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J. Ocean Eng. Technol. > Volume 31(2); 2017 > Article
스캔도면 기반 선실바닥의장 생산관리 시스템 개발

Abstract

A production management system is developed to enhance both the information and productivity of ship and offshore plant deckhouse floor outfitting. The functions of the production management system for the deckhouse floor outfitting were reviewed based on a literature survey of several production management systems with respect to the ship building and architecture fields. This study investigated numerous daily production reports and their application to actual work places to utilize the system development. The developed scanned drawing-based production management (SDPM) system minimizes any loss and/or distortion of work information between the workshop and management office when applying a scanned production drawing to the daily report. The SDPM system increases the data objectivity, as well as intuitiveness of the information generation by adopting an efficient user interface, which makes it possible to perform image annotations on the scanned drawing for the daily production report while simultaneously interacting with the production management database. Applying the system operation to actual deckhouse floor covering work verified that it was feasible to use the SDPM system for production management in the ship outfitting work process.

1. 서 론

선박과 해양플랜트의 선실의장 공사는 선원의 작업능률 향상과 안락한 거주공간을 제공하기 위해 공기 조화 냉난방 장치, 방화 구조, 방음 및 방열 장치, 채광 및 통풍 장치, 주방설비 및 세탁설비, 침실, 화장실 등의 공간과 비품을 설치하는 생산 공정이다. 선실의장 공사는 다수의 공종(공사의 종류)으로 세분화되기 때문에 상호 복합적 병렬식 공사 진행이 필요하고, 또한 동일 작업 공간 내에서 여러 공종의 작업인력이 투입되게 된다. 따라서 선⋅후행 공정의 유기적인 연계가 가능하도록 세밀한 공정계획 수립, 공정관리, 인력관리 등을 효율적으로 수행할 수 있는 생산관리 시스템이 요구된다. 특히, 단위공정 정보는 계획 대비 실적의 비교/분석, 공정 진도율 산정, 잔여 공정 일정예측 등과 같은 생산 성과측정부터 경영분석용 원천 데이터까지 폭넓게 활용 될 수 있다. 따라서 선실의장 공사에서 작업시간과 실적물량 정보의 수집과 분석을 통한 단위공정 중심의 생산 정보 관리는 중요한 부분이라고 할 수 있다.
본 연구의 대상인 선박 및 해양플랜트의 선실바닥의장 공사는 조선생산일정계획 상에서 소일정계획에 포함된다고 할 수 있으며, 전체 선박과 해양플랜트의 생산관리 방법이 생산공정에 따라 개별작업(Job shop), 흐름작업(Flow shop), 혼합작업(Mixed shop) 등의 특징으로 나타난다. 그러나 선실바닥의장 공사로 범위를 좁혀보면 고정된 제품에 자재가 투입되고, 작업인력 의존성이 높고 자동화율이 낮으며 생산계획이나 작업변경이 용이해야 하는 개별작업 방식에 가깝다고 할 수 있다. 또한 선실 바닥의장 공사 계획은 제조실행시스템(Manufacturing execution system, MES)의 수준에 부합한다. 본 연구에서는 MES의 기능 중 자원할당 및 상태관리, 작업 및 상세일정 관리, 문서제어, 근로관리, 생산추적 및 이력, 실행분석 등의 기능을 선실바닥의장 공사에 효율적으로 적용하는 방안을 모색하였다.
선실바닥의장 공사에 대한 생산관리로 한정해 보면 개별작업 방식의 측면이 강하며, 건물이나 교량 또한 전체적으로 개별작업 생산관리 방식에 따른다고 할 수 있다. 조선, 해양, 건설 등의 산업분야에서 생산관리 시스템 개발과 관련하여 여러 연구들이 수행되어 오고 있다. Park et al.(2013)은 스마트워크를 도입한 조선 품질관리 및 생산 공정관리 지원 시스템을 개발하기 위해 기존의 품질관리 및 생산 공정관리 프로세스를 분석하고 사용자 요구사항을 반영한 프로세스 정의를 통해 컴포넌트 기반 설계 방법론을 적용하였다. Back et al.(2013)은 조선소 생산 현장 제약사항을 고려하고 호환성과 보안성을 향상시키기 위해 애플리케이션 가상화 운영시스템을 기반으로 한 디지털 제조 기반 시뮬레이션 모델을 구축하고 실행계획을 지원하는 시스템을 개발하였다. Cho and Kang(2001)은 건축시공에서 생산작업일보가 투입 자재, 노무, 장비 등의 자원투입 현황과 세부 공종별 작업현황 등이 기재되는 중요한 정보임을 인식하고 생산작업일보 기반으로 정보분류 시스템을 정의 및 구성하고, 현장관리에 요구되는 각종 정보자료를 통해 보고자료 및 사업성과 분석이 가능한 시스템을 개발하였다. Song et al.(2001)은 건축생산 현장의 개별적 업무시스템의 결함을 개선하기 위해 통합적으로 현장정보를 관리하고 공유할 수 있는 현장 정보통합 데이터베이스를 제안하였다. Kang et al.(2003)은 건축시공에서 정형화된 단위작업정보 시스템의 부재를 보완하기 위해 단위작업 상에 하위 작업을 분류하고 재구성하는 방안을 통해 단위작업을 재조합하고 생성할 수 있는 생산관리 시스템을 개발하였다. Park and Park(2004)은 건축공정관리의 기본계획단계에서 정보분류시스템을 시공영역과 활동 별로 분류하고 표준화하는 방안을 고안하여 현장 작업자가 표준화된 공정도표를 구성할 수 있도록 일일 공정 체크 프로세스 기반의 시스템을 개발하였다. 기존의 연구문헌 검토를 통해 조선해양 산업분야의 생산관리 연구 중 선실바닥의장 설치 공정을 관리할 수 있는 생산관리 방법론과 시스템이 미비함을 알 수 있었다.
본 연구에서는 일일 작업계획을 중심으로 선실바닥의장 공정과 관련하여 대부분의 국내 선실바닥의장 전문기업체에서 수행하고 있는 생산작업일보 위주의 생산관리 방식의 문제점을 분석하고 이를 개선하고자 하였다. 기존의 선실바닥의장 생산관리 방식의 가장 큰 문제점은 작업현장 별로 생산작업일보 작성자의 경험이나 선호도에 의해 입력내용이 일관성이 없고 상이한 단위작업 명을 사용함으로 인해 실적정보의 데이터베이스(database, DB)화를 통한 단위작업 정보의 축적, 분석 및 활용이 불가능한 것이었다. 이를 개선하기 위해 본 연구에서는 공정 정보 별로 생산관리를 위한 성과 지표와 업무 표준화 방안을 정의하고, 이를 작업현장에서 실제 이용하는 설치도면과 연동하여 작업정보 및 이미지정보를 실시간으로 데이터베이스화할 수 있는 시스템을 개발하였다. 생산작업일보의 정보와 설치도면의 연계성을 높이기 위해 개발된 스캔도면을 기반으로 한 선실바닥의장 생산관리(Scanned drawing-based production management, SDPM) 시스템을 통해 작업정보 발생자와 관리자 사이에서 발생되는 정보 손실이나 왜곡을 최소화하고 효율적인 생산 공정 정보입력과 관리를 가능하도록 하였다. 수치화된 문서형태의 생산작업일보 결과보고 내용을 이용함으로 인해 작업영역 별 생산관리 상에 어려움이 존재하는 기존의 선실바닥의장 공사 생산관리 방식을 개선하기 위해 SDPM 시스템은 스캔도면으로부터 작업영역 정보를 추출하여 실시간으로 해당 작업영역 별 작업물량과 공정에 대한 당일 진척률과 누적 진척률이 산출되도록 하고, 생산성에 관련된 필요 정보를 메모 형태로 기재할 수 있는 방안을 고려하였다. 본 연구를 통해 개발된 SDPM 시스템을 실제 선실바닥의장 피복 공사에 적용하여 생산계획 및 실적 산출, 설치도면 및 생산자료 데이터 관리, 생산표준지표 정립 등의 결과를 검토하여 시스템의 효율성을 검증하였다.

