컴퓨터 통합 생산

컴퓨터 통합 생산(CIM, Computer-Integrated Manufacturing) 은 컴퓨터를 사용하여 전체 생산 공정을 제어하는 제조 방식이다. 이러한 통합을 통해 개별 공정이 각 부분과 정보를 교환할 수 있다. 컴퓨터의 통합으로 제조 과정은 더 빠르고 오류가 적어진다. 일반적으로 CIM은 센서의 실시간 입력에 기반한 폐루프 제어 프로세스에 의존한다. 유연 설계 및 제조(flexible design and manufacturing)라고도 알려져 있다.

개요

컴퓨터 통합 생산은 자동차, 항공, 우주, 조선 산업에서 사용된다.

"컴퓨터 통합 생산"이라는 용어는 제조 방법인 동시에, 제조 기업의 개별 엔지니어링, 생산, 마케팅 및 지원 기능이 체계적으로 조직된 컴퓨터 자동화 시스템의 이름이기도 하다.

CIM 시스템에서는 설계, 분석, 계획, 구매, 원가 회계, 재고 관리, 유통 등의 기능 영역이 자재 취급 및 관리와 같은 공장 현장 기능과 컴퓨터를 통해 연결되어, 모든 운영에 대한 직접적인 제어와 모니터링을 제공한다.

CIM은 제조업에서 정보통신기술(ICT)을 구현한 사례이다.

CIM은 최소 두 대의 컴퓨터가 정보를 교환하는 것을 전제로 한다. 예를 들어 로봇 팔의 컨트롤러와 마이크로컨트롤러가 그 예이다.

CIM은 CAD/CAM 시스템과 같이 기업이나 시설에서 높은 수준의 ICT가 사용되고, 공정 계획 및 관련 데이터가 가용한 경우에 가장 유용하다.

역사

"디지털 제조"의 개념은 1970년대 초, 조셉 해링턴(Joseph Harrington) 박사의 저서 Computer Integrated Manufacturing의 출간과 함께 주목받기 시작했다. 그러나 컴퓨터 통합 생산이 본격적으로 개발되고 보급되기 시작한 것은 1984년, 공작기계 제조업체와 컴퓨터·자동화 시스템 협회 및 제조 엔지니어 학회(CASA/SME)에 의해서였다.

"CIM은 통합 시스템과 데이터 통신을 활용하여 조직 및 인력 효율성을 향상시키는 새로운 경영 철학과 결합된 전체 제조 기업의 통합이다." — ERHUM

문헌 연구에서 CIM에 대한 37가지 서로 다른 개념이 발표된 것으로 나타났으며, 대부분은 독일과 미국에서 발표되었다. 37개 출판물의 타임라인을 통해 CIM 개념이 시간에 따라 어떻게 발전했는지 확인할 수 있다. 또한 모든 출판물의 개념이 얼마나 상이한지도 주목할 만하다.

출처: Wikimedia Commons, Public domain

주요 과제

원활하게 작동하는 컴퓨터 통합 생산 시스템을 개발하는 데는 세 가지 주요 과제가 있다.

• 서로 다른 공급업체 부품의 통합: CNC, 컨베이어, 로봇 등 서로 다른 기계가 서로 다른 통신 프로토콜을 사용할 때(AGV의 경우 배터리 충전 시간마저 서로 다른 경우) 문제가 발생할 수 있다.
• 데이터 무결성: 자동화 수준이 높을수록 기계를 제어하는 데 사용되는 데이터의 무결성이 더욱 중요해진다. CIM 시스템은 기계 운영에 필요한 노동력을 절감하지만, 기계를 제어하는 데 사용되는 데이터 신호에 대한 적절한 보호 장치를 마련하기 위해 추가적인 인력이 필요하다.
• 공정 제어: 컴퓨터는 제조 시설의 인간 운영자를 보조하는 데 사용될 수 있지만, 제어 소프트웨어 설계자가 예측하지 못한 상황을 처리할 수 있는 유능한 엔지니어가 항상 대기해야 한다.

