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모듈러 건축물의 부품화를 통한 공장 생산 프로세스 선정 모델

남성훈 (건축공학과)

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초록/요약moremore
세계 건설시장은 현장건설 방식(On Site Construction)에서 발생하고 있는 기능인력부족, 노무비상승, 생산성 저하 등으로 인한 문제점을 해결하고자 공장제작건설방식(Off Site Construction)으로 패러다임이 변화하고 있다. 국내도 건설 산업의 환경이 변화하고 있다. 인력 공급의 부족, 건설업 취업자의 노령화, 건설 기능인력의 노무비 상승, 현장공사불능일수 증가에 따라 건설산업의 리스크가 증가하고 있다. 이러한 건설 산업의 환경 변화에 맞춰 모듈러 건축물이 이에 대한 대안으로 발전하고 있다. 국내 모듈 산업은 ...
세계 건설시장은 현장건설 방식(On Site Construction)에서 발생하고 있는 기능인력부족, 노무비상승, 생산성 저하 등으로 인한 문제점을 해결하고자 공장제작건설방식(Off Site Construction)으로 패러다임이 변화하고 있다. 국내도 건설 산업의 환경이 변화하고 있다. 인력 공급의 부족, 건설업 취업자의 노령화, 건설 기능인력의 노무비 상승, 현장공사불능일수 증가에 따라 건설산업의 리스크가 증가하고 있다. 이러한 건설 산업의 환경 변화에 맞춰 모듈러 건축물이 이에 대한 대안으로 발전하고 있다. 국내 모듈 산업은 신기초등학교를 시작으로 다수의 병영생활관과 최근 공동주택까지 발전해 왔지만, 활성화되지 못하고 있다. 모듈러 건축물의 생산 흐름은 공장제작, 운송, 현장설치로 구분할 수 있으며, 이 중 공장제작이 큰 부분을 차지한다. 공장제작이 모듈러 건축물 생산의 주요 프로세스로 공장제작에서 문제가 발생하면 후속 프로세스인 운송 및 현장설치가 지연되게 된다. 모듈 공장생산의 생산성을 향상시키기 위한 기존 연구들은 단위 모듈 공장 생산 특징 중 인력·장비 관리, 공장레이아웃, 생산관리 특징에 관한 문헌들이 많다. 이를 위해 생산시스템의 변경, 다기능공 적용, 린 생산기법, 라인 밸런싱을 적용하였다. 하지만 국내 모듈 건설산업에서 문제가 되는 공장 생산의 특징인 수주산업, 다품종 소량생산(다중프로젝트), 면적에 대한 제약사항, 생산기간, 제품품질을 언급한 논문은 없거나 미비하다. 다품종 소량생산(다중 프로젝트)을 하기 위해서는 프로젝트의 제약사항(생산기간, 공장면적)에 부합하는 체계적이며 원활한 생산 프로세스가 필요하다. 그러나 국내 모듈 생산 프로세스는 양생 시간이 필요한 프로세스와 장시간 작업 시간이 필요한 프로세스를 포함하고 있어 병목현상을 일으킨다. 그리고 다품종 생산에 따라 선행 프로젝트가 종료하고 나서 후행 프로젝트를 진행하기 위한 공장 준비 시간이 필요하다. 하지만 일정 차질이 발생하여 생산기간이 짧아지거나 생산기간 자체가 짧을 때 공장제작비율 을 수정하여 공장 생산 프로세스를 현장 프로세스로 대체하여 현장에서 추가 인력 투입하여 공사 기간을 달성한다. 공장제작비율 수정은 모듈 품질저하, 현장공기 증가, 현장의 사소통문제, 현장공정관리를 어렵게한다. 본 논문에서는 위 문제점을 해결하기 위해 사전제작 부품을 활용한 새로운 생산체계와 이에 따른 새로운 프로세스에 공장 생산의 제약 조건인 공장 면적 제약과 생산기간을 적용하고자 한다. 사전제작 부품은 적용을 통한 생산체계의 변화는 외주(도급업자 또는 벤더)시스템을 적용하였다. 외주를 통한 사전제작 부품을 생산라인에 적용하는 것이다. 새로운 생산체계를 적용한 프로세스를 도출하기 위해 단일 모듈을 부품 단위로 세분화하였으며, 기존 프로세스를 분석하였다. 이를 개발 모델에 적용하여 단일 모듈 부품을 어떻게 조합하여 사전제작 부품으로 구성할 것인가에 관한 결과를 도출하였다. 분석 및 결과를 바탕으로 일부 (바닥판, 화장실, 바닥마감) 사전제작 부품을 기존 생산 프로세스에 적용해 새로운 선형생산 프로세스들을 생성하였으며, 여기에 추가적으로 단변부 벽체 및 장변부 벽체 사전제작 부품을 적용한 새로운 프로세스를 도출하였다. 도출된 다수의 새로운 프로세스 중 모델에 입력한 공사기간, 공장면적, 모듈 수량을 기준으로 우선 선정을 한 후 사전제작 부품에 부품이 가장 많이 포함된 프로세스를 최종 선정하였다. 사전제작 부품을 적용한 프로세스가 적합한지 가상시나리오를 통하여 검증하였다. 지정 면적(공장내부 : 2,050㎡, 공장외부 : 2,500㎡)의 공장에서 모듈 200개를 2달(60일) 이내 생산하는 것을 가상시나리오로 하여 기존 선형생산 프로세스와 사전제작 부품이 적용된 선형생산 프로세스의 결과를 비교하였다. 기존 선형생산 프로세스는 200개를 생산하기 위해 81일이 소요되어 생산기간 60일을 넘어섰으며, 생산 공장 내부에 프로세스 배치가 불가능하였다. 기존 프로세스에서 생산기간내 생산하기 위해서는 공장제작비율을 조정해야 한다. 하지만 바닥판, 화장실, 단변부 벽체, 장변부 벽체, 바닥 마감의 사전제작 부품이 적용된 선형생산프로세스는 200개를 생산하는 데 31일이 소요되며, 공장 내에 프로세스 배치가 가능하였다. 그리고 사전제작 부품이 적용된 프로세스는 Pre_Staion을 제외한 Station과 Post_Station이 연속생산 방식 적용이 가능하여 기존의 선형생산 프로세스가 가지고 있던 양생으로 인해 후속 작업이 진행되지 못하고 정체되는 병목현상이 사라졌다. 본 논문의 한계점은 자료 수집과 가정사항들이다. 본 논문을 위하여 수집한 자료는 특정 회사의 자료이다. 그리고 가정사항에서 언급한 것처럼 현재 단일 모듈의 사전제작 부품을 제작하는 업체가 없으며, 시공해본 모듈 제작 업체도 없다. 또한 사전제작 부품을 설치하기 위한 접합부 설계나 시공 난이도에 대한 내용이 전혀 없어, 결론에서 제시한 시간에 대한 측정 부분에서 오차가 발생할 수 있다
목차moremore