2. 선실바닥의장 공사 작업정보 분석

2.1 선실의장 공사 작업특성

선박 및 해양플랜트의 생산공정은 선⋅후행간 다종의 공사들이 복합적이고 병렬식으로 진행되기 때문에 정밀한 공정계획수립과 더불어 공사 일정의 준수를 위한 생산관리가 매우 중요하다. 선박 및 해양플랜트 생산공정 중 선실의장 공사에는 각종 선실장비의 설치, 보온작업, 배관, 목의장 등과 같은 작업이 포함되며, 각종 기계장비, 항해통신, 거주설비, 전기⋅전자장비 등의 설비뿐만 아니라 목재, 시멘트, 타일, 유리 등의 다양한 원재료를 취급해야 하는 작업 특성이 있다. 선실 목의장 공정의 제품구조(Bill of Materials, BOM)는 벽면⋅천정⋅도어 틀(Panel) 설치, 위생설비 설치, 가구설치, 보온공사, 장판⋅카펫 공사, 냉동⋅조명⋅세탁장비 설치, 그리고 본 연구에서 고려한 선실바닥의장(Deck covering) 공사를 포괄한다.

2.2 선실바닥의장 공사

선실바닥의장 공사는 거주구역의 강재바닥(Steel floor)에 데크(Deck) 피복재를 시공하는 공정을 의미한다. 데크 피복재의 BOM은 거주공간의 사용 목적이나 장소에 따라 시멘트 모르타르(Cement mortar), 라텍스 데크 혼합재(Latex deck composition), 에폭시 데크 혼합재(Epoxy deck composition), 우레탄 데크 혼합재(Urethane deck composition)로 분류할 수 있다. 일부 거주구역은 카펫, 비닐 시트, 타일, 석재 등의 마감재 시공을 위해 강재바닥 위에 데크 피복재를 접착하는 셀프레벨링화(Self leveling) 작업이 필요하다.

2.3 선실바닥의장 공사용 생산작업일보

선실바닥의장 공정관리를 위해 작성되는 생산작업일보의 주된 입력정보는 출역과 작업관련 사항이며, 공정관리 결과는 입력정보의 분석을 통해 산출된다. 생산작업일보는 현장 작업관리자에 의해 작성되고 작성된 출역과 작업관련 입력정보는 공정 관리자에게 전달된다. 정보전달 방법은 구두 또는 간단한 메모형식이 대부분이며 특별한 경우 공정 담당자 및 관리자의 작업지시 사항에 대한 이해를 돕기 위해 생산도면에 구역별 수행 공정을 표기(Marking)하고 특이사항을 도면 상에 추가하는 방법이 사용된다. 전달된 정보로부터 공정 관리자는 생산작업일보를 시공업체 별로 정형화된 양식에 기록하게 된다. 본 연구에서는 모든 시공업체가 공통으로 사용할 수 있는 일반화된 선실바닥의장 공정 생산관리 시스템 개발하기 위해 3곳의 선실바닥의장 공사 전문기업에서 사용하고 있는 생산작업일보 양식과 입⋅출력 내용을 Table 1과 같이 조사하여 정리하였다.
Table 1에 나타난 바와 같이 실제 현장에서 사용되고 있는 생산작업일보는 작업투입인력이나 현장담당 관리자가 현장정보를 취합한 뒤 양식에 따라 작성하고 대부분 공정상황 보고와 프로젝트 생산정보 축적용도로 사용되고 있음을 알 수 있다. 조사대상 기업 별로 생산작업일보를 작성하는 주체와 내용은 다소 차이가 있었지만, 공통적인 관리 정보의 종류를 정리하면 작업 투입인력 정보, 공정시간 정보, 공정순서 정보, 수행 공정⋅단위 작업 정보들로 구분할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 선실바닥의장 생산작업일보의 공통 관리 정보를 생산관리 시스템에 구현하기 위해 생산현장에서 작성 및 활용되는 작업정보 항목을 일반화하여 Table 2와 같이 정리 하였다.
Table 1

