설비 자산관리 정의, 설비 자산관리 효과성을 위한 설비 자산관리 입력, 그리고 설비 자산관리 효율성 향상을 위한 설비 자산관리 출력 순으로 소개하고자 합니다.

 

설비 자산으로서 크레인은 고장 모드의 하나로서 와이어 마모 등에 따른 절단으로 비 가용성 또는 안전 사고의 리스크가 있습니다. 즉, 적절한 시점에 와이어를 교체하지 못할 경우, 마모의 결과로서 절단 사고는 필연이고, 사람이 존재할 경우, 사고 또한 피할 수 없습니다.

설비 자산관리는 설비 자산 관련, 안전, 환경, 품질, 생산, 비용 리스크가 중대해 지고 있는 상황에서, 효과 및 효율적으로 고장 결과를 예방할 수 있는 최적의 투자입니다. 오늘날, 보전 또는 설비 자산관리 영역을 비용 센터가 아닌 수익 센터로 재 인식하고 있는 가장 큰 이유이기도 합니다.

생산 시스템이 인력 중심에서 자동화된 제조 및 제조 지원 시스템으로 변경되고 있습니다. 설비 자산의 고장 리스크가 중대해 지고 있는 이유입니다. 그러면, 사람은 무엇을 해야 할까요? 설비 자산에 대한 의사와 같은 케어 (Care)가 필요 합니다. 자동화는 운전의 자동화이지 보전의 자동화는 아닙니다. LSH와 LSL 센서와 PLC는 운전의 자동화에 필요한 설비 자산입니다. LSL 센서의 신뢰성, 펌프와 모터의 베어링, 모터의 절연 상태를 알 수 없습니다. 자동화 환경에서 리스크가 증가하는 이유입니다

1. 설비 자산관리 의미

[1] 설비 자산과 설비 자산관리 중요성 

IQ-AM은 제조업에서 설비 자산관리 비용은 3%에 불과하지만 총 비용의 82% 이상이 그 결과에 영향을 받는다고 합니다. 다양한 출처에서 설비 자산관리의 중요성을 강조하고 있습니다. 2014년, ISO 55001 설비 자산경영 시스템이 발행된 것도 그 일환으로 평가됩니다.

[2] 설비 자산의 계층구조와 고장 발생

설비 자산은 강제적 또는 자연적 고장 메커니즘에 따라 고장 모드가 생성되고 기능적 고장 상태에 이르게 됩니다. 제조업에서 설비 자산의 중요도가 증가한다는 것은 고장 리스크의 증가를 의미합니다. 기능적 고장의 안전, 환경, 에너지, 품질, 생산, 비용적 결과가 증가한다는 의미입니다. 그러므로 설비 자산에 대한 조직과 인력의 개입 방법과 시점의 변경이 요구됩니다.

그림에서, 윤활유 내에 이물질이 유입되어 유막이 손상되고, 구름요소와 구름면 접촉에 따른 베어링 구름면 손상이 장기화되어 고착되면, 그림의 LSL 103 레벨 스위치 요구에 따른 펌프 가동이 중단됩니다.

펌프 가동 중단의 결과가 허용된다면, 인력은 가동 중단 시점에 개입해도 되겠지만, 허용될 수 없다면, 이물질 유입, 유막 손상, 구름면 접촉을 인식 또는 예방하기 위한 선제적 개입이 절대적입니다. 선제적 고장 인식으로 확정된 잠재적 고장은 중대 고장 결과 발생 이전에 계획적 교정이 가능합니다. 선제적 고장 인식을 위해 투입한 자원은 중대 고장 결과를 예방하기 위한 투자입니다. 설비 자산관리는 단순한 현장 활동이기 보다 조직의 설비 자산관리 철학이고 전략입니다.

[3] 고장 발생 메커니즘 (물리적 측면)과 고장 인식

설비 자산관리는 투자로서 설비 자산에 대한 선제적 개입은 요구합니다. 문제는 개입방법과 개입 시점의 결정입니다. 설비 자산의 성능과 기능이 생산 또는 품질, 그리고 안전, 환경, 에너지 등의 요구를 충족시키지 못하는 특정 시점을 기능적 고장점이라 정의할 때, 그 시점이 주기적이면 주기적인 교체와 수리로서 개입할 수 있습니다. 그러나, 그 시점이 랜덤하다면, 시간적 개입의 효과성은 낮고, 다른 개입 방법을 찾아야 합니다. 즉, 강성과 부하의 주기적인 모니터링으로 잠재적 고장 상태를 확정하고 기능적 고장 상태 전에 손상된 부품과 자산을 수리 또는 교체하는 상태 기준 보전 (CBM)이 그것입니다. 최근 시간적 개입으로 고장 결과의 예방이 가능한 설비 자산의 비율이 6~20%에 불과한 것으로 알려져 있습니다. 그러므로 최적의 방법과 시점을 선정하기 위한 설비 자산관리 엔지니어링이 필요합니다.

