TPM 활동을 통한 에너지효율 향상방안 연구
A Study on the Improvement of Energy-Efficiency through TPM Procedure
초록/요약
TPM(Total Productive Maintenance)은 제조현장의 설비관리를 위한 가장 종합적이고 체계화된 관리도구이다. 국내의 많은 제조 기업은 1980년대 이래 TPM을 도입하여 경영성과의 향상을 도모하고 있으며 관리수준의 향상과 함께 많은 성과를 창출하고 있다. 그러나 글로벌 경쟁, 정보화 등 경영을 둘러싼 환경은 끊임없이 변화하고 있으며 관리기술도 이에 따라 진화하지 않으면 기업의 생존을 보장할 수 없게 되는 것이 사실이다. 최근의 경영환경은 외부적으로는 고유가의 지속과 EU를 중심으로 한 환경 규제의 움직임, 특히 기후변화협약 발효에 따른 온실가스 감축 의무 이행 등 산업 활동을 위축하게 만드는 요인과 내부적으로는 기업의 생존을 위하여 글로벌 경쟁력을 갖추기 위한 치열한 혁신 활동에 대한 요구를 받고 있다. 설비관리도 이러한 요구의 변화에 따라 끊임없이 진화해 가고 있으며 최근의 설비관리는 수익성을 키워드로 하는 설비자산 관리의 역할을 강조하고 있다. 즉 기업의 현금흐름에 공헌하는 이익중심 활동으로서의 설비관리 활동이 필요한 것이며 자연스럽게 TPM 활동의 방법과 목표도 이에 맞추어 변화하지 않으면 안되는 것이다. 따라서 본 연구는 에너지를 생산하고 소비하는 주체는 설비라는 점에 주목하여 설비관리의 혁신기법인 TPM의 추진방법을 활용하여 제조 공정의 에너지 사용 효율을 관리하고 향상시키기 위한 목적으로 수행되었다. 이를 위하여 설비의 본질적인 기능과 에너지 전환의 메커니즘을 중심으로 한 이론적인 고찰과 실제 현장에서 어떤 물리적인 관리 항목으로 통제하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있을지에 대하여 살펴보았다. 설비관리와 에너지 분야에 대한 각각의 연구는 활발하게 이루어지고 있으나 두 영역을 접목하여 제조현장의 저변에서 수행할 수 있는 에너지를 위한 설비관리 혹은 설비관리를 통한 에너지 절감 등의 이론이나 방법을 정리한 연구 결과는 찾아보기 어렵다. 이 연구는 실증적인 사례를 통하여 나타난 효과성을 근거로 하고 있다. 설비점검은 항상 에너지 사용과 효율에 대한 모니터링과 동시에 진행될 수 있도록 보완하고 전체 공정, 전체 공장에 대한 프로세스 밸런스를 수립함으로써 에너지의 흐름에 대한 관리와 개선점을 항상 파악할 수 있도록 한다. 이를 위하여 공정별 설비의 트리구조(ET;equipment tree)를 작성하고 전기, 열, 용수 등 에너지 원별 사용량과 효율을 계측, 분석해 가면서 공장 전체의 에너지 매스 밸런스(mass balance)를 작성한다. 특히 향후 다가올 온실가스 감축의무 부과에 대비하기 위해서도 제조 공정의 에너지 사용량에 대한 정확한 계측과 분석은 지금부터 준비해 가야 하는 중요한 부분이다. 경영환경의 변화에 대응해 온 TPM의 진화과정에서 TPM 활동의 목표도 함께 변화해 왔지만 TPM이 내재적으로 가지고 있는 본질적인 목적이나 가치관은 DNA(유전자)로서 항상 계승되어야 한다. 즉, 설비의 본질적인 기능을 제대로 발휘하도록 유지․관리함으로써 설비의 생애 주기 동안 기업의 수익과 현금흐름에 공헌하는 최대의 효율을 추구하여야 한다. 최근 점점 그 중요성이 더해 가는 에너지도 이를 위한 가장 중요한 요인 중의 하나이다. 또한 기존의 TPM 활동을 보완한 에너지 TPM을 통하여 에너지 혁신 활동은 더 이상 생산기술이나 동력부서, 공무부서 만의 일이 아닌 작업자로부터 경영자에 이르는 모든 구성원의 관리 대상이 되고 일상의 설비관리를 더욱 고도화 할 수 있는 계기가 될 것이다.