Input and output information of daily work reports

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Table 2

Generalized information contents for daily work report

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2.4 선실바닥의장 작업정보 분석

본 연구에서는 선실바닥의장 공사 생산관리 시스템의 효율성을 높이기 위해 생산공정의 일일 단위 공사업무 수행패턴을 면밀히 분석하였고, 정보 발생자와 정보를 수집 및 활용하는 관리자의 구성과 역할을 규명하였다. 먼저 선실바닥의장 공사 시공업체를 대상으로 작업 현장조직을 분석한 결과, 상위 관리자는 현장 대리인이 맡고 있었으며 공종에 따라 중간관리 책임자가 배치되었다. 또한 선박의 호선단위 또는 데크 단위 별로 작업투입인력을 팀별로 운영하면서 단순작업을 진행하는 작업인력이 별도로 투입되고 있었다. 선실바닥의장 공사 생산관리 시스템상에서 현장조직 관리 모듈 기능을 적용하기 위해 기존의 현장 조직구성을 각 공종별 관리자와 작업투입인력으로 구분하였다. 관리자는 현장 작업투입인력의 신상정보 입력 및 관리, 최초 예정 공정표 작성 및 실적 정리, 작업지시 및 작업정보 수집의 업무를 담당하고, 작업투입인력은 단위작업 수행 주체로서 작업정보 발생자 업무를 수행하는 것으로 규정하였다. 공사업무 수행패턴을 분석한 결과, 작업투입인력은 작업배원지시에 따라 공정에 투입되고, 관리자는 작업투입인력이 단일 혹은 복수의 공정을 수행한 시작과 종료시간 정보를 수집한 후에 이에 대한 투입공수(Man hour, MH)를 산출하고 공종의 실적수량(물량) 정보를 수집함을 알 수 있었다. 작업투입인력이 계획 이외의 공정에 투입되는 경우, 관리자가 작업결과보고 또는 현장점검 활동 등에 관한 정보의 오류나 누락 등을 확인하고 작업투입인력의 최종 퇴근시간 정보를 수집하는 순서로 공정내용을 정리한 후 생산작업일보를 작성하는 것으로 파악되었다. 이와 같은 분석을 통해 선실바닥의장 공사 생산관리시스템에는 작업투입인력 및 생산성 관리에 관한 정보들을 수집 및 가공하고 공정관리를 지원할 수 있는 데이터 생성 기능이 필요하다고 판단되었다. 또한 실적자료의 축적 기능을 통해 유사 프로젝트의 공정계획 수립에 활용될 수 있도록 하고, 단위작업을 중심으로 생성된 공정정보를 실시간 모니터링하여 수집하는 기능이 필요하다고 판단되었다. 선실바닥의장 공사 생산관리시스템 상에 필요한 정보로는 현장에 투입되는 작업투입인력의 출⋅퇴근 시간, 신상정보, 공정시간정보, 실적 물량정보, 생산성 조건 등이 있으며 정보의 요소 별 수집방법을 Table 3과 같이 정리하였다.
Table 3에서 작업투입인력의 단위작업정보는 실적 물량정보와 연계하여 다양한 생산성 정보로 처리된 후, 해당 단위작업의 공정과 연계하여 잔여 작업의 일정 예측, 공정 진도율 산정, 단위작업 자원 투입 조정, 공정지연 만회대책 수립 등 전체 생산공정 계획 대비 실적을 비교 분석할 수 있는 근거 자료로서 활용될 수 있다. Table 3에 나타낸 단위작업을 중심으로 수집된 정보의 주요 처리요소는 출역인원 및 출역시간, 단위작업 투입인원, 단위작업 MH, 실적물량, 단위작업 생산성 및 노무량, 실제 시작일 및 종료일, 생산성 조건 등 이다. 출역 및 출⋅퇴근 시간 파악 정보는 출역한 작업투입인력의 소속과 공수를 산정하는데 사용할 수 있고, 단위작업 투입인력 정보는 해당 관리작업에 투입된 작업조를 산정하는데 이용할 수 있다. 단위작업 MH 정보는 단위작업 상의 작업투입인력과 작업시간을 합산하여 산정되고, 실적물량 정보는 일일 단위작업의 예정물량 대비 달성도를 집계하여 산정할 수 있다. 단위작업의 생산성(unit/MH)과 노무량(MH/unit) 데이터는 산정된 단위작업 MH와 실적물량 정보를 통해 도출 할 수 있게 된다. 단위 작업의 시작일과 종료일은 단위작업 실적물량 진행 정보를 통해 산정할 수 있다. 단위작업의 시작일은 예정물량 대비 실적물량의 최초 수집된 공정시간으로부터 산정할 수 있고, 종료일은 예정물량 대비 실적물량의 작업완료 공정시간으로부터 산정할 수 있다. 생산성 조건은 단위작업 상의 작업저하 발생요소로 고려하고 작업정보의 단위작업 생산성 조건 수집을 통하여 산정할 수 있다. Table 3과 같은 정보들은 실적데이터로 DB화하여 향후 유사 선실바닥의장 공사계획을 수립하는데 유용하게 활용할 수 있다. 이상의 내용을 토대로 본 연구에서 구현하고자 하는 선실바닥의장 공사를 위한 기본적인 SDPM 시스템의 정보처리 절차와 내용을 Fig. 1에 나타내었다.
Table 3

