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MES기반의Smart Factory 구축 방안

홍성민

㈜ 키미이에스

Contents

1. MES 개요

6. 중소 기업형 스마트 팩토리 솔루션 소개

2. 기업의 주요 기간시스템과 MES의 연계

3. 기업의 MES 구축전략

4. MES 도입을 통한 Smart Factory 구축

5. 지멘스 MES 솔루션 구축 방안

1. MES 개요

1.1. MES (Manufacturing Exectuion System) 정의

3

MES는 계획되거나 주문 받은 제품을 최종제품이 될 때까지 생산활동을 최적으로수행하도록 정보를 제공하며, 정확한실시간 데이터로 공장활동을 지시하고룰을 제시할 뿐만 아니라, 실시간으로

활동 결과를 보고하여 의사결정에 도음을주는 시스템

MES는 주문부터 최종 재화에 이르기 까지생산활동을 최적화할 수 있는 정보를

전달하는 시스템

MES는 프로세스 그 자체의 직접적인 산업통제 및 사무실의 기획 시스템을 연계하는

공장 Floor에 위치한 정보시스템

Advanced Manufacturing Research Manufacturing Enterprise Solution Association The Association of Operations Management

AMR MESA APICS

MES는 계획되거나 주문받은 제품을

최종 제품이 될 때까지 생산활동을

최적으로 수행하도록 정보를 제공하며,

정확한 실시간 데이터로 공장활동을

지시하고 룰을 제시할 뿐만 아니라,

실시간으로 활동 결과를 보고하여

의사결정에 도움을 주는 시스템.

When?Tracking &

Tracing

What?Execution

management

How?Data

acquisition, analysis

Who?Resource

management

How?Specification management

1. MES 개요

1.2. MES 주요 기능

4

MES

Planning Control

직서열

Lot 서열

생산지시관리

작업자

각종설비

실적수집관리

바코드

RF-태그

Vision

진도관리

Tracking

이력관리

공정품질관리

검사이력

SPC

공정제어관리

분기제어

설비관리

설비상태

설비이상

설비감시

AWS관리

자동창고입출고관리

현황관리

현황집계

생산실적

재공관리

재고관리

Shop Floor

ERP / PLM

ERP : Enterprise Resource PlanningPLM : Product Lifecycle Management

1. MES 개요

1.3. MES 시스템 구성

5

Legacy

SystemsMES Scope

MES DB

APPServer1

APPServer2

MES Server

WEBServer

HTTP

자재 PDA 생산 PDA

PLC I/F

Message Service

기준정보 모니터링

POP 공정관리

User Interface

ERP PLM WMS SCM

WEB Report WEB Report

PLC, PDA Server

System I/F

WMS : Warehouse management systemSCM : Supply Chain Management

1. MES 개요

1.4. MES 하드웨어 구성

6

관리용 PC

MES Network

Web ServerApp ServerDB ServerERP Server

모니터링 현황판

POP 단말기

바코드 프린터 생산용PDA

자재창고용PDA

PLC/PDAServer

라인별In/Out 설비

자동창고(열처리창고,Case창고)

Main 조립

생산용 단말장비

POP 단말기

바코드 프린터 설비 Data 수집

1. MES 개요

1.5. MES 프로세스

7

견적 계획 구매 입고 출고

영업

설계

생산

구매

발주

모델

견적서

수주등록 출하

일정수립

부품목록

BOP편집

작업지시 작업실적

진도등록

구매요청

구매발주 구매입고

입고검사

외주발주

외주요청

외주입고공정외주


2.1. MES-기간시스템 관계도

8

MES

ERP : Enterprise Resource PlanningPLM : Product Lifecycle ManagementCMMS : Computerized Maintenance Management SystemDAS : Data Acquisition SystemSCM : Supply Chain ManagementWMS : Warehouse Management System