[4] 고장 인식과 고장 관리

돌발 작업은 문제 인식과 동시에 교정 작업을 요구하지만 설비 자산관리는 잠재적 고장 인식 시점과 교정 작업 실행 시점 간의 갭이 존재합니다.

이 갭을 P-F 리드 타임이라 하고, P-F 리드 타임 내에 존재하는 미래에 수행해야 할 작업 리스트를 백로그라 합니다.

돌발 작업의 리드타임과 백로그는 제로이고, 계획 작업의 리드타임은 안전하고 효율적인 작업에 요구되는 자원을 준비하기에 충분히 길어야 하고, 백로그는 적출된 잠재적 고장 건수와 계획적 교정 작업 건수 간의 균형을 유지하기에 적절해야 합니다. 오늘날 설비 자산 관리자의 핵심 역할은 리드타임과 백로그 관리에 있다고 해도 과언이 아닙니다.

[5] 계획적 교정 (설비 자산관리의 입력과 출력)

계획 보전 프로세스는

첫째, 잠재적 고장 적출에 유효한 예방 보전 직무가 필요합니다.

둘째, 인식한 잠재적 고장을 안전하고 효율적으로 교정하기 위한 고장 해석, 작업 자원 준비, 작업 인허가, 그리고 안전 조치를 위한 작업 기획 과정이 필요합니다.

셋째, 모든 자원이 준비되면, 생산과 다른 이해 관계자들과 조정된 시점에 작업 계획을 확정합니다.

넷째, 계획 작업을 실행합니다.

다섯째, 백로그 내의 작업 요청을 완료합니다.

설비 자산관리는 설비 자산의 고장 리스크를 제어할 수 있는 유일한 프로세스이고, 보전 기능을 절감해야 할 비용 센터에서 중대 고장 결과를 예방함으로써 수익을 창출하는 최상의 투자처로 전환시키는 전략입니다.

2. 설비 자산관리 입력

[1] 설비 자산관리 모델링

설비 자산관리는 설비 자산과 관련된 리스크 제어에 유효한 전략의 수립, 전략 실행을 위한 지원, 전략의 효율적 실행, 그리고 평가와 지속적 개선의 프로세스로서 운영됩니다.

제 2장, 설비 자산관리 입력은 예방보전 전략 수립에 초점을 두겠습니다.

[2] 설비 자산의 계층 구조와 등록

계획 작업은 돌발 작업과 달리 몇가지 별도의 개입이 필요합니다. 그 개입은 고장 결과 예방에 필수이므로 고장 결과 예방이 수익이라 할 때, 그 개입은 투자입니다. 투자로서 개입의 정당성이 확보되려면 투자에 따른 효과성이 있어야 합니다. 설비 자산관리 모델링에서 설비 자산의 등록과 중요도 평가를 요구하는 이유입니다. 설비 자산 마스터에 등록되지 않은 자산은 관리할 수 없습니다. 주민등록번호가 없는 사람이 공공 의료 서비스를 받을 수 없는 이유와 동일합니다. 고장 결과로서 그 자산의 실체를 인식할 수 있기 때문입니다. 본 슬라이드는 보전과 신뢰성 데이터의 수집과 활용을 위하여 이슈된 ISO 14224가 제시하는 설비 자산의 계층 구조입니다.

[3] 설비 자산의 중요도와 관리 전략 (설비 자산관리 효과성)

등록된 모든 자산에 대하여 선제적으로 개입하면 좋겠지만, 투자 효과성을 고려하지 않을 수 없습니다.