Information components and data acquisition in deckhouse floor outfitting

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Fig. 1

Flow chart and contents of SDPM system

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3. 선실바닥의장 공사 정보 일반화

3.1 단위작업의 분류 및 특성 정의

2장의 선실바닥의장 공사 작업정보 분석으로부터 대부분 선실바닥의장 시공업체에서는 작업투입인력, 생산공정 실적 및 작업 관련 사항 등에 대해 마이크로소프트사의 엑셀을 활용하여 생산작업일보를 작성하여 활용하고 있음을 알 수 있었다. 엑셀을 이용한 생산작업일보 작성은 반복적으로 발생하는 작업정보량, 입력 오타, 문서작성 업무 등의 증가 문제로 인해 효율성이 낮다고 할 수 있다. 또한 작업현장 별로 생산작업일보 작성자의 경험이나 선호도에 따라 입력내용이 일관성이 없고 상이한 단위작업명을 사용함으로 인해 실적정보의 DB화를 통한 단위작업 정보의 축적, 분석 및 활용이 불가능한 문제점이 있다. 따라서 실적정보 DB화가 가능하도록 단위작업을 일관되게 정의하고 관련 정보를 전산화하는 것이 중요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 단위작업 분류는 작업투입인력의 생산활동을 기준으로 생산 단위작업과 비생산 단위작업으로 분류하였다. 생산 단위작업 중 작업물량과 생산성에 직접적 영향을 주는 작업을 직접작업, 간접적 영향을 주는 작업을 간접작업, 비생산 단위작업을 유실작업으로 정의하였다. 직접작업은 투입인력과 물량과의 직접적인 상관관계가 있는 작업으로서 MH, 생산성 및 생산공정 정보를 수집하는 기본 측정단위로 활용하였다. 직접 작업은 초기 공정 계획시 작업분류시스템(Work breakdown structure, WBS)의 최하위 단계로 분류하여 상위 레벨에 예속되도록 하고 단독으로 사용할 수 없도록 하였다. 간접작업은 작업 투입인력 정보를 수집하는 측정단위로 활용하였으며 WBS의 분류에 포함하지 않고 공정 사이에 단독으로 사용될 수 있도록 하였다. 유실작업은 생산교육, 안전교육 등과 같이 직⋅간접적으로 생산에 투입되지 않지만 생산성 제한요소 분석을 위한 정보를 수집하는 측정단위로 활용하였으며, WBS의 분류에 포함하지 않고 단독으로 사용할 수 있도록 하였다. 또한 선실바닥의 장 공사 작업정보 분석을 통해 일반화된 단위작업 DB화를 위해 필요한 4가지의 주요 특성을 정의하였다. 첫째 정형화된 공종분류체계를 갖추어야 하며 프로젝트 별로 추가나 삭제가 가능해야 한다. 둘째 일일단위로 발생하는 단위작업 정보를 명시적으로 나타내기 위해서 작업위치정보를 보다 유연성 있게 분류할 수 있어야 한다. 셋째 작업위치정보는 공간이나 부위 등이 다양한 관점에서 다루어져야하기 때문에 정형화된 위치분류시스템의 제공과 함께 작업 위치정보의 조합 기능이 적용되고 프로젝트별 특성도 반영할 수 있어야 한다. 마지막으로 생산작업일보의 효율성을 높이기 위해 일일단위의 작업종료 후에 정보를 생성하는 것 보다 프로젝트 초기와 해당 공정 시작 전에 작업정보를 생성하여 관리자나 작업투입인력이 어떤 작업이 존재하고, 점검해야 하는지를 일관성 있게 확인할 수 있어야 한다.

3.2 선실바닥의장 공사의 공정조합

단위작업은 공종과 작업위치의 조합이므로 조합정보를 SDPM 시스템에 적용하기 위해 조합유형에 대한 분석이 필요하였다. 이를 위해 선실바닥의장 공사의 단위작업을 분류하고 재조합하는 방식으로 공정을 분석하였다. 공정형성의 정의는 직접작업의 조합에 의해 생성되는 것으로서 선실바닥의장 공사 과정에서 수행되는 특정 직접작업의 집합체로 정의하였다. SDPM 시스템 상에서 공정 조합은 상위의 공종을 대분류로 설정하고 중분류 단위작업을 소분류의 1~3 단계로 분류하여 현장별 또는 프로젝트 별로 유연하게 생성 및 조합될 수 있도록 하였으며, Fig. 2에 도식적으로 나타내었다. Fig. 2에 나타난 바와 같이 공정율 산출을 위해 단일 혹은 다수의 단위작업을 기초로 각 공정조합의 투입 MH를 산정하고, 공정율 산출시 비례적 인수로 적용될 수 있도록 하였다.
Fig. 2

Unit work combination in SDPM system

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3.3 선실바닥의장 공사의 작업분류 일반화

공정분류 및 조합체계를 작업위치와 연동하고 작업위치 정보를 2-3개 영역으로 분류 및 지정하기 위해서 작업분류의 일반화가 필요하였다. 작업위치정보는 공종별로 관리 가능한 단계로 정의될 수 있기 때문에 작업위치정보가 고정적인 단계로 정의되면 각 공종별로 변경되는 작업위치정보를 표현하기에는 부적절하게 된다. 작업위치정보를 적절히 나타내기 위해 공간 및 영역의 구분과 같은 획일적인 계층적 개념의 적용 보다는 단일 또는 복수의 클래스의 특성들이 유연하게 조합될 수 있는 분류 구조로 정의되어야 한다. Fig. 3에 선살바닥의장 공사의 작업분류를 일반화하기 위한 체계를 도식적으로 나타내었다.
Fig. 3에 나타난 바와 같이 선박의 선실 데크 별로 작업위치정보를 대상작업구역인 바닥(Floor)의 분류 단위로 구성하고, 이에 해당하는 공정정보를 구성함으로서 공간 및 영역의 고정적 단계를 가지고 작업위치정보를 나타내는 것이 아니라 관리목적에 따라 작업위치정보의 단계를 유연하게 설정할 수 있도록 하였다.
Fig. 3