ERP

DAS

PLM

CMMS

WMS

SCM

개발계획 도면정보

개발실적

고장수리 내역PM 작업 내역

기준정보 PM경고

제품 입고 전표

시급, 반제품 입출정보

자재 예약

자재전표후 공정지정설비 HOLD공정 HOLD

설비정보가동상태

생산량 및 불량자재 이동

계획대비 공정실적생산시간, 노무시간기계시간, 불량정보

기준정보생산계획구매오더출하지시


2.2. MES – ERP – PLM 연계

9

전사적 자원 관리

기업 내 생산, 물류, 재무, 회계, 영업/구매, 재고 등 경영 활동

프로세스들을 통합 연계 및 관리

제품의 수명 전기간을 관리

기획 - 개념/상세설계 – 생산 – 서비스

고객 및 협력사의 협업 프로세스 지원

ERP

PLMMESIssues & Production Data

Technical / Work Package


2.3. MES – ERP – PLM 연계 상세

10

Product DesignCAD

CollaborativePDM

구매관리

자재 및 물류 관리

수요, 일반, 최적화 계획

영업 유통

관리 회계

Production Plant – Automation and Control

Shop Floor Execution

품질 관리 데이터 & 설비 이력 실시간 Tracking

PLM ERP

MES

Shop Floor

E-BOM

Cost

M-BOM, Planning Result

E-BOM

BOP

As-Built data

Work Order ReleaseMaterial / Part

Work Order StatusJob Sign On / Off

Process Model3D Simulation

Work Order Instructions

Digital Manufacturing

Process 계획

Process Design

Process Simulation& Validation


3.1. MES 솔루션 도입을 위한 주요 고려사항 – 1/2

11

구분 고려 사항 설명

구현 전략

개발지원체계 기업규모에맞는개발지원체계제공

MES 구축경험 동종또는유사업종에대한구축경험

개발방법론 체계화되고입증된개발방법론보유

예상추가개발인원 추가개발분에대한소요인력

License 비용 도입 License 비용

Globalization 지원 다국어및 Multi Site에대한통합개발및적용체계제공

기능

제공 MES 모듈패키지로이미구현되어제공되는모듈의범위및완성도

Batch Job 처리 Batch Job 구성및처리능력

Workflow 지원 Workflow 기능지원범위및개발편의성

Fail-Over 지원 Fail-Over 기능제공및성능

확장성공장의증설이나추가모듈도입에대한시스템의적응성 (adaptability)

