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생산 시스템

기본적 고려사항 및 근본원리

가장 간단하게 보아서 모든 생산 시스템은 '변환과정', 즉 자원을 유용한 재화 및 용역으로 변환시키는 과정이라고 말할 수 있다. 변환과정에서는 주로 노동·자본(기계·장비·자재 등)·공간(토지·건물 등)을 이용하여 변화를 일으킨다. 경제학자들은 이들 자원을 '생산 요소'라고 하며 보통 노동·자본·토지의 3요소라고도 한다.

생산관리자는 생산 요소를 인간(men)·기계(machines)·방법(methods)·자재(materials)·자금(money)의 '5M'으로 본다. 과정으로 본다면 생산 시스템은 과정의 흐름(이동의 경로)으로 특징지을 수 있다. 즉 자재의 물리적 흐름, 제조의 중간 단계에서의 작업, 완제품 등을 운반하고 이것에 수반되는 정보 및 불가피한 서류작업 등을 말한다.

생산 시스템의 유형

생산 시스템은 일괄처리 시스템(batch system), 연속생산 시스템(continuous system), 기획 시스템(project system)의 3가지 유형으로 분류된다.

일괄처리 시스템에서는 범용 장비 및 방법이 한 일괄처리로부터 다음 일괄처리까지 변화하는 규격과 함께 소량의 산출물(재화 또는 용역)을 생산하기 위해 사용된다.

연속생산 시스템에서는 처리중인 대부분의 기타 제품의 일반적인 일련의 단계 또는 조작을 통한 흐름으로 품목이 처리된다. 연속생산 시스템은 종종 조립 시스템 또는 조립 라인 시스템이라고도 하며 대량생산운영에 있어서 일반적인 형태이다.

기획 시스템은 '1회 시스템'(one-shot system)이라고도 하는데, 예를 들어 단일 상품에서 건물, 선박 또는 항공기나 대형 컴퓨터, 원자재 등과 같은 생산물의 원형은 한꺼번에 구입된다. 프로젝트 시스템의 단일성 때문에 특수한 방법의 관리가 생산비를 만족할 만한 수준으로 유지하기 위해 개발되었다.

중요 고려사항

생산 시스템의 일반적 정의가 설정되면 3가지 중요한 의사결정이 남게 된다. 첫째, 산업 공학자나 생산 관리자 및 기타 전문가들은 사용할 기술을 선택하고 설계해야 한다. 둘째, 기술이 선택되면 시스템의 능력이 결정되어야만 한다. 셋째, 기업이 경험하게 되는 시장수요의 불가피한 변화에 대응하기 위해 생산량을 적합시켜야 한다.

주요경제적 문제

재고문제

원재료·제조공정·원제품 등의 과정을 거쳐야 하는 공장 내에 적절한 재고를 유지해야 한다는 것은 생산관리에서 가장 중요한 경제적인 문제 중의 하나이다(재고관리). 재고는 반드시 기록되어서 그 양을 정확히 파악할 수 있어야 한다.

소요원자재 및 부분품의 재고와 생산계획은 서로 밀접히 연관되어 있는 문제영역이다. 즉 생산 및 구매량을 얼마로 해야 할 것인가를 결정하는 것이 중요하다. 이 의사결정은 반드시 적절한 시점에서 이루어져야 한다. 결론적으로 재료와 부품을 어떻게 좀더 경제적으로 구매하고 생산할 것인가를 결정하는 것이 재고문제와 관련된 가장 핵심적인 문제이다.

생산계획 및 통제

제조과정에서의 여러 작업은 제품과 부품의 종류에 따라 각각 독립적으로 결정되어야 한다.

이때 이 작업들은 적절한 순서에 따라 행해져야 한다. 즉 작업을 수행하는 기계가 결정되고 시간적인 스케줄이 확립되어야 한다. 그리고 이러한 결정과 실행을 위해서 필요한 정보 및 분석방법은 필요에 따라 적시적소에 사용될 수 있어야 한다. 제품을 생산할 것인가 하청을 줄 것인가를 결정해야 하며, 제품에 대한 수요가 불규칙할 때는 작업시간 초과시의 득실, 재고품의 저장 및 고용안전문제 등에 대해 특히 유의하여야 한다. 생산관리의 문제 중에서도 이러한 문제는 비교적 다루기 힘든 난제 중의 하나이다.