설비 자산의 고장 모드로 발생 가능한 고장 영향과 결과를 결정하기 위하여 FMECA 프로세스가 일반적으로 활용됩니다. 고장 결과 범주는 안전, 환경, 품질, 생산, 비용 등, 조직 목표에 따라 다를 수 있습니다. 최근 ESG에 대한 관심으로서 에너지 또한 고장 결과 범주로 다룰 수 있습니다. 중대 자산으로 결정된 경우, 조직의 개입 측면에서 개별 설비 자산에 대한 관리 전략을 수립하여야 합니다. 고장 발생이 랜덤하고 잠재적 고장을 인식할 수 있는 어떤 상태 변수도 없는 경우, 설계 변경이 불가피합니다. 자동차 타이어 공기업을 모니터링하기 위한 TPMS의 적용이 대표적인 예입니다.

[4] 설비 자산관리를 위한 예방보전 직무 선정 (SAE JA 1012)

슬라이드는 SAE JA 1012 RCM 평가 범주 및 가이드가 소개하고 있는 중대 설비 자산에 대한 조직의 개입 방법, 즉 선행적 예방보전 직무 선정 프로세스 입니다.

설비 자산의 중요도와 고장 특성에 따라 CBM, TBM, FFT의 예방보전 직무를 선정할 수 있고, 인적 개입으로 제어할 수 없는 리스크에 대하여 설계 변경을 제안합니다.

[5] 직무 선정을 위한 설비 자산의 고장 분포 (와이블 분포)

설비 자산의 관리 전략 수립에 활용되는 와이블 분포는 형상 계수와 특성 수명, 두 가지 변수로 구성됩니다. 형상 계수 (b)가 작을 경우, 고장의 시간 관계성이 낮은 것으로 고려하고, 클 경우, 주기적인 교환 또는 수리의 효과성이 높은 자산으로 간주할 수 있습니다. 샘플 데이터에 의하면, 대다수 기계, 전기, 그리고 계장 설비 자산과 부품의 형상 계수는 전형적으로 3이하인 것으로 알려져 있습니다.

[6] 설비 자산과 부품의 신뢰성 특성

설비 자산의 고장이 시간 측면에서 랜덤하게 발생하는 이유를 설명하고자 합니다.

설비 자산은 다수의 구성 요소 (부품)로 조립됩니다. 개별 구성요소는 서로 다른 특성 수명을 가집니다. 동일 설비 자산을 시계열적으로 보면, 개별 부품은 서로 다른 가공 공차를 가지며, 조립 과정에서 서로 다른 예압과 조립 공차를 가집니다. 또한 운전 과정에서 부하와 환경이 다릅니다. 설비 자산의 고장이 무작위로 발생되는 이유이고, 주기적인 교체 또는 수리로서 돌발 고장을 전적으로 제어하기 어려운 이유입니다. 그리고, TBM 보다 더 많은 조직의 개입 노력을 요구하는 상태 및 예지 보전의 적용이 필요한 이유입니다. 스마트 팩토리를 추구할 때, 운전이 아니라 설비 자산 측면의 IoT가 필요한 이유입니다.

[7] 설비 자산의 고장 특성 (시간 관계성)

10개의 구성요소가 조립된 설비 자산의 경우, 개별 구성요소의 수명이 제각각 다르고, 주기적 폐기가 아닌 주기적 수리 대상인 경우, 수리 과정의 공차가 또한 제각각 다르므로 특정 시점 이후 고장율이 증가하는 특성이 아니라 랜덤 고장 특성으로 고려하고, 그에 부합하는 개입 방법을 선정하는 것이 바람직합니다.

[8] 시간 기준 보전 직무 (TBM)의 개발과 적용

그럼에도 불구하고, 와이블 분포의 형상 계수가 높고, 고장율이 증가하는 명확한시점이 존재하고, 중대한 고장 결과를 초래하지만 잠재적 고장을 인식할 수 있는 명확한 증상과 상태가 없는 설비 자산의 경우, 자동차 타이밍 밸트와 같은 보수적 관점의 주기적 교체가 유효합니다.

[9] 상태 기준 보전 (CBM) 직무의 개발

반면, 와이블 분포의 형상 계수가 낮고, 고장율이 증가하는 명확한 시점이 존재하지 않지만, 가동 중에 고장을 인식할 수 있는 잠재 및 기능적 고장 상태가 존재하는 중대한 설비 자산의 경우, 상태 및 예지 보전 직무의 수행이 유효합니다.

