[개념정리] 생산관리 시스템 종류

1. FMS / CIM, ERP, MES, PLM, SCM, SCADA, DCS.

1.1 FMS 이란?

• FMS 는 Flexible Manufacturing System의 약자로, 1960년도에 태동한 모니터링 시스템이다. 외부 변화에 유연하게 대응하기 위한 시스템 중 하나로, 공장 자동치 시대의 문을 열었다고 볼 수 있으며 FMS를 통해 최초의 컴퓨터 활용 제조가 시도되었다. FMS의 기본 구성 요소는 가공 작업장과 물류/저장 컴퓨터 제어 시스템이라고 볼 수 있다. FMS에서 말하는 유연성은 가공의 유연성, 조립의 유연성, 생산을 위한 제품의 변화 또는 조정 능력, 생산량의 조정 능력 들을 일컬을 수 있다. 즉, 외부의 변화에 유연하게 대응하는 제조시스템으로, 외부 환경의 변화에 대응하여 주어진 자원을 활용한 내부 최적화를 지향하는 시스템으로 볼 수 있다.
• FMS의 이점은 재공품 감소, 직접노동의 감소, 설비 이용률 향상, 일정한 제품 품질 유지 등이 있지만 FMS를 사용할 때 기업은 장기적인 안목에서 부품의 품종증가 등을 예측 적용해야하는 어려움이 있다.
• FMS는 외부 변수에 대한 능동적인 대응을 확보하는 것을 중요시 생각하는 시스템으로, 기본 시스템이 지시와 보고로 이루어져 있으며 로봇, 센서, 통신 프로토콜 등에서 주요 혁신 성과를 보였다.

1.2 CIM이 란?

• CIM은 Computer integrated Manufacturing의 약자로 FIM의 주요 산출물이다. CIM은 제조, 개발, 판매로 연결되는 정보의 흐름 과정을 일련의 정보 시스템으로 통합한 종합적인 생산관리 시스템이다. CIM은 1970년대 말~ 90년대 많이 사용되었던 시스템으로 제품의 설계 개발에서부터 생산 물류까지 통합한 시스템으로, 방법과 용어들을 제시한 방법론이다. CIM은 외부 환경의 변화에 따른 내부 자원을 활용하여 시스템을 최적화 시키고자 한다.
• CAD/CAPP/CAE/CAM의 발전과 FMS의 발전으로도 연결될 수 있고 업무 흐름과의 연계성을 고려하기 때문에 비즈니스의 process 의 발전에도 연관이 있다고 볼 수 있다.
• CIM 용어를 처음 사용한 사람은 시스템이 각자 운용되었는데 컴퓨터를 사용해서 이를 하나로 통합하고자 했다.
• CIM의 주요 산출물로는 Computer Aided Design(CAD)가 있고, CAD는 engineering 분석 task를 위한 컴퓨터 소프트웨어다.
• CIM의 주요 산물로는 7Layer OSI standard, LAN 등이 존재한다.
• CIM과 FMS를 크게 구분하지 않고, CIM를 FMS의 또 다른 명칭으로 보기도 한다.

1.3 ERP 란?

• ERP는 Enterprise Resource Planning 의 약자이다. 즉 전사적인 자원을 관리하겠다는 것으로 회사 운영에 필요한 모든 핵심 업무 프로세스를 ERP를 사용해서 효율적으로 관리하고자 하는 것이다. MRP(Material Requirement Planning)는 ICT 시스템과 결합하여 ERP발전의 계기를 만들기도 했다.
• 역할별 분야별 솔루션 발전을 야기하였으며, IBM COPICS가 통합이 잘 안되었고 이후 ERP가 등장하였고, ERP의 구성요소는 체계화된 비즈니스 프로세스 표준화, 모듈화, CONFIGUREATION이 될 수 있다.
• 일에 대한 책임과 각자 역할을 중요시하였으며 수주 생상 판매 과정 모두를 업무 흐름 체계로 구성하였다. 공통된 일들을 한 것들의 모임을 구성한 과학적인 기준정보관리라고 볼 수 있다.
• 즉, ERP는 모듈화를 통해서 영역과 역할을 분류하였으며 구조화를 통해서 기준 정보 체계를 정립하고자 하였다. 모듈은 표준화를 위하여 많이 사용되었다.
• SAP는 구조화 표준화 모듈화를 중요시하는 것으로 패키징 개념을 가장 잘 구현하는 것이라고 볼 수 도 있다.
• ERP-SAP의 KEY BUSINESS PROCESSES 에서 Procurement, production, fulfillment, financial accounting, management accounting은 business 영역으로 볼 수 있다.
• ERP에서 task란 한 사람이 할 수 있는 영역으로, sub process, process, mega process으로 갈수록 일의 크기가 커진다고 볼 수 있다.