안정성구현기능의안정적서비스및오류나이상상황에대한대처능력

Source : 삼성SDS, MES 프로젝트 추진 방법론


3.1. MES 솔루션 도입을 위한 주요 고려사항 – 2/2

12

구분 고려 사항 설명

인터페이스

ERP I/F 지원 ERP 패키지와의 I/F 편의성

설비 I/F 지원 안정적이고유연한설비 I/F 기능지원

Legacy 어플리케이션 I/F 지원 통합 Legacy 어플리케이션 I/F 기능지원

성능

초당 Transaction 처리량운영시 MES 어플리케이션에가해질부하에대한Transaction 처리량

평균 Response Time 요청 Request의평균응답시간

CPU/Memory 차지비율 운영시소요되는 CPU/Memory 점유율

I/O Traffic 량 운영시소요되는 I/O Traffic 처리량

유지보수

추가개발및 Upgrade 용이성 추가개발및 Upgrade에대한기술적편의성제공

Maintenance 비용 연간 Maintenance 소요비용

평균유지보수인원 안정적인운영이보장되는연간유지보수소요인원



3.2. MES 추진 방법론

13

Phase 1

MES 진단

Phase 2

MES 전략 수립Phase 4

변화관리

Phase 3

MES 구축

MES 진단 MES 전략수립

MES구축

변화관리

MES 추진 방법론



3.3. MES 도입 효과

14

생산LeadTime 감소를 통한 빠른 시장 선점

설비 관리 효율 향상 및 예지정비

문제발생시 Interlock과 Alarm을 통한 신속한 해결

관리자와 작업자간의 신속한 커뮤니케이션

생산 데이터 분석을 통한 불필요 공정 개선

품질불량율 감소로 제조원가 절감

품질 이력관리를 통한 불량요인 요소 제거


4.1. Industry 4.0 개요

15

■ Industry 4.0 개요

- 2011년 독일 정부 주관으로 전통적 제조산업의 경쟁력 강화를 위한 제조업 성장 전략 추진

- 제조업에 ICT를 접목해 모든 생산공정, 물류, 서비스까지 통합 관리하는 Smart Factory

구현이 목표

- 이를 위해 사물인터넷(Internet of Thing), 사이버물리시스템(Cyber Physical System),

센서 등의 기반 기술 개발 및 생태계 확산에 집중

구분 1차 산업혁명 2차 산업혁명 3차 산업혁명 4차 산업혁명

시기 18세기 말 20세기 초 1970년 이후 2020년 이후

혁신 부문 증기의 동력화 전력, 노동 분업전자기기, ICT 혁

명ICT와 제조업 융합

커뮤니케이션 방식 책, 신문 등 전화기, TV 등 인터넷, SNS 등사물인터넷, 서비스간인터넷 (IoT & IoS)

생산 방식 생산 기계화컨베어벨트, 전기동력에 의한 대량생산

전자기술과 IT를통한 부분 자동화

시뮬레이션을 통한최적 생산

생산 통제 사람 사람 사람 기계 스스로

■ 기술변화에 따른 산업혁명의 4단계


4.2. Industry 4.0 이란 무엇인가?

16

Virtu

al W

orld

Ph

ysic

al W

orld

Cyber Physical System

HVAC Electricbulb

FireSensor

Doorlock

Signage Water Transportation

Meter EnergyStorage

Internet of Thing

HVAC Electricbulb

FireSensor

Doorlock


Meter EnergyStorage

Virtual Network


4.3. Industry 4.0 구성요소

17

Big Data

자동화 설비

Simulation

시스템 통합

사물 인터넷

Cyber 보안CloudComputing

적층 가공

증강현실


4.4. Industry 4.0 기반의 MES

18

Industry 4.0 기반의 MES

MESCyber Physical System

Ph

ysic

al W

orld HVAC Electric

bulbFire

SensorDoorlock


Meter EnergyStorage

Internet of Thing

Virtu

al W

orld

HVAC Electricbulb

FireSensor

Doorlock


Meter EnergyStorage

Virtual Network


4.5. Industry 4.0기반의 MES 시스템 비교

19

• 중앙 · 집중제어

• 순차 · 고정설비

• 일괄공정

• 생산 자동화

• 단순한 설비 장애 대응

• 자율 · 분산제어

• 가변 · 유연설비

• 모듈공정

• 가상+현실 생산 통합

• 설비 예지 정비


4.6. MES 기반의 Smart Factory 구축

20

Smart

Factory

양방향통신

실시간Tracking

제조 지능화제조정보가시화

Industry4.0


4.7. Smart Factory의 Positioning

21

CRM ERP SCM

CAD(Design) 제어/로직설계

CAE(해석)

시험/평가

CAM(가공P/G)

시제품/RP

Mechanical-CAD

Electronical-CAD

품질

측정

PDM

DM

PLM

SCADA, DCS, POP MES

정보활용기술

제어기술

구동기술

구동기구

포지셔닝시스템

이동시스템

정보감지/변환기술

정보식별기술기타 제조기술/기기

절삭기계 방전기 전용기

복합기 절단기 절곡기

연마기 프레스 용접기

공작기계 (스마트 머신-CNC기계)

지그, 픽스쳐

측정 로보틱스(R

ob

otics)

에너지공급

및

절감기술

안전기술(Safety Te

ch)

IoT

및

산업통신기술

Smart Factory

공장시설/공조/환경

•

제조기술

적층가공(A

M)