Generalized work classification in SDPM system

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4. SDPM 시스템 구현

4.1 스캔도면 DB화와 흐름도

선실바닥의장 공정용 생산도면 혹은 설치도면은 종이로 출력되기 때문에 사용과 보관상의 제한이 많고 활용성이 떨어지게 된다. 생산현장에서 출력도면은 작업정보로만 활용되고, 전산 공정관리상에는 많은 제약이 있다. 본 연구에서는 출력도면의 활용성 한계를 극복하고 작업정보를 도면과 직접 연동하여 DB화하는 방법을 통해 선실바닥의장 공정에 특화된 생산관리 시스템인 SDPM을 구현하였다. SDPM 시스템에서는 기본적으로 지면화된 출력 도면의 활용성을 극대화하기 위해 출력된 도면을 스캔 이미지 파일로 변환하여 이용하였다. 스캔도면 사용 시 스캔장비의 성능에 따른 이미지의 왜곡, 도면 자체의 오염 등으로 인한 노이즈 현상이 있을 수 있으나, IT 기기를 이용하여 현장에서 빠르고 쉽게 적용될 수 있기 때문에 스캔도면을 활용하였다. 또한 스캔 이미지 상의 오차를 감안하더라도 스캔도면을 활용하는 것이 더 경제적이며 스캔기술 향상에 따라 이미지 품질의 개선이 가능하다고 판단되었다. Fig. 4에 스캔된 도면과 생산관리 시스템 연동과정을 나타내었다.
Fig. 4에 나타난 바와 같이 SDPM 시스템에서는 우선 출력된 도면을 스캔하고(Prerequisite), 작업의 분류, 작업물량 및 공정율 등의 산출을 생산도면 상의 작업영역과 연동시키기 위해 스캔된 도면파일의 이미지 위에 가상 층(Virtual layer)을 형성(Setting)하여 계획된 작업영역을 선 또는 다각형 도형으로 도식화(Matching)한 후에 도식화된 영역의 크기를 이용하여 일일 단위 공정지표인 작업물량(m2), 공정율(%) 등의 생산실적을 산출하고 일일 작업배치, 생산작업일보 등으로 관리(Utilization)되도록 하였다.
Fig. 4

Application procedure of scanned drawing to production management

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공정시간 관점에서 선실바닥의장의 작업흐름은 공사계획, 공사수행, 공사완료의 3 단계로 구분할 수 있다. 공사계획 단계에서는 프로젝트의 개요 및 일반정보가 입력되고, 공사수행 단계에서는 계획 일정, 투입자원과 도면의 DB가 연계되는 일련의 절차 수행, 그리고 작업 내용과 실적이 수집되고 입력된다. 공사완료 단계에서는 누적 현황 및 보고서 작성과 생산 공정 현황을 상호 비교할 수 있는 비교 분석 보고서를 작성하게 된다. 이와 같은 선실바닥의장 공사의 전체 3단계 과정을 SDPM 시스템 구성에 연계할 수 있도록 흐름도(Flowchart)를 작성하여 Fig. 5와 같이 나타내었다.
Fig. 5에 나타난 바와 같이 프로젝트 등록 기능에서는 공사코드, 공사명, 공사일자 등과 같은 공사 관련 정보와 작업장 및 호선번호와 같은 공사실행정보, 그리고 공사수행에 앞서 정의되는 기초정보인 공정항목, 내용 및 물량수량 정보 등이 등록되도록 하였다. 도면 정보 등록 및 마킹 기능에서는 스캔도면과 프로젝트 등록 항목들이 연계되도록 하였으며 프로젝트와 도면관련 정보들이 연동되면 일일 작업 배치⋅결과들이 입력되고 관리되도록 하였다. 또한 작업 전⋅후의 공정체크 과정을 통해 프로젝트 완료시까지 반복적으로 발생되는 데이터를 수집하고 누적할 수 있도록 하였다. 공정순서 상에 직접 단위작업 투입 MH는 작업계획과 작업실적을 함께 입력하도록 하고, 간접 단위작업 투입 MH와 유실 작업은 생산작업일보에 입력되도록 하였다. 마지막으로 프로젝트가 완료되면 프로젝트 시작일자와 종료일자까지의 투입 MH, 처리물량 등의 누적보고서와 누적된 현황을 활용한 비교분석 보고서를 각각 제공하고 활용되도록 하였다.
Fig. 5

Flowchart for SDPM system

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DB 구성에서 단일 프로젝트 내에 다수의 공종과 공정이 포함될 수 있고, 상호 다면적 연결 관계를 형성할 수 있기 때문에 SDPM 시스템에서 이러한 사항을 고려할 수 있도록 Fig. 6과 같이 DB의 세부구성 항목을 설정하였다.
Fig. 6

Detailed DB components in SDPM system

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4.2 시스템 개발환경 및 기능

선실바닥의장 공사용 생산관리 시스템인 SDPM 개발을 위해 웹 프로그래밍 언어인 PHP와 DB 프로그램인 MySQL을 사용하였고, 서버(Server)의 개발환경은 Window 2000 server의 운영체제에 적합도록 고려하였다(Anne et al., 2006; Charles et al., 2013; Kevin et al., 2013). SDPM 시스템은 작업투입인력이 작업 및 이동 시에 상시적으 작업사항을 입력하면서 관리자와 커뮤니케이션이 가능하도록 휴대용 태블릿(Tablet) 장치와의 연동성을 고려하였다. 클라이언트의 운영체제는 Windows XP와 7에 적합하도록 하였으며, 익스플로어(Explore) 9.0 버전 이상과 크롬(Chrome)의 웹브라우저 상에서 작동되도록 하였다.
선실바닥의장 공사용 SDPM 시스템은 4가지 범주의 주요 기능을 제공할 수 있도록 하였다. 첫째 생산도면 DB 프로세스 정의와 생산정보 관리 모듈을 연계하기 위해 생산도면 DB 프로세스 정의는 PHP와 HTML 5 스크립트 기반 이미지 주석처리(Image annotation) 기능을 적용하고, 2차원 도면 환경에서 생산 정보 관리 모듈을 추가하는 방식을 적용하였다. 둘째 작업 면적을 생산정보의 작업단위와 연결하여 직관적으로 확인 할 수 있도록 이미지 주석처리에서 지정 및 할당된 작업면적 정보와 입력된 생산정보의 인터페이스(Interface) 기능을 적용 하였다. 셋째 축적된 생산관리 DB 데이터를 바탕으로 실제 생산관리 데이터를 운용 할 수 있도록 생산관리 DB 구축기능을 적용 하였다. 마지막으로 현장 작업자와 관리자간에 시공간의 제약 없이 의사소통이 가능하도록 웹페이지 형식으로 전체 입⋅출력 데이터를 사용하고 관리할 수 있도록 하였다.