1.4 MES 란?

• MES는 Manufacturing Execution System의 약자로 real-time으로 설비를 모니터링하고 생산 현장에서 필요한 데이터를 통해서 제조 현장에서의 이슈에 유연하게 대응하고자 하는 시스템이다. 이는, 매 생산 단계 별 질적 조절이 가능한 것에 핵심이 있다.
• MES덕분에 미국 반도체나 장비 회사가 많은 발전을 이루었으며, MESA라는 협회가 생성되었다.
• MESA 협회가 정의한 MES는 생산활동을 최적화 할 수 있는 정보를 제공하는 시스템으로, 최신의 정확한 데이터를 사용하여 제조현장의 활동을 통제하고자 한다. 즉 변화하는 현장 이나 조건에 유연하게 대응하고 효과적인 공장 운영 및 프로세스를 주도하고자 한다.
• ERP들은 공정의 흐름을 디테일하게 감당하지 않는 단위로, ERP, MES, SCADA/HMI, PLC, Sensors & Signals 으로 단위가 축소된다. MES는 4M(Man, Material, Machine, Method)의 낭비요소를 제거하고자 하며 이를 통해 부가가치를 양성하고자 한다. 일반적으로 MES에서는 배치 생산 방식과 흐름 생산 방식으로 관리단위를 결정한다.
• MES의 지원 업무 영역은 자재입고에서 제품출하에 이르는 전체 제조 활동 영역을 대상으로 하기 때문에, 모든 제조활동 영역을 아우를 수 있다고 볼 수 있다.
• MES 는 생산지시 point와 작업 지시 point를 고려해야 한다. 작업지시 후에는 독자적 데이터라고 볼 수 있는데, 작업지시 수립 중에서는 기능이나 업무를 지원하거나 계획업무의 일원화가 진행된다.
• MES에서 실제적으로 하고 싶어하는 것은 관리와 제어이기 때문에 실시간 모니터링이 진행된다. 실시간 모니터링에서는 이상현상 발생에 대하여 신속한 대응체계를 마련할 수 있으며 전반적인 제조상황을 알 수 있다는 장점이 있다. 또하 모니터링 환경 설정 기반의 사용자 정의 모니터링 시스템 운영 지원 등의 기능이 별도지원될 수 있다는 장점 또한 가지고 갈 수 있다.
• 아직까지 MES는 다양한 분야에서 많이 사용되고 있는데, 가장 중심적인 이유는 실시간 공정관리 및 제어에 있다. 실시간 공정관리 및 제어에서는 설비 중심의 실시간 실적 및 품질정보에 기반한 목표 대비 실적을 통해서 이상적인 현상을 파악하고자 하고, 이를 대응하고자 한다. 즉 이상치가 발생했을 때 유연하게 대응하고자 하고 이를 잘 대응할 수 있도록 하는 것이 MES의 장점이라고 볼 수 있다.
• MES의 초기에는 설비 가동 및 설비 보전 관리가 없었는데 그 이유는 설비는 facility / plant가 필요한데 과거에는 공장이 많이 없었기 때문이다. 화력과 원자력 발전소 등 많은 공장들이 세워지면서 설비 가동 및 설비 보전 관리가 실행되었으며 이를 통해 보전 업무를 위한 기능 설비 종합 효율 분석 기능 shut down 시간 최소화를 위한 현장 운영 기능이 제공될 수 있었다.
• MES에서의 디지털 문서는 이제 공장과 제조업이 규제 산업으로 바뀌어가기 때문에 중요시 되고 있다. 시간이 지날수록 탄소 문제 등에 관한 환경적인 요소도 기업은 고려해야하며 MES 또한 이를 무시할 수 없는 실상이다.
• MES의 구축 과정에서는 소프트웨어 공급 기업과의 충분한 의사소통이 필요하다. 따라서 진행 절차가 분석, 설계, 개발, 적용 단계로 세세하게 나뉘어져 있고, 다양한 체크사항이 마련되어 있다.
• 기업은 MES의 도입을 통해서 생산성을 극대화하고 공정물류를 바코드화 해서 통합적인 관리 체제를 구축하고자 한다. 이는 실시간으로 데이터 처리가 가능함과 이에 대응을 할 수 있기에 유연성이 높아지고 실시간 외주 반출/반입을 관리 함으로서 현재의 물량 또한 확인 관리할 수 있다는 MES의 특성에 있다.
• 글로벌 기업의 유명한 MES 패키지로는 DELMIA APRISO가 있다.