제 1 장 서 론 1
1.1. 연구의 배경 1
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제 1 장 서 론 1
1.1. 연구의 배경 1
1.2. 모듈러 건축물의 공장 생산의 문제점 5
1.3. 연구의 가정 조건 9
1.4. 연구의 목적 12
1.5. 연구의 범위 14
1.6. 연구의 중요성 14
1.7. 논문 구성체계 14
제 2 장 문헌 조사 16
2.1. 단위 모듈 공장제작 관련 연구 16
2.2. 생산 라인 (Production Line) 21
2.3. 공장 레이아웃 디자인 22
2.4. 라인 밸런싱 (Line Balancing) 24
2.5. 린생산 26
2.6. 제품 생산계획 27
2.7. 모듈 생산 방식 (Static & Linear) 29
제 3 장 기존 모듈 공장 생산 프로세스 31
3.1. 사례 분석프로젝트 개요 31
3.2. 공장 레이아웃 32
3.3. 모듈 공장 제작 프로세스 분석 33
3.4. 문제제기 41
제 4 장 공장 생산 프로세스 선정 모델 42
4.1. 공장 생산 프로세스 선정 모델 Framework 42
4.2. 대상 단일 모듈 선정 44
4.3. 사전제작 부품 생성 46
4.4. 사전제작 부품에 따른 프로세스 생성 71
4.5. 모듈 공장 생산 프로세스 선정 83
제 5 장 공장 생산 프로세스 선정을 위한 프로그램 88
5.1. 프로그램 개념 88
5.2. 프로그램을 위한 부품 입력 자료 작성 89
5.3. 프로그램을 위한 프로세스 입력 자료 작성 93
5.4. 사전제작 부품 조합의 프로그램 결과 96
5.5. 프로세스 생성 결과 100
제 6 장 검증 106
6.1. 검증 방법 106
6.2. 기존 프로세스의 선형생산방식 도출 107
6.3. 사전제작 부품이 적용된 선형생산방식 적용 결과 112
제 7 장 결론 116
7.1. 결론 116
7.2. 연구 한계 117

(참고문헌) 119