4.3 시스템 인터페이스 및 상세기능

SDPM 시스템의 기본 화면 구성은 Fig. 7과 같이 로그정보창(Log window)과 메뉴창(Menu window)을 왼편에 배치하였고 각각의 메뉴 기능은 오른편의 메인작업창(Main window)에서 활성화되도록 하였다. 메뉴창과 메인작업창 사이에는 메인작업과 관련된 단위항목들을 리스트화 하여 검색 또는 입력을 보조할 수 있도록 리스트창(List window)을 배치하였고 상단에는 현재 관리중인 작업 항목의 타이틀(Title)을 배치하였다.
Fig. 7

Start-up windows in SDPM system

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시스템이 구동되면 사용자가 메뉴창 상에 단위작업을 직접작업, 간접작업, 유실작업으로 구분하여 선택하고, 기초 단위작업 항목들을 생성할 수 있다. 기초 단위작업 항목의 생성이 완료되면 Fig. 8과 같이 공종 및 공정분류 메뉴가 활성화되도록 하였다. 공종 및 공정분류 기능에서는 생성된 단위작업 별로 해당 공사 프로젝트에서 활용될 공정과 공종을 단위작업과 연동하여 분류하고, 공종의 1차 분류항목인 공종 코드와 이름을 생성하고 공종에서 사용 될 작업영역 코드, 이름 그리고 이에 대한 설명이 추가되는 메모 항목을 입력할 수 있도록 하였다. Fig. 8에 입력된 정보는 ‘3Coat’공정을 수행하기 위해 평균 100MH가 투입되는데 1번째 단위작업인 ‘BASE 미장’ 단위작업시 80MH, 2번째 단위작업인 ‘Top 코팅’ 단위작업 시 20MH가 들어갈 경우 100%를 기준으로 각각 1번째 단위작업은 80%, 2번째 단위작업은 20%의 투입 단위 비율을 의미한다. 이와 같이 입력된 인수는 작업결과 단계에서 비례적인 공정율이 적용되고, 관련된 일일 처리물량 산정에 사용된다. Fig. 8에서 ‘단계’는 작업이 이루어지는 순서를 의미하여 ‘작업진척 비율’은 1개의 공정을 수행하기 위해 단위작업 당 투입되는 MH의 비율로서 기존의 작업 실적 분석을 통해 단위 인수의 최대값인 100을 기준으로 입력되도록 하였다.
Fig. 8

Classification functions for work types and process

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단위작업과 공정 및 공종의 기초 정보의 설정이 완료되면 수행될 프로젝트에 대한 관련 정보를 프로젝트 등록 메뉴에서 입력되도록 하였다. 프로젝트 등록 기능을 통해 공사구분(정규, A/S), 조선소(Yard), 호선번호, 호선명, 시리즈 번호(Mother ship no.), 선주사, 선급, 공사완료 일자의 공사 관련정보와 자재의 사급, 도급 여부 및 공사의 물량 정보를 입력할 수 있도록 하였다. 그리고 작업투입인력에 관련된 공종정보, 프로젝트를 구성하는 바닥(Deck) 정보, 해당 공정에 필요한 물량의 수치정보 등도 입력하고 저장할 수 있도록 하였다.
향후 수행하게 될 여러 프로젝트의 색인 자료들이 등록되고 저장되는 프로젝트 등록 기능에서는 주로 텍스트와 숫자형태의 정보들이 입력되는데 이러한 방식은 기존의 선박 및 해양플랜트 건조나 의장공사에서 사용되는 생산관리 시스템과 큰 차이가 없다. 그러나 SDPM 시스템에서는 스캔도면을 활용하여 해당 단위작업에 대한 실행사항을 객관적이고 직관적으로 시공간의 제약 없이 입력 및 관리될 수 있도록 도면등록 메뉴를 구현하였다. 도면등록 메뉴가 활성화되면 먼저 도면정보 등록을 입력하게 되며, 관리번호, 접수일자, 접수번호, 도면번호 등의 접수이력정보와 도면을 발송한 실무자의 연락처 등과 같은 도면의 기초 정보를 입력할 수 있도록 하였다. 이와 같이 스캔도면의 이력정보에 대한 선행적인 입력을 통해 관련 도면 정보가 SDPM 시스템 상에서 입력 및 관리될 수 있도록 하였다. 스캔된 도면 파일은 리스트 창에서 해당 호선을 선택하고 업로드 할 수 있으며, 파일형식은 JPG, BMP, PNG의 그림파일 형식이 인식되도록 하였다. 도면 이미지 파일과 연계되는 정보는 도면이름, 종류 및 메모의 메뉴를 통해서 입력되도록 하였다. 도면이름 메뉴에서는 작업용도 및 방법 등에 대해 입력자가 자유롭게 입력이 가능하도록 하였고, 종류 메뉴에서는 스캔 도면의 활용 용도를 도면, 시공절차(Working procedure), 기타로 분류 하여 선택하도록 하였으며, 메모 메뉴에서는 스캔도면 DB의 활용사항과 기타 필요한 내용을 입력할 수 있도록 하였다. 스캔도면 등록 메뉴에서 입력된 정보는 마킹기능과 연동하기 위해 호선-Deck-작업부위-공종-공정-단위작업의 작업분류시스템과 연계되고, 시방서는 작업결과 입력 시 시공방법 및 절차의 참조용으로 활용되며 공종-공정 순으로 연동되도록 하였다.
Fig. 9에 나타난 바와 같이 도면 마킹메뉴에서는 저장된 스캔도면 파일을 이용하여 작업영역을 설정하고 작업정보가 연동되도록 하였다. 작업정보 연동은 도면 마킹기능의 리스트 창에서 대상호선을 선택한 후에 도면목록 항목에서 작업영역을 할당하고, 작업영역으로 설정할 선실바닥 목록을 선택한 후에 공정작업 목록을 통해 설정되도록 하였다. 공정작업 목록에서의 마킹 수는 기존 작업으로 할당된 영역의 개체 수를 의미한다. 도면 마킹메뉴에서는 기존 마킹영역의 간섭을 방지하면서 마킹영역이 유동적으로 변경되는 것을 방지하기 위해 ‘비활성화’ 작업영역을 지정할 수 있도록 하였다. 또한, 도면의 사용영역을 지정하여 확대할 수 있는 ‘사용영역 지정’ 마킹영역과 그리기 작업의 편의성을 위해 ‘직사각형’, ‘다각형’, ‘벽마킹’ 그리기 도구를 적용하였다. 도면 마킹메뉴에서는 시공방법 및 절차의 참조를 위해 ‘시방서’ 도구 기능도 적용하였다. 도면 마킹메뉴를 수행한 결과는 Fig. 9에 나타내었으며 스캔 도면의 설치정보(Symbol)를 기반으로 생산관리가 필요한 작업영역을 도구기능으로 설정한 것을 확인할 수 있다.
Fig. 9에서 ① 표시부는 마킹영역 설정 및 그리기를 위한 보조 도구로서‘비활성화’, ‘사용영역 지정’, ‘직사각형’, ‘다각형’, ‘벽마킹’ 등의 기능을 수행할 수 있는 메뉴이고, ② 표시부는 작업부위별 작업영역이 설정된 현황정보를 제공하고, ③ 표시부에서 마킹작업이 완료된 지정영역에 대한 연계 현황을 확인할 수 있다. 프로젝트 등록, 도면등록 및 도면마킹 정보의 입력이 완료되면 일일 작업배치 및 결과의 입력과 관리가 가능하게 된다. 작업배치 메뉴에서는 일일 단위의 작업계획을 반영하고, 일일 작업결과 중 간접작업과 유실작업에 대한 투입 MH 등의 실적을 누적하여 DB화할 수 있도록 하였다. 작업배치 메뉴에서 해당일자를 선택하고 리스트창의 재직인원에 대한 정보를 이용하여 메인작업창에서 작업투입인력에 대해 공통적으로 배치될 작업항목을 YARD-호선-Deck-작업부위-공종-공정의 순서와 투입되는 작업의 시작 및 종료 시간을 지정할 수 있도록 구성하였다. 또한 리스트 창에서 작업단위 수행 인원을 선택하면 메인 작업창과 같이 작업배치가 이루어질 수 있도록 하였다.
Fig. 9