설비선택과 대체

공장에서 사용될 적절한 설비는 최초에 결정되어, 시간의 경과에 따라 계속 적절히 보완되어야 한다.

기계시설이 노후하여 성능이 떨어지거나 새로운 기계가 개발되었을 경우 경제적인 시설의 수명이 결정되어야 하고, 전체 기업의 목적과 하부층(작업수행층)의 목적에 맞도록 대체안 중에서 가장 합리적인 의사결정이 이루어져야 한다. 이러한 설비투자의 문제는 이의 해결을 위하여 장기적인 예측을 필요로 하므로 특히 어려운 문제이다.

보수문제

기계와 그 부대설비의 보수는 사전에 잘 계획된 후에 집행되어야 한다.

보수정책 중에 사전보수와 사후보수는 경제성에 입각하여 유리한 쪽으로 결정되어야 한다. 일단 결정되는 절차가 확립되어야 하고, 보수정책의 통제를 위해 필요한 정보체계가 수립되어야 한다. 보수요원은 몇 명으로 할 것인가도 보수문제에서 고려해야 할 문제이다.

공장의 규모 및 입지

상당히 규모가 큰 기업에서는 방계공장의 적절한 크기와 수를 결정해야 하며 위치 또한 알맞는 곳을 선정해야 한다.

이와 같이 규모와 입지에 관한 문제는 장기적 예측을 필요로 하므로 미래의 변화 가능성이 필히 고려되어야 한다.

설비의 배치 및 구조

설비배치에 관한 결정은 대량생산 시스템일 경우 한 제품의 생산을 위하여 필요한 모든 시설이 그 원료의 흐름에 따라 배치되어야 한다는 기준을 따라야 한다.

즉 어떤 타입의 시설을 얼마만큼 할 것인가가 결정되어야 한다. 다품종 소량생산 시스템에서는 작업장 내에서의 이동거리를 가장 작게 할 수 있도록 배치가 이루어져야 하는데, 공장이 단층인지 또는 여러 층으로 되어 있는지에 따라 결정되어야 하며, 건축물의 형태도 결정의 주요변수가 된다.

품질관리 및 검사

특정제품을 생산하는 제시설의 능력이 검토되어야 하고, 작업공정에서의 여러 변화도 탐지하여 검사의 종류와 위치, 빈도 등이 결정되어야 하며, 기준 품질에 대한 규정도 확립되어야 한다.

작업방법

작업방법 및 절차의 단순화는 생산관리가 당면하고 있는 중요한 문제이다.

이는 기계를 다루는 작업자의 작업행위순서와 전체 생산공정에서의 여러 작업순서를 어떻게 합리적으로 유지할 수 있을까 하는 방법에 관한 것이다. 이러한 의사결정에서는 무엇보다도 작업개선의 경제성이 고려되어야 한다.

분석적 기법

개요

1950년대의 생산관리 분석기법으로는 도해적 분석(schematic analysis)이 주축을 이루었다고 할 수 있다.

이당시만 하더라도 제2차 세계대전 직후였으므로 전쟁중에 개발된 계량적 분석기법이 아직 경영학에 완전히 도입되지 못한 때이다. 따라서 생산관리 문제의 분석은 주로 도해적 분석방법에 의해 행해졌으며, 여기에는 흐름공정도표(flow process chart), 간트 도표(Gantt chart), 작업도표(operation chart) 등이 있다. 이와 같은 도해적 방법을 사용하여 생산계획도 했고 동작 및 시간연구도 수행했으며, 공장 내부의 배치 문제도 연구했다.

1960년대를 전후로 제2차 세계대전중에 개발된 계량적 분석기법이나 모형이 경영학에 본격적으로 도입됨에 따라 경영학의 제분야 중에서 가장 큰 혁신을 이룬 곳이 생산관리 분야일 것이다.