Ph

ysic

al F

acto

ryV

irtual F

acto

ry

CMMS

엔지니어링


4.8. MES 기반의 Smart Factory 구상도

22

설비 자동화

실시간 추적 자동창고 관리가상 물리 시스템

결품예측 생산지시

설비

품질

조업

안전

에너지

고장 대응 정비

As-is Smart Factory

평균값 품질 판정

지시대로 생산

생산 중심 센서 배치

차별없이 균등 배분

품질/생산성 고려 예지 정비

설비상태 고려 품질 예측

소재/공정상태 고려 실시간 최적 생산

안전 최우선 센싱 및 통제

가격, 효율성 고려 최적배분


5.1. 지멘스 MES 시스템

23

ERP

Purchasing

Planning

Accounting

Finance

Ideation Feasability Planning

SIEMENS Product Lifecycle Management (PLM)

Primary Process

Filling & Packaging

Storage & Transfers

SIEMENS Automation

SIEMENSManufacturing

Intelligence

SIEMENS

Pro

duct

Form

ula

tion

SIEMENS

Manufa

cturing

Execu

tion

FormulaWorkbench

Electronic Lab Notebook

Orders Mgt & Scheduling

Process Mgt & Execution

Specification Mgt.

Lab Exp. LIMS

Quality Mgt

Asset Mgt & Maintenance

General Recipe Mgt.

Recipe Transformation

Site Recipe Mgt

Inventory Mgt& Traceability

LIMS : Laboratory information management system

Scorecards

Dashboards

Bench-marking

Analytics

Reports

DigitalManufacturing


5.2. 지멘스 MES 하드웨어 구성도

24

SIPLUS CMS X-Tools

SIMATIC IPC

Remote access

Mobileoptimized

website

WLANaccesspoint

MES

SIMATIC controller

Binarysignals

SIPLUS CMS 2000

Drive train Drive Gear box Bearing Machine

Ethernet


5.3. 지멘스 MES 솔루션 장점

25

확장성

효율성

수익성

일관성

유연성

가시성

고품질

투명성

Production Suite

생산관리 및 실행

R&D Suite

R&D 및 제조프로세스,Work Flow 및 Data 통합

Intelligence Suite

통합 환경에서 실시간 데이터모니터링 및 기록

Industry Libraries• 분리 생산

• 장치 산업

• 생명과학 산업

Value Added Services

폭 넓은 고객 지원


5.4. MES 솔루션 비교

26

구분 자체 개발 솔루션 지멘스 솔루션

통합성- 이기종시스템및장비간통신솔루션

개발필요- ERP와의인터페이스개발필요

- 다양한사용자인터페이스지원가능- ERP를포함한다양한외부시스템의인

터페이스지원

유연성- H/W 변경, 추가프로세스적용시심도있

는영향도분석필요- 다양한제조공정프로세스를

Configurable 하게적용가능

확장성- 새로운 IT 기술이나 MES 프로세스적용

시 In-House 개발코드수정작업필요- 새로운 IT 기술이나 MES 프로세스적용

시패키지의 Upgrade를통해반영

구축 및 유지보수 용이성

- 제품군별, 공정별특성프로세스반영에따른요구사항분석/적용을위한긴구축기간필요

- 신규제품군, 공정의추가/삭제의용이성이개발품질에의존적

- 전문유지보수인력보유필요

- 패키지화된솔루션의커스터마이징을통한구축기간의단축

- 선진공법참조모델이함축된시스템Flow를지원

- 비교적유지보수가용이


6.1. 개념도

27

스마트 공장을 위한 필수요소로 구성된 기본패키지와기업의 요구사항을 충족시킬 수 있도록 다양한 맞춤형 패키지를 제공합니다.