Drawing marking functions for work area and information

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Fig. 10에 나타난 바와 같이 작업결과 메뉴에서는 리스트창에 일자, 호선번호, 직접작업을 수행한 인원의 결과를 입력할 수 있도록 작업자 등록 및 수정 기능을 구성하였다. 또한 메인작업 창에는 일일 작업결과에 대한 정보를 도면마킹정보와 연동되어 입력하고 관리될 수 있도록 구성하였고, 세부적인 수행 항목인 도면목록, 공정물량목록, 공정작업목록, 단위작업, 작업영역 수행 결과, 수행작업 투입 MH 현황 등을 입력하고 관리할 수 있도록 구성하였다. Fig. 10과 같이 작업결과 메뉴를 통해 작업수행 일자를 지정하고 수행된 호선번호를 선택한 후에 연동된 도면목록의 선실바닥(데크, Deck) 항목을 선택하여 선택된 데크에서 계획된 공종은 공정물량목록에서 확인할 수 있고, 현 시점까 지 진행 중인 작업의 물량현황(금일처리물량/누적처리물량/계획물량)과 누적 진척률(%)을 확인할 수 있다.
Fig. 10에 나타난 바와 같이 공정물량목록에서 작업영역별로 관련된 공정항목이 연동되고 도면마킹 기능에서 실행된 작업영역 지정 마킹수, 일일 수행 작업영역에 대한 당일 진척률과 누적 진척률이 수치적으로 산출되도록 구성하였다. Fig. 11과 같이 단위작업 메뉴에서는 공정물량목록에서 선택된 공정과 연계된 단위작업이 활성화 되고 일일 작업 영역에 대해 마킹 작업을 수행할 수 있도록 대기 상태가 되어 일일 실시된 작업에 대한 영역을 스캔도면 상에서 마킹할 수 있도록 하였다.
Fig. 10

Working output functions

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Fig. 11

Interface functions for working output and scanned drawing

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작업결과에 대해 스캔도면 상에서 작업영역 정보의 입력이 완료 되면 해당 단위작업을 수행한 작업투입인력의 작업시작과 종료시간을 입력할 수 있도록 하여 생산투입정보를 추가적으로 축적할 수 있도록 하였다.

4.4 시스템 조회 및 결과분석

SDPM 시스템의 생산관리 자료의 입력과 투입인력 대비 공사 진척율의 관리 DB 자료 처리흐름에 대한 전체적인 내용은 Fig. 12와 같이 정리하여 나타내었다. Fig. 12에 나타난 바와 같이 SDPM 시스템 상에서 선실바닥 의장 생산관리 DB 누적보고서를 조회하고 출력할 수 있도록 구성하였으며, 생산관리 누적보고서에서는 조선소의 선종 및 호선별로 공종 및 공정의 진행, 대기 및 마감에 대한 투입 MH와 진척율 산출자료를 누적하여 조회 할 수 있도록 하였다. 또한 인력관리 DB 누적보고서에서는 출역점검 및 현황과 출역일보 및 작업일보를 구분하여 조회할 할 수 있도록 하였다. 출역점검 기능을 통해 관리자 및 생산자의 출퇴근 시간과 실적정보를 소속별로 동시에 제공하여 작업이력 및 생산성을 판단하는 지표로 사용할 수 있도록 하였으며, 작업투입인력의 비용 산정에 대한 근거자료로도 활용할 수 있도록 하였다. 출역현황 기능에서는 설정된 작업일자 범위에서 현장에 출역한 관리자 및 생산자를 파악할 수 있도록 하였다.
Fig. 12

