Control) 기능을 포함한다.

8. 공정 관리(process control)

• 공정 관리 기능은 생산을 감시하고 진행 중인 작업 향상을 위해 작업자들에게 의사결정을 지원하거나 자동적으로 수정한다. 이 같은 행위들은 내부적으로 작용하거나 하나의 작업에서 다음 작업으로 공정을 추적하며 감시되거나 제어되는, 또한 내부 작용하는 기기와 장비에 특별히 초점을 맞추고 있다. 이것은 외부적으로 수용 가능한 오차 범위의 공정 변경을 작업자 개개인에게 인식시켜 주기 위한 경보 관리를 포함할 수 있다.

9. 유지보수 관리(maintenance management)

• 장비와 도구들을 유지보수하기 위한 예방적 활동을 지시하고 추적한다. 이것은 새로운 문제를 진단하는 데 도움을 주기 위해 과거 사건과 문제에 대한 이력을 유지한다.

10. 생산추적과 이력(product tracking and genealogy)

• 작업의 위치와 어느 곳에서 상시 작업이 이루어지는지를 보여 준다. 상태 정보는 누가 작업을 하고 있는지 공급자의 소요 자재 수량이나 일련 번호, 현재의 생산 조건, 경보 상태, 재작업 또는 생산과 연계된 다른 예외 사항들을 포함한다. 이러한 제품의 생산 이력과 부품 이력 관리는 향후의 품질 개선 인프라로 제공된다.

11. 실행 분석(performance analysis)

• 실행분석 기능은 생산 공정의 주요 성과 지표를 관리함으로써 생산성 향상을 위한 분석 기능이다. 이는 과거 기록과 예상된 결과의 비교를 통해 실제적 작업 운영 결과들에 대해 분 단위로 보고한다. 실행 결과는 자원 활용, 자원가용성, 생산 단위 사이클 타임(cycle-time), 일정 준수와 표준 준수로서 측정치들을 포함한다. 이 같은 결과들은 보고서 형태로 제공되거나, 실행에 관한 실시간 평가로서 온라인으로 제공될 수 있다.

활용 사례

지난 30여 년간 지속적인 성장을 해오면서 국내 경제 발전에 중추적인 역할을 수행해 온 포스코는 MES를 혁신의 한 축으로 추진했다. 포스코는 광양제철소의 메인 프레임을 개방형으로 전환하고 표준화 프로세스와 기준에 의한 조업시스템(MES) 구현에 박차를 가했다. 먼저 철강생산시스템의 경우 1년 365일 무정지·무중단이 요구되는 만큼 시스템의 안정성이 무엇보다도 중요했다. 시스템의 중단은 매출에도 큰 영향을 미치지만 기업의 신뢰도에 치명타를 입히기 때문이다. 비즈니스와 ICT를 접목함에 있어 향후 개발되는 신기술을 이끌어가기 위해 유연성과 확장성도 고려했다.

시스템 선정이 일단락됨에 따라 포스코는 본격적인 MES 구축 프로젝트에 착수했다. 포항과 광양제철소 시스템을 수평적으로 통합하기 위해 먼저 양 제철소의 업무 기준, 화면, 항목 등에 대해 표준화를 추진해 70~80%를 통폐합했다. 변화된 프로세스에 대한 목표를 달성하기 위해 14대 중점 혁신 과제를 선정해 현업 주도로 추진했다.

2002년 1월 시작된 포스코의 2차 시스템 혁신은 37개월의 기간을 거쳐 2005년 1월에 완료돼 다양한 성과를 기록하고 있다. 우선, 공장별로 서로 다르게 운영되던 업무 기준이나 화면을 표준화함으로써 전후 공정 간에 조업 진행 정보를 실시간으로 공유할 수 있게 됐다. 고객·마케팅·조업 부문 간에 강종(철강의 종류), 성분, 재질 등 품질과 관련한 의사소통이 원활해졌으며 특히 제철소의 기술 요원과 조업 요원 간 품질 항목과 관련된 업무 혼란이 해소되었다. 그러나 무엇보다도 큰 성과는 포스코의 비즈니스 프로세스를 생산 중심에서 고객 중심으로 혁신한 것이다. MES를 ERP와 연동시키면서 고객의 주문을 받아서 생산하고 출하하는 과정 모두가 고객 관점으로 이뤄지게 되었다

2. MES vs ERP

출처

• ERP는 완료 후 처리 방식, MES는 실시간 처리 방식

• 모든 일을 완료한 후 결과를 입력하는 것이 바로 ERP의 완료 후 처리 방식

  • 예를 들어 부품 100개를 구매한 경우, 실무에서는 물류차량에서 부품 100개를 창고에 넣은 후 사무실로 들어와 '부품 100개 입고'라고 입력하게 됩니다.

    • 일반적으로 생각하기에 이것만으로도 충분하다고 생각할 수 있지만, 생산과정에서는 이러한 완료 후 결과값 입력 방식이 문제가 될 수 있습니다.

      • 예를 들어 자동차 100대를 생산하면서 95대 정상, 5대 불량의 결과가 나온 상황을 가정

      • ERP의 방식대로라면 총 100대 생산, 95대 정상, 5대 불량으로 결과값을 입력하고 끝입니다. 생산공정 중 어느 과정에서 어떻게, 왜 불량이 발생한 건지 잡아낼 수도 없고, 그렇기 때문에 다음 100대를 작업할 때에도 이와 관련한 수정보완 조치를 취할 수가 없어 이와 유사한, 혹은 더 많은 불량이 발생할 수 있습니다.

• MES는 생산과정 중간중간 계속해서 실시간으로 데이터를 수집하고 관리하기 때문에, 이러한 생산과정에서 발생하는 모든 이슈에 대해 기록이 남고 컨트롤할 수 있습니다.

  • 자동차 100대를 만드는 동안 과정 하나하나마다 데이터를 기록하고, 해당 데이터를 기반으로 품질판정에서 적합/부적합 여부를 판단하여 불량률을 최소화할 수 있는 것이죠.

  • 또한 그 과정에서 어느 기계의 결함인지, 혹은 어떤 부품이 잘못 들어갔는지, 등등 불량 발생 원인 또한 추적이 가능하기 때문에 이러한 부분을 수정/보완하여 비슷한 불량이 다시 발생하지 않도록 관리가 가능합니다.

  • 이렇게 실시간으로 수집한 데이터도 최종 결과값이 기록되기 때문에 (예: 총 100대 생산, 99대 정상, 1대 불량)

💨 최종적으로 ERP의 기능을 일부 포함한, 보다 업그레이드된 시스템으로 생각하시면 좋을 것 같아요!