[10] 설비 자산의 고장 특성

오늘날 설비 자산의 고장 패턴은 여섯 가지로 구분합니다. 고장의 시간 관계성이 명확한 설비 자산은 산업별로 편차는 있으나 6 ~ 20% 범위 인 것으로 조사됩니다. 설비 자산관리를 위한 잠재적 고장을 인식하기 위하여, 상태 및 예지 보전 직무를 적용할 경우, 어떤 모니터링 및 진단 기술을 활용할 것인지 결정하는 것도 매우 중요합니다. 고장 인식 시점이 고장 시작점에 근접해 질수록 보다 많은 개입과 투자가 필요합니다. 그러므로 고장 프로세스의 어떤 시점에서 고장을 인식할 것인지 결정해야 하고, 지속적으로 평가하여 개선해야 합니다.

3. 설비 자산관리 출력

[1]  설비 자산관리 효율성의 가용성 영향

설비 자산관리 프로세스는 고장의 선제적 인식, 적출된 고장의 안전하고 효율적인 교정을 위한 작업 기획, 백로그 관리, 그리고 계획에 따른 실행으로서 가용성 (OEE의 시간 가동율)에 중대한 영향은 미칩니다. 돌발 작업에서 생산 중단 이후 수행해야 할 상당한 준비 작업을 계획적 생산 중단 시점 이전에 미리 수행할 수 있기 때문입니다. 통상 28 ~ 50% 단축되는 것으로 조사됩니다.

[2] OEE와 NPV ( 순 현재 가치)

몇 장의 슬라이드를 통하여, 생산, 품질, 성능 측면의 고장 결과 예방으로 기대되는 OEE 향상의 경영 영향을 살펴보도록 하겠습니다. 본 자료는 ABB 사로부터 인용되었음을 밝힙니다. OEE는 Overall Equipment Effectiveness의 약어로서 설비종합효율로 번역되고, 가용성과 성능, 그리고 품질 변수의 곱으로 계산됩니다.

OEE가 60%에서 수익은 1,128만불이고, 지본 이익율은 6.81%입니다.

[3] OEE의 수익 영향

OEE가 60에서 70%로 향상되면, 자본 이익율은 6.8%에서 12.3%로 상승하고, 수익은 1,128만불이고 2,063만불로 83%, 930만불 증가합니다.

[4] OEE vs 제품 단가의 수익 영향

OEE 10% 향상의 경영 영향은 제품 단가 6.2% 인상과 동일한 결과를 제공합니다. 제품 단가 6.2% 인하에 따른 가격 경쟁력을 제공할 수도 있습니다.

[5] OEE vs 보전 비용의 수익 영향

OEE 10% 향상은 보전 비용을 947만불에서 44만불로 95% 줄이는 것과 동일한 경영 결과를 산출합니다.

[6] 설비 자산관리 기대 효과

설비 관리에 투입되는 자원을 비용으로 인식할 때, 잠재적 고장 리스크 인식에 필요한 인적 개입을 줄이는 방향으로 의사결정을 할 수 있습니다. 그 의사결정으로 돌발적 생산 손실과 품질 불량이 증가할 수 있고, 성능과 설비 자산의 경제 수명은 감소할 수 있습니다. 설비 자산 경영으로서 설비 자산관리에 투자할 때, 산출할 수 있는 기대 효과입니다. 영국의 IAM은 PAS 55에 근거한 설비 자산관리의 실행으로 수익적 측면에서 운영 비용 50% 절감, 전 생애 비용 20% 절감, 예비품 25% 절감을 기대할 수 있고, 성능 측면에서 28~ 50%의 가용성 향상, 안전 사고의 60% 감소가 가능하다고 발표했습니다.

공장 설비는 자동화를 넘어 스마트화되고 있습니다. 생산의 설비 의존도는 증가하고 있고, 설비 자산의 고장 영향은 그보다 더 중대해 지고 있습니다.  설비 자산에 대한 경영적 접근이 필요한 시점입니다. 투자가 필요합니다. 고장 인식을 위한 IoT에 투자해야 하고, 인식한 고장의 정확한 분석, 그리고 안전하고 효율적인 작업에 필요한 직무 및 안전 기획을 위한 인력 양성에 투자해야 합니다. 설비 자산 경영의 직접 비용은 평균 3%에 불과하지만 총 비용의 83%에 영향을줍니다. 설비 자산관리는 설비 자산관리 조직이 추구해야 할 핵심 가치이고, 목표입니다.