DB processing flow in SDPM system

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Fig. 13에는 SDPM 시스템을 이용해 실제 프로젝트에 대한 신규 선종, 시리즈 선종 및 호선단위로 선실바닥의장 공사의 생산관리 DB를 누적 및 취합하여 상대적인 생산성 차이를 분석한 결과를 나타내었다. Fig. 13에 나타난 것처럼 SDPM 시스템을 이용하여 호선단위로 산출된 생산성 및 작업량 추이를 일괄적으로 확인 할 수 있음을 알 수 있다. 또한 진행율의 정도를 녹색 원모양(진행중)과 적색 원모양(완료)의 도식적인 표식을 적용함으로서 시인성을 극대화하였고, 검색필터 항목을 공종 및 시리즈로 선택하면 하단에 동일 특성을 가지고 있는 호선들에 대한 생산성 정보가 공정별로 구분되어 테이블형식으로 표시될 수 있도록 하였다. Fig. 13에 나타난 바와 같이 작업조건과 환경이 거의 동일한 A호선과 C호선의 생산성 비교를 통해 셀프레벨링(Self leveling) 공정은 생산성과 작업량이 호선 별로 거의 유사한 반면 타일(Tile) 공정은 생산성의 차이가 과도한 것으로 산출되었다. 이와 같은 생산성 분석결과를 통해 선실바닥의장 공정관리상에 생산성 제한요소나 효율성을 파악할 수 있고, 개선 사항을 반영하기 위한 기초 자료로 활용될 수 있음을 알 수 있다. 기존의 생산작업일보를 이용하게 되면 일일 작업이 완료된 후 문서자료를 수치화하여 산출하는 후처리 작업을 수행해야하기 때문에 생산관리 상의 오류와 손실이 발생할 수 있는데 반해, Fig. 13에 나타난 것처럼 SDPM 시스템을 이용하면 작업영역 별로 정확한 생산관리 내용을 실시간으로 산출함으로서 선실바닥의장 공사의 생산성 향상을 기대할 수 있다.
Fig. 13

Productivity analysis results in SDPM system

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기존의 엑셀과 종이로 출력된 생산도면을 기반으로 한 선실 바닥의장 공사의 생산관리를 본 연구에서 고안한 SDPM 시스템으로 대체한 경우 나타나는 효율성을 Fig. 14에 나타내었다. Fig. 14에 나타낸 바와 같이 작업현장과 생산관리 사무실에 이원화되어 처리되었던 생산관리와 도면관리가 SDPM 시스템을 통해 통합됨으로서 선실바닥의장 공사의 관리 효율성이 증대될 수 있음을 알 수 있다.
Fig. 14

Efficiency of SDPM system

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5. 결 론

본 연구에서는 선실바닥의장 공사현장의 정보화 및 생산성 향상을 위한 생산관리 시스템 개발을 수행하였다. 기존의 조선해양 산업과 선박의 선실과 유사한 건축분야의 생산관리 시스템에 관한 기존 연구를 분석하여 개선이 필요한 사항을 고찰하였고, 생산작업일보 중심으로 효율적인 선실바닥의장 생산관리 시스템에 필요한 기능을 파악하고 분석하였다. 일반화된 선실바닥의 장 생산관리 시스템 구현과 더불어 효율적인 생산성 관리 지표를 정의하기 위해 선실바닥의장 공사 전문기업체의 생산작업일보 내용과 활용 현황을 조사하여 시스템 개발에 반영하였다. 본 연구에서 개발된 선실바닥의장 공사 생산관리 시스템에서는 설치도면을 기반으로 작업정보 및 도면 이미지 정보를 생산작업일보의 정보와 연동함으로서 작업정보 발생자와 관리자 사이에서 발생될 수 있는 정보의 손실 및 왜곡을 최소화하고 데이터의 객관성과 정보의 입력의 직관성을 극대화하였다. 기존의 선실바닥의장 공사에 사용되었던 생산관리 방식이 생산작업일보의 문서화된 정보만 이용하였기 때문에 설치도면 상의 작업영역 별 생산관리에 어려움이 존재하였고, 미숙련 작업투입인력의 경우 작업수행 내용에 대한 보고와 관리에도 상당한 오류가 발생하였다. 스캔도면 기반의 생산관리시스템에서는 실시간으로 설치도면 상의 작업영역을 작업정보와 연동함으로서 기존의 선실바닥의장 공사 생산관리 방식의 문제점들을 개선할 수 있도록 하였다. 또한 스캔도면 DB 프로세스 정의와 생산정보 관리모듈을 연동하여 현장의 작업정보를 직관적으로 수집 및 처리 할 수 있도록 함으로서 작업정보 관리 및 분석에 있어서의 객관성, 신뢰성을 증대 시켰으며, DB 프로세스 상에서 PHP 및 MySQL을 이용한 이미지 주석처리 기능을 적용하여 생산도면과 생산정보 관리모듈을 연동함으로서 현장에서 도면획득 및 활용성의 제한요소를 최소화하였다. 본 연구에서 개발된 시스템을 실제 선실바닥의장 공사 프로젝트에 적용해 본 결과, 물량 위주의 설치작업은 별도의 생산관리 과정을 추가하지 않고 개발된 시스템을 적용할 수 있음을 확인하였으며, 유사한 다현장-소물량-다종 생산관리 분야에도 적용이 가능할 것으로 기대된다. 향후 저자들은 도면 DB와 연동되지 않는 작업준비 등 같은 간접작업의 관리 기능, 간트챠트 방식의 예측과 실적 관리표 활용 기능, 작업 제한요소의 DB화 및 분석 기능, 그리고 RFID(Radio-frequency identification)나 NFC(Near-field communication)와 같은 무선센서 데이터 수집 시스템의 적용과 확장 모듈 추가 등의 연구를 진행할 예정이다.

감사의 글

본 연구는 산업통상자원부 대불산학융합지구조성사업의 지원을 받아 수행되었으며 연구비 지원에 감사드립니다.

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