1.5 PLM 이란?

• PLM은 Product Lifecycle Management의 약자로 제품의 lifecycle 을 관리하고자 한다. 즉 제품을 기획하고 설계하고 평가하고 대량 생산하고 판매하고 filed usage하고 마지막으로 폐기하는 것까지의 cycle을 관리하고자 하는 시스템으로 시스템 공학적인 접근 방식이라고 볼 수 있다.
• 현재 PLM시스템은 디자이너와 엔지니어가 필요한 중요 데이터에 실시간으로 액세스 할 수 있도록 도우며, 제품 개발 수명주기의 모든 단계에서 생산되는 제품 관련 데이터를 관리하고자 한다.
• PLM 은 개발 엔지니어링의 효율성 및 실효성을 개선할 수 있으며 엔지니어링 릴리즈 프로세스중에 오류를 제거할 수 있도록 돕는다. 또한 시장 출시 기한을 단축시키고 프로젝트 수행방식을 개선함과 동시에 고품질 설계를 할 수 있도록 돕는다.
• 회사의 비즈니스 프로세스는 PLM 소프트웨어와 연계되면, 통합된 비즈니스 계획 및 공급망 실행을 실천할 수 있으며 제품 가치 사슬을 통합할 수 있게 된다.
• 오라클 회사는 PLM 을 통해 제품 가치 사슬을 연결할 수 있으며, 매끄러운 통합, 혁신 을 통한 출시기간 단축, 제품 데이터의 조화, 품질 비용 절감, 제품 규정 준수, 최신 기술을 활용하기 용이함 등의 장점을 이룰 수 있다고 주장한다.

1.6 SCM이란?

• SCM은 Supply Chain Management의 약자이다. ISM(Institute for Supply Management)는 SCM을 “최종 고객의 실질적인 필요를 충족시키기 위해 여러 조직을 거치면서 이루어지는 서로 연결된 부가가치 프로세스를 설계하고 관리하는 것” 이라고 정의하였다.
• SCM은 일련의 부가가치 프로세스로 구성되어 있고, 단순히 여러 조직을 거치는 것 이상으로 긴밀히 연결되어야 한다. 연결/통합을 위해서는 정보가 잘 전달되어야 하고, 정보가 잘 전달되려면 전체적인 프로세스가 체계적으로 관리되어야 한다고 볼 수 있다.
• SCM의 성과를 평가하기 위한 지표는 배송, 품질, 유연성, 시간, 원가 등이 있다.
• SCM을 목적은 전체적인 프로세스의 통합적 운영과 장애 요인을 극복하고 총 cost를 낮추면서 고객 만족은 극대화하는 것에 있다. 또한, SCM은 물류 중심의 솔루션을 창출하고 공급사슬에 대한 visibility 를 확보하고자 하며인터넷의 발전과 더불어서 e Market place, e Commerce등으로 발전되어 왔다.
• SCM의 4대 프레임워크는 optimization, orchestration, collaboration , visibility가 있다. optimization에서는 사업전략을 수립하고, 물류 네트워크를 설립하는 것을 목표로 한다. Orchestration 단계에서는 S&OP 전략을 수립하고 category management 전략 그리고 상품 표준화 전략을 세우는 것을 목표로 한다. Collaboration 단계에서는 전략적으로 협력할 수 있는 계획을 수립하고 CPER 전략을 수립한다. 마지막으로 Visibility 단계에서는 유통/물류 IT 네트워크 계획을 수립하고 상품 및 물류 표준화 전략을 수립하고자 한다.
• SCM을 제조 관점에서 접근한다면 Mass customization으로 연결될 수 있다. Mass customization은 고객 중심의 생산형 유통 혁신을 제공하는 SCM이 발전된 형태로, 고객 니즈 확정 단계에서 생산을 지향하는 Postponement 전략과 관련되어 있다.