6.2. 패키지별 구성도


6.3. 1단계 – 기본 패키지

29

기본 패키지

PLC OPC Device Sensor SPC

Signal*Fact M3

Siemens

Plant Simulation

공장 시뮬레이션3D 공장 설계 및 시각화를 사용한 공장 레이아웃 설계공장 물류 해석 및 최적화 기능을 통한 공장 생산성 향상생산 시뮬레이션을 통한 병목 현상 제거, 효율성 개선공동 공장 설계 관리 기능을 통해 다양한 부서의 협력 증대

주요기능

및

특장점

사물인터넷(IoT) · 스마트센서 통합 모듈하나의 단말기로 센서 및 설비데이터를 수집 처리하는 장치국내산업 현장에서 많이 사용되는 50여종의 통신 Driver 지원특수 목적 유연한 센서 구성 용이 : 환경감시, 특고온 센서 등다양한 입출력 포트 지원 : Analog/Digital Input, Ethernet 전송

도입효과

최적화된 공장 시스템특정 공장 구성에 대한 실제 Workflow와 자재 흐름 파악 가능

인프라 비용 절감일원화된 시스템으로 IoT 기반 구축 비용 절감

간단한 센서 구성현장에 필요한 센서를 모듈 설계방식으로 추가확장 용이


6.4. 2단계 – SCADA 패키지

30

SCADA 패키지


Signal*Fact M3

Siemens

Plant Simulation

설비 데이터 수집 및 감시 제어다양한 Device 연계 및 데이터 전송 표준 프로토콜 지원RealTime 및 Historical 데이터 수집 관리GUI 툴 기반의 I/O Signal Viewer 제공기존 서버 및 Legacy 시스템 연동을 위한 Server Agent 제공

주요기능

및

특장점

도입효과

신속한 설비 제어펌웨어로 데이터 기준정보를 판단하여 설비를 빠르게 자동제어

플랫폼 연계 확장유·무선 네트워크를 통해 IoT 플랫폼과 효과적으로 연동

Signal*Fact U3


6.5. 3단계 - 설계·생산 통합 패키지

31

설계·생산 통합 패키지


Signal*Fact M3

Siemens

Plant Simulation

주요기능

및

특장점

도입효과

개발 시간 단축혁신적인 CAD기술과 상호작용 플랫폼을 통한 제품개발 시간 단축

업무 효율성 증대제품 구조 중심의 데이터를 개발-양산간 통합 정보관리 지원

Signal*Fact U3

Siemens

NX

Siemens

TCRS

제품 설계 및 생산 시뮬레이션2D부터 3D모델링, 어셈블리 등 효율적인 설계 작업 지원자동화된 통합 설계 검증 기능을 제공다중 CAD 작업 지원으로 타사 CAD 제품의 효과적 연계

설계 및 생산 기술정보관리모든 문서와 도면을 효과적으로 관리, 제어, 공유제품 데이터를 보다 빠르게 검색, 공유, 재사용 및 버전 관리사전 구성된 Best Practice Workflow를 통해 Eng. 변화 관리


6.6. 단계별 기능 및 구성 솔루션

32

기능

3D도면 설계 및 해석

멀티 CAD 데이터 관리

제품 정보 통합 관리

생산현장 HMI 제공

데이터기반품질분석

장비별가동률분석

설비이력및고장예측

최적생산 Scheduling 검토

병목공정탐색, 대안검증

생산물류 Simulation

센서기반고장진단

다양한설비의원격모니터링

기본패키지

SCADA 패키지

설계·생산통합 패키지

구분 구성 솔루션

Signal*Fact M3센서데이터 처리를 일체형으로 구성한올인원 IoT 제품

Signal*Fact U3설비 관리를 위한 IoT 기반의중소기업용 SCADA 솔루션

Siemens TCRS신속한 제품 데이터 관리를 지원하는중소기업용 PLM 솔루션

Siemens Plant Simulation공장 생산성 향상을 지원하는Digital Manufacturing 솔루션

Siemens NX제품설계 및 생산 시뮬레이션을 지원하는CAD, CAM, CAE 혁신 솔루션

7. 회사 소개

33

7. 회사 소개

34

35

감사합니다

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