more목차
그림 목차
표 목차
제1장 서론 .............................................................. 1
제1절 연구의 취지 및 목적 ............................................. 1
1. 연구의 취지 ........................................................ 1
2. 연구의 이론적 배경 ............................................. 3
3. 연구 목적 ......................................................... 8
제2절 연구방법 및 논문 구성 .......................................... 9
제2장 이론적 고찰 ...................................................... 11
제1절 TPM에 대한 이론적 고찰 ................................ 11
1. TPM의 개요 ................................................... 11
2. 국내의 TPM 추진현황 ...................................... 15
3. TPM 활동에 대한 성과평가 및 발전방향 ............... 16
제2절 에너지에 대한 이론적 고찰 ............................... 19
1. 에너지의 개요 .................................................. 19
2. 에너지 절감의 필요성 ........................................ 20
3. 산업부문의 에너지 절감 .................................... 24
제3장 에너지 TPM 모형 ............................................ 30
제1절 에너지 TPM의 추진 모델 ............................... 30
제2절 TPM 자주보전 단계별 에너지 효율향상 활동 ....... 32
제3절 에너지 TPM의 추진방법 및 절차 ....................... 35
1. 설비에너지 총점검 ............................................ 35
2. 프로세스에너지 총점검 ...................................... 42
제4장 실증적 사례 .................................................... 44
제1절 설비에너지 총점검 사례 .................................... 44
1. 회전기기 설비의 에너지 총점검 ........................... 44
2. 열교환기 설비의 에너지 총점검 ......................... 48
제2절 프로세스 밸런스 구축사례 ............................... 52
1. 코팅공정의 구성 ............................................. 52
2. 밸런스 구축과정 ........................................... 55
제5장 결론 .......................................................... 60
참고문헌 ................................................................ 63
Abstract .......................................................... 66
목차
[그림1-1] 설비관리 개념의 변화 ................................... 4
[그림1-2] 주요국의 에너지 원단위 추이 ......................... 8
[그림2-1] TPM의 목적 ..................................................................... 13
[그림2-2] TPM 8대 기능의 구조도 ................................. 14
[그림2-3] 생산성 범위의 변화 ........................................ 18
[그림2-4] 전원참여의 에너지 효율향상 활동 개념 .............. 25
[그림2-5] 에너지 부가가치 구조도 ................................. 27
[그림3-1] 에너지 TPM 추진 모델 ................................... 30
[그림3-2] 자주보전 단계별 에너지 효율 향상 활동 ............. 32
[그림3-3] 설비에너지 총점검 ....................................... 35
[그림3-4] 일반적인 모터-펌프 로그시트 .......................... 37
[그림3-5] 에너지 TPM 모터-펌프 로그시트 ..................... 38
[그림3-6] 일반적인 냉동기 로그시트 .............................. 39
[그림3-7] 에너지 TPM 냉동기 로그시트 .......................... 41
[그림3-8] Process Balance Map의 이미지 ..................... 42
[그림3-9] 모터 구동 시스템의 에너지 흐름 ...................... 44
[그림3-10] 펌프의 에너지 전달 메커니즘 ........................ 45
[그림3-11] 열교환기 유체 흐름 ...................................... 48
[그림3-12] 설비보전 시점의 최적화 ............................. 51
[그림3-13] 코팅공정 레이아웃 ................................ 53
[그림3-14] 코팅공정 Heat System ............................. 54
[그림3-15] 코팅공정 측정 결과 ..................................... 55
[그림3-16] 코팅공정 Heat System 측정 결과 ............. 57
목차
<표1-1> 2004년도 부문별 에너지 소비실적 ..................... 7
<표2-1> TPM의 정의 ................................................ 11
<표2-2> TPM의 新정의 .............................................. 12
<표2-3> 에너지 소비량 국제비교 .................................. 20
<표2-4> 주요국의 연평균 에너지소비 증가율(%,‘90~’02) .... 21
<표2-5> 제조업 부문 에너지 원단위 국제비교 ............. 21
<표2-6> 1990～2002년간 온실가스 증가율 ..................... 22
<표2-7> 산업체에서 CO₂를 저감할 수 있는 방안 ............ 23
<표3-1> 모터 측정 결과 사례 ................................... 46
<표3-2> 모터 부하율 분석 결과 사례 .......................... 47
<표3-3> 열교환기 측정 및 분석결과 사례 ........................ 50
<표3-4> 에어 드라이어 및 실린더 드라이어 열량계산 ........ 59
<표3-5> IR 드라이어 열량 계산 ............................... 60
<표3-6> 코팅공정 프로세스 밸런스(열량기준) .................. 60