하위 시스템

컴퓨터 통합 생산 시스템은 인간의 개입 없이 완전히 독립적으로 운영되는 "무인 공장(lights-out factory)"과는 동일하지 않지만, 그 방향으로 나아가는 큰 진전이다. 시스템의 일부에는 유연 생산(flexible manufacturing)이 포함되는데, 이는 컴퓨터의 도움으로 공장을 신속하게 수정하여 다른 제품을 생산하거나 생산량을 빠르게 변경할 수 있는 것을 말한다. CIM 운영에서는 다음 하위 시스템의 일부 또는 전부를 찾아볼 수 있다.

컴퓨터 지원 기술:

• CAD (컴퓨터 지원 설계)
• CAE (컴퓨터 지원 엔지니어링)
• CAM (컴퓨터 지원 제조)
• CAPP (컴퓨터 지원 공정 계획)
• CAQ (컴퓨터 지원 품질 보증)
• PPC (생산 계획 및 관리)
• ERP (전사적 자원 관리)
• 공통 데이터베이스로 통합된 비즈니스 시스템

필요한 장치 및 장비:

• CNC, 컴퓨터 수치 제어 공작기계
• DNC, 직접 수치 제어 공작기계
• PLC, 프로그래머블 로직 컨트롤러
• 로봇 공학
• 컴퓨터
• 소프트웨어
• 컨트롤러
• 네트워크
• 인터페이싱
• 모니터링 장비

기술:

• FMS (유연 생산 시스템)
• ASRS (자동 창고 시스템)
• AGV (무인 운반차)
• 로봇 공학
• 자동 운반 시스템

기타:

• 린 제조

CIMOSA

CIMOSA(Computer Integrated Manufacturing Open System Architecture, 컴퓨터 통합 생산 개방형 시스템 아키텍처)는 1990년대에 AMICE 컨소시엄이 일련의 ESPRIT 프로젝트를 통해 개발한 CIM을 위한 유럽의 개방형 시스템 아키텍처 제안이다. CIMOSA의 목표는 "기업이 변화를 관리하고 시설 및 운영을 통합하여 전 세계적 경쟁에 대응할 수 있도록 돕는 것"이었다. CIMOSA는 "CIM 환경에서 요구되는 기업 모델링과 기업 통합 모두를 위한 일관된 아키텍처 프레임워크를 제공한다."

CIMOSA는 네 가지 유형의 산출물로 비즈니스 통합을 위한 솔루션을 제공한다.

• CIMOSA 기업 모델링 프레임워크: 기업 아키텍처를 위한 참조 아키텍처를 제공한다.
• CIMOSA IIS: 물리적 및 애플리케이션 통합을 위한 표준이다.
• CIMOSA 시스템 생명 주기: CIM 개발 및 배포를 위한 생명 주기 모델이다.
• 표준화에 대한 기여: 국제 표준 개발을 위한 기초를 제공한다.

Vernadat(1996)에 따르면, CIMOSA는 "비즈니스 프로세스"라는 용어를 만들어냈으며, 기존의 기능 또는 활동 기반 접근 방식에 반대하여 경계를 초월하는 접근 방식에 기반한 통합 기업 모델링을 위한 프로세스 기반 접근 방식을 도입했다. CIMOSA와 함께 CIM을 위한 "개방형 시스템 아키텍처(OSA)" 개념도 도입되었는데, 이는 벤더에 독립적이며 표준화된 CIM 모듈로 구성되도록 설계되었다. 여기서 OSA는 "기능, 정보, 자원 및 조직적 측면에서 기술된다."

적용 분야

다양한 사용 분야가 있다.

• 산업 및 생산 공학
• 기계 공학
• 전자 설계 자동화 (인쇄 회로 기판(PCB) 및 집적 회로 설계 데이터의 제조 활용)

같이 보기

• 직접 수치 제어(DNC)
• 기업 통합
• 전사적 자원 관리(ERP)
• 유연 생산 시스템(FMS)
• 통합 컴퓨터 지원 제조(ICAM)
• 통합 제조 데이터베이스
• 제조 공정 관리
• 제품 수명 주기 관리(PLM)