1.7 SCADA 란?

• SCADA 는 Supervisory Control and Data Acquisition의 약자로, PLC 또는 DCS가 제공하는 데이터를 실시간으로 집계하고 모니터링하는 시스템이다. 여기서 PLC는 Programmable Logic Controller이고 의미는 디지털 또는 아날로그 입출력 모듈을 통하여 로직, 시퀀싱 , 카운팅, 연산 등과 같은 특수한 기능을 수행하기 위하여 프로그램이 가능한 메모리를 사용하고 여로 종류의 기계나 프로세서를 제어하는 디지털 동작의 전자 장치이다. DCS는 Distributed Control system으로 분산 조작 시스템을 일컫는다. 따라서, SCADA는 디지털 동작의 전자 장치나 분산 조작 시스템에서 나온 데이터를 관리하는 시스템이라고 해석할 수 있다.
• 주로 물리적으로 떨어져 있는 plant나 장치들을 관리하는 시스템으로 실시간으로 데이터를 수집 분석할 수 있도록 도와준다.

1.8 DCS 란?

• DCS는 이전 장(1.7, SCADA)에 소개되었듯이 Distributed Control System의 약자이다. DCS는 다양한 controller loop을 포함하고 있는 plant나 process를 관리하기 위한 control system으로, 비교적 큰 규모의 정밀한 조작을 요하는 곳에 사용된다.
• DCS는 시스템 자체에 대해서 고안된 시스템으로, plant가 대형화 되면서 제어가 필요한 시스템의 수가 기하급수적으로 늘어남에 따라 도입된 시스템이라고 볼 수 있다.
• 예를들어, 수강신청 시스템을 운영하는 고려대학교 서버실에서 서버 컴퓨터를 한대 두지 않고 많은 접속자를 소화하기 위해서 여러대의 서버를 두어서 서버 부하를 줄여서 서버가 다운되지 않도록 하는 것을 DCS이라고 볼 수 있다.

**2. FMS / CIM, MES, SCADA, DCS 정리 **

2.1. 공통점

• FMS/CIM, MES, SCADA, DCS은 공통적으로 전체 시스템의 생산성과 유연성을 향상한 시스템이다.
  • 자동화된 시스템을 구성하여 비용 감소를 도모한다.
    • 생산 일정을 최적화하고 생산성을 높이고자 한다.
  • Data를 수집, 모니터링, 분석하여서 개선 지점을 찾아서 효율을 높이고자 한다.
    • 생산성을 높이기 위한 방안 중 하나로, 공정에서 발생하는 데이터를 수집 분석하여 생산 일정을 조율함에 따라 전체 프로세스를 최적화하고 최종적으로는 공정을 제어할 수 있도록 돕는다.
    • 실시간 모니터링을 통해서 문제 발생 시 실시간 대처할 수 있도록 함에 따라 대응 능력을 향상하고자 한다.
    • 실시간 대처를 통해 전체적인 프로세스의 유연성을 향상하고자 한다.
  • 공정 최적화를 하기 위하여 사용되는 시스템이다.
    • 공정 최적화를 통해서 전체적인 자원을 효율적으로 관리하고자 한다.
    • 전체적인 자원의 효율적인 배치를 통해 비용을 관리하고자 한다.
  • 스마트 팩토리에 사용될 수 있는 시스템이다.
  • 고객 만족도를 향상시키기 위한 방안으로 사용될 수 있다.
  • ICT 융합 제조혁신 시스템의 일종이다.
  • 제조업의 변천에 따라서 맞춰진 시스템이며, 기술의 발전과 같이 융합되어 왔다.
  • 과학적 관리기법이라는 공통점이 있다.
  • ICT와 융합하여 발전하는 현상으로 전환되어 왔고 FMS을 기반으로 한 응용시스템 시대로 발전하는데에 이바지했다는 공통점이 있다.
  • 일반적으로 모듈화가 진행됨. (SAP가 모듈화, 구조화, 표준화를 중시하긴 하지만 언급된 방법들 모두 모듈화가 일반적으로 적용됨)
• 예시
  • A 자동차 회사에서는 FMS과 MES를 사용해서 공정의 자동화를 이루며 자동차 부품 생산 시 지출되는 불필요한 비용을 줄였습니다. 이후, SCADA를 통해서 실시간으로 부품 데이터의 이상치를 파악/분석하고 이를 신속히 처리하였습니다. 마지막으로 DCS를 통해 이러한 과정들을 분산하여 저장/관리 하였습니다. 최종적으로 A자동차는 과학적인 관리기법인 FMS, MES, SCADA, DCS를 통하여 전체 프로세스를 자동화 하였으며, 이상치 데이터를 분석 파악할 수 있었고 최종적으로 전체적인 비용을 줄였습니다. 이는 고객에게 좀 더 최적화된 가격으로 제품을 제공해 줄 수 있는 기회를 만들었고 고객 만족도를 높이는 기대효과를 가지고 올 수 있었습니다.