특히 오퍼레이션스 리서치(operations research/OR)가 경영학의 중요한 분석방법으로 정립됨에 따라 생산관리문제의 분석도 도해적 분석에서 탈피하여 전혀 새로운 분석방법인 계량적 분석기법을 활용하게 되었다. 현대 생산관리문제의 대표적인 계량적 분석기법을 열거해 보면 다음과 같다.

선형계획법

결과를 표시하는 목적함수(objective function)와 결과나 이익을 얻기 위하여 공급되는 자원의 제약이나 한계를 표시하는 제약조건(constraints)들을 선형으로 수식화하여 문제를 해법한다.

수송문제

선형계획법을 응용한 것으로서, 일반적 선형계획법으로 해결할 수도 있으나, 원본쌍대(原本 雙對 primal-dual) 방법이라는 선형계획법의 진보된 기법을 사용하여 해결하는 문제이다.

할당문제(assignment problem)

역시 선형계획법의 특수형태로서, 어느 기계에 어떤 특정 작업을 구체적으로 부하하는 것이 가장 경제적인가 하는 문제이다.

지수법, 분지점 분석법, 수리적 할당법 특히 헝가리법이 사용된다.

대기행렬이론 A.K.

얼랑의 전화시설에 대한 연구에서 시작된 이론으로, 고객의 불규칙한 도착과 서비스 시간의 불균형으로 인하여 나타나는 대기상태를 개선하기 위한 연구이다.

동적 계획법

벨만이 처음 사용한 용어로서, 주어진 최적 제어문제와 기타 여러 부수적인 문제간의 기본 관계를 포착하는 최적성의 원리(principle of optimality)에 따르는 방법이다.

기타 수학적 계획법

선형계획법이나 동적 계획법 이외에 제한적인 자원, 즉 기계·노동력·원료 등을 최대로 이용하여 최고의 효과를 내기 위해 수학의 원리를 이용하는 모든 방법을 말한다.

시뮬레이션(simulation)

어떤 시스템을 구성하고 있는 기본 요소들로 하나의 모델을 설계하고, 그 시스템 내에서 발생되는 문제를 해결하는 방법이다.

산업동태학

전체적으로 복잡한 시스템을 이해하기 위해 거시적 관점에서 시뮬레이션 모형을 만들어 이 시뮬레이션을 통해 효과적인 시스템의 설계와 합리적인 의사결정의 기초를 제공하는 하나의 수단이다.

통계적 분석

생산계획·수요예측·재고관리·품질관리·공정관리를 위해 통계학의 여러 이론을 원용하는 방법이다.

탐색적 접근방법

어떤 문제에 대한 최적해와 그 최적해를 얻는 데 소요되는 비용, 심지어는 그것을 풀어서 의사결정을 하는 데 드는 비용과의 보상효과를 인정하는 방법이다.

따라서 최적해보다는 오히려 합리적인 해를 얻는 것이 더 바람직한 경우에 이용된다.

네트워크 분석

선형 그래프로 나타낼 수 있는 문제로 마디(node)·정점(vertex)·능선(edge)·선분(line)·연결부(link)로 이루어져 있으며, 최단거리의 문제, 최대유통의 문제, 최소비용의 문제 등이 있다.

이들 중 가장 대표적인 것은 선형계획법(LP)으로, 이 분석기법은 일정한 자원을 가지고 이익을 최대화하거나 비용을 최소화하는 생산 시스템의 설계와 관리에 많이 응용되고 있다. 그외에도 이 기법으로 생산계획을 수립하여 생산비용을 절감할 수 있는데, 위의 분석적 기법 중에서 가장 널리 유효하게 활용할 수 있는 것이다. 2번째로 중요한 분석기법으로는 시뮬레이션을 들 수 있다.

이는 특정한 생산관리문제를 선형계획법과 같은 수학적 선형으로 작성할 수 없는 경우 이러한 문제들을 분석하는 데에 활용된다. 시뮬레이션은 수학적으로 선형화할 수 없는 모든 문제에 응용할 수 있는 기법이다. 특히 오늘날 한국에도 컴퓨터가 본격적으로 도입되고 있으므로 이 기법의 활용이 더욱 활발해질 것이다. 시뮬레이션 기법은 주문생산의 생산계획, 기계보수문제, 재고관리의 문제 등 생산관리에서 광범위하게 적용될 수 있다.