2.2. 차이점

• 목적의 차이
  • FMS/CIM은 유동성, 외부 변수에 대한 완벽한 대응력을 확보하는 것이 주된 목적이다.
  • MES는 생산활동을 최적화 할 수 있도록 수주에서 완제품에 이르기까지의 정보를 제공하여 변화하는 조건에 대해 신속한 대응을 하고 불필요한 비용을 줄이는데에 목적이 있다.
  • SCADA의 목적은 실시간으로 데이터를 집계하고 모니터링 하는데에 있다. 즉 원격으로 시스템을 감시, 제어하는 것에 목적이 있다고 볼 수 있다. MES와의 차이점은 MES보다 좀 더 실시간으로 데이터를 축적할 수 있는데에 있으며, 제어가 용이하다는데에 있다. 또한 데이터를 수집하고 저장하고 분석하는 기술이 좀 더 고도화되었다는 데에 의의와 차이가 있다.
  • DCS 의 목적은 대규모 설비의 공정제어를 위하여 전체 시스템을 하부 시스템으로 분리하고 각각의 소단위 시스템에서 개별로 주어진 역할을 수행하는 데에 있다. 즉, DCS의 목표는 전체 프로세스를 위하여 하나의 설비에서 모든 자원이 집중되는 것을 방지하는 것에 있다.
• 제어 범위의 차이
  • DCS의 목적은 공장이나 비즈니스 혹은 기업 단위의 제어가 아니라 machine 을 제어하는데에 목적이 있다. 위에서 언급된 FMS는 기업 단위 즉 삼성전자나 현대차와 같은 큰 회사에서 전체적인 시스템을 제어할 때 사용되며 MES는 공장단위를 제어할 때 사용된다. 하지만DCS는 unit 단위의 자원을 관리하는 시스템이라는 것에서 차이가 발생한다.
• 수집된 데이터의 차이
  • CIM은 제조 공정에서 발생하는 데이터를 수집하고, MES는 생산 공정에서 발생하는 데이터를 수집한다. SCADA는 MES와 같이 생산 공정의 데이터를 수집하지만, MES보다 좀 더 좁은 간격을 두고 데이터가 수집된다는 차이가 있다.
• 적용 속도의 차이
  • MES에 의하여 창출된 표준에 의하면 ERP, MES, SCADA순으로 공정의 흐름 속도가 빠르다고 볼 수 있다.
• 예시
  • A자동차에서는 원래 실시간으로 제작되는 자동차 부품 ㄱ 을 관리하기 위한 방안으로 MES를 사용했습니다. 하지만, 실시간으로 제작되는 자동차 부품 ㄱ 의 이상치를 보다 잘 관리하기 위하여 관리 시스템을 SCADA로 전환하였습니다.
  • B 제조기업은 원래 생산 유닛을 관리해주는 DCS만 사용하여 공정 자원을 관리하고 있었지만, 사업이 확장됨에 따라 SEM을 도입하였습니다.

4. 참고문헌

https://www.sap.com/korea/products/scm/plm-r-d-engineering/what-is-product-lifecycle-management.html

https://www.oracle.com/kr/scm/product-lifecycle-management/what-is-plm/